Вплив параметрів процесу субкритичної водної екстракції на ефективність вилучення ізофлавонів із соєвого шроту

Валерій Сукманов; Олена Ковальчук

doi:10.31866/2616-7468.4.2.2021.249092

Автор(и)

Валерій Сукманов Полтавський державний аграрний університет, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1248-4068
Олена Ковальчук Державний біотехнологічний університет, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1762-2434

DOI:

https://doi.org/10.31866/2616-7468.4.2.2021.249092

Ключові слова:

екстрагування, субкритична вода, біологічно активні речовини, ізофлавони, соєвий шрот

Анотація

Актуальність. Побічні продукти переробки сої (окара, шрот, макуха), окрім великої кількості протеїну, містять багато цінних біологічно активних речовин, серед яких особливий інтерес дослідників привертають ізофлавони. Субкритична водна екстракція є перспективним методом вилучення біологічно активних речовин із рослинної сировини, однак такий метод екстрагування ізофлавонів та його раціональні параметри для соєвого шроту залишаються недостатньо дослідженими.

Мета і методи. Метою роботи є дослідження впливу параметрів (температура: 120...160°С, тривалість екстрагування: 5...15 хв, гідромодуль: 1:15...25) процессу екстрагування субкритичною водою соєвого шроту на вміст ізофлавонів у сухій речовині екстракту. Застосовано емпіричний метод дослідження з використанням ортогонального композиційного плану 2-го порядку для дробового факторного експерименту 3^3-1 . Зразки екстракту соєвого шроту отримано із використанням експериментальної установки на базі реактора високого тиску «РВД-2-500». Загальний вміст ізофлавонів у сухій речовині екстракту визначався у перерахунку на галову кислоту методом абсорбційної спектрофотометрії.

Результати. На основі отриманих результатів побудовано квадратичну інтерполяційну модель, що пов’язує загальний вміст ізофлавонів у сухій речовині екстракту із параметрами екстрагування. Аналіз побудованої моделі дозволив встановити раціональні значення параметрів екстрагування.

Висновки та обговорення. Встановлено інтенсивний ріст вмісту ізофлавонів у сухому екстракті зі зростанням температури процесу та порівняно невеликий вплив тривалості процесу на цей показник. Вплив гідромодуля неоднозначний – найменший вихід ізофлавонів при гідромодулі ≈1:21,41, а його збільшення або зменшення призводить до зростання вмісту ізофлавонів у екстракті. У роботі вперше досліджено та встановлено наявність раціональних значень параметрів процесу екстрагування ізофлавонів субкритичною водою із соєвого шроту. Отримані результати можуть бути використані при розробці технології отримання соєвого білкового концентрату збагаченого ізофлавонами.

Біографії авторів

Валерій Сукманов, Полтавський державний аграрний університет

Доктор технічних наук

Олена Ковальчук, Державний біотехнологічний університет

Аспірантка

Посилання

Amelchenko, V. E., Boltovski, V. S., & Fleisher V. L. (2017). Vliianie uslovii ekstraktcii na effektivnost izvlecheniia ekstraktivnykh veshchestv iz romashki aptechnoi i miati perechnoi [The effect of extraction conditions on the efficiency of extractives’ recovery from matricaria chamomilla and mentha piperita]. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series, 2, 88–92 [in Russian].

Bukeeva, A. V., & Kudaibergenova, S. Zh. (2012). Obzor sovremennykh metodov vydeleniya biologicheski aktivnykh veshchestv iz rastenii [Review of modern methods for the isolation of biologically active substances from plants]. Vestnik Evraziiskogo natsional’nogo universiteta imeni L. N. Gumileva, 2, 192–197 [in Russian].

Cheng, Y., Xue, F., Yu, S., Du, S., & Yang, Y. (2021). Subcritical Water Extraction of Natural Products. Molecules, 26(13), 4004. https://doi.org/10.3390/molecules26134004 [in English].

Council of Europe. (2019). European Pharmacopoeia (Vol. 1;10th ed.). Strasbourg [in English].

Duncan, A. M., Phipps, W. R., & Kurzer, M. S. (2003). Phyto-oestrogens. Best Practice & Research: Clinical Endocrinology & Metabolism, 17(2), 253–271. https://doi.org/10.1016/s1521-690x(02)00103-3 [in English].

Khuwijitjaru, P., Anantanasuwong, S., & Adachi, S. (2011). Emulsifying and Foaming Properties of Defatted Soy Meal Extracts Obtained by Subcritical Water Treatment. International Journal of Food Properties, 14(1), 9–16. https://doi.org/10.1080/10942910903112118 [in English].

Konichev, A. S., Baurin, V. P., Fedorovskii, N. N., Marakhova, A. I., Iakubovich, L. M., & Chernikova, M. A. (2011). Traditsionnye i sovremennye sposoby ekstraktsii biologicheski aktivnykh veshchestv iz rastitel’nogo syr’ya: perspektivy, dostoinstva, nedostatki [Traditional and modern methods of extraction of biologically active substances from plant materials: prospects, advantages, disadvantages]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki, 3, 49–54 [in Russian].

Luthria, D., Biswas R., & Natarajan, S. (2007). Comparison of extraction solvents and techniques used for the assay of isoflavones from soybean. Food Chemistry, 105, 325–333. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2006.11.047 [in English].

Ma, C.-Y., Liu, W.-S., Kwok, K. C., & Kwok, F. (1996). Isolation and characterization of proteins from soymilk residue (okara). Food Research International, 29(8), 799–805. https://doi.org/10.1016/0963-9969(95)00061-5 [in English].

Naumenko, V. D., Sorochynskyi, B. V., & Kolychev, V. I. (2013). Roslynni izoflavony biosyntez, detektuvannia ta biolohichni vlastyvosti [Plant isoflavones biosynthesis, detection and biological properties]. Biotechnologia Acta, 6(5), 62–78. https://doi.org/10.15407/biotech6.05.062 [in Ukrainian].

Ndlela, S. C., de Moura, J. M. L. N., Olson, N. K., & Johnson, L. A. (2012). Aqueous Extraction of Oil and Protein from Soybeans with Subcritical Water. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 89(6), 1145–1153. https://doi.org/10.1007/s11746-011-1993-7 [in English].

Nkurunziza, D., Pendleton, P., & Chun, B. (2019a). Optimization and kinetics modeling of okara isoflavones extraction using subcritical water. Food Chemistry, 295, 613–621. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.05.129 [in English].

Nkurunziza, D., Pendleton, P., Sivagnanam, S., Park, J.-S., & Chun, B. (2019b). Subcritical water enhances hydrolytic conversions of isoflavones and recovery of phenolic antioxidants from soybean byproducts (okara). Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 80(25), 696–703. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.08.044 [in English].

Pollard, M., & Suckow, M. A. (2006). Dietary prevention of hormone refractory prostate cancer in Lobund-Wistar rats: A review of studies in a relevant animal model. Comparative Medicine, 56(6), 461–467 [in English].

Sereewatthanawut, I., Prapintip, S., Watchiraruji, K., Goto, M., Sasaki, M., & Shotipruk, A. (2008). Extraction of protein and amino acids from deoiled rice bran by subcritical water hydrolysis. Bioresource Technology, 99(3), 555–561. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.12.030 [in English].

Sirotkin, A. V., & Harrath, A. H. (2014). Phytoestrogens and their effects. European Journal of Pharmacology, 741, 230–236. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2014.07.057 [in English].

Sukmanov, V., Ukrainets, A., Zavialov, V., & Marynin, A. (2017). Research of extraction of biologically active substances from grape pomace by subcritical water. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5, 11(89), 70–80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108992 [in English].

Tan, T. S., Prasad, K. N., & Ismail, A. (2010). Antioxidant capacity, phenolics and isoflavones in soybean by-products. Food Chemistry, 123(3), 583–589. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.04.074 [in English].

Watchararuji, K., Goto, M., Sasaki, M., & Shotipruk, A. (2008). Value-added subcritical water hydrolysate from rice bran and soybean meal. Bioresource Technology, 99, 6207–6213 [in English].

Wiboonsirikul, J., Mori, M., Khuwijitjaru, P., & Adachi, S. (2013). Properties of Extract from Okara by Its Subcritical Water Treatment. International Journal of Food Properties, 16(5), 974–982. https://doi.org/10.1080/10942912.2011.573119 [in English].

Yu, J., Bi, X., Yu, B., & Chen, D. (2016). Isoflavones: Anti-inflammatory benefit and possible caveats. Nutrients, 8(6), 361. https://doi.org/10.3390/nu8060361 [in English].

Zaheer, K., & Humayoun Akhtar, M. (2017). An updated review of dietary isoflavones: Nutrition, processing, bioavailability and impacts on human health. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(6), 1280–1293. https://doi.org/0.1080/10408398.2014.989958 [in English].