CC BY
14
БИОТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, ЛЕКАРСТВЕННЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ / BIOTECHNOLOGY OF FOOD PRODUCTS, MEDICINAL AND BIOLOGICALLY ACTIVE _SUBSTANCES_
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.122.65
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ЭКСТРАКТОВ АРОМАТИЧЕСКИХ РАСТЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭКСТРАКЦИИ
Научная статья
Хуссайне Р.1' *, Сучкова Е.П.2
1 2 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Российская Федерация
* Корреспондирующий автор (rubahussaineh[at]mail.ru)
Аннотация
В этом исследовании изучалось влияние условий экстракции (время-температура-тип ароматических растений-метод экстракции) на антиоксидантную активность экстрактов. Процесс экстракции осуществлялся с применением ферментов, а также с применением ферментативной ультразвуковой экстракции. В качестве растворителя использовалась дистиллированная вода, ароматические растения, которые были использованы: розмарин, тмин, душица и их композиции. Оптимизация выделения экстрактов осуществлялась по трем параметрам: продолжительность выдержки (10-20-30 мин), температура экстракции (45-55°С), доза смеси ферментов (целлюлаза+пектиназа: 3-4-5г/100г).
В экстрактах определяли антиоксидантную активность с помощью метода (DPPH) (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil), где оптическую плотность измеряли при длине волны (517 нм) и рассчитывали антиоксидантную активность. Установлено, что добавление ферментов при приготовлении экстрактов оказало положительное влияние на антиоксидантную активность, так как наивысшее значение антиоксидантной активности наблюдалось при получении экстрактов из розмарина с применением ферментативной ультразвуковой обработки, согласно следующим параметрам: (45 ° - 30 мин. доза смеси ферментов) целлюлаза+пектиназа: 5г/100г в соотношении (1:1), режим обработки 22.5 кГц, мощность 100 ватт.
Ключевые слова: растительные экстракты, антиоксидантная активность, розмарин, тмин, душица, ферментативная ультразвуковая экстракция.
STUDY OF THE ANTIOXIDATIVE ACTIVITY OF AROMATIC PLANT EXTRACTS OBTAINED WITH
ENZYMIC ULTRASOUND EXTRACTION
Research article
Hussaineh R.1' *, Suchkova Y.P.2
1 2 ITMO university, Saint-Petersburg, Russian Federation
* Corresponding author (rubahussaineh[at]mail.ru)
Abstract
In this study, the effect of extraction conditions (time-temperature-type of aromatic plants-extraction method) on the antioxidative activity of the extracts was analyzed. The extraction process was carried out with enzymes as well as enzymic ultrasound extraction. Distilled water was used as a solvent, as well as aromatic plants such as: rosemary, thymine, oregano and their compositions. The extraction of essences was optimized according to three parameters: soak period (10-20-30 min), extraction temperature (45-55°), the dose of the enzyme mixture (cellulase+pectinase: 3-4-5g/100g).
The antioxidative activity in the extracts was determined with the (DPPH) (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil) method, where the extinction was measured at the wavelength (517 nm) thus calculating the antioxidative activity. It was established that the addition of enzymes in the preparation of extracts had a positive effect on antioxidative activity, as the highest value of it was observed when extracts from rosemary were obtained with enzymic ultrasound treatment, according to the following parameters: (45 °C - 30 min dose mixture of enzymes) cellulase + pectinase: 5g/100g in the ratio (1:1), treatment mode 22.5 kHz, power 100 watt.
Keywords: plant extracts, antioxidative activity, rosemary, thymine, oregano, enzymic ultrasound extraction.
Введение
Потребительский спрос на низкообработанные и более здоровые пищевые продукты привел к поиску альтернатив для замены или уменьшения синтетических пищевых добавок натуральными. Ароматические растения были исследованы на предмет того, что они являются естественными пищевыми консервантами и антиоксидантами для продления срока годности пищевых продуктов [1]. Они способствуют безопасности пищевых продуктов благодаря своим антиоксидантным и антибиопленочныым свойствам [2]. Эти потенциальные характеристики безопасности пищевых продуктов и растущий спрос на натуральные пищевые добавки вызвали интерес к их использованию, особенно в традиционных мясных, молочных и хлебобулочных изделиях, что обеспечит им добавленную стоимость и повысит конкурентоспособность на рынке [3].
Многие исследования были сосредоточены на оптимизации параметров экстракции, таких как тип растворителя, соотношение растворителя и твердого вещества, размер частиц, температура и время экстракции, чтобы увеличить выход экстракции [4]. Однако основные недостатки этих методов не были решены: большой расход органических
растворителей или воды на стадии экстракции; затраты энергии, необходимой для разделения растворенного вещества; экстракция нежелательных компонентов; возможная деградация термочувствительных соединений, таких как каротиноиды [5].
Необходимо определить и разработать новые эффективные процессы экстракции для извлечения натуральных веществ, присутствующих в растениях. В последнее время ультразвуковая экстракция [6], микроволновая экстракция [7], сверхкритическая флюидная экстракция [8], ферментная экстракция [9] и экстракция под высоким давлением успешно используются во многих исследованиях для экстракции природных продуктов.
Экстракция с применением ферментов считается многообещающей, более экологичной альтернативой традиционным методам экстракции [10], [11]. Следовательно, экстракция с помощью ферментов позволяет высвобождать фенольные соединения, делая их более легко экстрагируемыми, повышая скорость их экстракции, селективность и выход [12].
Сегодня для улучшения выхода экстрактивных веществ применяется совместное использование ферментов с ультразвуковой обработкой, микроволновым извлечением и сверхкритической жидкостью. Ультразвуковая волна может улучшить способность фермента, в то же время, это способствует равномерному распределению фермента [13].
Целью исследования явилось исследование содержания антиоксидантов в различных ароматических растениях и определение оптимальных режимов экстракции для получения и дальнейшего использования экстракта в пищевой промышленности.
Методы и принципы исследования
Сушеные измельченные листья (розмарин-душица), сушеные семена черного тмина были использованы для исследования. Водные образцы растительных экстрактов готовились из розмарина, а также из композиции трав (тмин+душица) в соотношение (1:1) в сухом виде, где 10 г из этих трав помещали в колбу Эрленмейера с пробкой, затем последовательно добавляли 100 мл буферного раствора (рН 4,01) для регулировки рН, и заданное количество из смеси ферментов (целлюлаза и пектиназа) в разных дозах (3-4-5 г/100 г сухого вещества) в соотношении (1:1), ферментативный гидролиз проводили при постоянной температуре (50 °С) в течение часа.
После ферментативного гидролиза образцы фильтровали, После фильтрования через марлю фильтрат (буферный раствор) удаляли, а остаток на фильтре собирали для следующего эксперимента. К ферментированной растительной массе добавляли (200 см3) дистиллированную воду, затем образцы помещались в водяную баню (при 45-55 ° ) выдерживались от 10 до 30 мин.
Образцы фильтровали и охлаждали до (20 °С), определяли антиоксидантную активность с использованием реактива DPPH (1,1-дифенил-2-пикрилгидразил).
После определения оптимальных условий экстракции (температура, время экстракции, доза фермента), эти параметры использовались для ферментативной ультразвуковой экстракции.
Получение экстрактов с использованием этого метода состоит из 2-х основных этапов: ферментативный гидролиз и обработка ультразвуком. Сначала проводили ферментативный гидролиз, где 10 г из растительных трав помещали в колбу Эрленмейера с пробкой, затем последовательно добавляли 100 мл буферного раствора (рН 4,01) для регулировки рН, и заданное количество из смеси ферментов (целлюлаза и пектиназа) (5 г/100 г сухого вещества) в соотношении (1:1), ферментативный гидролиз проводили при постоянной температуре (50 °С) в течение часа.
Затем образцы фильтровали, фильтрат (буферный раствор) удаляли, а остаток на фильтре собирали для следующего эксперимента.
Затем ферментированную растительную массу помещали в стеклянную тару заливали дистиллированной водой (500 мл, температура воды 45), экстрагирование проводилось с применением ультразвукового генератора серии И-10. Параметры обработки: 22.5 кГц, с мощностью 100 ватт, время выдерживания (30 мин), количество ферментов (5г/100 г сухого вещества), в подготовленных образцах определяли антиоксидантную активность.
Антиоксидантную активность экстрактов оценивали с помощью метода фРРН: 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil) [14]. Кратко, к 1 см3 разбавленного экстракта добавляли 4 см3 спиртового раствора DPPH (0,1 мМ), и смесь выдерживали при комнатной температуре. Через 30 мин измеряли оптическую плотность при (517 пт). Антиоксидантная активность рассчитывалась по уравнению:
АА % = (Абланк - Аобразец / Абланк) Х 100, где
Абланк - оптическая плотность раствора DPPH;
Аобразец - оптическая плотность образца после добавления DPPH.
Заключение
Обобщив данные полученные в ходе исследования, можно сделать следующие выводы: Установлено, что добавление ферментов при приготовлении экстрактов оказало положительное влияние на антиоксидантную активность, так как наибольшее значение антиоксидантной активности было получено при получении экстрактов с применением ферментативной ультразвуковой экстракции.
Выявлено что, наивысшее значение антиоксидантной активности наблюдалось при получении экстрактов из розмарина с применением ферментативной ультразвуковой экстракции согласно следующим параметрам: (45 ° - 30 мин. доза смеси ферментов (целлюлаза+пектиназа: 5г/100г в соотношении (1:1), режим обработки 22.5 кГц, мощность 100 ватт.
В случае листьев растений, ферментативная экстракция в сочетании с ультразвуковой экстракцией позволила получить экстракты лучшего качества по сравнению с экстрактами, полученными только с применением ферментов. Это преимущество может в определенной степени компенсировать затраты, когда целью является масштабирование, и этот более экологичный подход можно рассматривать как полезное дополнение к традиционной экстракции для получения экстрактов с высокой добавленной стоимостью.
Дальнейшие исследования продолжаются и будут направлены на исследование формирования органолептических показателей сырной массы при внесении растительных экстрактов и определении ее хранимоспособности после добавления этих экстрактов.
Конфликт интересов
Не указан.
Рецензия
Минина Н.Н., Бирский филиал ФГБОУ ВО Башкирский государственный университет, Бирск, Российская Федерация
DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.122.65.1
Conflict of Interest
None declared.
Review
Minina N.N., Birsk branch of the state budgetary educational institution of higher education «Bashkir State University», Birsk, Russian Federation DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.122.65.!
Список литературы на английском языке / References in English
1. Mercanoglu Taban B. Value-added effects of using aromatic plants in foods and human therapy / B. Mercanoglu Taban, E. Stavropoulou, L.K. Winkelströter et al. - 2021. - P.1-20.
2. Filipcev B. The effects of aromatic plants and their extracts in food products / B. Filipcev // Feed additives. - London: Academic Press, 2020. - P. 279-294. - DOI: 10.1016/B978-0-12-814700-9.00016-9.
3. Laranjo, M. Use of essential oils in food reservation / M. Laranjo, A.M. Fernandez-Leon, M. Potes et al. - 2017. - P. 177-188.
4. Xian C. Advances in Enzyme Assisted Extraction of Natural Products / C. Xian, B. Liangwu, Z. Zhendong et al. - 2015.
- P. 45-50.
5. Wang L. Trends in Food Science & Technology / L. Wang, C.L. Weller. - 2006. - № 16. - P. 300-312.
6. Albu S. Ultrasonics Sonochemistry / S. Albu, E. Joyce, L. Paniwnyk et al. - 2004. - № 11. - P. 261-265.
7. Yuan Y. Carbohydr. Polym / Y. Yuan, D. Macquarrie. - 2015. - № 129. - P.101-107.
8. Carvalho R.N. The Journal of Supercritical Fluids / R.N. Carvalho, L.S. Moura, P.T. Rosa et al. - 2005. - № 35. - P. 197-204.
9. Jeon Y.J. Handbook of Marine Macroalgae: Biotechnology and Applied Phycology / Y.J. Jeon, W. Wijesinghe, S.K. Kim. - 2011. - P. 221-228.
10. Fleurence J. Journal of applied phycology / J. Fleurence,L. Massiani,O. Guyader et al. - 1995. - № 7. - P. 393-397.
11. Linnell J. Journal of clinical pathology / J. Linnell, H.M. Mackenzie, J. Wilson et al. - 1985. - № 22. - P.545-550.
12. Shen L. Food Chem. / L. Shen, X. Wang, Z. Wang et al. - 2008. - № 107. - P. 929-938.
13. Nefeli Pontillo A.R. Conventional and Enzyme-Assisted Extraction of Rosemary Leaves (Rosmarinus officinalis L.) / A.R. Nefeli Pontillo, L. Papakosta-Tsigkri, T. Lymperopoulou et al. // Toward a Greener Approach to High Added-Value Extracts. - 2021. - № 11. - P.65-79.
14. Brand-Williams W. Use of free radical method to evaluate antioxidant activity / W. Brand-Williams, M.E. Cuvelier, C. Berset. - 1995. - №. 1. - P.25-30.
15. Mauhibah Yumnal A. Flavonoid isolation and identification of mother-in-law's tongue leaves (sansevieria trifasciata) and the inhibitory activities to xanthine oxidase enzyme / A. Mauhibah Yumna1, A. Rita Arbianti, T. Surya Utami et al. - 2018.
- № 67. - P. 85-90.
16. Rassem H.H.A. Techniques For Extraction of Essential Oils From Plants / H.H.A. Rassem, A.H. Nour, R.M. Yunus. -2016. - № 16. - P.117-127.
