Оптимизация условий ферментативной экстракции фенольных антиоксидантов из пшеничных отрубей

Пшеничные отруби (ПО) являются перспективным источником связанных фенольных соединений (ФС), обладающих антиоксидантными свойствами. Однако значительная часть ФС ассоциирована с полисахаридной матрицей клеточной стенки и характеризуется ограниченной биодоступностью. Целью работы являлась оптимизация условий ферментативной экстракции антиоксидантов (АО) из пшеничных отрубей с использованием комплекса α-амилазы, β-глюканазы и ксиланазы. На первом этапе исследовали влияние концентрации α-амилазы и β-глюканазы в диапазоне от 0,001 % до 1 % при фиксированной концентрации ксиланазы 2 %. На втором этапе оценивали влияние продолжительности экстракции в диапазоне от 1 до 9 ч. Антиоксидантный потенциал (АОП) экстрактов определяли путем измерения общей антиоксидантной емкости (ОАЕ) методами FRAP, DPPH и ORAC, а также общего количества фенольных соединений (ОКФС) и флавоноидов (ОКФ). Установлено, что ферментативная обработка способствовала увеличению ОАЕ и содержания фенольных соединений по сравнению с контрольным образцом без добавления ферментов. Повышение концентрации ферментов от 0,001 % до 1 % сопровождалось увеличением ОАЕFRAP на 56,7 % (p < 0,05), ОАЕORAC – более чем в 2 раза (p < 0,05), а содержание фенольных соединений возрастало до 13,32 ± 0,23 мкмоль-экв. G/г отрубей. Увеличение продолжительности экстракции приводило к дальнейшему росту АОП экстрактов, при этом максимальные значения ОАЕORAC и ОКФС были достигнуты при 7–8 ч обработки и составляли 5,31 ± 0,18 мкмоль-экв. Q/г и 14,19 ± 0,18 мкмоль-экв. G / г отрубей (p < 0,05), соответственно. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности ферментативной обработки пшеничных отрубей для получения экстрактов с повышенным антиоксидантным потенциалом, которые могут рассматриваться в качестве источников природных антиоксидантов и функциональных ингредиентов для пищевой промышленности.

1. Carocho, M., Morales, P., Ferreira, I.C.F.R. (2018). Antioxidants: Reviewing the chemistry, food applications, legislation and role as preservatives. Trends in Food Science and Technology, 71, 107–120. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.11.008.

2. Gutiérrez-del-Río, I., López-Ibáñez, S., Magadán-Corpas, P., Fernández-Calleja, L., Pérez-Valero, Á., Tuñón-Granda, M. et al. (2021). Terpenoids and polyphenols as natural antioxidant agents in food preservation. Antioxidants, 10(8), Article 1264. https://doi.org/10.3390/antiox10081264.

3. Bensid, A., El Abed, N., Houicher, A., Regenstein, J.M., Özogul, F. (2022). Antioxidant and antimicrobial preservatives: Properties, mechanism of action and applications in food — A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 62(11), 2985–3001. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1862046.

4. Lourenço, S.C., Moldão-Martins, M., Alves, V.D. (2019). Antioxidants of natural plant origins: From sources to food industry applications. Molecules, 24(22), Article 4132. https://doi.org/10.3390/molecules24224132.

5. Usoro, E. (2024). Comparative Analysis of natural vs. synthetic antioxidants in Nigeria. Journal of Chemistry, 3(3), 27–37. https://doi.org/10.47672/jchem.2515.

6. Shori, A.B. (2022). Storage quality and antioxidant properties of yogurt fortified with polyphenol extract from nutmeg, black pepper, and white pepper. Electronic Journal of Biotechnology, 57, 24–30. https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2022.03.003.

7. Rashwan, A.K., Osman, A.I., Chen, W. (2023). Natural nutraceuticals for enhancing yogurt properties: A review. Environmental Chemistry Letters, 21, 1907–1931. https://doi.org/10.1007/s10311-023-01588-0.

8. Rahaman, Md. M., Hossain, R., Herrera-Bravo, J., Islam, M.T., Atolani, O., Adeyemi, O.S. et al. (2023). Natural antioxidants from some fruits, seeds, foods, natural products, and associated health benefits: An update. Food Science and Nutrition, 11, 1657–1670. https://doi.org/10.1002/fsn3.3217.

9. Агапкин, А.М., Махотина, И.А. (2021). Переработка сельскохозяйственных отходов: рынок органических удобрений и производство органических пищевых продуктов. Хранение и переработка сельхозсырья, 3, 212–225.

10. Onipe, O.O., Jideani, A.I.O., Beswa, D. (2015). Composition and functionality of wheat bran and its application in some cereal food products. International Journal of Food Science and Technology, 50(12), 2509–2518. https://doi.org/10.1111/ijfs.12935

11. Федеральная служба государственной статистики. (2024). Динамика промышленного производства в 2023 году.

12. Li, C., Stump, M., Wu, W., Li, Y. (2023). Exploring the chemical composition, antioxidant potential, and bread quality effects of the nutritional powerhouse: Wheat bran — A mini-review. Journal of Agriculture and Food Research, 14, Article 100898. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2023.100898.

13. Chen, Z., Mense, A.L., Brewer, L.R., Shi, Y.-C. (2024). Wheat bran layers: Composition, structure, fractionation, and potential uses in foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 64, 6636–6659. https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2171962.

14. Лукьянчикова, Н.Л., Скрябин, В.А., Табанюхов, К.А. (2020). Особенности состава отрубей пшеницы и ржи и их роль в профилактике хронических заболеваний человека. Инновации и продовольственная безопасность, 4(30), 41–58.

15. Martín-García, B., Gómez-Caravaca, A.M., Marconi, E., Verardo, V. (2021). Distribution of free and bound phenolic compounds, and alkylresorcinols in wheat aleurone enriched fractions. Food Research International, 140, Article 109816. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109816.

16. Yao, W., Gong, Y., Li, L., Hu, X., You, L. (2022). The effects of dietary fibers from rice bran and wheat bran on gut microbiota: An overview. X Food Chemistry: X, 13, Article 100252. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2022.100252.

17. Leschonski, K.P., Mortensen, M.S., Hansen, L.B.S., Krogh, K.B.R.M., Kabel, M.A., Laursen, M.F. (2024). Structure-dependent stimulation of gut bacteria by arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS): A review. Gut Microbes, 16(1), Article 2430419. https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2430419.

18. Broekaert, W.F., Courtin, C.M., Verbeke, K., Van de Wiele, T., Verstraete, W., Delcour, J.A. (2011). Prebiotic and other health-related effects of cereal-derived arabinoxylans, arabinoxylan-oligosaccharides, and xylooligosaccharides. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 51(2), 178–194. https://doi.org/10.1080/10408390903044768.

19. Huang, W., Tian, F., Wang, H., Wu, S., Jin, W., Shen, W. et al (2023). Comparative assessment of extraction, composition, and in vitro antioxidative properties of wheat bran polyphenols. LWT- Food Science and Technology, 180, Article 114706. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114706.

20. Wen, X., Peng, H., Zhang, H., He, Y., Guo, F., Bi, X. et al (2024). Wheat bran polyphenols ameliorate DSS-induced ulcerative colitis in mice by suppressing MAPK/NF-κB inflammasome pathways and regulating intestinal microbiota. Foods, 13(2), Article 225. https://doi.org/10.3390/foods13020225.

21. Kang, H., Lee, M.-G., Lee, J.-K., Choi, Y.-H., Choi, Y.-S. (2016). Enzymatically-processed wheat bran enhances macrophage activity and has in vivo anti-inflammatory effects in mice. Nutrients, 8(4), Article 188. https://doi.org/10.3390/nu8040188.

22. Kobayashi, K., Suzauddula, M., Bender, R., Li, C., Li, Y., Sun, X.S. et al. (2025). Functional properties and potential applications of wheat bran extracts in food and cosmetics: A review of antioxidant, enzyme-inhibitory, and anti-aging benefits. Foods, 14(3), Article 515. https://doi.org/10.3390/foods14030515.

23. Wu, S., Shen, D., Wang, R., Li, Q., Mo, R., Zheng, Y. et al (2021). Phenolic profiles and antioxidant activities of free, esterified and bound phenolic compounds in walnut kernel. Food Chemistry, 350(11), Article 129217. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129217.

24. Shahidi, F., Yeo, J. (2016). Insoluble-bound phenolics in food. Molecules, 21(9), Article 1216. https://doi.org/10.3390/molecules21091216.

25. Bilal, M., Li, D., Xie, C., Yang, R., Gu, Z., Jiang, D. et al (2025). Recent advances of wheat bran arabinoxylan exploitation as the functional dough additive. Food Chemistry, 463(Pt 1), Article 141146 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141146.

26. Xu, D.-P., Li, Y., Meng, X., Zhou, T., Zhou, Y., Zheng, J. et al (2017). Natural antioxidants in foods and medicinal plants: Extraction, assessment and resources. International Journal of Molecular Sciences, 18, Article 96. https://doi.org/10.3390/ijms18010096.

27. Cavallero, A., Sbrana, C., Fabbri, L.P., Vidotto, F., Pucci, L., Gigante, V. et al. (2025). Comparison of microwave, ultrasound, and ultrasound-microwave assisted extraction on bioactive compounds, antioxidant activities and antimicrobial properties of hemp seed (Cannabis sativa L.) and wheat bran extracts. Food Bioscience, 69(1), Article 106918. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.106918.

28. Kupaeva, N., Trubina, M., Nesterova, M. (2025). Effects of extraction, purification, and drying on the antioxidant capacity of wheat bran extracts. Bioactive Compounds in Health and Disease, 8(10), 398–409. https://doi.org/10.31989/bchd.v8i10.1813.

29. Bei, Q., Chen, G., Lu, F., Wu, S., Wu, Z. (2018). Enzymatic action mechanism of phenolic mobilization in oats (Avena sativa L.) during solid-state fermentation with Monascus anka. Food Chemisry, 245, 297–304. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.10.086.

30. Ye, G., Wu, Y., Wang, L., Tan, B., Shen, W., Li, X. et al (2021). Comparison of six modification methods on the chemical composition, functional properties and antioxidant capacity of wheat bran. LWT, 149, Article 111996. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111996.

31. Bautista-Expósito, S., Tomé-Sánchez, I., Martín-Diana, A.B., Frias, J., Peñas, E., Rico, D. et al (2020). Enzyme selection and hydrolysis under optimal conditions improved phenolic acid solubility, and antioxidant and anti-inflammatory activities of wheat bran. Antioxidants, 9(10), Article 984. https://doi.org/10.3390/antiox9100984.

32. Samoilenko, V.A., Sazonova, O.I., Ivanova, A.A., Vetrova, A.A. (2025). Industrial biotechnology today: Overview of main products. Biologia et Biotechnologia, 2 3–38. https://doi.org/10.61847/pbcras.bbt.2025.2.1.

33. Jin, X., Wang, J.-K., Wang, Q. (2023). Microbial β-glucanases: Production, properties, and engineering. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 39(4), Article 106. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03550-2.

34. Ferri, M., Happel, A., Zanaroli, G., Bertolini, M., Chiesa, S., Commisso, M. et al. (2020). Advances in combined enzymatic extraction of ferulic acid from wheat bran. New Biotechnology, 56, 38–45. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2019.10.010.

35. Купаева, Н.В., Ильина, М.А., Светличная, М.В., Зубарев, Ю.Н. (2022). Исследование антиоксидантного потенциала овсяных напитков, обогащенных растительными компонентами. Пищевые системы, 5(2), 157–163.

36. Chernukha, I., Kupaeva, N., Kotenkova, E., Khvostov, D. (2022). Differences in antioxidant potential of allium cepa husk of red, yellow, and white varieties. Antioxidants, 11(7), Article 1243. https://doi.org/10.3390/antiox11071243.

37. Вершинин, В.И., Белова, Е.В. (2019). Определение суммарного содержания фенольных антиоксидантов в модельных смесях по методу Фолина-Чокальтеу и по методу FRAP. Аналитика и контроль,23(3) б 314–322.

38. Chang, C.-C., Yang, M.-H., Wen, H.-M., Chern, J.-C. (2020). Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colometric methods. Journal of Food and Drug Analysis, 10(3), 178–182. https://doi.org/10.38212/2224-6614.2748.

39. Zhu, J., Chen, C., Zhang, B., Huang, Q. (2020). The inhibitory effects of flavonoids on α-amylase and α-glucosidase. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 60(2), 695–708. https://doi.org/10.1080/10408398.2018.1548428.

40. Shang, X.-L., Liu, C.-Y., Dong, H.-Y., Peng, H.-H., Zhu, Z.-Y. (2021). Extraction, purification, structural characterization, and antioxidant activity of polysaccharides from Wheat Bran. Journal of Molecular Structure, 1233, Article 130096. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.130096.

41. Berker, K.I., Olgun, F.A.O., Ozyurt, D., Demirata, B., Apak, R. (2013). Modified folin — ciocalteu antioxidant capacity assay for measuring lipophilic antioxidants. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(20), 4783–4791. https://doi.org/10.1021/jf400249k.

42. Kim, M., Yoon, W.-J., Kim, S. (2016). Phytochemical compositions of immature wheat bran, and its antioxidant capacity, cell growth inhibition, and apoptosis induction through tumor suppressor gene. Molecules, 21(10), Article 1292. https://doi.org/10.3390/molecules21101292.

43. Rani, A., Arfat, Y., Aziz, R.S., Ali, L., Ahmed, H., Asim, S. et al (2021). Enzymatically assisted extraction of antioxidant and anti-mutagenic compounds from radish (Raphanus sativus). Environmental Technology and Innovation, 23, Article 101620. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101620.