Краснодар, Россия
Краснодар, Россия
Краснодар, Россия
Современные технологии производства пищевых продуктов невозможны без применения функциональных добавок, особенно полисахаридов, проявляющих технологические свойства загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов. Особый интерес представляют целлюлоза и гемицеллюлозы, которые в России не производятся. Цель исследования – разработка технологических режимов получения из депектинизированного и делигнифицированного свекловичного жома целлюлозы и гемицеллюлоз, соответствующих по своим показателям качества требованиям действующей нормативной документации – ГОСТ и ТР ТС. Объекты исследования – свекловичный жом и получаемые из него целлюлоза и гемицеллюлозы. В работе рассмотрено влияние концентрации растворов гидроксида натрия и продолжительности обработки свекловичного жома на эффективность извлечения гемицеллюлоз, действие промывки получаемых гемицеллюлоз этанолом на их чистоту, а также воздействие обработки целлюлозосодержащего концентрата растворами соляной кислоты на результативность получения целлюлозы. Органолептические и физико-химические показатели определяли согласно общепринятым методикам. Установлено, что увеличение концентрации раствора гидроксида натрия и продолжительности обработки свекловичного жома оказывает существенное влияние на химический состав и выход извлекаемых гемицеллюлоз. Наибольший выход гемицеллюлоз наблюдался при концентрации раствора гидроксида натрия в диапазоне 1,5–3,0 %, при дальнейшем ее увеличении происходило частичное снижение содержания гемицеллюлоз вследствие протекания реакций щелочного гидролиза. Также показано, что при щелочной экстракции совместно с гемицеллюлозами частично извлекается пектин, что может быть связано со сходством механизмов извлечения данных гидроколлоидов. Однако процесс сопутствующего извлечения пектина при щелочном извлечении гемицеллюлоз требует проведения более глубоких исследований. В результате исследования установлены эффективные режимы получения целевых продуктов: гемицеллюлозы извлекают экстракцией 2 % раствором гидроксида натрия в течение 3 ч при 25 °C с последующей двукратной промывкой 70 % этанолом; целлюлозу получают в ходе обработки 15 % раствором соляной кислоты в течение 5 ч при 60 °С. Целлюлоза и гемицеллюлозы, полученные в рамках исследования, по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют требованиям ГОСТ за исключением происхождения сырья. Свекловичный жом является перспективным источником целлюлозы и гемицеллюлоз, что позволит обеспечить импортозамещение и повысить переработку вторичных ресурсов. Однако для использования свекловичных целлюлозы и гемицеллюлоз в пищевой промышленности требуется разработка нормативной документации.
Свекловичный жом, целлюлоза, гемицеллюлозы, гидролиз, экстракция, минеральная кислота, щелочь, пищевые добавки
1. Захарова Л. М., Абушахманова Л. В. Исследование технологических особенностей производства сливочного масла пониженной жирности. Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2. С. 209–215. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-2-209-215
2. Иванова Г. В., Чесноков Н. В., Елисеенко Т. Г. Многокомпонентные рецептуры для специального питания. Вестник КрасГАУ. 2013. № 4. С. 176–179. https://elibrary.ru/PZBNMD
3. Галушина П. С. Применение пищевых волокон в производстве мясных продуктов. Тенденции развития науки и образования. 2023. № 7. С. 206–208. https://doi.org/10.18411/trnio-11-2023-453
4. Chen Y, Fu Q, Jin W, Shen W, Li J. Improving the quality of steamed rice bread using micro-cellulose as fillers: Effect of particle size. Carbohydrate Polymers. 2025;362:123663. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123663
5. Ren Y, Linter BR, Foster TJ. Starch replacement in gluten free bread by cellulose and fibrillated cellulose. Food Hydrocolloids. 2020;107:105957. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105957
6. Zhou L, Zhang W, Wang J. Recent advances in the study of modified cellulose in meat products: Modification method of cellulose, meat quality improvement and safety concern. Trends in Food Science & Technology. 2022;122:140–156. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.02.024
7. Quijano L, Rodrigues R, Fischer D, Tovar-Castro JD, Payne A, et al. Bacterial cellulose cookbook: A systematic review on sustainable and cost-effective substrates. Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024;9(4):379–409. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2024.05.003
8. Пулатов Д. И. Роль пищевых волокон в профилактике и лечении хронического запора. Проблемы гастроэнтерологии. 2022. № 1. С. 43–50.
9. Prabsangob N. Plant-based cellulose nanomaterials for food products with lowered energy uptake and improved nutritional value-a review. NFS Journal. 2023; 31:39–49. https://doi.org/10.1016/j.nfs.2023.03.002
10. He L, Guan Q-Q, Peng L-C, Chen K-L, Chai X-S. Improvement of alkali efficiency for purification of dissolving pulp by a modified cold caustic extraction process. Carbohydrate Polymers. 2017;178:412–417. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.09.085
11. Царева М. А. О строении гемицеллюлозной составляющей клеточных стенок плодоовощного сырья. Химия растительного сырья. № 1. С. 35–52. https://doi.org/10.14258/jcprm.2022019366
12. Ottah VE, Ezugwu AL, Ezike TC, Chilaka FC. Comparative analysis of alkaline-extracted hemicelluloses from Beech, African rose and Agba woods using FTIR and HPLC. Heliyon. 2022;8(6):e09714. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09714
13. Najjoum N, Grimi N, Benali M, Chadni M, Castignolles P. Extraction and chemical features of wood hemicelluloses: A review. International Journal of Biological Macromolecules. 2025;311(4):143681. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143681
14. Kvikant M, Dax D, Toivakka M, Filonenko S, Xu C. Amphiphilic hemicellulose derivatives as stabilizers in oil-in-water emulsions. International Journal of Biological Macromolecules. 2025;309(4):143094. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143094
15. Li S, Duan Y, Fang J, Chen S, Wang J, Jiang H, et. al. Soybean hull hemicellulose–soybean protein isolate composite aerogel: Adsorption material for remediation of heavy metal-polluted water. International Journal of Biological Macromolecules. 2025;310(2):143298. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143298
16. Иванов Ю. С., Никандров А. Б., Кузнецов А. Г. Производство сульфатной целлюлозы. Часть 1. Спб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. 77 с.
17. Aldosari OF, Jabli M, Morad MH. Chemical extraction of cellulose from Ligno-cellulosic Astragalus armatus pods: Characterization, and application to the biosorption of methylene blue. Arabian Journal of Chemistry. 2023;16(6):105019. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2023.105019
18. Wardhono E, Kustiningsih I, Yustanti E, Kurniawan B, Sukamto D, et al. Enhanced cellulose extraction from delignified oil palm empty fruit bunches using sequential ultrasound-microwave processing. South African Journal of Chemical Engineering. 2025;54:179–190. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2025.07.015
19. Khan MN, Ahmad A, Rehman N, Kelestemur S, Tariq M, et al. Extraction and characterization of cellulose and cellulose nanocrystals from the stalks of Marrubium vulgare plant. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2025;11:100947. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2025.100947
20. Raza M, Abu-Jdayil B. Extraction of cellulose nanocrystals from date seeds using transition metal complex-assisted hydrochloric acid hydrolysis. International Journal of Biological Macromolecules. 2025;294:139477. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.139477
21. Judith R-BD, Pámanes-Carrasco GA, Delgado E, Rodríguez-Rosales MDJ, Medrano-Roldán H, et al. Extraction optimization and molecular dynamic simulation of cellulose nanocrystals obtained from bean forage. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2022;43:102443. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2022.102443
22. Macarez A-C, Maalej H, Drobek M, Pochat-Bohatier C, Maalej A, et al. From olive stones waste to valuable resource: Exploring various techniques for cellulose extraction. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025;13(5):118204. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.118204
23. Woldie WA, Shibeshi NT, Kuffi KD. Optimization of cellulose nanocrystals extraction from teff straw using acid hydrolysis followed by ultrasound sonication. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2025;9:100707. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2025.100707
24. Wulan PPDK, Ismojo, Khumaeroh, Syabila AN, Handayani AS, et al. Sustainable extraction of cellulose nanocrystals from empty palm oil bunches via low-acid hydrolysis. Results in Engineering. 2024;24:103012. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103012
25. Bragagnolo FS, Santos PH, Funari CS, Rostagno MA, Exploring the potential of soy by-products: extraction strategies and bioactivity enhancement. Current Opinion in Food Science. 2025;64:101319. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2025.101319.
26. Hutterer C, Schild G, Potthast A. A precise study on effects that trigger alkaline hemicellulose extraction efficiency. Bioresource Technology. 2016;214:460–467. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.04.114
27. Rodríguez-Sanz A, Fuciños C, Míguez M, Rúa ML, Torrado AM. Direct enzymatic hydrolysis of solid wheat straw with endo-xylanases: Effect of the temperature on the hemicellulose release and the product profile modulation. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;270(2):132211. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132211
28. Djalal M, Nafissa M, Mansour R, Jawaid M, Hocine M, Lamia B. Effect of alkali treatment on new lignocellulosic fibres from the stem of the Aster squamatus plant. Journal of Materials Research and Technology. 2024;32:2882–2890. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.08.104
29. Zhang J, Wang Y-H, Qu Y-S, Wei Q-Y, Li H-Q. Effect of the organizational difference of corn stalk on hemicellulose extraction and enzymatic hydrolysis. Industrial Crops and Products. 2018;112:698–704. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.01.007
30. Wang X, Liu Y, Luo S, Liu B, Yao S, et al. Structural characteristics of hemicelluloses and lignin-carbohydrate complexes in alkaline-extracted bamboo green, core, and yellow. Journal of Bioresources and Bioproducts. 2025;10(3):386–396. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2025.01.004
31. Li H-Y, Sun S-N, Zhou X, Peng F, Sun R-C. Structural characterization of hemicelluloses and topochemical changes in Eucalyptus cell wall during alkali ethanol treatment. Carbohydrate Polymers. 2015;123:17–26. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.12.066.
32. Sun S-L, Wen J-L, Ma M-G, Sun R-C. Successive alkali extraction and structural characterization of hemicelluloses from sweet sorghum stem. Carbohydrate Polymers. 2013;92(2):2224–2231. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.11.098
33. Грибкова И. Н., Харламова Л. Н., Севостианова Е. М., Лазарева И. В., Захаров М. А. и др. Извлечение органических соединений из отработанного пивного зерна различными методами. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 469–489. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2383
34. Sun S-C, Sun D, Cao X-F. Effect of integrated treatment on enhancing the enzymatic hydrolysis of cocksfoot grass and the structural characteristics of co‑produced hemicelluloses. Biotechnology for Biofuels. 2021;14(88). https://doi.org/10.1186/s13068-021-01944-8
35. Sabatini F, Maresca E, Aulitto M, Termopoli V, De Risi A, et al. Exploiting agri-food residues for kombucha tea and bacterial cellulose production. International Journal of Biological Macromolecules. 2025;302:140293. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.140293
36. Донченко Л. В. Cвекловичный жом – стабильный промышленный источник пектина в России. Сахар. 2018. №7. С. 46–49. https://www.elibrary.ru/XWFGPB
37. Донченко Л. В., Ластков Д. О. Об актуальности глубокой переработки свекловичного жома в современных условиях. Сахар. 2023. №2. С. 40–45. https://doi.org/10.24412/2413-5518-2023-2-40-45
38. Abou-Elseoud WS, Hassan EA, Hassan ML. Extraction of pectin from sugar beet pulp by enzymatic and ultrasound-assisted treatments. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2021;2:100042. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100042
39. Abou-Elseoud WS, Abdel-karim AM, Hassan EA, Hassan ML. Enzyme- and acid-extracted sugar beet pectin as green corrosion inhibitors for mild steel in hydrochloric acid solution. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2021;2:100072. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100072
40. Ермаков А. И. Методы биохимического исследования растений. Ленинград: Агропромиздат, 1987. 429 с.
