Enrichment of wheat grain with non-heme iron by ultrasonic cavitation | Обогащение зерна пшеницы негемовым железом посредством ультразвуковой кавитации

English. Wheats are a valuable and most consumed food, therefore, their enrichment in iron ions will make good the deficit of this trace element in the human body. In order to enrich wheat grains in non-heme iron (Fe3+), they were ultrasonically treated in an iron sulfate solution. Grain was saturated with iron on a Vilitek VBS-6D ultrasonic unit at a frequency of 40 kHz. Wheat kernels were immersed in a bath with an iron sulfate solution in a ratio of 1 to 3. The treatment duration varied from 10 to 30 min in 5-minute increments. Thus, 5 samples were obtained. The sample with the shortest ultrasonic treatment time was selected as a control. Qualitative and quantitative evaluation of the grain after its cavitation treatment involved physical analysis methods, namely electron paramagnetic resonance (EPR) and electrical impedance. The spectra were obtained on a Bruker Elexsys E580 spectrometer in the X-band. From the analysis of the EPR spectra, it is concluded that with increasing ultrasound treatment time of the studied samples, an increase in signals from clusters formed by trivalent iron ions is observed. The Fe2+ ions formed as a result of dissociation of the salt solution are oxidized to the Fe3+ state. To make further analysis of the dissolution of iron ions in grain, the method of impedance spectroscopy in the frequency range between 1 Hz and 100 MHz. Based on the data obtained, it has been found that the introduction of iron ions leads to the greatest change in the real and imaginary components of the electrical impedance in the frequency range of above 1000 Hz or in the β-dispersion range thereby indicating good permeability of iron ions into the cell from the intercellular region through their insulating membrane. Further research will make it possible to develop an express method for determining the presence of iron ions in cereals.

Russian. 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 – 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.