CC BY
55
УДК 663.8:663.031.2/4 DOI 10.24411/2311-6447-2020-10050
Исследования содержания биологически-активных веществ в листьях плодовых культур и растительных экстрактах на их основе
Investigation of the content of biologically active substances in the leaves of fruit crops and plant extracts based on them
Доцент В.Ф. Винницкая (ORCID 0000-0002-6371-5375), аспирант E.A. Солома-тина (ORCID 0000-0002-9785-9895), профессор H.M. Круглов (ORCID 0000-0002-1848-7510),
(Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства
профессор В.Ф. Палфитов (ORCID 0000-0002-0959-519Х) (Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра математики, физики и информационных технологий, кафедра биологии и химии
Associate Professor V.F. Vinnitskaya, Graduate student E.A. Solomatina, Professor N.M. Kruglov,
(Michurinsky State Agrarian University) chair of technology of production, storage and processing of plant products
Professor V.F. Palfitov (Michurinsky State Agrarian University) chair of biology and chemistry
Pecpepam. Представлен обширный материал по изучению пригодности к использованию листьев плодовых культур, таких как черноплодная рябина, вишня, боярышник, темный виноград Vitis labrusca, краснолистная яблоня, смородина черная. Дано подробное обоснование выбора изучаемых культур, а также краткий обзор современного состояния вопроса в научном сообществе. При проведении исследований учитывалось, что выбранные культуры, в первую очередь, представляют интерес как плодово-ягодные, поэтому были продуманы и скорректированы сроки сбора сырья. Были проведены исследования содержания следующих показателей: Р-активные вещества - антоцианы, флаво-нолы, катехины; также показатели содержания аскорбиновой кислоты и антиоксидантной активности. Представлена методика изготовления водных вытяжек из листьев изучаемых культур. Далее представлен сравнительный анализ антиоксидантной активности в листьях, экстрактах и высушенных экстрактах. Рассчитаны проценты сохранности АОА после производства и высушивания экстрактов. Авторами были сделаны выводы о пригодности изучаемых культур в производстве добавок с высоким содержанием биологически-активных веществ для использования их в производстве продуктов функционального питания. Для получения водных экстрактов из листьев плодовых культур с высокими показателями содержания БАВ наиболее пригодны культуры, листья которых содержат большое количество антоцианов (черноплодная рябина - 984,5 мг/100 г. в высушенном экстракте, краснолистная яблоня - 328,4 мг/ 100 г., боярышник крупноплодный - 326,5 мг/100 г.), т.к. это сырьё обладает наилучшей экстрагируемостью и в дальнейшем высокой стабильностью при высушивании и хранении.
Summary. Presents extensive material on the study of the suitability for use of leaves of fruit crops, such as chokeberiy, cherry, hawthorn, dark grape Vitis labrusca, red-leafed apple tree, black currant. A detailed justification of the choice of the studied cultures is given, as well as a brief overview of the current state of the issue in the scientific community. During the research, it was taken into account that the selected crops are primarily of interest as fruit and berry, therefore, the timing of the collection of raw materials was thought out and adjusted. Studies were conducted on the content of the following indicators: P-active substances - anthocyanins, flavonols, catechins; also indicators of ascorbic acid content and antioxidant activity. The technique of manufacturing water extracts from the leaves of the studied cultures is presented. The following is a comparative analysis of antioxidant activity in leaves, extracts and dried extracts. The percent safety of AOA after production and drying of the extracts was calculated. The authors made conclusions about the suitability of the studied crops in the production of additives with a high content of biologically active substances for use in the production of functional nutrition products. To obtain water extracts from the leaves of fruit crops with high levels of biologically active substances, the most suitable crops are those whose leaves contain a large number of anthocyanins (chokeberry - 984.5 mg/ 100 g in the dried extract, red-leafed apple tree - 328.4 mg/100 g, large-fruited hawthorn - 326.5 mg/100 g), because this raw material has the best extractability and subsequently high stability during drying and storage.
-ttr5-
© В.Ф. Винницкая, E.A. Соломатина, H.M. Круглов, 2020
Ключевые слова: листья, антоцианы, флавонолы, катехины, антиоксидантная активность.
Keywords: leaves, anthocyanins, flavonols, catechins, antioxidant activity.
В Мичуринском ГАУ уже более 10 лет специалисты лаборатории продуктов функционального питания и кафедры технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства занимаются исследованиями плодов, ягод и листьев местных культур для получения концентратов, порошков, экстрактов для обогащения ими традиционных продуктов. Эти концентрированные добавки можно использовать в приготовлении хлеба, кондитерских изделий, добавлять в морсы, напитки, чаи. Для получения экстрактов и порошков из растительного сырья, как правило, используются отходы производства: выжимки, семена, кожица, то есть, те части плодов и ягод, в которых содержатся максимальные концентрации витаминов и биологически-активных веществ [1-9].
В середине XX века была выдвинута гипотеза о том, что ключевую роль в развитии онкологии, в процессах старения играют атомы и молекулы, имеющие свободный электрон на внешнем уровне - свободные радикалы. Свободные радикалы постоянно образуются в организме человека и животных. В определенной концентрации эти соединения являются необходимыми, поскольку именно они инициируют различные специфические биохимические и физиологические процессы. Однако, повышение уровня свободных радикалов может вызвать повреждение клеточных мембран нуклеиновых кислот. В организме человека повреждающему действию свободно - радикальных частиц противостоит эндогенная многоуровневая антиоксидантная система. Однако при интенсивном образовании свободных радикалов, а также при недостаточной активности антиоксидантной системы, компенсирующей последствия возникновения избытка свободных радикалов, возникает окислительный стресс, который может явиться причиной многочисленных патологий: сердечно-сосудистых, эндокринных, нейродегенеративных [12, 13].
В настоящее время исследования содержания БАВ всё чаще проводятся в отношении культур, у которых использование листьев для переработки является традиционным. Можно встретить научные статьи с исследованиями листьев таких культур, как чай черный и зеленый (камелия китайская Caméllia sinénsis L.), кипрей узколистный или Иван-чай (Chamaenerion angustifolium L.) и т.д. В то же время, изучению содержания БАВ в листьях плодовых культур до настоящего времени не уделялось должного внимания [14]. Традиционно плодовые культуры используются для заготовки плодов и ягод для производства варенья, желе, морсов, конфитюров, компотов, пастилы и т.д. Этот факт необходимо учитывать при заготовке листьев. Важно не нанести ущерб плодовому дереву или кустарнику. Поэтому заготовка листьев в нашем случае проходила в поздние сроки - конец августа - начало сентября для зоны ЦЧР. В это время листья уже выполнили свою функцию по накоплению углеводов для растения, но ещё 2-4 недели есть в запасе до пожелтения и опадания листвы.
Для исследований нами были выбраны следующие культуры: вишня (темноокрашенные сорта), черноплодная рябина, яблоня, имеющая антоциановую (красную) окраску плодов и листьев, боярышник крупноплодный, виноград с темной окраской ягод (Vitis labrusca), смородина черная. Сорта этих культур в данном случае не принимались во внимание, т.к. нами была поставлена задача - оценить пригодность листьев этих видов плодовых деревьев и кустарников для приготовления экстрактов с высокой антиоксидантной активностью. Черноплодная рябина, боярышник и смородина черная привлекают внимание тем, что эти культуры наиболее адаптивны в нашей зоне, менее других подвержены влиянию неблагоприятных погодных условий и практически не поражаются вредителями и болезнями. Яблоня с антоциановой окраской плодов и листьев уже много десятилетий
является предметом всестороннего изучения в Мичуринском ГАУ. Основное предназначение таких яблонь - это использование в качестве подвоев для прививки на них культурных сортов. Однако интерес к этой культуре возрастает. В последние годы появилось множество разновидностей краснолистных яблонь для использования в декоративном садоводстве. Также они находят применение и в переработке, мелкоплодные (от 20 до 70 г.) яблочки с окрашенной мякотью используются для приготовления компотов, варенья, чипсов, соков, морсов и т.д. В промышленном садоводстве сорта и гибридные формы таких яблонь используются в качестве опылителей [10, 11].
Исследования листьев и экстрактов на их основе на базе лаборатории продуктов функционального питания проводились в 2018 году. В конце августа - начале сентября листья заготовили, высушили естественным образом в тени, определили содержание основных БАВ (витамина С, антоцианов, флавонолов, катехинов и ан-тиоксидантов) в сухих листьях. Р-активные вещества: флавонолы, катехины определяли колориметрическим методом в модификации Л.И. Вигорова, аскорбиновую кислоту (витамин С) - йодометрическим методом. Антиоксидантную активность определяли с использованием жидкостного хроматографа Цвет Яуза-01-АА по гра-дуировочному графику, в качестве стандарта выступил кверцетин (табл. 1).
Таблица 1
Исследование содержания БАВ в сухих листьях плодовых культур
Листья плодовых культур Вит. С, мг/100 г. Антоциа- ны, мг/ 100 г. Флавонолы, мг/ 100 г. Катехины, мг/ 100 г. АОА, мг/ 100 г.
Вишня 83,6 90 1785 1005 2452
Виноград тем. 17,6 140 2700 860 394
Черноплодная рябина 26,4 170 1460 790 1437
Смородина черная 36,4 106 1245 2120 872
Яблоня краснолист-ная 79,2 136 1435 585 2466
Боярышник 26,4 152 1930 1510 2187
По содержанию витамина С выделялись листья таких плодовых культур, как вишня и яблоня с антоциановой окраской. По содержанию антоцианов листья черноплодной рябины, рекордное количество флавонолов оказалось в листьях винограда (2700 мг/100г.), а катехинов - в листьях смородины черной (2120 мг/100г.). По содержанию антиоксидантов выделялись вытяжки из листьев вишни, боярышника и яблони (во всех вариантах более 2000 мг/100г.). Таким образом, высушив листья плодовых культур, мы получили продукт, который занимает мало места, не требует определенных условий хранения (кроме герметичной упаковки) и имеет продолжительный срок хранения и использования. В то же время имеет рекордные показатели по содержанию биологически-активных веществ.
После исследований сырья по плану необходимо было изготовить водные вытяжки (экстракты) из полученных сухих листьев плодовых культур.
Методика изготовления водных вытяжек (экстрактов) из листьев: сырьё измельчили в дробилке, залили водой в соотношении 1:6 температурой 650С и держали на водяной бане 1 ч. Затем добавили по 1 грамму лимонной кислоты и оставили на сутки. На следующий день измерили рН и содержание РСВ в полученном настое (табл. 2).
Таблица 2
Показатели в растительных экстрактах
Листья плодовых культур рН РСВ, % АОА, мг/ 100 г.
Вишня 4,9 6,1 409,2
Виноград тем. 3,0 3,2 127,5
Черноплодная рябина 4,5 6,2 1076,0
Смородина черная 4,9 3,9 340,8
Яблоня краснолистная 5,0 5,5 684,8
Боярышник 4,7 4,4 479,2
Содержание растворимых сухих веществ варьировало от 3,2 % у вино града Vitis labrusca до 6,2 % у черноплодной рябины. По количеству антиоксидантов в полученных водных экстрактах рекордсменом также оказалась черноплодная рябина (1076,0 мг/100 г.)
После проведенных исследований перед нами была задача сохранить полученные экстракты с целью увеличить срок использования их в качестве обогащающей добавки при производстве функциональных продуктов питания. Одним из наиболее подходящих способов было выбрано высушивание до влажности 10-15%, т.к. этот способ не предусматривает внесение дополнительных компонентов в конечный продукт.
Экстракты высушили в сушильном шкафу до затвердевания, затем измельчили в крошку и ещё раз провели исследование сохранения антиоксидантов (табл. 3).
Таблица 3
Исследование сохранения антиоксидантов в растительных экстрактах после высушивания
Листья плодовых культур АОА в сухих листьях, мг/ 100 г. АОА в экстрактах из сухих листьев, мг/100г % сохранности после экстрагиро-ва-ния АОА в высушенных экстрактах, мг/ ЮОг % сохранности после высушивания
Вишня 2452,0 409,2 16,7 303,3 74,1
Виноград тем. 394,0 127,5 32,4 114,0 89,4
Черноплодная рябина 1437,0 1076,0 74,3 984,5 91,5
Смородина черная 872,0 340,8 39,0 265,1 77,8
Яблоня крас. 2466,0 684,8 27,8 328,4 48,0
Боярышник 2187,0 479,2 22,0 326,5 68,1
Все образцы характеризовались высоким показателем сохранности антиоксидантов после высушивания экстракта (от 48 до 91 %). Наибольшим показателем антиоксидантной активности обладает высушенный экстракт из листьев черноплодной рябины, он же обладает наивысшим процентом сохранности во время сушки. Вероятно, это можно объяснить тем, что антоцианы во время сушки сохраняются лучше, чем, например, витамин С и именно высокое их содержание в листьях данной культуры обуславливает высокую антиоксидантную активность конечного продукта. Работа проведена на базе Центра коллективного пользования высокотехнологичным оборудованием Мичуринского агроуниверситета.
1. Сухие листья изучаемых культур имеют высокие показатели содержания: витамина С - до 83 мг/100 г.; антоцианов - до 170 мг/100 г.; флавонолов - до 2700 мг/ 100 г.; катехинов - до 2120 мг/100 г.; антиоксидантов - до 2466 мг/ 100г.
2. После изготовления водных экстрактов рекордными показателями антиок-сидантной активности начали отличаться черноплодная рябина и краснолистная яблоня, в то время как в сухих листьях рекордные показатели АОА были у вишни, боярышника и яблони. Вероятно, это связано с высоким содержанием этими культурами флавонолов (см. табл.1), часть из которых не растворима в воде и не перешла из сухих листьев в водные вытяжки.
3. Для получения водных экстрактов из листьев плодовых культур с высокими показателями содержания БАВ наиболее пригодны культуры, листья которых содержат большое количество антоцианов (черноплодная рябина - 984,5 мг/100 г. в высушенном экстракте, краснолистная яблоня - 328,4 мг/100 г., боярышник крупноплодный - 326,5 мг/100 г.), т.к. это сырьё обладает наилучшей экстрагируемо-стью и в дальнейшем высокой стабильностью при высушивании и хранении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Винницкая В.Ф. Технология функциональных и специализированных продуктов питания с использованием адаптивного сортимента местного растительного сырья: монография / В.Ф. Винницкая, О.В. Перфилова. - Мичуринск: изд-во Мичуринского государственного аграрного университета, 2018. - 184 с.
2. Перфилова О.В. Технологические особенности производства фруктового полуфабриката из вторичного сырья сокового производства / О.В. Перфилова / Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2017. - № 4. - С. 56 -60.
3. Перфилова О.В. Яблочные выжимки как источник биологически активных веществ в технологии продуктов питания / О.В. Перфилова // Новые технологии. - 2017. - № 4. - С. 65-71.
4. Перфилова О.В. Применение СВЧ-нагрева при переработке яблочных выжимок на продукты функционального питания / О.В. Перфилова / / Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2016. - № 3. - С. 78-83.
5. Влияние овощных порошков на реологические свойства теста и хлеба из пшеничной муки / О.В. Перфилова, В.А. Бабушкин, К.В. Парусова, И.П. Евдокимова / / Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2016. -№ 1. - С. 71-79.
6. Технология переработки яблок на сок прямого отжима и пюре / О.В. Перфилова, В.А. Бабушкин, Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2016. -№ 3 (11). - С. 82-85.
7. Перфилова О.В. Новый сорт хлеба с шиповником / О.В. Перфилова / / Достижения науки и техники АПК. - 2010. - № 8. - С. 77-78.
8. Потапова A.A. Мучные кондитерские изделия, обогащенные эссенциальны-ми микронутриентами овощного сырья / A.A. Потапова, О.В. Перфилова / / Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2014. - № 4 (4). - С. 50-54.
9. Расширение ассортимента хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с функциональной направленностью / В.Ф. Винницкая, С.И. Данилин, Д.В. Аки-шин, О.В. Перфилова, С.С. Комаров // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2014. - № 2. - С. 82-85.
10. Соломатин, Н.М. Оценка плодов красномякотных гибридов яблони для производства компотов / Н.М. Соломатин, В.Н. Сорокопудов, Е.А. Соломатина // Плодоводство и ягодоводство России. - 2017. - Т. 51. - С. 312-317.
11. Соломатин, Н.М. Сырьевое и декоративное значение краснолистных гибридов яблони селекции МичГАУ / Н.М. Соломатин, Е.А. Соломатина / Плодоводство Беларуси: Традиции и современность. Материалы международной научной конференции, посвящённой 90-летию образования РУП «Институт плодоводства». -Самохваловичи, 2015. - С. 115-117.
12. Тараховский, Ю.С. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина. // Ю.С. Тараховский, Ю.А. Ким, Б.С. Абдрасилов, Е.Н. Музафаров / Пущино.- Syn-chrobook, 2013. - 310 с.
13. Шарова Е.И. Антиоксиданты растений: учебное пособие. СПб., 2016. -140 с.
14. Яшин Я. И., Рыжов В. Ю., Яшин А.Я., Черноусов Н.И. / Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и влияние их на здоровье и старение организма человека. М., 2009/Транслит 2009. - 186 с.
REFERENCES
1. Vinnitskaya V.F. Technology of functional and specialized food products using an adaptive assortment of local plant materials: monograph / V.F. Vinnitskaya, O.V. Perfilova. - Michurinsk: publishing house of the Michurinsk State Agrarian University, 2018 .- 184 p.
2. Perfilova OV Technological features of the production of fruit semi-finished products from secondary raw materials of juice production / O.V. Perfilova / Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. - 2017. - No. 4. - P. 56-60.
3. Perfilova OV Apple pomace as a source of biologically active substances in food technology / O.V. Perfilova // New technologies. - 2017. - No. 4. - P. 65-71.
4. Perfilova OV The use of microwave heating in the processing of apple pomace on products of functional nutrition / O.V. Perfilova // Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. - 2016. - No. 3. - P. 78-83.
5. The effect of vegetable powders on the rheological properties of dough and bread from wheat flour / O.V. Perfilova, V.A. Babushkin, K.V. Parusova, I.P. Evdo-kimova // Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. - 2016. - No. 1. - P. 7179.
6. Technology for processing apples into direct-squeezed juice and mashed potatoes / O.V. Perfilova, V.A. Grandma G.O. Magomedov, M.G. Magomedov // Technologies of food and processing industry AIC - healthy food products. - 2016. - No. 3 (11). -P. 82-85.
7. Perfilova OV A new variety of bread with rose hips / O.V. Perfilova // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. - 2010. - No. 8. - P. 7778.
8. Potapova A.A. Flour confectionery products enriched with essential micronutri-ents of vegetable raw materials / A.A. Potapova, O.V. Perfilova / / Technologies of food and processing industry AIC - healthy food products. - 2014. - No. 4 (4). - P. 50-54.
9. Expansion of the range of bakely and flour confectionery products with a functional orientation / V.F. Vinnitskaya, S.I. Danilin, D.V. Akishin, O.V. Perfilova, S.S. Ko-marov // Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. - 2014. - No. 2. -P. 82-85.
10. Solomatin, N.M. Evaluation of fruits of red-fleshed apple hybrids for the production of compotes / N.M. Solomatin, V.N. Sorokopudov, E.A. Solomatina // Fruit growing and berry growing in Russia. - 2017,- T. 51. - S. 312-317.
11. Solomatin, N.M. Raw and decorative value of red-leaf hybrids of apple-tree breeding MichGAU / N.M. Solomatin, E.A. Solomatina / Fruit growing in Belarus: Traditions and modernity. Materials of the international scientific conference dedicated to the 90th anniversary of the formation of the Institute of Fruit Growing RUE. - Samokh-valovichi, 2015 .- P." 115-117.
12. Tarakhovsky, Yu.S. Flavonoids: biochemistry, biophysics, medicine. // Yu.S. Tarakhovsky, Yu.A. Kim, B.S. Abdrasilov, E.N. Muzafarov / Pushchino.- Synchrobook, 2013 .-- 310 s.
13. Sharova E.I. Plant Antioxidants: A Study Guide. SPb., 2016 .- 140 p.
14. Yashin Ya. I., Ryzhov V. Yu., Yashin A.Ya., Chernousov N.I. / Natural antioxidants. The content in food products and their effect on the health and aging of the human body. M., 2009 / Translit 2009. - 186 p.
