Самоагрегирующие свойства инулина в разбавленном растворе

Создание функциональных пищевых продуктов на основе инулинсодержащего растительного сырья позволит обеспечить население функциональным питанием диабетического характера. В связи с этим обоснование технологических параметров процесса получения инулина из клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L.) путем определения его количественных характеристик является актуальным. В данной работе с целью обоснования технологических параметров процесса получения инулина из клубней топинамбура флэш-экстракционным и традиционным методами были установлены его качественные характеристики, а именно гидродинамические свойства и молекулярная масса в растворе. Результаты гидродинамических свойств и молекулярной массы образцов инулина топинамбура, полученные флэш-экстракционным методом при высокой температуре 105 °С за короткое и более длительное время, традиционным методом при температуре 75 °С в нейтральной среде, продемонстрировали самоагрегирующие свойства этого биополимера. Инулин, экстрагированный флэш-экстракционным способом, состоит из двух фракций: низкомолекулярного инулина и высокомолекулярного агрегата, который представляет собой комплекс полисахарида. Эти агрегаты могут формироваться как межмолекулярными, так и внутримолекулярными взаимодействиями различных фракций инулина в растворе. Как и следовало ожидать, их разделение невозможно обычными методами, при концентрировании на УФ-мембране формировался ряд субфракций, образовывалось большое количество агрегированного не растворимого в воде микрогеля. В то время как инулин, полученный традиционным способом, состоит из одной фракции, но имеет высокую степень полидисперсности. Показано, что для получения качественного инулина, предназначенного для пищевых и профилактических целей, предпочтительно использовать флэш-метод экстракции за короткое время.

1. Anderson-Dekkers I., Nouwens-Roest M., Brigitte P., Vaughan E. Inulin. In: Handbook of Hydrocolloids. Third ed. Chapter 17. Amsterdam: Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, 2021. P. 537–562. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820104-6.00015-2.

2. Kontogiorgos V. Stabilisers. Inulin. In: Encyclopedia of Dairy Sciences. Third ed. NY: Academic Press, 2022. Vol. 2. P. 689–694. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818766-1.00321-4.

3. BeMiller J. N. Inulin and Konjac Glucomannan. In: Carbohydrate Chemistry for Food Scientists. Amsterdam: Elsevier Inc., AACC International, 2019. P. 253–259. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812069-9.00010-8.

4. Kozhukhova M. A., Nazarenko M. N., Barkhatova T. V., Khripko I. A. Obtaining and identification of inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) tubers // Foods and Raw Materials. 2015. Vol. 3, no. 2. P. 13–22. https://doi.org/10.12737/13115.

5. Chiavaro E., Vittadini E., Corradini C. Physicochemical characterization and stability of inulin gels // European Food Research and Technology. 2007. Vol. 225. P. 85–94. https://doi.org/10.1007/s00217-006-0385-y.

6. Mensink M. A., Frijlink H. W., van der Voort Maarschalk K., Hinrichs W. L. J. Inulin, a flexible oligosaccharide I: Review of its physicochemical characteristics // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 130. P. 405–419. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.026.

7. Mudgil D., Barak S. Classification, Technological Properties, and Sustainable Sources. In: Dietary Fiber: Properties, Recovery, and Applications. Chapter 2. NY: Academic Press, 2019. P. 27–58. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816495-2.00002-2.

8. Манукян Л. С., Кочикян В. Т., Андреасян Н. А., Афян К. Б., Балаян А. М. Выделение инулина из различного растительного сырья // Биологический журнал Армении. 2014. N 4. С. 71–75.

9. Ma X. Y., Zhang L. H., Shao H. B., Xu G., Zhang F., Ni F. T., et al. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus), a medicinal salt-resistant plant has high adaptability and multiple-use values // Journal of Medicinal Plants Research. 2011. Vol. 5, no. 8. P. 1272–1279.

10. Ашуров А. И., Джонмуродов А. С., Мухидинов З. К., Усманова С. Р., Партоев К. Интенсификация процесса получения полисахаридов из корнеклубней топинамбура // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2019. N 3. C. 208–214.

11. Shoaib M., Shehzada A., Omarc M., Rakha A., Raza H., Sharif H. R., et al. Inulin: properties, health benefits, and food applications // Carbohydrate Polymers. 2016. Vol. 147. P. 444–454. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.04.020.

12. Colwell J. A. Type II diabetes, pre-diabetes, and the metabolic syndrome // The Journal of the American Medical Association. 2011. Vol. 306, no. 2. P. 215–238. https://doi.org/10.1001/jama.2011.970.

13. Jackson P. P. J., Wijeyesekera A., Theis S., Harsselaar J., Rastall R. A. Food for thought! Inulintype fructans: does the food matrix matter? // Journal of Functional Foods. 2022. Vol. 90. P. 104987. https://doi.org/10.1016/j.jff.2022.104987.

14. Шаненко Е. Ф., Силаева М. А., Ермолаева Г. А. Топинамбур – сырье профилактического питания // Вопросы питания. 2016. Т. 85. N S2. С. 219.

15. Amjadi S., Almasi H., Hamishehkar H., Khaledabad M. A., Lim L.-T. Cationic inulin as a new surface decoration hydrocolloid for improving the stability of liposomal nanocarriers // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2022. Vol. 213. P. 112401. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.112401.

16. Franck A. Technological functionality of inulin and oligofructose // British Journal of Nutrition. 2002. Vol. 87, no. S2. P. 287–291. https://doi.org/10.1079/BJN/2002550.

17. Barclay T., Ginic-Markovic M., Cooper P., Petrovsky N. Inulin – a versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses // Journal of Excipients and Food Chemicals. 2010. Vol. 1, no. 3. P. 27–50.

18. Ronkart S. N., Deroanne C., Paquot M., Fougnies C., Blecker C. S. Impact of the crystallization pathway of inulin on its mono-hydrate to hemihydrate thermal transition // Food Chemistry. 2010. Vol. 119, no. 1. P. 317–322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.06.035.

19. Dan A., Ghosh S., Moulik S. P. Physicochemical studies on the biopolymer inulin: a critical evaluation of its self-aggregation, aggregationmorphology, interaction with water, and thermal stability // Biopolymers. 2009. Vol. 91, no. 9. P. 687– 699. https://doi.org/:10.1002/bip.21199.

20. Muhidinov Z. K., Teshaev Kh., Jonmurodov A., Khalikov D., Fishman M. Physico-chemical characterization of pectic polysaccharides from various sources obtained by steam assisted flash extraction (SAFE) // Macromolecular Symposia. 2012. Vol. 317-318, no. 1. P. 142–148. https://doi.org/10.1002/masy.201100108.

21. Muhidinov Z. K., Bobokalonov J. T., Ismoilov I. B., Strahan G. D., Chau H. K., Hotchkiss A. T., et al. Characterization of two types of polysaccharides from Eremurus hissaricus roots growing in Tajikistan // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 105. P. 105768. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105768.

22. Li W., Zhang J., Yu C., Li Q., Dong F., Wang G., et al. Extraction, degree of polymerization determination and prebiotic effect evaluation of inulin from Jerusalem artichoke // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 121. P. 315–319. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.12.055. 2

23. Lo ́pez-Molina D., Navarro-Mart ́ınez M. D., Melgarejo F. R., Hiner A. N. P., Chazarra S., Rodríguez-López J. N. Molecular properties and prebiotic effect of inulin obtained from artichoke(Cynara scolymus L.) // Phytochemistry. 2005. Vol. 66, no. 12. P. 1476–1484. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2005.04.003.

24. Kitamura S., Hirano T., Takeo K., Mimura M., Kajiwara K., Stokke B. T., et al. Conformation of (2→1)-β-d-fructan in aqueous solution // International Journal of Biological Macromolecules. 1994. Vol. 16, no. 6. P. 313–317. https://doi.org/10.1016/0141-8130(94)90062-0.

25. Wolff D., Czapla S., Heyer A. G., Radosta S., Mischnick P., Springer J. Globular shape of high molar mass inulin revealed by static light scattering and viscometry // Polymer. 2000. Vol. 41, no. 22. P. 8009–8016. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00168-3.

26. Podzimek S. Light scattering, size exclusion chromatography and asymmetric flow field flow fractionation powerful tools for the characterization of polymers, protein and nanoparticles. New Jersey: Hoboken Publisher, 2011. P. 333. https://doi.org/10.1002/9780470877975.

27. French A. D. Accessible conformations of the B-D-(2–1)-and-(2–6)-linked D-fructans inulin and levan // Carbohydrate Research. 1988. Vol. 176, no. 1. P. 17–30.

28. Vereyken I. J., van Kuik J. A., Evers T. H., Rijken P. J., de Kruijff B. Structural requirements of the fructan–lipid interaction // Biophysical Journal. 2003. Vol. 84, no. 5. P. 3147–3154. https://doi.org/ 10.1016/s0006-3495(03)70039-3.

29. Timmermans J. W., Slaghek T. M., Iizuka M., Van den Ende W., De Roover J., van Laere A. Isolation and structural analysis of new fructans produced by chicory // Journal of Carbohydrate Chemistry. 2001. Vol. 20, no. 5. P. 375–395. https://doi.org/10.1081/CAR-100105711.