CC BY
72
УДК 543.544:547.913 АВТООКИСЛЕНИЕ ЦИТРАЛЯ В ПРИСУТСТВИИ ОДОРАНТОВ
© Т.А. Мишарина
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, ул. Косыгина, 4,
Москва, 119991 (Россия). E-mail: Tmish@rambler.ru
Методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии исследована стабильность нераля и гераниаля в присутствии различных по химической структуре индивидуальных веществ - одорантов. Ванилин, анисовый альдегид, аллилгекса-ноат, Р-ионон и Р-дамасценон увеличивали стабильность цитраля в 3-4 раза, бензальдегид, лимонен и линалоол - 2 раза. Состав продуктов окисления цитраля зависел от состава модельных систем.
Ключевые слова: капиллярная газо-жидкостная хроматография, нераль, гераниаль, устойчивость к окислению, одоранты.
Введение
Аромат является одной из основных характеристик, отвечающих за качество пищевых продуктов и их привлекательность для потребителя. Для придания интенсивного и приятного запаха и вкуса в современных пищевых технологиях широко используются натуральные или идентичные натуральным ароматизаторы [1]. Ароматизаторы являются смесью низкомолекулярных органических веществ - одорантов, обладающих определенным запахом и содержащих различные функциональные группы. Многие из этих веществ имеют не только приятный аромат, но и биологическую активность [2]. Важно, чтобы эти компоненты были стабильны при производстве и хранении вкусо-ароматических композиций и пищевых продуктов.
Одним из основных процессов, проходящим при хранении пищевых ароматизаторов и продуктов, является окисление их компонентов. Для подавления этих процессов применяют пищевые антиоксиданты, в основном синтетические. Но многие из одорантов способны проявлять антиоксидантные свойства, например эфирные масла, относящиеся к натуральным ароматизаторам [2-8]. Антиоксидантные свойства эфирных масел определяются тем, что входящие в их состав компоненты обладают такой активностью [8]. Важнейшим компонентом эфирных масел лимона и широко используемых ароматизаторов с запахом лимона является цитраль. Было найдено, что он легко окисляется в кислой среде, например в газированных напитках, это приводит к исчезновению лимонного запаха и появлению неприятных нот в аромате продуктов [9-12]. Ранее было показано, что стабильность компонентов эфирных масел лимона увеличивается при добавлении к ним эфирного масла гвоздики [13]. Такой же результат можно получить при использовании других одорантов.
Цель работы - изучение влияния различных индивидуальных одорантов на стабильность цитраля в модельных системах.
Экспериментальная часть
Исследовали индивидуальные соединения: цитраль, лимонен, линалоол, аллилгексаноат, анисовый альдегид, бензальдегид, р-ионон, р-дамасценон и ванилин. Все соединения были охарактеризованы газохроматографически и содержали не менее 98,5% основного вещества.
В 100 мл н-гексана растворяли 500 мкл цитраля (5 мкл/мл) и 200 мкл н-ундекана (2 мкл/мл), который служил внутренним стандартом. Растворы разделяли на аликвоты по 2 мл, которые помещали в стеклянные пробирки объемом 10 мл и добавляли индивидуальные одоранты. Контрольные образцы содержали только цитраль и н-ундекан. В таблице приведены номера модельных растворов и их состав.
Таблица 1. Содержание одорантов в исследуемых образцах
№ образца Соединение или эфирное масло Содержание, мкл/ мл № образца Соединение Содержание, мкл/ мл
1 Аллилгексаноат 3,0 8 Анисовый альдегид 0,5
2 Бензальдегид 3,0 9 Анисовый альдегид 1,0
3 Р-Ионон 3,0 10 Анисовый альдегид 2,0
4 Р -Дамасценон 3,0 11 Анисовый альдегид 3,0
5 Ванилин 1,0 мг 12 Анисовый альдегид + ванилин 1,0 + 2,0 мг
6 Ванилин 2,0 мг 13 Лимонен 3,0
7 Ванилин 4,0 мг 14 Линалоол 4,0
Каждый образец был приготовлен двукратно, контрольные образцы - трехкратно. Образцы в закрытых пробками пробирках хранили на свету при комнатной температуре в течение 80 сут. Каждую неделю пробирки открывали и продували 10 мл воздуха с помощью пипетки. Количественное содержание веществ в образцах определяли методом капиллярной газовой хроматографии через каждые 7-10 сут хранения.
Газохроматографический анализ (ГЖХ) образцов проводили на хроматографе «Кристалл 2000М» (Россия) с пламенно-ионизационным детектором и кварцевой капиллярной колонкой DB-1 (50 м x 0,32 мм, слой фазы 0,25 мкм, фирма «Supelco»). Анализ проводили при программировании температуры колонки от 60 до 250 °С со скоростью 8 °С /мин при температуре инжектора и детектора 250 °С. Скорость газа-носителя гелия через колонку составляла 1,5 мл/мин. Анализировали по 1 мкл гексановых растворов. Идентификацию компонентов в образцах осуществляли на основе величин индексов удерживания путем их сопоставления с литературными [14] или экспериментальными данными, полученными нами. Количественное содержание компонентов в образцах рассчитывали по отношению площадей пиков, соответствующих веществам и внутреннему стандарту. Степень окисления соединений (%) определяли по отношению к их содержанию в исходных образцах.
Результаты и их обсуждение
Мы выбрали индивидуальные одоранты, которые часто используются в композициях для получения ароматизаторов с различными запахами. Следует отметить, что в работе были использованы также насыщенные сложные эфиры (этилгексаноат и бутилацетат) и спирты (гексанол, октанол), но эти одоранты не имели никакой антиоксидантной активности, цитраль в таких системах окислялся с той же скоростью, что и в контрольном образце.
Кинетические кривые окисления нераля и гераниаля в течение 80 дней в контрольном растворе приведены на рисунке 1. Как видно, транс-изомер цитраля - гераниаль окислялся в большей степени, чем цис-изомер нераль на 4-8% не только в контрольном образце, но и во всех изученных модельных системах. К 80 дню хранения гексанового раствора цитраля на свету в нем оставалось только 2% нераля и менее 1% гера-ниаля от добавленных в исходный раствор. В присутствии практически всех изученных соединений нераль и гераниаль окислялись в меньшей степени, это означает, что одоранты обладали антиоксидантными свойствами, выраженными в разной степени в зависимости от их структуры и концентрации в образцах. Для сравнения и обсуждения антиоксидантных свойств различных одорантов мы использовали кривые окисления только одного изомера цитраля - нераля, поведение гераниаля было аналогичным.
На рисунке 1 приведены кривые окисления нераля в образцах, содержащих наряду с цитралем аллилгекса-ноат, бензальдегид, р-ионон или р-дамасценон. Все соединения увеличивали устойчивость нераля к окислению в ряду: бензальдегид < аллилгексаноат < р-дамасценон < р-ионон. Для сравнительной оценки антиоксидант-ных свойств всех изученных одорантов на рисунке 2 приведены степени ингибирования окисления нераля за 50 дней. В контрольном образце в это время оставалось 22% нераля и 18% гераниаля. Бензальдегид сохранял нераль на 47%, р-ионон - на 68%. Следует отметить, что бензальдегид в изученных образцах окислялся в бензойную кислоту, к концу 80 дня хранения его оставалось около 40% от исходного количества. Кетоны (Р-дамасценон и р-ионон) за это же время сохранялись на 80-85%, продукты их окисления не были найдены. Как показали полученные результаты, ненасыщенный сложный эфир аллилгексаноат, в отличие от насыщенных эфиров, обладал антиоксидантными свойствами. За 80 сут окисления сам эфир сохранился на 84%, при этом степень окисления цитраля была на 25% меньше, чем в контрольном образце (рис. 1).
сут
-♦-Нераль -«-Гераниаль 1 -*-2 -ж-3 -*-4
Рис. 1. Изменение содержания нераля и гераниаля в контрольном образце и нераля в образцах с одорантами: 1 - аллилгексаноатом,
2 - бензальдегидом, 3 - р-иононом,
4 - р-дамасценоном
90 -|
К □ 1 □ 2 □ 3 П4 П5 □ 6 т
8 В9 П10 1И11 П12 И13 ■ 14
Рис. 2. Степень ингибирования окисления нераля в течение 50 дней в модельных системах, содержащих индивидуальные одоранты (см. табл. 1)
Ванилин сам по себе является самым распространенным ароматизатором, кроме того, он входит в состав многих фруктовых и кондитерских ароматизаторов [15], поэтому изучение его антиоксидантных свойств было очень интересным. Рисунок 3 показывает, что устойчивость нераля к окислению существенно увеличивалась в присутствии ванилина. Однако из-за низкой растворимости ванилина в гексане концентрационная зависимость не имеет выраженного характера, степень ингибирования окисления нераля увеличивалась с повышением концентрации ванилина от 1 до 2 мг/мл, но была близка в растворах с концентрацией ванилина 2 и 4 мг/мл. Тем не менее за 50 дней ванилин в образцах 6 и 7 сохранял 76-81% нераля (рис. 2) и являлся эффективным антиоксидантом. Количественные изменения в содержании самого ванилина определить не удалось, так как часть его оставалась в виде твердого осадка до конца эксперимента. В гексановом растворе мы не обнаружили продуктов окисления ванилина.
Существенное влияние концентрации на ингибирование окисления цитраля найдено для анисового альдегида. На рисунке 4 приведены кинетические кривые окисления нераля в образцах, содержащих от 0,5 до 3 мкл/ мл этого одоранта. Как видно, при малом содержании анисового альдегида нераль окислялся так же, как и в контрольном образце. С увеличением концентрации анисового альдегида стабильность нераля увеличивалась, но только в течение первых 40 дней окисления, а затем уменьшалась (рис. 4). Из рисунка 2 видно, что антиок-сидантные свойства анисового альдегида значительно возрастали при увеличении концентрации от 1 до 2 мкл/мл и достигали максимума при концентрации 3 мкл/ мл. В последнем образце (11) степень ингибирования окисления нераля составляла 83% и была практически максимальной из всех изученных образцов. В образцах найден продукт окисления анисового альдегида - анисовая кислота, но ее количества были незначительны и мало зависели от концентрации альдегида. Увеличить антиоксидантные свойства в образцах с низкой концентрацией анисового альдегида позволило дополнительное введение в образец ванилина. На рисунке 5 приведены кривые окисления нераля для образцов 6 (2 мг/ мл ванилина), 9 (1 мкл /мл анисового альдегида) и 12 (смесь 2 мг/ мл ванилина и 1 мкл /мл анисового альдегида). Антиоксидантные свойства такой системы ближе к свойствам ванилина, чем анисового альдегида. На этом же рисунке 5 приведены кривые окисления анисового альдегида в образцах 9 и 12. Как видно, добавление ванилина увеличивало стабильность не только нераля, но и
анисового альдегида. Таким образом, применение смешанных систем позволило увеличить их антиоксидантные свойства и существенно увеличить стабильность всех компонентов к окислению. Аналогичный эффект -увеличение антиоксидантной активности, а также стабильности состава всей смеси - был найден нами для смесей эфирных масел фенхеля, лимона, кориандра или гвоздики [13, 15].
На рисунке 6 приведено изменение содержания нераля в образцах, содержащих дополнительно лимонен (13) или линалоол (14), а также изменение содержания лимонена (13Л) и линалоола (14Л) в этих же образцах. Как видно, оба терпена, углеводород и спирт, увеличивали стабильность нераля, а также гераниаля, и при этом сами окислялись. По сравнению с ранее изученной системой, содержащей цитраль, лимонен и 2-гексеналь, в которой за 45 дней оставалось не окисленным 36% нераля [16], в двухкомпонентной системе цитраль-лимонен стабильность цитраля была выше и составляла для нераля за 50 дней 51%. Возможно,
2-гексеналь или продукты его окисления являлись прооксидантами по отношению к цитралю. Такие результаты подтверждают выводы, полученные в ряде работ, свидетельствующие о том, что антиоксидантные свойства соединения в значительной степени определяются не только его структурой, но и составом системы, методом определения [17, 18]. В ряде случаев одно и то же соединение может быть антиоксидантом и прооксидантом, в зависимости от того, каков состав системы. Более того, в процессе окисления происходит накопление продуктов окисления и продуктов расщепления пероксидов, это изменяет состав систем и протекание в них окислительно-восстановительных реакций.
Известно, что в кислой водной среде окисление лимонена приводило к образованию пероксидов, которые затем трансформировались с образованием таких соединений, как перилловый спирт, перрилилацетат, карвилацетат, лимонен оксид, карвон и карвеол [19, 20]. В изученных нами гексановых растворах найдено только два продукта окисления лимонена - лимонен оксид и следовые количества карвона. Образование этих соединений в значительно больших количествах было найдено нами в эфирном масле розового грейпфрута [13] и кориандра [21] в процессе их автоокисления. В изученных образцах гексановых растворов с линалоолом также обнаружены продукты его окисления - три изомерных линалоол-оксида. Это свидетельствует о том, что в процессе участвовал кислород воздуха.
сут
-♦-Нераль -±- 5 -*-6 -ж-7
Рис. 3. Изменение содержания нераля в контрольном образце и с ванилином при коцентрации: 5 - 0,5 мг/мл, 6 - 2,0 мг/мл,
7 - 4,0 мг/мл
сут
-♦-Нераль -*—8 -*-9 -*-10 -Ж-11
Рис. 4. Измененеие содержания нераля в контрольном образце и в образцах с различным содержанием анисового альдегида: 6 - 0,5 мкл/мл, 9 - 1,0 мкл/мл, 10 - 2,0 мкл/мл, 11 - 3,0 мкл/мл
сут сут
-♦“9А -И-12А -*-6 -*-9 -Ж-12 -*-Нераль -■-13 -*-14 -*-13Л
Рис. 5. Изменение содержания нераля с одорантами: Рис. 6. Изменение содержания нераля в образцах
6 - ванилином, 9 - анисовым альдегидом, с лимоненом (13) и линалоолом (14), а также
12 - смесью анисового альдегида и ванилина, а лимонена в образце 13 (13Л)
также изменение содержания анисового альдегида в образцах 9 (9 А) и 12 (12 А)
Ранее было показано, что в кислой водной среде гераниаль изомеризуется в нераль, который затем образует монотерпеновые спирты р-ментадиен-8-ол и р-ментадиен-4-ол. Эти спирты окислялись до р-цимен-8-ола, который далее окислялся до ароматических соединений а-р-диметилстирена, р-цимена, р-крезола и метилацетофенона [9-11]. В образцах, изученных нами, был найдены только два соединения, которые могли образоваться при окислении цитраля - м- и р-цимены. В трехкомпонентной системе 2-гексеналь - лимонен - цитраль были найдены продукты окисления 2-гексеналя - 2-гексеновая кислота и большое количество легколетучих соединений, в том числе 2-гексенол, уксусная кислота, пропанол и др. В процессе окисления системы было обнаружено увеличение содержания нерола, гераниола, р-цимена и двух сложных эфиров -нерилацетата и геранилацетата, появление этих веществ может быть связано с цитралем [16]. Таким образом, дополнительное соединение в составе системы - 2-гексеналь, приводило к значительному изменению скорости окисления цитраля и составу продуктов его окисления, уменьшало стабильность цитраля. С другой стороны, многие из изученных одорантов увеличивали устойчивость цитраля к окислению, так же, как и эфирное масло лимона или смеси эфирных масел лимона, кориандра или гвоздики [13, 16]. Изучение поведения отдельных одорантов в различных по составу системах дает возможность регулировать окислительновосстановительные процессы в ароматизирующих композициях и добиваться устойчивости их аромата в течение длительного времени.
Выводы
Методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии исследована стабильность нераля и гераниаля в присутствии различных по химической природе индивидуальных веществ - одорантов. Установлено, что ванилин, анисовый альдегид, аллилгексаноат, р-ионон и р-дамасценон увеличивали стабильность цитраля в
3-4 раза, бензальдегид, лимонен и линалоол - 2 раза. Антиоксидантные свойства ванилина и анисового альдегида увеличивались с увеличением их концентрации, они были выше в смеси двух этих соединений, чем индивидуальных при той же концентрации. Найдено, что состав продуктов окисления цитраля зависел от состава модельных систем.
Список литературы
1. Guentert M. The flavour and fragrances industry - past, present and future // Flavour and Fragrances / Ed. R.G. Berger. New York. 2007. Pp. 1-14.
2. Koroch A.R., Juliani H.R., Zygadlo J.A. Bioactivity of essential oils and components // Flavour and Fragrances / Ed. R.G. Berger. New York. 2007. Pp. 87-115.
3. Войткевич С.А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии. М., 1999. 282 с.
4. Bauer K., Garbe D., Surburg H. Common Fragrance and Flavor Materials. Weinheim: VCH Verlag, 1990. 218 p.
5. Sacchetti G., Maietti S., Muzzoli M., Scaglianti M., Manferdini S., Radice M., Bruni R. Comparative evaluation of 11
essential oils of different origin as functional antioxidants, antiradicals and antimicrobials in foods // Food Chem. 2005.
V. 91. Pp. 621-632.
6. Cervato G., Carabelli M., Gervasio S., Cittera A., Cazzola R., Cestaro B. Antioxidant properties of oregano (Origanum vulgare L.) leaf extracts // J. Food Biochemistry. 2000. V. 24. Pp. 453-465.
7. Dang M.N., Takascova M., Nguyen D.V., Kristianova K. Antioxidant activity of essential oils from various species // Nahrung / Food. 2001. V. 45. N1. Pp. 64-66.
8. Ruberto G., Baratta M. Antioxidant activity of selected essential oil components in two lipid model systems // Food Chem. 2002. V. 69. N1. Pp. 167-174.
9. Schieberle P., Grosch W. Identification of potent flavor compounds formed in an aqueous lemon oil/citric acid emulsion // J. Agric. Food Chem. 1988. V. 36. N2. Pp. 797-800.
10. Schieberle P., Ehrmeier H., Grosch W. Aroma compounds resulting from the acid catalyzed breakdown from citral // Z. Lebensm. Unters. Forsch. 1988. V. 187. Pp. 35-39.
11. Peacock V.E., Kuneman D.W. Inhibition of the formation of a-pdimethylstyrene and p-cymen-8-ol in a carbonated citral-containing beverage system // J.Agric. Food Chem. 1985. V. 33. N1. Pp. 330-335.
12. Ueno T., Masuda H., Ho C.T. Formation mechanism of p-methylacetophenone from citral via a tert-alkoxy radical intermediate // J. Agric. Food Chem. 2004. V. 52. №18. P. 5677-5684.
13. Мишарина Т.А., Самусенко А.Л. Антиоксидантные свойства эфирных масел лимона, розового грейпфрута, кориандра, гвоздики и их смесей // Прикл. биохимия иикробиология. 2008. №3. С. 353-358.
14. Jennings W., Shibamoto T. Qualitative Analysis of the Flavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. New-York. 1980. Pp. 130-154.
15. Мишарина Т.А., Полшков А.Н. Антиоксидантные свойства эфирных масел. Автоокисление эфирных масел лавра, фенхеля и их смеси с эфирным маслом кориандра // Прикл. биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. №6. С. 693-702.
16. Мишарина Т.А, Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Калинчеко М.А. Влияние состава эфирных масел лимона на их антиоксидантные свойства и стабильность компонентов // Химия растительного сырья. 2010. №1. С. 87-92.
17. Foti M.C., Ingold K.U. Mechanism of inhibition of lipid peroxidation by y-terpinene, an unusual and potentially use-full hydrocarbon antioxidant // J. Agric. Food Chem. 2003. V. 51. N9. Pp. 2758-2765.
18. Huang D., Ou B., Prior R.L. The chemistry behind antioxidant capacity assay // J.Agric. Food Chem. 2005.V. 53. N6. Pp. 1841-1856.
19. Thomas A.F., Bessiere Y. Limonene // Nat. Prod. Rep. 1989. V. 3. N3. Pp. 291-309.
20. Bertolini A.C., Siani A.C., Grosso C.R. Stability of monoterpenes encapsulated in gum Arabic by spray-drying // J. Agric. Food Chem. 2001. V. 49. N2. Pp. 780-785.
21. Мишарина Т. А. Влияние условий и сроков хранения на состав компонентов эфирного масла семян кориандра // Прикл. биохимия и микробиология. 2001. Т. 37. №6. С. 726-732.
Поступило в редакцию 23 октября 2008 г.
