Оценка антиоксидантной активности пищевых продуктов с использованием индикаторной системы на основе фенантролинатных комплексов железа Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ANALYSIS OF SENSITIVITY OF OPTIMUM SCHEDULE MULTIPRODUCT MANUFACTURE OF BAKER’S PRODUCTS

V.S. KOSACHEV, E.P. KOSHEVOY, A.A. SERGEEV

Kuban State Technological University,

2, Moscovskaya st., Krasnodar, 350072; ph./fax: (861) 275-22-79, e-mail: koshevoi@kubstu.ru

The analysis of sensitivity of the optimum schedule multiproduct manufactures of baker’s products has allowed to define major factors of a technological stream.

Key words: optimum schedule, factors of technological stream, manufactures of baker’s multiproduct.

543.42

ОЦЕНКА АНТИОКСИДАНТНОИ АКТИВНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДИКАТОРНОЙ системы НА ОСНОВЕ ФЕНАНТРОЛИНАТНЫХКОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА

Т.Г. ЦЮПКО, Д.А. ЧУПРЫНИНА, Н.А. НИКОЛАЕВА, О.Б. ВОРОНОВА, З.А. ТЕМЕРДАШЕВ

Кубанский государственный университет,

350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149; факс: (861) 219-95-71, электронная почта: tsypko@kubsu.ru

Изучено влияние индивидуальных антиоксидантов на индикаторную систему Ре(Ш)-о-фенантролин. Обоснован выбор аскорбиновой кислоты в качестве вещества-стандарта при определении антиоксидантной активности (АОА) пищевых продуктов. Проведена группировка пищевых продуктов в соответствии с содержанием в них восстановителей органической природы и оценена АОА образцов пищевых продуктов, отнесенных к разным группам.

Ключевые слова: спектрофотометрический анализ, антиоксидантная активность, интегральные показатели, пищевые продукты.

При оценке антиоксидантной активности (АОА) продуктов следует принимать во внимание возможность взаимного влияния антиоксидантов при протекании окислительно-восстановительных или свободнорадикальных процессов. Из-за этого величина АОА пищевого продукта не всегда пропорциональна суммарному содержанию в нем антиоксидантов [1]. С практической точки зрения АОА более важный и информативный показатель, чем суммарное содержание антиоксидантов. Однако теоретически прогнозировать эту величину крайне трудно, даже при известных содержаниях всех антиоксидантов в пробе.

Традиционные подходы к оценке АОА пищевых продуктов можно разделить на прямые и косвенные методы. При прямых определениях создаются условия для генерирования свободных радикалов с постоянной скоростью либо генерация радикалов происходит в результате протекания контролируемого химического процесса, АОА определяют по замедлению свободнорадикальных реакций или уменьшению количества свободных радикалов. Эти методы дают достоверные результаты, поскольку характеризуют способность исследуемого объекта подавлять свободнорадикальные окислительные процессы в организме. Однако они являются длительными и трудоемкими, а полученные результаты плохо воспроизводимы и зависят от многих параметров: природы окисляемого субстрата, концентрации инициатора, начальной скорости окисления [2].

С другой стороны, антиоксидантное действие большинства биологически активных соединений связано с их способностью легко окисляться, отдавая электрон

или атом водорода, поэтому в основу ряда косвенных методов определения восстановителей органической природы положена оценка их воздействия на окислительно-восстановительную систему, содержащую комплексные соединения ионов переходных металлов в окисленной форме. Примером могут служить системы Си(11)/Си(1)-неокупроин, Ки(Ш)/Ки(П)-дипиридил,

К3[Ре(СК)6]/К4[Ре(СК)6], используемые для оценки содержания индивидуальных восстановителей или их суммарного количества. Окислительно-восстановительный потенциал этих систем незначительно превосходит потенциал окисления антиоксидантов, т. е. процесс окисления проходит в «мягких» условиях [1, 3]. При определении АОА пищевых продуктов индикаторная система на основе фенантролинатов железа имеет ряд преимуществ, которые связаны с ее обратимостью и высоким редокс-потенциалом (Е° = 1,1 В) [4].

Цель данной работы - оценка АОА пищевых продуктов с использованием индикаторной системы на основе фенантролинатных комплексов железа, характеризующейся значительным окислительно-восстановительным потенциалом.

Методика определения АОА пищевых продуктов основана на взаимодействии антиоксидантов, содержащихся в пробе с индикаторной системой Ре(Ш)/Ре(П)-о-фенантролин. Пробу или раствор вещества-стандарта вводили в реакцию с системой, содержащей 0,12 ммоль/дм3 Ре(Ш) + 0,20 ммоль/дм3 о-фе-нантролина. Реакционную смесь выдерживали в течение 60 мин, а затем измеряли оптическую плотность полученного окрашенного раствора при длине волны

490 нм. Антиоксидантную активность пищевых продуктов определяли по градуировочному графику, построенному относительно вещества-стандарта - аскорбиновой кислоты в диапазоне от 0,5 до 10 мкмоль/л.

Использование индикаторной системы на основе фенантролинатных комплексов железа расширяет круг определяемых веществ, так как из суммы антиоксидантов, присутствующих в пробе, не исключаются слабые восстановители. Важно, что о-фенантролин образует с восстановленной формой железа устойчивый в широком диапазоне рН (от 2 до 9) интенсивно окрашенный хелат со значительным молярным коэффициентом поглощения (е = 11100) [5]. Это создает условия для высокочувствительного измерения интегрального показателя активности. Однако для правильной оценки АОА, как и при использовании других интегральных показателей состава, необходимо правильно выбрать стандартное вещество, относительно которого будет строиться градуировочный график. В данном случае надо выбрать «типичный» антиоксидант.

Антиоксидантные свойства пищевых продуктов реализуются за счет суммарного действия восстановителей различной природы: поли- и монофенольных соединений, лигнина, витаминов, полисахаридов, органических и аминокислот. Обычно величину АОА выражают относительно кверцетина, рутина, галловой кислоты, которые содержатся в исследуемых объектах в относительно больших количествах [6-8].

Нами изучено влияние ряда индивидуальных восстановителей на индикаторную систему 0,12 ммоль/л Ре(111)-0,20 ммоль/л о-фенантролин. Для исследования выбраны широко распространенные в растительном сырье, пищевых продуктах, а также используемые в пищевой промышленности антиоксиданты фенольной (галловая, феруловая, протокатеховая кислоты, кверцетин, рутин, эпикатехин, катехол) и нефенольной (аскорбиновая кислота) природы.

Полученные результаты показывают, что аналитический сигнал для перечисленных органических соединений линейно зависит от концентрации вещества в широком диапазоне (табл. 1).

Таблица 1

Восстановитель Диапазон линейности, мкмоль/л Уравнение регрессии

Кверцетин 0,15-3,6 у = (0,162 ± 0,012)х

Галловая кислота 0,60-12,0 у = (0,0754 ± 0,0048)х

Рутин 0,20-4,0 у = (0,0584 ± 0,0027)х

Протокатеховая кислота 0,65-9,0 у = (0,0584 ± 0,0034)х

Эпикатехин 0,35-7,0 у = (0,0552 ± 0,0034)х

Катехол 4,50-9,0 у = (0,0542 ± 0,0076)х

Аскорбиновая кислота 0,50-10,0 у = (0,0528 ± 0,0028)х

Феруловая кислота 0,50-7,2 у = (0,0389 ± 0,0021)х

Учитывая коэффициенты чувствительности определения, т. е. тангенс угла наклона полученных зависимостей, индивидуальные восстановители можно расположить в ряд по убыванию АОА: кверцетин > галловая кислота > рутин « протокатеховая кислота « эпикатехин « катехол « аскорбиновая кислота > феруловая кислота. Такой порядок расположения антиоксидантов связан с наличием в их молекуле определенного количества гидроксильных групп, способных легко отдавать атом водорода, что обусловливает различие в восстановительной способности этих веществ.

Содержание аскорбиновой кислоты во многих продуктах невелико, но по своей активности она занимает промежуточное положение среди других восстановителей органической природы (табл. 1), поэтому ее использование в качестве вещества-стандарта представляется целесообразным. В этом случае АОА пищевых продуктов или растительного сырья выражают количеством микромолей вещества-стандарта, которое дает такой же аналитический сигнал, что 1 г или 1 мл исследуемого продукта.

При оценке АОА необходимо учитывать возможность влияния матрицы продукта. На рис. 1 представлена верификация градуировочного графика для вещества-стандарта - аскорбиновой кислоты. Как видно, введение верификационных компонентов - добавки красного (1) и белого (2) сухого вина, коньяка (3) - не изменяет тангенса угла наклона градуировочного гра-

Таблица 2

Пищевые продукты

Группа

Подгруппа

Восстановители органической природы

Вино

Коньяк

Соки

Пиво

Чай

Кофе

Мед

Фрукты, овощи

Белое

Красное

Выдержка 3-5 лет

Выдержка более 5 лет

Настойки на основе

коньяка(спирта)

Восстановленные

Свежеотжатые

Светлое

Темное

Черный

Зеленый

Катехин, эпикатехин, галловая кислота, цианидин, малвидин 3-глюкозид, рутин, кверцетин, мирицетин, кофейная кислота

Полифенолы, танины, катехины, флавоноиды, антоциановые пигменты, витамины

Органические кислоты, ферменты, витамины, ароматические вещества (смесь альдегидов, кетонов, спиртов и сложных эфиров), сахара Дубильные вещества, антоцианогены, флавоноиды (кверцетин, катехины), кислоты дубильных веществ, органические кислоты, витамины Катехины, флавонолы, антоцианы, лейкоантоцианы, фенолкарбоновые кислоты, кофеин, теобромин, танин, катехин, эфирные масла, витамины Кофеин, тригонеллин, более 30 органических кислот (до 8% хлорогеновой), танины Органические кислоты, ароматические вещества, фитонциды, витамины Органические кислоты, ферменты, витамины, ароматические вещества (смесь альдегидов, кетонов, спиртов и сложных эфиров)

0,50

0 1 2 3 4 5 6

С, мкМ

Рис. 1

фика для аскорбиновой кислоты (4), т. е. матрица продукта не влияет на величину АОА. Однако большое содержание антиоксидантов в пищевых продуктах может влиять на правильность определения. Учитывая различный химический состав пищевых продуктов и широкий диапазон содержания в них восстановителей органической природы (табл. 2), необходимо оптимизировать объем пробы, вводимой в реакцию с индикаторной системой.

Для всех групп продуктов были выбраны типичные образцы, которые использовали при изучении влияния степени разбавления образца на величину АОА. Например, на рис. 2 представлена зависимость величины АОА образца красного сухого вина от степени его разбавления. График показывает, что эффективная величина АОА наблюдается при разбавлении образца в 200-500 раз: при введении 1 мл разбавленного образца на 100 мл реакционной смеси.

С учетом оптимального разбавления была определена АОА образцов разных групп пищевых продуктов (табл. 3). Для продуктов, не смешивающихся с водой, например растительных масел, анализ проводили в среде хлороформа, а в качестве вещества-стандарта использовали аскорбил пальмитат (жирорастворимая форма витамина С).

Рассмотренный подход к оценке АОА пищевых продуктов был реализован в МВИ «Спектрофотометрический метод измерений антиоксидантной активности пищевых продуктов», которая прошла метрологическую аттестацию. Методика предназначена для анализа широкого круга пищевых продуктов, имеющих матрицы разного состава и разнообразный набор антиоксидантов. При планировании эксперимента по метрологической аттестации методики учитывали проведенное ранее деление пищевых продуктов на группы и подгруппы с учетом их состава (табл. 2) и принимали во внимание, что АОА внутри группы может изменяться в широких пределах, а для разных групп может наблюдаться перекрывание областей величин АОА. Оценку прецизионности (повторяемости и воспроизводимости), правильности и точности методики определения АОА пищевых продуктов проводили в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725-2002 [9] и РМГ 61-2003 [10] методом разбавления анализируемой пробы, учитывали также оригинальный подход,

20

4

2

0 100 200 300 400 500

Степень разбавления, п раз

Рис. 2

предложенный в [11]. В качестве допущения принято, что образец рассматривается как проба, а аттестованной смесью является образец, разбавленный в п раз. Процедуру аттестации проводили с использованием набора образцов из 28 пищевых продуктов (вина, соки и др.). Полученные результаты позволили аттестовать соответствующую методику со следующими характеристиками: показатель повторяемости 10%, показатель воспроизводимости 14%, показатель точности 30% в диапазоне от 50 до 1000 мг/дм3 (по аскорбиновой кислоте).

Таким образом, оценка АОА с использованием индикаторной системы на основе фенантролинатных комплексов железа может успешно применяться для широкого круга пищевых продуктов со сложной матрицей переменного состава. Полученные метрологические характеристики подтверждают стабильность спектрофотометрических измерений АОА, полученных в условиях повторяемости и воспроизводимости.

Таблица 3

Образец продукта АОА, ммоль АК/л Sr

Вино Каберне, красное сухое 15,2 і 0,4 0,01

Вино Мерло, красное полусладкое 12,6 і 0,3 0,01

Вино Шардоне, белое сухое 10,9 і 0,9 0,04

Вино Шардоне, белое полусладкое 10,2 і 0,3 0,01

Портвейн 8,5 і 0,9 0,04

Напиток винный «Гранат на коньяке» 6,8 і 1,0 0,03

Коньяк «Новокубанский» (выдержка 4 года) 2,7 і 0,1 0,02

Коньяк «Новый Темрюк» (3 года) 1,07 і 0,07 0,04

Коньяк «Старый Кенигсберг» (4 года) 1,6 і 0,2 0,06

Коньяк «Аур де Баланешть» (5 лет) 1,7 і 0,1 0,03

Коньяк «Краснодар» КС (10 лет) 2,9 і 0,3 0,04

Сок «Туса-Джуса», яблоко, осветленный восстановленный 2,95 і 0,03 0,09

Пиво светлое 0,97 і 0,06 0,10

Пиво темное 1,12 і 0,03 0,06

Кофе Milagro Gold, растворимый сублимированный 0,85 і 0,04 0,04

Чай Dilmah, крупнолистовой черный 0,45 і 0,05 0,10

Масло подсолнечное рафинированное Олей-на* 0,13 і 0,01 0,08

Примечание: * - вещество-стандарт - аскорбил пальмитат; и = 6,

P = 0,95.

ЛИТЕРАТУРА

1. Определение суммарного содержания антиоксидантов методом FRAP / Т.Г. Цюпко, И.С. Петракова, Н.С. Бриленок и др. // Аналитика и контроль. - 2011. - 15. - № 3. - С. 1-12.

2. Хасанов B.B., Рыжова Г.Л., Маль^ва E.B. Методы исследования антиоксидантов // Химия растительн. сырья. - 2004. -№ 3. - С. 63-75.

3. Karadag A., Oscelic B., Saner S. Review of methods to determine antioxidants capacities // Food analytical methods. - 2009. -№ 2. - P. 41-60.

4. Цюпко Т.Г., Bopoнoва О.Б., Храпко H.B., Teмepда-

шєв 3.A. Антиоксидантная активность как обобщающая характеристика качества пищевых продуктов // Экологич. вестн. научных центров Черноморского экологического сотрудничества. - 2005. - № 2.

- С. 91-95.

5. Умланд Ф., Ясєн A., Твдиг Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975. - 531 с.

6. Яшин Я.И., Рьіжнєв B^., Яшин A^., Чepнoycoва

Н.И. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и их влияние на здоровье и старение человека. - М.: Транслит, 2009.

- 212 с.

7. Зиятдинова Г.К., Нпзанова А.М., Будников Г.К. Кулонометрическая оценка железовосстанавливающей способности некоторых продуктов питания // Бутлеровские сообщения. - 2011. -

4. - № 4. - С. 72-79.

8. Roginsky V., Lissi E.A. Review of methods to determine chain-breaking antioxidant activity in food // Food chemistry. - 2005. -V. 92. - № 2. - P. 235-254.

9. ГОСТ P ИСО 5725-2002. 4.1-6. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 208 с.

10. РМГ 61-2003. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Показатель точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 4 с.

11. Потенциометрический метод определения антиокси-дантной активности: оценка основных метрологических зарактери-стик / Е.Н. Шарафутдинова, О.В. Инжеватова, Н.В. Тоболкина и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - 74. -№ 6. - С. 9-14.

Поступила 11.08.11 г.

EVATUATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITY OF FOODSTUFFS USING OF INDICATOR SYSTEM BASED ON PHENANTHROLINATE COMPLEXES OF IRON

T.G. TSYUPKO, D.A. CHUPRININA, N.A. NIKOLAEVA, O.B. VORONOVA, Z.A. TEMERDASHEV

Kuban State University,

149, Stavropolskaya st., Krasnodar, 350040; fax: (861) 219-95-71, e-mail: tsypko@kubsu.ru

The effect of individual antioxidants on the indicator system Fe(III) - o-phenanthroline was studied. The choice of ascorbic acid as a substance-standard for determination antioxidant activity (AOA) of foodstuffs was proved. Grouping of foodstuffs in according to content in their reductants of organic nature was carried out and AOA of foodstuffs samples belonging to different groups was estimated.

Key words: spectrophotometric analysis, antioxidant activity, total indices, foodstuffs.

664.951.037.59

АНАЛИЗ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

В.Н. ЛЫСОВА, З.С. САЛИМОВА

Астраханский государственный технический университет,

414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16; тел.: (8512) 61-45-97, электронная почта: vnl55@yandex.ru

Рассмотрены различные математические модели расчета процесса размораживания. Определены погрешности расчетов в сравнении с экспериментальными данными. Предложена математическая модель процесса размораживания, адекватная экспериментальным данным, с погрешностью не более 10%.

Ключевые слова: размораживание, уравнение теплового баланса, тепломассообмен, моделирование процесса размораживания.

Замораживание как способ консервирования сырья животного и растительного происхождения более экономично, чем тепловая обработка и лучше сохраняет потребительские качества продукта. Значительная часть замороженной продукции в последующем подвергается процессу размораживания. В иерархии решаемых задач разработка новых конструкций и правильная эксплуатация существующих дефростеров является завершающей.

Размораживание можно осуществлять различными способами и на разном оборудовании. По способу передачи энергии продукту способы размораживания ус-

ловно можно разделить на две группы: поверхностные способы, при которых размораживание осуществляется за счет подвода теплоты от теплоносителя через поверхность тела, и объемные способы, где генерация теплоты осуществляется непосредственно в объеме тела замороженного продукта.

На наш взгляд, исходными критериями выбора способа размораживания гидробионтов, мясопродуктов и др. являются два взаимосвязанных параметра: продолжительность процесса и толщина продукта (характерный линейный объем). Толщина продукта при заданных режимах определяет скорость процесса, от кото-