Биотехнологический потенциал сухого экстракта бересты и возможности его использования в технологии продуктов здорового питания Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664.8.039

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СУХОГО ЭКСТРАКТА БЕРЕСТЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ

Ю.Г. Базарнова

Санкт-Петербургский торгово-экономический университет,

194021, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Новороссийская, д. 50, j.bazarnowa2012@yandex.ru

Изучены спектральные характеристики сухого экстракта бересты (БЭС). Выявлено, что основным компонентом экстракта является тритерпеновый спирт бетулин. Получены результаты исследований антиоксидантных свойств экстракта бересты в составе белково-жировых эмульсий и композиций на основе растительных масел. Проведены исследования влияния БЭС на динамику накопления перекисей в майонезах при холодильном хранении. Изучены бактериостатические и фунгистатические свойства сухого экстракта бересты, определены его эффективные концентрации для применения в рецептурах пищевых продуктов. Ил. 5. Табл. 4. Библиогр. 7 назв.

Ключевые слова: сухой экстракт бересты, бетулин, функциональные продукты, антиоксидант-ные свойства, бактериостатические и фунгистатические свойства

DRY BIRCHBARK EXTRACTSBIOTECHNOLOGICAL POTENTIALAND POSSIBILITIES OF ITSUSING IN THE HEALTHY FOODTECHNOLOGY

U.G. Bazarnova

St.-Petersburg commercial-economic University,

50, Novorossiyskaya st., Saint-Petersburg, 194021,Russia, j.bazarnowa2012@yandex.ru

The spectral characteristics of dry birchbark extract (BED) are studied. It was revealed that the main component of the birchbark extract is the triterpene alcohol betulin. The results of studies of birch bark extractsantioxidant properties in the composition of protein-fatty emulsions and compositions based on vegetable oils are received. The effect of BED on the dynamics of the accumulation of peroxides in mayonnaises with refrigeration storage are Investigated. Bacteriostatic and fungistaticproperties of dry birchbark extract are studied, effective concentration for use in food recipesare defined. 5 figures. 4 tables. 7 sources.

Key words: dry extract of birchbark; betulin; functional products; antioxidant properties; bacteriostatic and fungistatic properties

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнологический потенциал дикорастущего плодово-ягодного и травянистого сырья России уникален. Некультивируемое сырьё растет и созревает без применения агрохимических приемов, отличается доступностью и низкой себестоимостью и является альтернативным источником ценных пищевых и биологически активных веществ. В настоящее время в связи со сложной экологической ситуацией в стране и в мире большое значение уделяется проблеме здорового питания населения. Одним из путей решения этой проблемы является расширение ассортимента продуктов из нетрадиционных видов пищевого сырья с высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ).

Приоритет в исследованиях химических свойств экстракта из бересты принадлежит российскому химику, сподвижнику М.В. Ломоносова Товию Егоровичу (Иоганну Тобиасу) Лови-цу. В 1788 году путем сублимации он выделил из березовой коры соединение белого цвета, обладающее максимальным лечебным эффектом в лечении ожогов и поверхностных травм, описал его химические свойства. А уже в 1831 году американский химик Джеймс Мейсон Крафтс дал ему название «бетулин» (от лат. betula - береза). С 1899 года бетулин применяли как антисептическое средство для стерилизации ран и порезов в виде пластырей. Дальнейшее изучение экстракта бересты выявило многокомпонентность его состава, в который входят тритерпеновый спирт бетулин (60-85%), а также хорошо изученные в настоящее время лупан, лупеол, лупенон, ацетат бетулина, ал-лобетулин, изобетуленол, олеаноловая кислота и другие. Биологическая активность бетулина (рис. 1) ставит его в ряд ценных природных соединений [7].

По международной токсикологической классификации бетулин относится к 4 классу малотоксичных веществ. Адекватный уровень потребления бетулина составляет 40 мг/сут [3]. Согласно международной классификации ФАО/ВОЗ натуральные фитопрепараты в форме экстрактов и концентратов с высоким содержанием БАВ, а также традиционные продукты питания, обогащенные фитодобавками, включены в перечень функциональных продуктов.

Целью настоящей работы являлось проведение исследований состава, антимикробных и антиоксидантных свойств БЭС, а также установление эффективных концентраций вносимых добавок БЭС для обогащения пищевых продуктов и увеличения продолжительности их холодильного хранения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве объекта исследования использовали сухой экстракт бересты (далее по тексту БЭС - бересты экстракт сухой) производства ЗАО «СНС-Фарма» (г. Санкт-Петербург) [5,6].

Спектральные характеристики БЭС определяли на инфракрасном фурье-спектрометре ФСМ.

При исследовании антимикробных свойств БЭС в качестве тест-культур использовали Pseudomonas fluorescens, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus 78 A из коллекции института сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин), санитарно-показа-тельные (МАФАнМ) микроорганизмы. Исследования антимикробных свойств БЭС осуществляли дискодиффузионным методом [4].

Для изучения антиоксидантных свойств БЭС его эмульгировали в жировой фазе белко-во-жировых эмульсий. Для этой цели добавки -

Н2С. /СНз С

R

R

СН3 СН3

Рис. 1. Структура бетулина ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

сухого экстракта бересты вносили в рафинированное подсолнечное масло в количестве 0,25; 0,5 и 1 % (по массе), смешивали с 10%-м раствором яичного альбумина, гомогенизировали и выдерживали при температуре 40 °С в течение 6 ч.

Влияние добавок сухого экстракта бересты на динамику вторичных продуктов окисления липидов белково-жировых эмульсий оценивали с помощью 2-ТБК-теста, характеризующего содержание в окисляющемся субстрате вторичных продуктов окисления липидов, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой, с использованием методики авторов [1].

Влияние БЭС на динамику накопления пе-рекисных соединений в майонезах при холодильном хранении исследовали стандартным методом [2]. Подготовка добавок БЭС заключается в приготовлении масляной дисперсии. Для этого просеянный порошок БЭС подавали в специальную емкость, заливали маслом в соотношении 1 : 2 и перемешивали в гомогенизаторе до однородной консистенции в течение

10-15 мин. Готовую масляную дисперсию подавали в емкость для приготовления грубой майонезной эмульсии. Количество масла, использованное для подготовки БЭС, учитывали по весу в общем количестве рецептурного масла.

Приготовление майонеза с добавками БЭС осуществляли следующим образом. В емкость для приготовления грубой эмульсии подавали подготовленную майонезную пасту. Затем при постоянном перемешивании осуществляли подачу масляной дисперсии БЭС, оставшегося количества масла и 10%-ого раствора уксусной кислоты. Перемешивание осуществляли до получения грубой эмульсии. Готовый продукт с добавкой фасовали по 100 г. в пластмассовые контейнеры и хранили при температуре (4 ± 2) °С в течение 21 суток.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

На рис. 2 приведен ИК-спектр исследуемого образца БЭС, а в табл. 1 - характеристические частоты поглощения функциональных групп

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I II I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I I I I I | I г

4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500

3 1/ст

Comment; No. of Scans; Data/Time; 18.10.201016:40:47

Resolution;

Apodization;

Рис. 2. ИК-спектр БЭС

User; Administrator

Таблица 1

_Характеристические частоты поглощения функциональных групп бетулина_

№ Функциональная группа Валентные колебания, см-1

3362

1 ОН 3080

2 С=СН2 2941

3 СНз 2868

СН2 Деформационные колебания, см-1

СНз 1457

4 1374

бетулина.

Анализ ИК-спектра показал, что сигнал -ОН групп проявляется сильной полосой при 3262 см-1. Наличие винильных групп (С=СН2) в анализируемом образце БЭС подтверждается в области 3080-3060 см-1, СН3 - в области 2868 и 1377 см-1, СН2 - 1453 см-1. Таким образом выявлено, что основным компонентом БЭС является бетулин.

Установлено, что значение тиобарбитуро-вого числа (ТБЧ) белково-жировых эмульсий

при внесении добавок сухого экстракта бересты снижается примерно от 25% (0,25% БЭС) до 60% (1 % БЭС) (табл. 2).

Результаты исследований стойкости к окислению масляно-жировых композиций на основе растительных масел с добавками 10% сухого экстракта бересты приведены на рис. 3.

Установлено, что наибольшей стойкостью к окислению характеризуется масляно-жировая композиция на основе подсолнечного рафинированного дезодорированного масла. Таким

Таблица 2

Влияние добавок сухого экстракта бересты на динамику ТБЧ в белково-жировых эмульсиях

Концентрация БЭС До опыта, ТБЧс, ед. оптической плотности После опыта, ТБЧ, ед.оптической плотности Относительный прирост ТБЧ,%

Контроль (без добавок) 0,12 0,24 100,0

1% 0,12 0,17 41,7

0,50% 0,12 0,19 58,3

0,25% 0,12 0,21 75,0

(-Н

и ° 6

Л

о

о

ч ,

о

8 ' (Г

<и -

о

о 8 И <и а

<Ц

е |

5

10

15

20

продолжительность хранения, т сут.

• пальмовое масло 0 кокосовое масло * подсолнечное масло

5

4

1

0

Рис. 3. Стойкость к окислению масляно-жировых композиций с добавками 10% сухого экстракта бересты @ = (4 ± 2 °С)

♦ контроль ■0,50% А 0,25% 0,10%

Рис. 4. Результаты исследований влияния БЭС на динамику продуктов окисления липидов в майонезе с массовой долей жира 67% при холодильном хранении (4 ± 2) °С

образом, рафинированное подсолнечное масло может быть рекомендовано для приготовления масляно-жировых композиций с добавками сухого экстракта бересты. В композициях на основе кокосового и пальмового масла накапливается значительное количество перекисей, поэтому применение пальмового и кокосового масел в качестве эмульсионной основы композиций является нежелательным, поскольку создает риск внесения в продукт дополнительного количества продуктов окисления липидов.

На рис. 4 приведены результаты исследований влияния БЭС на динамику перекисных соединений в майонезе (массовая доля жира 67%) при холодильном хранении (4 ± 2) °С.

Установлено, что внесение добавок БЭС в количестве 0,25% в образцы майонеза замедляет образование перекисных соединений в 1,2 раз. Исследования органолептических показателей майонеза при хранении выявили существенные различия в этих показателях между контролем и опытом, у контрольных образцов майонеза появляется небольшой кремовый оттенок.

В табл. 3 приведены результаты исследований антимикробных свойств сухого экстракта бересты по отношению к штамму микроорганизмов Bacillus mesentericus 78 A*.

Установлено, что для подавления роста спорообразующей микрофлоры эффективны концентрации сухого экстракта бересты от 0,5 до 1% (по массе).

Результаты определения чувствительности штаммов дрожжей Candidautilis и Rhodotorula roseum по отношению к БЭС приведены в табл. 4.

Установлено, что минимальная эффективная концентрация экстракта для проявления фунгистатического эффекта БЭС составляет 0,25 %.

На рис. 5 приведены результаты исследований бактериостатических свойств БЭС по отношению к бактериям вида Bacillus mesen-tericus.

Установлено, что бактериостатический эффект БЭС проявляется в концентрациях 0,5% и выше.

Таблица 3

Оценка чувствительности штамма Bacillus mesentericus 78A* _к сухому экстракту бересты_

Содержание БЭС в питательной среде Зона подавления роста, мм

0 1% 0,5% Отсутствует 15,0 + 1,2 10,2 + 0,8

Таблица 4

Оценка чувствительности штаммов дрожжей CandidautШs и Rhodotorularoseum к сухому экстракту бересты

Содержание БЭС в питательной среде Зона подавления роста, мм

Candidautilis Rhodotorularoseum

1,0% 12 11,2 + 0,9

0,50% 12 10,3 + 0,8

0,25% 11 10,2 + 0,8

0,1% 10 9,0 + 0,7

Рис. 5. Бактериостатическая эффективность сухого экстракта бересты по отношению к спорообразующим бактериям вида Bacillus mesentericus

ВЫВОДЫ

В результате анализа спектров поглощения исследуемого образца сухого экстракта бересты установлено, что основным компонентом БЭС является тритерпеновый спирт бетулин.

Предложен способ внесения сухого экстракта бересты в масложировые продукты в составе композиций на основе подсолнечного рафинированного дезодорированного масла (1:10), которые могут быть использованы в пищевых продуктах с высокой массовой долей жира в качестве антиоксидантов.

Установлен интервал действующих концентраций сухого экстракта бересты - от 0,25 до 0,5% от массы липидов продукта, что составляет примерно от 0,075 до 0,15 г на 100 г продукта с массовой долей жира 30%. Учитывая адекватный уровень потребления бетулина в составе пищевых продуктов, вносимое количество БЭС должно составлять около 0,25% от массы продуктов с массовой долей жира более

30% и 0,5% - от массы продуктов с массовой долей жира менее 30%.

Установлено, что при хранении майонеза с добавками БЭС, последний эффективно инги-бирует окислительную порчу липидов. Внесение добавки БЭС в количестве 0,25% в образцы майонеза замедляет образование перекисных соединений в 1,2 раза. Наименьшие показатели перекисного числа после 14 сут. хранения отмечены для образцов майонеза с концентрацией БЭС 0,5%, тогда как для контрольного образца эти показатели значительно выше.

Антиоксидантная и противомикробная эффективность сухого экстракта бересты, основным компонентом которого является бетулин, открывает перспективы его применения в качестве функциональной пищевой добавки для обогащения масложировых продуктов и увеличения продолжительности их холодильного хранения.

1. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Пере-кисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 252 с.

2. ГОСТ Р 51487-99. Масла растительные и жиры животные. Метод определения пере-кисного числа. Введ. 2001-01-01. М.: Госстандарт России, 2000. 8 с.

3. Методические рекомендации МР 2.3.1. 1915-04. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ. М., 2004. 36 с.

4. МУК 4.2.1890-04. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам. Утв. главным государствен-

ЖИЙ СПИСОК

ным санитарным врачом РФ 04.03.2004. 10 с.

5. Патент РФ № 2172178, МКИ А61К 35/78. Способ получения бетулина / Г.В. Сироткин, Ю.И. Стернин; заявитель и патентообладатель Г.В. Сироткин, Ю.И. Стернин. № 2000129749. Бюлл. № 20 от 20.08.01.

6. Патент РФ № 2234936, МКИ А61К 35/78. Способ получения бетулина из березовой коры / Ю.И. Стернин, С.В. Куликов; заявитель и патентообладатель ЗАО «СНС-Фарма». № 20031 18708. Бюлл. № 24 от 27.08.04.

7. Токин Б.П. Целебные яды растений -фитонциды. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 279 с.

1. Vladimirov Y.A., Archakov A.I. Perekisnoe okislenie lipidov v biologicheskikh membranakh [Lipid peroxidation in biological membranes], Moscow, Nauka Publ., 1972, 252 p.

2. GOST 51487-99. Masla rastitel'nye i zhiry zhivotnye, Metod opredeleniya perekisnogo chisla [State Standard of the Russian Federation 5148799. Vegetable oils and animal fats. Method of determination of peroxide value]. Moscow, IPK Izd-vo standartov Publ., 2000. 8 p. (In Russ.)

3. MR 2.3.1.1915-04. Rekomenduemye urov-ni potrebleniya pishchevykh i biologicheski aktivnykh veshchestv [Consumption recommended levels of food and biologically active substances.

Methodical recommendations]. Moscow, 2004, 36 p.

4. MUK 4.2.1890-04. Opredelenie chuv-stvitel'nosti mikroorganizmov k antibakterial'nym preparatam [Determination of the microorganisms' sensitivity to antibacterial preparations. Methodological instructions]. Approved by Chief State Sanitary Doctor of Russia, 2004, 10 p.

5. Sirotkin G.V., Sternin Y.I. Sposob polucheniya betulina [A process for betulin preparing]. Patent RF no. 2172178, 2001.

6. Sternin Y.I., Kulikov S.V. Sposob polucheniya betulina iz berezovoi kory [Method of betulin obtaining from birchbark]. Patent RF no. 2234936,2004.

7. Tokin B.P. Tselebnye yady rastenii -fitontsidy [Medicinal plant poisons - phytoncides]. St. Petersburg, LGY Publ., 1980, 279 p.

Поступила в редакцию 13 апреля 2015 г. После переработки 6 мая 2015 г.