CC BY
157
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 547.97
Г. А. Иванова, М. А. Сысоева, К. Е. Серова
ЭКСТРАКЦИЯ ВЕЩЕСТВ ПОЛИФЕНОЛЬНОЙ ПРИРОДЫ ИЗ ШРОТА ЧЕРНОПЛОДНОЙ РЯБИНЫ
Ключевые слова: черноплодная рябина, полифенольные вещества, антоцианы.
В работе исследован шрот черноплодной рябины (Aronia melanocarpa), остающийся после отжима сока из ягод и высушенный конвективной сушкой при температуре 70 °С. Разработаны способы экстракции полифе-нольных веществ из шрота.
Key words: chokeberry, extraction, polyphenols substances, anthocyanins.
Meal of chokeberry (Aronia melanocarpa) was investigated. The meal was obtained after the extraction of juice from the berries, dried by convective drying at a temperature of 70 ° C. The methods of polyphenolic substances extraction from the meal were developed.
Введение
Растительное сырье представляет собой ценный ресурс различных биологически активных соединений, которые используются для создания лекарственных препаратов и биологически активных добавок (БАД). Актуальным направлением является исследование и дальнейшая переработка отходов растительного сырья, таких как жом, шрот и др.
Атпга те1апосагра является ценной плодовой культурой. В плодах рябины черноплодной обнаружены до 8 % сахаров (глюкозы, сахарозы, фруктозы), до 1,3 % органических кислот (больше всего яблочной), до 0,75 % пектинов и до 0,6 % дубильных веществ. Плоды Аронии бедны аскорбиновой кислотой (около 15 мг%), но зато содержат другие витамины: В2 (0,13 мг%), РР (0,5 мг%), Е (1,5 мг%), фолиевую кислоту (0,1 мг%), филлохинон (0,8 мг%). Суммарное содержание антоциановых пигментов в зрелых плодах доходит до 6,4 % [1].
Природные фенольные соединения вообще и антоцианы в частности представляют высокий интерес для исследований. Во-первых, они обладают хорошо выраженными антиоксидантными, антибактериальными и антиканцерогенными свойствами. Они относятся к природным веществам, которые эффективно применяют в медицине для лечения и предупреждения ряда заболеваний. Во-вторых, антоцианы используют и в пищевой промышленности в качестве красителей [2].
Рябина черноплодная является ценным источником сырья для промышленной переработки плодов. Богатый химический состав предполагает не только традиционную переработку с получением соков, пюре, варенья и сиропов, но и экстрактов, применяющихся в фармацевтической промышленности [3]. Рост объемов заготовок и мощности перерабатывающих заводов приводит к увеличению количества шрота - отходов ягодной переработки. После удаления соковой составляющей ягод в шроте остаются клетчатка, гемицеллюлоза, лигнин, белок, содержание суммы которых достигает 70 % в пересчете на абсолютно сухое сырье. Более ценной частью
шрота являются низкомолекулярные соединения: сахара, органические кислоты, состав и соотношение которых определяет вкусовые свойства плодов и ягод. В меньшей концентрации (до 10 %) содержатся полифенольные соединения, дубильные вещества, пектиновые вещества, витамины, макро- и микроэлементы [4]. В состав полифенольных соединений рябины черноплодной, остающихся в шроте, входят антоциановые пигменты.
Отходы промышленной переработки рябины черноплодной редко подвергаются вторичному использованию. В связи с этим расширение способов переработки шрота плодов рябины черноплодной является актуальным.
Цель данной работы - подбор оптимальных условий экстрагирования веществ полифенольной природы из шрота рябины черноплодной.
Экспериментальная часть
Сырьем в данной работе являлся шрот черноплодной рябины, остающийся после отжима сока из ягод черноплодной рябины, который высушен конвективной сушкой при температуре 70 °С.
Водный экстракт получали кипячением в течение 2 часов согласно методике [5].
Спиртовые экстракты получали путем кипячения шрота черноплодной рябины с водно-спиртовыми растворами различной концентрации (40 %, 50 %, 70%, 80 %) в течение 2 ч. Шрот, остающийся после получения водно-спиртовых экстрактов использовали для получения щелочных экстрактов.
Щелочные экстракты также получали путем кипячения высушенного шрота черноплодной рябины в 0,1 н растворе гидроксида натрия в течение 2 ч. Щелочной экстракт А получен из шрота после отжима сока, щелочной экстракт Б получен из шрота после его экстракции водой, щелочной экстракт В -из шрота после его экстракции 40 % раствором спирта, щелочной экстракт Г - из шрота после его экстракции 50 % раствором спирта, щелочной экстракт Д - из шрота после его экстракции 70 % рас-
твором спирта, щелочной экстракт Е - из шрота после его экстракции 80 % раствором спирта. При подкислении щелочных экстрактов 25 % раствором соляной кислоты до рН=2 выпадал осадок. Проведены качественные реакции на полифенолы полученных образцов осадков по методике [6].
Влагосодержание шрота определяли согласно методике [5]; содержание экстрактивных веществ в пересчете на абсолютно сухое сырье и зольность шрота по методике [5]; сумму антоцианов, экстрагируемых водой, в пересчете на цианидин-3,5-дигликозид, по методике [5]. Проведена тонкослойная хроматография водного экстракта шрота черноплодной рябины (система н-бутанол - уксусная кислота - вода 4:1:5).
Результаты и их обсуждение
Известно, что шрот плодово-ягодного сырья после отжима сока содержит в себе определенное количество различных веществ. При этом в зависимости от вида сырья, технологии получения соков, количество остающихся веществ варьируется в широких пределах. В данной работе для определения выхода экстрактивных веществ из высушенного шрота черноплодной рябины применены различные экстрагенты. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры экстрактов шрота черноплодной рябины
Экст-рагент Сухой остаток, % Зольность, % Сумма анто-цианов в пересчете на цинанидин-3,5- дигликозид, %
на 1 г абсолютно сухого сырья
Вода 4,8 ±1,5 1,46 ±0,3 0,51 ±0,03
Спирт 40 % 5,1 ±3,2 0,2 ±0,4 0,75 ±0,75
Спирт 50 % 4,5 ±2,6 0,5 ±1,4 0,82 ±0,31
Спирт 70 % 6,9 ±2,9 1,75 ±0,5 1,7 ±0,52
Спирт 80 % 5,4 ±2,9 0,75 ±0,2 0,46 ±0,47
Так, экстракция водой в течение 2 ч при Т 100 °С позволяет извлечь до 4,8 % экстрактивных веществ в пересчете на абсолютно сухое сырье. Известно, что одними из основных биологически ценных веществ черноплодной рябины являются антоцианы. Как правило, для экстракции антоцианов применяют водную и водно-спиртовую экстракцию. Нами применены водно-спиртовые растворы для экстракции шрота черноплодной рябины. В целом, водно-спиртовая экстракция позволяет увеличить выход экстрактивных веществ. Максимальный выход при
этом наблюдается при использовании 70 % раствора этилового спирта, экстрактивных веществ извлекается на 43, 8 % больше, чем при экстракции водой. Определение суммы антоцианов в полученных экстрактах показало, что антоцианы лучше экстрагируются из шрота черноплодной рябины водно-спиртовыми растворами. Применение в качестве экстрагента 70 % раствора этилового спирта позволяет повысить выход антоцианов более чем в три раза по сравнению с водной экстракцией.
По данным тонкослойной хроматографии водно-спиртовых экстрактов, а также основываясь на литературных данных, предположено, что в шроте содержатся кверцетин, мальвидин-3-О-глюкозид и цианидин-3-глюкозид [7,8].
Плоды черноплодной рябины содержат и другие полифенольные вещества. Помимо антоцианов, в них содержатся флавоноидные соединения различных классов, дубильные вещества. Известно, что полифенолы обладают повышенной растворимостью в щелочной среде, поэтому в работе в качестве экстрагента применен 0,1 н раствор гидроокиси натрия. При этом проведена экстракция как высушенного шрота, оставшегося после отжима сока, так и высушенный шрот после его предварительной экстракции водой и/или водно-спиртовыми растворами. При подкислении щелочных экстрактов 25 % раствором соляной кислоты до рН = 2 выпадал осадок. Полученный осадок высушивали при Т 25 °С и атмосферном давлении, затем промывали водой, растворяли в 0,1 н растворе гидроокиси натрия и проводили качественные реакции на полифенолы (с 10% раствором перекиси водорода, с 1 % раствором перманганата калия, с 1 % раствором хлорида железа (III)). Значения массы осадков и результаты проведения качественных реакций указаны в таблице 2.
Максимальное количество осадка получено в количестве 2,94 % от массы сырья при экстракции шрота после водно-спиртовой экстракции с содержанием этанола 70 % (экстракт Д). Это на 47 % больше, чем при экстракции шрота, высушенного после отжима сока. Осадки, полученные из всех щелочных экстрактов, дали положительные результаты на качественные реакции, что свидетельствует о полифенольной природе данных образцов.
Таблица 2 - Качественные реакции осадков щелочных экстрактов
Экстракты для получения осадка Масса осадка, % на 1 г сырья Качественные реакции на полифенолы
Экстракт А 2,00 +
Экстракт Б 2,29 +
Экстракт В 1,55 +
Экстракт Г 1,50 +
Экстракт Д 2,94 +
Экстракт Е 1,00 +
«+» - положительный результат качественных реакций на полифенолы.
Выводы
Установлено, что экстракция шрота черноплодной рябины позволяет дополнительно извлечь до 2 % антоцианов в пересчете на цианидин-3,5-дигликозид и до 3 % полифенольных веществ, которые можно использовать для создания БАД.
Для переработки вторичных растительных ресурсов, можно предложить дополнительную экстракцию шрота черноплодной рябины водно-спиртовой смесью с содержанием этанола 70 %. Полученный экстракт можно рекомендовать для применения в пищевой промышленности в качестве красителя либо для создания на его основе биологически активных добавок.
Литература
1. Блинникова О. М. Витаминная ценность плодов аронии черноплодной/ О. М. Блинникова // Вестник Мич-ГАУ. - 2013. - № 2. - С. 56-59.
2. Cody V. Flavonoides in biology and medicine / V. Cody, E. Middleton // ed. Aban R. Liss. - 1998. - Pp. 87-103.
3. Мария Тихменева Черноплодная рябина. Как справиться с урожаем осенних ягод 22/09/2014 АиФ.
4. Будаева В. В. Экологически безопасный способ получения, состав и свойства биологически активных экстрактов из отходов плодово-ягодной переработки //Дисс. к. х. н., Барнаул. - 2005.
5. Государственная фармакопея РФ. XIII издание. Том 2. - М.: Медицина, 2015. - 1294 с.
6. Носов А. И. Состав и физико-химические свойства экстрактов трутовых грибов. - Дис. на соиск. научн. степ. канд. хим. наук: 14.04.02 - защищена 13.12.2013. -Казань, 2013. - 174 с.
7. Рязанова Т.К. /Фармакогностическое исследование плодов и побегов черники обыкновенной - ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России
8. Л.М. Федосеева, Л.Е. Кудрикова, А.А. Турчанинов, Ю.С. Сивова / Изучение флавоноидов сборов на основе листьев бадана толстолистного // Химия растительного сырья. - 2006. №4. С. 49-54.
© Г. А. Иванова - канд. хим. наук, доц. каф. пищевой биотехнологии КНИТУ, guzeladgamovna@gmail.com; М. А. Сысоева -д-р хим.наук, проф., зав. каф. пищевой биотехнологии КНИТУ, Maska_M@kstu.ru, К. Е. Серова - студент каф. пищевой биотехнологии КНИТУ.
© G. A. Ivanova - Ph.D, associate professor of Food Biotechnology Department, guzeladgamovna@gmail.com; M. A. Sysoeva -Doctor of Chemistry, Professor, Head of Food Biotechnology Department Maska_M@kstu.ru, K E. Serova - student of Food Biotechnology Department.
