CC BY
18
УДК 667.677
DOI 10.24412/2311-6447-2023-1-66-71
Исследование процесса экстракции пищевых красителей из нетрадиционного растительного сырья
Study of the process of extraction of food dyes from, non-traditional plant raw materials
Зав кафедрой М.Б. Шарипова, и.о. профессора М.Б. Икрами, и.о. профессора К.К. Мирзорахимов,
Технологический университет Таджикистана, кафедра химии, rrmvzu па - 8 3,t7 ,mai 1. г и
докторант Х.А. Саидов Технологический университет Таджикистана, кафедра технологии пищевых продуктов, Khusevn9696@mail.ru
Head of the Department M.B. Sharipova, Acting Professor M.B. Ikrami, Acting Professor K.K. Mirzorakhimov
Technological University of Tajikistan, Department of Chemistry, mavzuna-83@mail.ru
Doctoral student H.A. Saidov Technological University of Tajikistan, Department of Food Technology, Khuseyn9696@mail.ru
Аннотация. Изучено влияние технологических параметров на экстракцию красящих веществ из ягод сумаха, произрастающего Республике Таджикистан, с целью установления оптимальных условий выделения красящих веществ из данного растения для использования в качестве пищевого красителя. В результате исследования установлено, что основными веществами водных экстрактов из плодов сумаха являются флавонолы, дубильные вещества и антраценпроизводные, в спиртовых растворах -флавонолы п дубильные вещества. В водных экстрактах также присутствуют слабые полосы поглощения при 610-650 нм, которые в соответствии с литературными данными относятся к антраценпроиз-водным. Указанные вещества обладают биологической активностью, а также красящими свойствами, следовательно, могут быть использованы в качестве пищевых красителей. В исследуемых экстрактах отсутствуют антоцианы. Было выявлено, что степень экстракции красящих веществ из ягод сумаха водой больше, чем при экстракции спиртом, то есть при выделении красящих веществ целесообразно использовать в качестве экстрагента воду. Определены оптимальные режимы экстракции красящих веществ из ягод сзпмаха. Оптимальным соотношением сырья и растворителя как при экстракции водой. так и спиртом является соотношение 1:100 при температуре 100 "С.
Abstract. The article discusses the results of studying the influence of technological parameters on the extraction of coloring substances from sumac berries growing in the Republic of Tajikistan in order to establish the optimal conditions for the extraction of coloring substances from this plant in order to use it as a food coloring. As a result of the study, it was found that the main substances of water extracts from sumac fruits are flavonols, tannins and anthracene derivatives, in alcohol solutions - flavonols and tannins. Aqueous extracts also contain weak absorption bands at 610-650 nm, which, in accordance with the literature data, refer to anthracene derivatives. These substances have biological activity, and also have coloring properties, therefore, they can be used as food colorings. The studied extracts do not contain anthocyanins. It was found that the degree of extraction of dyes from sumac berries with water is greater than during extraction with alcohol, that is, when extracting dyes, it is advisable to use water as an extractant. The optimal modes of extraction of dyes from sumac berries were determined. The optimal ratio of raw materials and solvent both for extraction with water and alcohol is the ratio of 1:100 at a temperature of 100 °C.
Ключевые слова: пищевые красители, красящие вещества, ягоды сумаха, экстракция, оптимальные условия
Keywords: food colorings, coloring matter, sumac berries, extraction, optimal conditions
(Q М.Б. Шарипова, М.Б. Икрами, K.K. Мирзорахимов, Х.А. Саидов, 2023
На кафедре химии Технологического университета Таджикистана в течение ряда лет проводятся исследования, направленные на изучение красящих природных веществ растений, произрастающих в Таджикистане, и изучение перспектив их применения в качестве пищевых красителей [1-3].
Представляет интерес получение красителей из нетрадиционного сырья, а также из дикорастущих растений и непищевого сырья. Примером таких красителей являются красящие экстракты из листьев, корней или других частей растительного сырья, способ получения которых разработан на кафедре химии Технологического университета Таджикистана [4-6].
Целью - исследование влияния таких технологических параметров на процесс экстракции красящих веществ из ягод сумаха, как растворитель, соотношение сырья и экстрагента, температуры на процесс экстракции красят них веществ из ягод сумаха. Выбор данного растения основан на том, что оно распространено на территории Таджикистана и культивируется во многих странах как дубильное и декоративное растение [7].
Сумах дубильный (Rhus coriaria L.) - это небольшой маловетвнстый кустарник (реже деревце) из семейства Сумаховых. Сумах дубильный произрастает в Южной Европе, Северной Африке, Ближней и Средней Азии.
Согласно литературным источникам плоды сумаха применяют в виноделии и кулинарии. Соус из плодов употребляют как пряность и маринад. В турецкой и азербайджанской кухнях порошок из сушеных плодов сумаха пспользуется как приправа к мясным и рыбным блюдам, салатам. Используются ягоды сумаха и в таджикской национальной кухне, где отвар или настой ягод сумаха заменяет уксус или лимонный сок.
Ветви и листья используются в кожевенной промышленности. Из них получают дубильные экстракты для кожи, изготавливают высококачественные лаки. Красители, изготовленные из сумаха, используются в текстильном производстве для окраски шерсти и шелка и для изготовления чернил. Из листьев и побегов можно получить черную краску, из коры - желтую, из плодов - красную. Древесину сумаха используют в столярном деле.
Химический состав различных частей сумаха представлен биологически активными веществами, среди которых ^-карболиновые алкалоиды, полисахариды, сложные эфиры, флавоновые гликознды, фенолы, фенольные кислоты, кетоны, пи-римидиновые и фенильные эфиры, стероиды и терпены, заменимые и незаменимые аминокислоты и нутрицевтики, витамины и жирные кислоты. Листья сумаха содержат большое количество дубильных веществ, основной процент из которых занимает танин, а остальные - производные галловой кислоты. Также в листьях обнаружены витамин С, флавоноиды, эфирные масла. В плодах этого растения можно найти дубильные вещества, смолы, аскорбиновую кислоту и витамин К [7].
Указанные биологически активные вещества сумаха, обусловливающие его терапевтические эффекты, определяют использование препаратов из сумаха в качестве лечебных средств. В фармацевтической промышленности листья и плоды сумаха перерабатывают с целью получения танина и для изготовления лекарственных препаратов «Танальбин» и «Тансал». Танин назначают как вяжущее, антисептическое и противовоспалительное средство, а также применяют при отравлениях солями тяжелых металлов и алкалоидами. Препараты танина прописывают при диареях различного генеза, энтероколитах, острых кишечных инфекционных заболеваниях. Наружно танины применяются при мокнущих язвах, экземе, ожогах, пролежнях и гнойных ранах.
Анализ литературных источников по данной теме показал, что внимание исследователей в основном направлено на использование этих растений в фармацевтике. Красящие вещества из указанного растительного сырья и их использование в качестве пищевых красителей до настоящего времени практически не изучено.
Между тем растительные экстракты, используемые для окрашивания пищевых продуктов, представляют собой не индивидуальное вещество, а комплекс веществ, часто обладающих биологической активностью и их можно назвать полифункциональными, так как помимо основной задачи - окрашивания пищевого продукта, эти экстракты служат источник биологически активных добавок. С данной точки зрения исследование природных соединении в составе экстрактов ягод сумаха актуально и представляет научно-практический интерес.
Объектами исследования служили водные и спиртовые экстракты ягод сумаха. Красящие вещества из ягод сумаха были выделены нами экстракцией водой и 70 %-ным этиловым спиртом. Степень экстракции контролировали гравиметрически по выходу экстрактивных веществ, а также по оптической плотности экстракта, определяемой на спектрофотометре СФ-10 при длине волны 590 нм в кюветах с 1 = 1 см с использованием чистого растворителя в качестве контрольного раствора. Оптическая плотность определялась по известным методикам на спектрофотометре СФ-10 в кюветах с толщиной поглощающего света 1 см в диапазоне длин волн от 350 до 700 нм с шагом 10 нм.
Как отмечается в статье H.A. Ростовцевой, A.A. Зубапровой, Ю.Н. Чернышен-ко, исследовавших спиртовые экстракты из плодов сумаха, темно-красный цвет экстрактов обусловлен наличием антоциановых пигментов, которые обладают высокой красящей способностью, поэтому могут использоваться для крашения пищевых продуктов, в частности в мясной промышленности для улучшения цветности мясопродуктов [8]. Эти же авторы отмечают, что высокая антиоксидантная активность антоцианов может способствовать увеличению срока годности продуктов с высоким содержанием жира. Наличие Р-витаминной активности позволяет отнести ряд продуктов с введением антоцианов к разряду функциональных. Однако результаты спектрофотометрического исследования водных и спиртовых экстрактов, проведенного нами, отличаются от представленных в данной статье. На рис. 1 и 2 представлены УФ-спектры водного и спиртового экстракта из плодов сумаха.
0,9
0.3 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 а
1 Л
1 1 1 1
I 1 I II л
11/^ _1 1 п.
I * \/ \1
V )| \1 [л ^ Л/ч ^ лЛ
180210240270300330360390420450480510540570600630660690720750780
Рис. 1. УФ-спектр водного экстракта плодов сумаха
-татумс
ооооооооооо О СЭ о о о_ о с о о о о
ГО IN S о ° § (N 8 8 ° § (N 8 8 § §
Рис. 2. УФ-спектр спиртового экстракта плодов сумаха
Как видно из представленных рис.1, 2, в УФ-спектрах как водных, так и спиртовых экстрактов не проявляется полоса при 510-535 нм, которая свидетельствует о наличии антоцианового красителя [8]. Но присутствуют интенсивные полосы поглощения, характерные для дубильных веществ и флавонолов. В водных экстрактах также присутствуют слабые полосы поглощения при 610-650 нм, которые в соответствии с литературными данными относятся к антраценпроизводным. Указанные вещества обладают биологической активностью, а также красящими свойствами, следовательно, могут быть использованы в качестве пищевых красителей.
Красящие вещества из ягод сумаха былп выделены нами экстракцией водой и 70 %-ным этиловым спиртом. В соответствии с разработанными ранее способами выделения красящих веществ из растительного сырья красящие вещества экстрагировали кипящим растворителем в течение определенного времени. Но так как для каждого вида сырья оптимальные условия различны, нами были изучены факторы, влияющие на степень извлечения красителей.
Полученные водные и спиртовые экстракты имеют коричнево-красный цвет. Выход сухого порошка в зависимости от растворителя составляет 20 % для водных экстрактов и 25 % - для спиртовых.
Экстракция природных веществ из растительного сырья зависят от некоторых факторов - растворителя, соотношения сырья и экстрагента, температуры, времени экстракции, степени измельчения сырья. С целью определения оптимальных условий для выделения красящих веществ из ягод сумаха нами определялась зависимость степени экстракции от вида растворителя, соотношения сырья и экстрагента, а также температуры и времени ее воздействия. Степень экстракции красящих веществ определялась по значению оптической плотности, которая, как известно, зависит от концентрации. Так как основными красящими веществами, скорее всего, являются фенольные соединения, для которых характерна полоса поглощения при 590 нм, то определяли значение оптической плотности при указанной длине волны. Полученные результаты представлены ниже.
Изучено влияние растворителя и соотношения сырья п растворителя на степень экстракции красящих веществ из ягод сумаха. Экстракция проводилась водой и 70 %-ным раствором этанола при соотношении сырья п растворителя 1:20, 1:30, 1:40, 1:50, 1:60, 1:70, 1:89, 1:90, 1:100 (табл. 1).
Таблица 1
Зависимость степени экстракции красящих веществ от растворителя и соотношения сырья и растворителя
Соотношение сырья Оптическая плотность
и экстрагента Вода Спирт (70 %)
1 20 0,077 0,012
1 30 0,088 0,058
1 40 0,584 0,072
1 50 0,562 0,084
1 60 0,109 0,108
1 70 0,685 0,301
1 80 0,660 0,343
1 90 0,704 0,387
1 100 1,613 0,388
Представленные в табл. 1 данные позволяют сделать вывод о том, что степень экстракции красящих веществ водой больше, чем при экстракции спиртом, то есть при выделении красящих веществ целесообразно использовать в качестве экстрагента воду. Следует учесть, что вода является более экономичным и экологически чистым растворителем. Оптимальным соотношением сырья и растворителя как при экстракции водой, так и спиртом является соотношение 1:100.
Также было изучено влияние температуры и времени ее воздействия
на процесс экстракции. Для выявления указанной зависимости сырье и экстрагент в установленном оптимальном соотношении 1:100 нагревалн в течение 2 ч при температурах от 200 до 100 "С. Время экстрагирования выбрано по аналогии с разработанными ранее на кафедре химии ТУТ способами выделения красящих веществ из растительного сырья (табл. 2).
Таблица 2
Зависимость степени экстракции красящих веществ из ягод сумаха от температуры
Температура, "С Оптическая плотность
Вода Этанол (70 %)
20 0,077 0,012
30 0,088 0,058
40 0,584 0,077
50 0,562 0,084
60 0,101 0,108
70 0,685 0,301
80 0.690 0,343
90 0,704 0,387
100 1,613 0,398
Полученные данные показывают, что с увеличением температуры увеличивается оптическая плотность.
На основании результатов проведенных экспериментов установлено, что основными веществами водных экстрактов из плодов сумаха являются флавонолы, дубильные вещества и антраценпроизводные, в спиртовых растворах - флавонолы и дубильные вещества. И в тех и других экстрактах отсутствуют антоцианы. Возможно, различие компонентного состава экстрактов, полученных нами и обсуждаемыми в работе |8], связано с климатическими и экологическими условиями произрастания растительного сырья - сумаха. Также определены оптимальные режимы экстракции красящих веществ из ягод сумаха. Эти условия таковы: экстрагент - вода, соотношение сырья и растворителя 1:100, температура 100 °С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Икрами М.Б., К.К.Мирзорахимов, Шарипова М.Б., Рахимова Ф. Получение пищевого красителя из корней ревеня. Труды ТУТ Вып. XIV, 2008, с. 74-77.
2. Икрами М.Б., Мирзорахимов К.К., Рахимова Ф.А.Получение и физико-химические свойства пищевого красителя из корней солодки Материалы Международной конференции VI Нумановские чтения, Душанбе, 2009, с. 59-61.
3. Шарипова М.В., Мирзорахимов К.К.,Расчет константы скорости процесса экстракции флавоноидов и каротиноидов из растительного сырья Известия АН РТ, серия физ.-мат., хим. и геол. наук -2010,№ 1 (138) - с. 70-73.
4. Икрами М.Б., Мирзорахимов К.К., Юсупов Ш.Т. Способ получения пищевого красителя из скорлупы грецкого ореха Патент PT№58 TJ, 2006.
5. Икрами М.Б., К.К.Мирзорахимов, Шарипова М.В., Тураева Г. Яспнов М.М.Способ придания окраски мясным изделиям Патент РТ№ TJ, 2013.
6. Икрами М.В. К.К.Мпрзорахимов, Шарппова М.В.,Способ получения красного пищевого красителя из зверобоя Патент РТ №205 TJ, 2008.
7. Шарофова М.У. Экспериментальное изучение растений, применяемых в медицинской системы Авиценны для лечения диабета // Дисс. докт. мед.наук. Душанбе, 2019, 242 с.
8. Ростовцева H.A., Зубаирова A.A., Чернышенко Ю.Н Получение антоцпаново-го красителя для использования в мясной промышленности. С. 151-153.
REFERENCES
1. Ikrami MB, KK Mirzorakhimov, Sharipova MB, Rakhimova F. Obtaining a food dye from rhubarb roots. Proceedings TUT Vol. XIV, 2008, p. 74-77.
2. Ikrami MB, Mirzorakhimov KK, Rakhimova F.A. Radiation and physicochemical properties of a food dye from licorice roots Materials of the International Conference VI Numanov readings, Dushanbe, 2009, p. 59-61.
3. Sharipova M.B., Mirzorakhimov K.K., Calculation of the rate constant of the process of extraction of flavonoids and carotenoids from plant raw materials Izvestia, Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan, physical-mat. series, chem. and geol. sciences -2010, No. 1 (138) - p. 70-73.
4. Ikrami MB, Mirzorakhimov KK, Yusupov Sh. T. Method for Producing a Food-Based Dye from Walnut Shells Patent No. 58 TJ, 2006.
5. Ikrami MB, K.K.Mirzorakhimov, Sharipova MB, Turaeva G. Yasinov M.M. Method of painting meat products Patent No. TJ, 2013.
6. Ikrami M.B. K.K. Mirzorakhimov, Sharipova M.B., Method of Producing Red Food Dye from St. John's Wort Patent No. 205 TJ, 2008.
7. Sharofova M.U. Experimental study of plants used in the Avicenna medical system for the treatment of diabetes//Diss. Doc. medical sciences Dushanbe, 2019, 242 p.
8. Rostovtseva NA, Zubairova LA, Chernyshenko Yu.N Production of anthocyanin dye for use in the meat industry. S. 151-153.
