Обработка шелухи какао-бобов щелочным пероксидом водорода: оптимизация функциональных свойств пищевых волокон для применения в пищевой промышленности
Alkaline hydrogen peroxide treatment of cocoa bean shells: Tailoring dietary fiber functionality for food applications
Murad Bal, Barış Özel, Ozan Tas, Mecit Halil Öztop
Аннотация (перевод)
Целлюлоза является основным структурным полисахаридом шелухи какао-бобов (CBS), главного побочного продукта шоколадной промышленности; однако ее функциональность ограничена связью с лигнином. В данном исследовании изучалось, как обработка щелочным пероксидом водорода (AHP) модифицирует молекулярную структуру, кристалличность и технологически-функциональные свойства целлюлозы CBS. Был применен полный факторный эксперимент, включающий три температуры экстракции (20, 40 и 60 °C) и три концентрации пероксида водорода (0, 10 и 100 g/L). Структурные изменения характеризовали с помощью FTIR, рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии (SEM), а также оценивали влагоудерживающую способность (WHC), жироудерживающую способность (OHC), способность к набуханию в воде (WSC), эмульгирующую активность (EA), реологические свойства и индекс белизны (WI). Повышение температуры и концентрации H 2 O 2 прогрессивно усиливало делигнификацию и обогащение целлюлозой, что приводило к улучшению функциональных характеристик. Наибольшие значения WHC (12.6 g/g), OHC (7.1 g/g), WSC (17 mL/g) и EA (20.4%) были получены при условии T60H10. FTIR подтвердила удаление лигнина, тогда как рентгеновская дифракция указала на сохранение кристаллического ядра целлюлозы, несмотря на структурную реорганизацию. Хотя обработка T60H10 привела к наибольшим функциональным улучшениям, выход целлюлозы снизился до 86.1%, что подчеркивает компромисс между сохранением целлюлозы и улучшением функциональных свойств. Реологический анализ дополнительно выявил переход от ньютоновского поведения к сдвиговому разжижению после обработки AHP. Полученные результаты показывают, что контролируемая обработка AHP эффективно оптимизирует соотношение «структура — функция» целлюлозы CBS, способствуя ее использованию в качестве ценного функционального пищевого ингредиента.
Оригинальная аннотация
Cellulose is the principal structural polysaccharide of cocoa bean shell (CBS), the major by-product of the chocolate industry; however, its functionality is restricted by its association with lignin. This study investigated how alkaline hydrogen peroxide (AHP) treatment modifies the molecular structure, crystallinity, and techno-functional properties of CBS cellulose. A full factorial design comprising three extraction temperatures (20, 40, and 60 °C) and three hydrogen peroxide concentrations (0, 10, and 100 g/L) was applied. Structural changes were characterized using FTIR, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy (SEM), while water holding capacity (WHC), oil holding capacity (OHC), water swelling capacity (WSC), emulsifying activity (EA), rheological properties, and whiteness index (WI) were evaluated. Increasing temperature and H 2 O 2 concentration progressively enhanced delignification and cellulose enrichment, resulting in improved functional performance. The highest WHC (12.6 g/g), OHC (7.1 g/g), WSC (17 mL/g), and EA (20.4%) were obtained under the T60H10 condition. FTIR confirmed lignin removal, whereas X-ray diffraction indicated preservation of the crystalline cellulose core despite structural reorganization. Although T60H10 produced the greatest functional improvements, cellulose recovery decreased to 86.1%, highlighting a trade-off between cellulose preservation and functional enhancement. Rheological analysis further revealed a transition from Newtonian to shear-thinning behavior following AHP treatment. These findings demonstrate that controlled AHP treatment effectively tailors the structure–function relationship of CBS cellulose, supporting its utilization as a value-added functional food ingredient.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/76c4f84f-9ca8-42dd-b543-d8e226d3f9c2
DOI: 10.1016/j.lwt.2026.119903
OpenAlex: W7204659355