CC BY
119
УДК 635.62
Функциональный продукт
из мякоти тыквы
В.Ю. Михалев, канд. фарм. наук, канд. с.-х. наук ЗАО «Европа-Биофарм», г. Волгоград И.В. Николаев, О.В. Королёва
Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН
Мякоть и семена тыквы, а также продукты их переработки имеют длительную историю использования в качестве пищевых продуктов, компонентов косметических и лекарственных средств. Мякоть тыквы преимущественно содержит лигнин (4-8 %) и различные углеводные компоненты, включая пектины (1921 %), целлюлозу (27-29 %), клетчатку (34-38 %) [1]. Российская Федерация располагает значительными посевными площадями для получения плодов и семян бахчевых культур. Так, в РФ ежегодно под бахче-
Традиционные методы кулинарной обработки (обжаривание, тушение, варка) не позволяют существенно повысить биодоступность каротиноидов из мякоти тыквы.
выми культурами занято 140-150 тыс. га, валовый сбор плодов составляет 600-650 тыс. т [2]. В то же время, несмотря на потенциально высокую биологическую ценность компонентов мякоти тыквы в настоящее время она недостаточно эффективно используется для получения функциональных продуктов питания и биологически активных добавок к пище.
Основное направление переработки мякоти тыквы с целью получения функциональных пищевых ингредиентов - получение пектинов и полисахаридов, обладающих гипоглике-мическим действием [3-5]. Мякоть тыквы также служит ценным источником каротиноидных пигментов. Общее содержание каротиноидов в мякоти тыквы варьирует в пределах 1200-1700 мг/100 г фактической массы [6-8]. При этом содержание индивидуальных каротиноидов убывает в ряду лютеин, ликопин, Р-ка-ротин, Р-криптоксантин [6-8].
В организме человека каротинои-ды выполняют ряд физиологически важных функций, включая поддержание антиоксидантного статуса,
Ключевые слова: мякоть тыквы; растительные масла; экстракция; кароти-ноиды; токоферолы; антиоксидант-ная емкость.
Key words: pumpkin flesh; vegetable oils; extraction; carotenoids; tocopherols; antioxidant capacity.
участие в осуществлении зрительной функции, регуляцию роста и развития клеток. Наиболее изученный биологический эффект каротиноидов - А-провитаминная активность, которой обладают а- и Р-каротины, а также а- и Р-криптоксантины. Если рацион питания содержит значительные количества каротиноидов, снижается риск развития некоторых разновидностей рака, в частности рака легких, а также сердечно-сосудистых заболеваний [9]. В пользу значимости антиоксидантных свойств кароти-ноидов для человека свидетельствуют данные о снижении их концентраций в крови и других тканях при заболеваниях, связанных с истощением функционального резерва антиокси-дантов, таких как кистозный фиброз легких, ревматоидный артрит.
Согласно данным экспериментов in vitro, при употреблении в пищу сырой мякоти тыквы доля потенциально биодоступных каротиноидов составляет не более 16-19 % [10]. Кроме того, традиционные методы кулинарной обработки (обжаривание, тушение, варка) не позволяют существенно повысить биодоступность каротиноидов из мякоти тыквы (доля потенциально биодоступных каротиноидов в этом случае составляет не более 15-25 %). Таким образом, актуальна проблема разработки технологических приемов для повышения биодоступности кароти-ноидного комплекса мякоти тыквы и его более полного использования для получения продуктов функционального питания. В этой связи наиболее перспективные подходы -жидкостная экстракция или суперкритическая экстракция [11].
Суперкритическая СО2-экстракция в настоящее время применяется для получения каротиноидных экстрактов из различных источников - томатов, перца чили и др. В случае мякоти тыквы эффективность извлечения каротиноидов при температуре 70 °С и давлении 35 МПа не превышает 40 % [11]. Более высокая эффективность извлечения каротинои-дов из мякоти тыквы (до 74 %) может быть достигнута при замене экстрагирующего агента на смесь СО2 и этанола в соотношении 9/1 [11]. Несмотря на привлекательность метода суперкритической СО2-экстракции следует иметь в виду, что воздействие повышенных температур и давления приводит к выраженной изомеризации Р-каротина.
В качестве альтернативы суперкритической экстракции для извлечения каротиноидного комплекса из мякоти тыквы могут быть использованы растительные масла. В этом случае в отличие от суперкритической С02-экстракции отсутствует необходимость высушивать мякоть тыквы в мягких условиях (лио-фильная сушка, вакуумная сушка в пульсирующем градиенте давления), что снижает себестоимость продукции. Как отмечалось выше, основной недостаток метода суперкритической С02-экстракции - выраженная изомеризация каротино-идов с образованием цис-изомер-ных форм, что снижает биологическую ценность получаемого продукта и ограничивает применение данного метода.
Таким образом, целью настоящего исследования стали разработка метода жидкостной экстракции кароти-ноидного комплекса мякоти тыквы рафинированным и дезодорированным растительным маслом и определение физико-химических и антиоксидантных свойств получаемого продукта.
В работе использовали мякоть тыквы сорта Крокус, очищенную от кожицы и семян, а также рафинированное и дезодорированное подсолнечное масло. Мякоть тыквы измельчали на дробилке до состояния мезги, смешивали с подсолнечным маслом и подавали в экстрактор. Для оптимизации процесса экстракции варьировали соотношение мякоть/масло, температуру и длительность экстракции при давлении 0,60,8 кгс/м2 при постоянном перемешивании. После экстракции масло охлаждали до температуры 20...30 °С, отстаивали в течение 1,5-2 ч с последующей фильтрацией.
В полученном масле определяли следующие физико-химические па-
FOODS FOR OPTIMAL NUTRITION
0
1
2
5
6
7
3 4 Время, ч
Рис. 1. Зависимость содержания каротиноидов в растительном масле от длительности экстракции мякоти тыквы при температуре 50 °С; соотношение мякоть/масло: 1 - 40/60; 2 - 50/50; 3 - 60/40
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0
20
60
80
40
Температура, °С
Рис. 2. Зависимость содержания каротиноидов в растительном масле от температуры экстракции мякоти тыквы при длительности процесса 2,5 ч; соотношение мякоть/масло: 1 - 40/60; 2 - 50/50; 3 - 60/40
раметры: жирнокислотныи состав (ГОСТ 30418-96), массовую долю влаги и летучих веществ (ГОСТ 50456-92), массовую долю токоферолов (ГОСТ 30417-96), массовую долю каротиноидов (ГОСТ 5144399), кислотное (ГОСТ 52110-03) и перекисное число (ГОСТ Р 5148799). Анализ жирнокислотного состава растительного масла проводили на газовом хроматографе «Кристал-люкс-4000М».
Антиоксидантную емкость (АОЕ) обогащенного растительного масла определяли по отношению к различным типам органических радикалов - катион-радикалу АБТС [диам-мониевая соль 2,2'-азино-ди - (3-этилбензтиазолинсульфоновой кислоты) - ТЕАС] и пероксильному радикалу (ОКАС^). В качестве стандарта при анализе АОЕ масел использовали водорастворимый аналог витамина Е - тролокс, а результаты выражали в мкмоль ТЭ/г (ТЭ-эквиваленты тролокса). Проводили тестирование АОЕ растительных масел по отношению к пероксильному радикалу [12]. Катион-радикал АБТС получали по методу (Ке с сотр. [13]. Анализ АОЕ масел по отношению к катион-радикалу АБТС проводили согласно [14] с модификациями. Базовый раствор катион-радикала АБТС разбавляли смесью этанол-гек-сан 10:1 (об./об.) до получения раствора с оптической плотностью 0,70±0,02 при 734 нм, что позволило проводить анализ АОЕ масел в гомогенной системе.
Эффективность процесса экстракции определяется площадью поверхности раздела фаз, а также удельной скоростью перехода экстрагируемого вещества. Высокая удельная скорость перехода каротиноидов и других липофильных субстанций мякоти
тыквы из гидрофильной (мякоть) фазы в липофильную (масло) фазу достигается за счет различной полярности растворителей в указанных фазах. Высокая площадь поверхности раздела гидрофильной и липо-фильной фракции может быть достигнута за счет измельчения мякоти тыквы, а также интенсивного перемешивания смеси.
Для определения оптимальной длительности процесса экстракции исследовали динамику накопления каротиноидов в растительном масле при различных соотношениях мякоть/масло (рис. 1). При температуре 50 °С для тыквы сорта «Крокус» оптимальная длительность экстракции составляет 2,5-3 ч для всех исследованных вариантов соотношений мякоть/масло. При дальнейшем увеличении длительности экстракции наблюдается тенденция к снижению общего содержания каротиноидов, что, по-видимому, обусловлено их частичной деградацией (см. рис. 1). С увеличением отношения мякоть/масло также наблюдается возрастание суммарного содержания каротиноидов в растительном масле (см. рис. 1). Так, при соотношении мякоть/масло 40/60 к 3 ч экстракции общее содержание каротиноидов достигает уровня 31,5; 50/50 - 38,5; и 60/40 - 43,4 мг/кг. Увеличение температуры экстракции мякоти тыквы (рис. 2) в диапазоне 20...40 °С приводит к повышению концентрации каротиноидов в растительном масле. При дальнейшем увеличении температуры (40.70 °С) отмечается тенденция к снижению общего содержания каротиноидов. Таким образом, оптимальный температурный диапазон при проведении экстракции составляет 40.50 °С.
Таблица 1
Физико-химические свойства исходного и обогащенного подсолнечного масла
Показатель Подсолнечное масло Обогащенное подсолнечное масло
Массовая доля токоферолов, мг/кг 132 532
Массовая доля каротиноидов, мг/кг 2,8 35
Кислотное число, мг КОН/г 3,2 3,4
Перекисное число, ммоль 1/2О2/кг 6,6 8,9
Массовая доля влаги и летучих веществ, % 0,005 0,02
Цветное число, ед. по йодной шкале 2,0 45,0
Сравнительная характеристика физико-химических свойств исходного и обогащенного растительного масла, полученного при оптимальных условиях извлечения каротиноидов из мякоти тыквы (экстракция при 50 °С в течение 3 ч при соотношении мякоть/масло 50/50), представлена в табл. 1. По сравнению с исходным подсолнечным маслом содержание каротиноидов в полученном продукте возрастает в 12,5 раз. Кроме того, наряду с каротиноидами из мякоти тыквы извлекаются и другие липофильные соединения - токоферолы (содержание в обогащенном масле в 4 раза выше по сравнению с исходным) и триацилглицери-ды. Последнее находит отражение в изменении жирнокислотного состава обогащенного подсолнечного масла - на фоне возрастания содержания линолевой кислоты в 1,2 раза наблюдается снижение относительного содержания пальмитиновой и олеиновой кислот в 1,16 и 1,2 раза соответственно (табл. 2). Кроме
Таблица 2
Жирнокислотный состав исходного и обогащенного подсолнечного масла
Относительное
Обозначение IUPAC Компонент подсолнечное масло обогащенное подсолнечное масло
C14:0 Миристиновая 0,18 0,12
C14:1 5 C15:0 Миристинолеиновая Поитэ по1/эипрэа 0,05 0 02 0,03 0 01
C15:1 6 C16:0 Пен 1адекановая Пентадеценовая Пэпи i/iTMLir>Dаа 0,01 13 08 0,01 11 25
C16:1 7 C17:0 палыми 1 иновая Пальмитолеиновая 0,19 0 1 0,24
C17:1 8 C18:0 мар| ариновая Маргаринолеиновая 0, 1 0,08 2 48 0,07 0,07 0,05
C18:U C18:1 9 C18:2 6 С1еариновая Олеиновая П 1 А 1 1лплппп 2,48 39,58 43 48 2,39 2,39 33,01 52 05
C18:2 U C20:1 9 C18 3 3 линолевая Гондоиновая Пмиппоилсэа 43,48 0 18 52,0 5 0,09 0,06
C21:0 линоленовая Генэйкозановая 0,01 0,01
C20:2 12 Эйкозадиеновая 0,29 0,34
C22:0 Бегеновая 0,02 0,05
C20:3 6 Цис-8,11,14-эйкозат- 0,06 0,04
риеновая
C22:1 13 Эруковая 0,02 0,01
C20:4 6 Арахидоновая 0,06 0,03
C23:0 Г1А-Г) Трикозановая 0,02 п гп 0,09 п
CZ4:U C20:5 3 С24:1 9 Л игноцериновая Эйкозапентаеновая 0,02 0,01 0 02 0,03 0,02
С24: 1 9 C22:6 3 первоновая Докозагексаеновая 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01
того, следует отметить увеличение содержания влаги и перекисного числа масла после экстракции ли-пидно-каротиноидного комплекса мякоти тыквы (см. табл. 1).
Увеличение содержания жирорастворимых антиоксидантов (токоферолов и каротиноидов) приводит к закономерному возрастанию АОЕ полученного продукта по отношению
По сравнению с исходным подсолнечным маслом содержание каротиноидов в полученном продукте возрастает в 12,5 раз. Кроме того, наряду с каротиноидами из мякоти тыквы извлекаются и другие липофильные соединения - токоферолы (содержание в обогащенном масле в 4 раза выше по сравнению с исходным) и триацилглицериды.
к катион-радикалу АБТС (1,40±0,02 мкмоль ТЭ/г) на 20 % по сравнению с исходным маслом. АОЕ полученного продукта по отношению к катион-радикалу АБТС превышает значения данного параметра для большинства растительных масел - кукурузного, арахисового, оливкового и подсолнечного [13]. АОЕ растительного обогащенного масла по отношению к пероксильному радикалу составила 11,4±0,8 мкмоль ТЭ/г, что почти вдвое выше таковой для липофиль-ной фракции мякоти тыквы (6,83 мкмоль ТЭ/г сухой массы) и в 3 раза выше по сравнению с таковым для оливкового масла категории Extra Virgin [15, 16]. Таким образом, результаты исследования физико-химических свойств, жирнокислотного состава и АОЕ свидетельствуют о высокой функциональности полученного продукта.
Работа выполнена в рамках Государственного контракта № 16.512.11.2023 от 10 февраля 2011 г. Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы».
ЛИТЕРАТУРА
1. Kostalova, Z. Chemical evaluation of seeded fruit biomass of oil pumpkin (Cucurbita pepo L var Styarica)/ Z.Kostalova, Z. Hromadkova, A. Ebringerova//Chem Paper. - 2009. -Vol. 63. - P. 406-413.
2. Гончаров, А.В. Культура тыквы в России/А.В. Гончаров//Вестник овощевода. - 2010. - № 4. - С. 10-14.
3. Caili, F. A review on pharmacological activities and utilization technologies of pumpkin/F. Caili, S. Huan, L. Quanhong//Plant Foods Hum. Nutr. - 2006. - Vol. 61. -P. 73-80.
4. Zhang, Y.J. Revealing the effective ingredient in pumpkin for reducing blood sugar/Y.J. Zhang, H.Y.Yao//J. Chin. Cereals Oils Assoc. -2002. - Vol. 16. - P. 59-62.
5. Kostalova, Z. Isolation and characterization of pectic polysaccharides from seeded fruit of oil pumpkin (Cucurbita pepo L, var. Styriaca)/Z. Kostalova, Z. Hromadkova, A. Ebringerova//Idustr. Crops Products. - 2010. - Vol. 31. - P. 370-377.
6. Maiani, G. Carotenoids: actual knowledge on food sources, intakes, stability and bioavailability and their protective role in humans/G. Maiani, M.J.P. Caston, G. Catasta, E. Toti, I.G. Cambrodon, A. Bysted, F. Granado-
Lorencio, B. Olmedilla-Alonso, P. Knuthsen, M. Valoti, V. Bohm, E. Mayer-Miebach, D. Behsnilian, U. Schlemmer//Mol. Nutr. Food Res. -2009. - Vol. 53 suppl. 2. - P. S194-S218.
7. O'Neill, M.-E. A European carotenoid database to assess carotenoid intakes and it use in five-country comparative study/M.-E. Oneill, Y. Carroll, B. Corridan, B. Olmedilla et al.//Br. J. Nutr. - 2001. -Vol. 85. - P. 499-507.
8. Lugasi, F. Lycopene content of foods and lycopene intake in two groups of Hungarian population/F. Lugasi, L. Biro, J. Hovarie, K.-V. Sagi// Nutr. Res. - 2003. - Vol. 23. - P. 1035-1044.
9. Ribaya-Mercado, J.-D. Lutein and zeaxanthin and their potential roles in disease prevention/J.-D. Ribaya-Mercado, J.-B. Blumberg//J. Am. Coll. Nutr. - 2004. - Vol. 23. - P. 567587.
10. Veda, S. Determination of bioavailability of b-carotene in vegetables by in vitro method/S.Veda, A. Kamath, K. Platel, K. Begun, K. Srinivasan//Mol. Nutr. Food Res. -2006. - Vol. 50. - P. 1047-1052.
11. Huang, D. Development and validation of oxygen radical absorbance capacity assay for lipophilic antioxidants using randomly methylated b-cyclodextrin as the solubility enchancer/D. Huang, B. Ou, M. Hampsch-Woodill, J.A. Flanagan, E. K. Deemer.//J. Agric. Food Chem. -2002. - Vol. 50. - P. 1815-1821.
12. Re, R. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay/R. Re, N. Pellegrini, A. Proteggente, A. Pannala, M. Yang, C. Rice-Evans//Free Radic. Biol. Med. - 1999. - Vol. 26. - P. 12311237.
13. Pellegrini, N. Total antioxidant capacity of plant food, beverages and oils consumed in Italy assessed by three different in vitro assays/N. Pellegrini, M. Serafini, B. Colombi, D. Del Rio, S. Salvatore, M. Bianchi, F. Brighenti//J. Nutr. - 2003. - Vol. 133. - P. 2812-2819.
14. Wu, X. Lipophilic and hydrophilic antioxidant capacities of common foods in the United States/X. Wu, G. R. Beecher, J. M. Holden, D.B. Haytowitz, S.E. Gebhardt, R.L Prior//J. Agric. Food Chem. - 2004. - Vol. 52. -P. 4026-4037.
15. Ninfali, P. Validation of oxygen radical absorbance capacity (ORAC) parameter as a new index of quality and stability of virgin olive oil/P. Ninfali, M. Bacchiocca, E. Biagiotti, M. Servili, G. Montedoro//J. Am. Oil Chem. Soc. - 2002. - Vol. 79. -P. 977-982.
