CC BY
87
УДК 663.058.2
Антиоксидантная пищевая добавка
из ягодной кожуры красного винограда
B.В. Садовой, д-р техн. наук, доцент, Т.В. Щедрина, канд. техн. наук, доцент Северо-Кавказский федеральный университет, г. Пятигорск
C.Н. Шлыков, канд. техн. наук, И.А. Трубина, канд. техн. наук Ставропольский государственный агарный университет
М.А. Селимов, канд. техн. наук Минэкономразвития Ставропольского края
Основатель теории антиоксидан-тов доктор Лестер Пакер писал: «Более 70 % людей умирает преждевременно от заболеваний, связанных с недостаточной компенсацией свободных радикалов антиоксиданта-ми». В последние десятилетия ученые смогли выявить причины, факторы и механизмы множества губительных процессов, происходящих в человеческом организме. Основная причина различных заболеваний -повреждение клеток свободными радикалами. В результате происходит старение всех органов и тканей человеческого тела. Как выяснилось на основании многочисленных исследований, значительно замедлить разрушающее действие атома кислорода свободных радикалов могут антиоксиданты, содержащиеся в различных продуктах питания естественного происхождения [1, 2].
Наиболее сильными антиоксидант-ными свойствами обладают вещества, которые определяют окраску растений. Значительное количество
Таблица 1
Химический состав ягодной кожуры винограда сорта «Левокумский»* ^<0,05)
Показатель Содержание
% % на сухой остаток
Белок 5,8 12,7
Жир 4,1 9,0
Зола 4,1 29,0 9,0
Массовая доля сахарозы 9,2 20,1
Массовая концентрация титруемых кислот (в пересчете на уксусную кислоту) 0,75 1,6
Содержание флавоноидов 2,4 5,2
* Общее содержание пектиновых веществ в виноградных выжимках не определяли.
антиоксидантов содержится в овощах и фруктах красного, оранжевого, синего и черного цветов.
После переработки винограда на вино остаются выжимки, которые долгое время считались отходами. Однако они могут служить отличным источником антиоксидантов. Ягодная кожура красного винограда содержит самые мощные флавоноид-ные антиоксиданты. Флавоноиды не только сочетают антиоксидантные, бактерицидные и солнцезащитные свойства, но и обладают рядом других полезных качеств: известна высокая капилляропротекторная (Р-ви-таминная активность) флавоноидов винограда. Кроме того, в последнее
время изучают противоопухолевые, противовоспалительные и антимутагенные свойства флавоноидных по-лифенольных соединений. Известно о способности флавоноидов винограда укреплять волокна коллагена и эластина, защищать организм человека от солнечного ультрафиолета. Имеются данные и об использовании флавоноидов для лечения лучевой болезни. Данные свойства фла-воноидов красного винограда имеют большое значение для разработки технологии получения пищевой ан-тиоксидантной добавки [3].
В качестве объекта исследования выбрали выжимки из красного винограда сорта «Левокумский», выращенного в ЗАО «Заря» Ставропольского края.
Проведенные исследования химического состава (табл. 1) ягодной кожуры свидетельствовали, что кожица служит богатым источником белка (12,7), жира (9,0) и флавоноидов (5,2 % на сухой остаток). Активная кислотность (рН) виноградных выжимок составила 3,8.
С помощью приложений компьютерной химии, основанной на применении компьютерных методов и дискретной математики, были изучены молекулярные свойства следующих флавоноидов: ресвератрола, кверцетина, рутина, катехина, эпи-катехина и эпикатехина галлата.
Карта поверхности распределения плотности заряда выявила в целом гидрофобные свойства исследуе-
То1э1 с^агде хг^'у согкоч
10.035 —„I !_Р4^" п.-
Птогопая л о тост ь заря за
-0.301 я.оэг о.гоу. и-1эа -о.ок5
^+
/ ^акй 0.018 0,|
0 ЛЬ
Я -0.053 у ^^Д-гву
Гидрофильная зоил
1.ПВБ
сон-ФчЗ
0.035 \ 0.091 I /V 0.073
,0.292 0 017 I АЩлвЯ 0.194
60.035
-В.13Э -'0.979 0 126 -0.070
-0.110 0.094 X
рн щи
-0.296
Рис. 1. Поверхность распределения плотности заряда молекулы рутина
0.113 0 ОБ
-о,г91Р-13а
^186 о.гзТ"Ч |.го1 -а.зог ч-г°5
RAW MATERIALS AND ADDITIVES
мых молекул с наличием незначительных участков гидрофильных зон. На рис. 1 в качестве примера приведена поверхность плотности заряда для рутина (0,095 эВ). Аналогичные результаты (0,010-0,095 эВ) были получены при исследовании других флавоноидов: ресверат-рола, кверцетина, катехина, эпика-техина и эпикатехин галлата. Следовательно, экстракция флавоноидов полярными растворителями трудно осуществима.
Изучены молекулярные орбитали и основные квантхимические флавоноидов (табл. 2). На рис. 2 приведены результаты анализа самой верхней заселенной молекулярной орби-тали (HOMO = 0) ресвератрола.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что энергия ионизации у ресвератрола для HOMO = 0 имеет невысокое значение и равна 8,807049 эВ (рис. 2 а). Что подтверждает возможность отщепление протона (НО от атомов кислорода.
Исследование конфигурации поверхности самой верхней оккупированной орбитали (рис. 2, б) показало, что для перехода электрона на всех трех атомах кислорода (7, 8 и 17) на нижнюю незаселенную орбиталь (LUMO) требуется затратить минимальную энергию активации, т. е. HOMO = 0 связана с 7, 8 и 17 атомами. Анализ HOMO для кверцетина, рутина, катехина, эпикатехина и эпи-катехина галлата выявил антиокси-дантные свойства этих флавоноидов.
Для получения пищевой добавки, обогащенной флавоноидами, устанавливали оптимальные режимы экстракции из виноградных выжимок винных кислот и сахаров. Эксперимент проводили в лабораторном реакторе, соединенном с термостатом. Изучали следующие параметры влияющие на процесс экстракции: температуру обработки, время экстрагирования, активную кислотность (рН) и концентрацию поваренной соли (NaCl) в растворе. Поваренную соль использовали для увеличения ионной силы и скорости извлечения из раствора гидрофильных компонентов.
По результатам исследований была разработана нейросетевая модель в виде многослойного персепт-рона и на алгоритмическом языке Pascal создан массив входных переменных (t, ф, рН, CNaC|), в котором значения функциональных показателей были рассчитаны с помощью нейронной сети. По полученным
данным выявлены оптимальные режимы экстракции винных кислот и сахаров в полярных растворителях, причем степень экстракции флавоноидов при установленных параметрах обработки минимальна и составляла 0,5-2,3 % от общего их количества в исходном сырье.
По окончании экстракции виноградные выжимки извлекали из раствора, измельчали до размеров частиц не более 50 мкм и сушили при температуре 75...80 °С до содержания влаги не более 8 %. Готовый продукт представлял собой порошкообразную добавку без выраженного запаха, темно-вишневого цвета.
В высушенных и измельченных образцах изучали органолептические характеристики и химический состав. Органолептические показатели пищевой антиоксидантной добавки: цвет - темно-вишневый с фиолетовым оттенком; вкус - нейтральный, запах - слабый запах винограда, без
Таблица 2
Основные квантхимические характеристики молекул флавоноидов ягодной кожуры винограда
Характеристика Флавоноид
ресве-ратрол рутин катехин квер-цетин эпикатехин галлат эпикатехин
Потенциальная энергия, ккал/моль 12,908 43,610 2,014 20,370 5,521 2,135
Дипольный момент, Дебай 1,565 2,526 1,495 4,321 3,997 2,018
Среднеквадратичный градиент, ккал/(А х моль) 0,042 0,093 0,078 0,095 0,098 0,094
Итоговая плотность заряда, эВ 0,050 0,095 0,010 0,010 0,010 0,010
Энергия ионизации, эВ 8,807 9,181 8,856 8,906 8,879 9,040
Рис. 2. Исследование молекулярных орбиталей ресвератрола: а - анализ энергетических характеристик (Energy); б - конфигурация самой верхней заселенной молекулярной орбитали
б
а
посторонних привкусов и запахов; внешний вид - сухой мелко распыленный порошок, допускается незначительное количество плотных комочков, легко рассыпающихся при механическом воздействии; структура - рассыпчатая. Предложенные технологические параметры позволяют извлечь 74,1 % сахаров, 80,0 % липидов и 3,3 % минеральных веществ от общего количества в исходном сырье. Титруемые кислоты в пищевой добавке не обнаружены, очевидно это обусловлено использованием экстрагента с высокой активной кислотностью (рН 7,0). Вероятно, происходит извлечение и растворимых пектиновых веществ, однако их количественное содержание не контролировали.
Поскольку показатель количества продуктов окисления обратно пропорционален показателю активности антиоксиданта, скорость окисления липидов определяли по изменению перекисного числа, характеризующего накопление первичных продуктов распада триглицеридов [4]. В качестве модельной липидной системы использовали сливочное масло (несоленое с массовой долей жира 72,5 %). Образец с антиоксидантной добавкой имел более низкое значение перекисного числа, чем контрольный (без антиоксидантной добавки) (0,033 против 0,055 ммоль активного кислорода/кг).
Микробиологические показатели антиоксидантной добавки свидетельствовали о ее высокой стойкости при хранении: количество мезо-
фильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов после 6 мес составило 4,1 103 КОЕ/г. При исследовании минерального состава пищевой антиоксидантной добавки установлено, что ни один из лимитируемых элементов не превышал предельно допустимые нормы СанПиН 2.3.2.2401-08.
Изучены функционально-технологические свойства (ФТС) пищевой антиоксидантной добавки. Показатели функционально-технологических характеристик антиоксидантной пищевой добавки ^<0,05): активная кислотность - 7,3 рН (10 %-ная суспензия); водопоглощающая способность - 147 %; жиропоглощаю-щая способность - 7,2 г жира/г; во-доудерживающая способность - 13,8 г воды/г; набухаемость - 182 %. Выявлено, что показатели водопогло-щающей (147%), жиропоглащаю-щей (7,2 г жира/г пищевой добавки), водоудерживающей (13,8 г воды/г пищевой добавки) способностей и набухаемости (182%) пищевой добавки имеют довольно высокие значения, что позволяет рекомендовать ее применение в технологии пищевых продуктов.
Таким образом, на основании изучения химического состава ягодной кожуры винограда сорта «Лево-кумский» и исследования молекулярных свойств флавоноидов установлена целесообразность использования полярных растворителей и разработана технология экстракции сахаров и винных кислот из исходного сырья, обеспечивающая мини-
мальные потери флавоноидов (0,52,3 % от общего количества). Исследования на модельных липид-ных образцах показали высокую ан-тиоксидантную активность пищевой добавки. По показателям функционально-технологических свойств, безвредности и безопасности разработанная антиоксидантная добавка пригодна для использования на пищевые цели.
ЛИТЕРАТУРА
1. Использование пектина в производстве мясопродуктов/А.А. Несте-ренко [и др.]//Вестник НГИЭИ. -2012. - № 8. - С. 30-36.
2. Разработка технологий рубленых мясорастительных полуфабрикатов для людей, предрасположенных или страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями/Н.В. Тимошенко [и др.]//Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2008. - Т. 1. - № 15. - C. 176-179.
3. Брыкалов, А.В. Биологически активные растительные компоненты и их применение в получении напитков из молочной сыворотки/А.В. Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко//Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2011.- №6 (33). - С.79-81.
4. Брыкалов, А.В. Исследование антиоксидантной активности напитков на основе молочной сыворотки/ А.В. Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко// Научный журнал КубГАУ.- 2012. -№84 (10)//http://ej.kubagro.ru/ 2012/10/pdf/09.pdf
Антиоксидантная пищевая добавка из ягодной кожуры красного винограда
Ключевые слова
ягодная кожура винограда; антиоксиданты; флавоноиды; экстракция; пищевая добавка.
Реферат
Исследован химический состав и молекулярные свойства ягодной кожуры красного винограда. На основании полученных результатов разработана технология пищевой антиоксидантной добавки, заключающаяся в извлечении полярным растворителем винных кислот и сахаров с последующим отделением раствора и сушкой обработанной ягодной кожуры. Исследованы химический состав, функционально-технологические свойства и показатели безвредности и безопасности пищевой антиоксидантной добавки.
Авторы
Садовой Владимир Всеволодович, д-р техн. наук, доцент, Щедрина Татьяна Викторовна, канд. техн. наук, доцент Северо-Кавказский федеральный университет, г. Пятигорск, ул. Украинская, д. 56 «А», vsadovoy@yandex.ru Шлыков Сергей Николаевич, канд. техн. наук, Трубина Ирина Александровна, канд. техн. наук Ставропольский государственный агарный университет, 355000, г. Ставрополь, Зоотехнический пер., д. 12, segman@rambler.ru
Селимов Магомед Асланович, канд. техн. наук
Минэкономразвития Ставропольского края
355000, г. Ставрополь, ул. Ленина, д. 293, invest@stavinvest.ru
Antioxidant Food Additive of the Red Grapes Berry Peel
Key words
grape berry peel; antioxidants; flavonoids; extraction; food additive.
Abstracts
Investigated the chemical composition and molecular properties of the berry skins of red grapes. Based on these results, developed a technology of antioxidant food additive, which consists in removing the polar solvent tartaric acids and sugars, followed by separation of the solution and drying the treated berries peel. The chemical composition, functional and technological properties and performance safety and security of the food antioxidant supplements are studied.
Authors
Sadovoy Vladimir Vsevolodovich, Doctor of Technical Science, Docent, Shchedrina Tatyana Victorovna, Candidate of Technical Science, Docent North-Caucasian Federal University, 56 «A», Ukrainskaya St., Pyatigorsk, vsadovoy@yandex.ru
Shlykov Sergey Nikolaevich, Candidate of Technical Science,
Trubina Irina Alexandrovna, Candidate of Technical Science
Stavropol State Agrarian University
355000, 12, Zootechnicheskiy Pereulokr, Stavropol,
segman@rambler.ru
Salimov Magomed Aslanovich, Candidate of Technical Science Ministry of Economic Development of Stavropol Krai 355000, 293, Lenina St., Stavropol, invest@stavinvest.ru
