Обогащение зерна пшеницы негемовым железом посредством ультразвуковой кавитации

Зерна пшеницы являются ценным и наиболее потребляемым продуктом питания, поэтому их обогащение ионами железа позволит восполнить дефицит этого микроэлемента в организме человека. C целью обогащения зерен пшеницы негемовым железом (Fe³⁺) провели их ультразвуковую обработку в растворе сульфата железа. Насыщение зерна железом проводили на ультразвуковой установке Vilitek VBS-6D при частоте 40 кГц. Зерна пшеницы погружали в ванну с раствором сульфата железа в пропорции 1:3. Продолжительность обработки варьировали от 10 до 30 мин с шагом 5 мин. Таким образом, получили 5 образцов. В качестве контроля выбрали образец с наименьшим временем ультразвуковой обработки. Качественную и количественную оценку результатов кавитационной обработки зерна проводили с помощью физических методов анализа – таких, как электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и электрический импеданс. Спектры получили на спектрометре Bruker Elexsys E580 в X-диапазоне. Из анализа спектров ЭПР исследуемых образцов сделали вывод о том, что с увеличением времени ультразвуковой обработки наблюдается рост сигналов от кластеров, образованных ионами трехвалентного железа. Образованные в результате диссоциации раствора соли ионы Fe²⁺ окисляются до состояния Fe³⁺. Для дополнительного анализа растворения ионов железа в зерне использовали метод импедансной спектроскопии в области частот от 1 Гц до 100 МГц. На основе приведенных данных выявили, что внедрение ионов железа приводит к наибольшему изменению действительной и мнимой составляющих электрического импеданса в области частот свыше 1000 Гц или в области β-дисперсии, что указывает на хорошую проходимость ионов железа в клетку из межклеточной области сквозь изолирующую их мембрану. В дальнейшем такие исследования позволят разработать экспресс-метод определения наличия ионов железа в зерновых.

1. Rout G., Sahoo S. Role of iron in plant growth and metabolism. Reviews in Agricultural Science. 2015;3:1-24. https://doi.org/10.7831/ras.3.1

2. Мойсеенок А.Г., Мотылевич Ж.В., Черемисин А.С. и др. Эссенциальность и дефицит железа в питании: углубление известной проблемы нутрициологии // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023. Т. 16, № 2(60). С. 31-39. EDN: UUKUAU

3. Hurrell R.F. Ensuring the efficacious iron fortification of foods: A tale of two barriers. Nutrients. 2022;14(8):1609. https://doi.org/10.3390/nu14081609

4. Allen L., de Benoist B., Dary O., Hurrell R. Guidelines on food fortification with micronutrients. World Health Organization and Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2006. 376 p. https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/43412/9241594012_eng.pdf

5. Способ обогащения крупяных продуктов микроэлементами: Патент № 2505078 C1 Российская Федерация, МПК A23L 1/10, A23L 1/304, A23K 1/00 / М.А. Янова, А.И. Гусев; заявл. 13.06.2012; опубл. 27.01.2014, Бюл. № 3. EDN: BXZHZQ

6. Викулин П.Д., Викулина В.Б. Влияние ультразвука на изменение PH воды // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. № 4 (80). С. 3-8. EDN: GJJZRU

7. Муранов К.О. Реакция фентона in vivo и in vitro. Возможности и ограничения // Успехи биологической химии. 2024. Т. 64. С. 219-246. https://www.fbras.ru/wp-content/uploads/2024/02/7-Muranov.pdf

8. Способ обработки зерна при его подготовке к помолу: Патент RU2405629 C1, МПК B02B1/04, B02B1/08 / Ф.Я. Рудик, В.И. Русин, В.Г. Ребров, И.Ф. Савельев; заявка: 2009114059/13; заявл. 13.04.2009; опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34. EDN: YEJRDX

9. Галиев Б.Х., Ширнина Н.М., Байков А.С. и др. Влияние кавитационной обработки на химический состав, питательность и переваримость сухого вещества концентрированных кормов // Вестник мясного скотоводства. 2017. № 4 (100). С. 190-196. EDN: YLZXPC

10. Labanowska M., Filek M., Kurdziel M. et al. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy characterization of wheat grains from plants of different water stress tolerance. Journal of Plant Physiology. 2012;169(13):1234-1242. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2012.04.020

11. Чжан А.В., Дрокин Н.А., Ничкова Н.М., Мороз Ж.М. Особенности спектральных характеристик электрического импеданса увлажненных зерен пшеницы // Успехи современного естествознания. 2022. № 5. С. 34-38. https://doi.org/10.17513/use.37821

12. Чжан А.В., Дрокин Н.А., Ничкова Н.М., Мороз Ж.М. Метод импедансной спектроскопии для тестирования увлажненных зерен пшеницы // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2022. № 2 (63). С. 59-68. https://doi.org/10.31677/2072-6724-2022-63-2-59-68

13. Pliquett U. Bioimpedance: A review for food processing. Food Engineering Reviews. 2010;2:74-94. https://doi.org/10.1007/s12393-010-9019-z