CC BY
77
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ TECHNOLOGY OF THE FOODSTUFF
УДК 544.773.432:547.485.5 ГРНТИ 65
Горбунова Н.В.,аспирант; Евтеев А. В., аспирант; Банникова А.В., канд.техн.наук,
Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова,
г. Саратов, Саратовская область, Россия;
E-mail: [email protected];
Решетник Е.И., д-р техн. наук, профессор,
Дальневосточный государственный аграрный университет,
г. Благовещенск, Амурская область, Россия
E-mail: [email protected]
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТЕНИЕВОДСТВА В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИОКСИДАНТОВ
В современных пищевых продуктах все чаще используются красители природного происхождения, тем не менее, многие природные пигменты обладают ярко выраженной антиоксидантной активностью, и могут применяться не только как краситель, но и как функциональный ингредиент в витаминно-минеральных премиксах. Одним из таких природных компонентов являются беталаины, которые можно эффективно извлекать из надземной части овощей рода амарантовых. Целью настоящей научной работы стало изучение полноты извлечения экстракта из растительного сырья путем применения различных методов экстракции, включая ультразвуковой, в совокупности с использованием 4 различных видов экстрагентов. При этом оценивалась ан-тиоксидантная активность полученных экстрактов при различных методах экстракции и применении экстрагентов. Также в рамках данного исследования была изучена полнота экстракции и количество извлеченных антоцианов из образцов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ, ЭКСТРАКТ, УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ЭКСТРАКЦИЯ, ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ
UDC 544.773.432:547.485.5
Gorbunova N.V, postgraduate; Evteev A.V., postgraduate;
Bannikova A.V., Cand. Tech. Sci., Associate Professor;
Saratov State Agrarian University;
Saraov, Saratov region, Russia;
Reshetnik E.I., Dr Tech.Sci., Professor,
Far Eastern State Agrarian University,
Blagoveshchensk, Amur region, Russia
E-mail: [email protected]
PROSPECTS OF USING COMPLEX PROCESSING PRODUCTS OF CROP PRODUCTION AS SOURCES OF OBTAINING ANTIOXIDANTS
In modern food, dyes of natural origin are increasingly used, however, many natural pigments have a pronounced antioxidant activity, and can be used not only as a dye, but also as a functional ingredient in vitamin-mineral premixes. One of such natural components is betalain,
which can be effectively extracted from the aboveground part of vegetables of the genus Amaranth, by using ultrasonic extraction. The purpose of this scientific work was to study the completeness of extract extraction from plant raw materials by applying various extraction methods in combination with the use of 4 different types of extractants. At the same time, such a factor as the relative antioxidant activity was evaluated, which, as it turned out, was influenced, among other things, by the extraction method. Also within the framework of this study, the completeness of extraction of anthocyanins from the samples was studied.
KEY WORDS: RELATIVE ANTIOXIDANT ACTIVITY, EXTRACT, ULTRASONIC EXTRACTION, SECONDARY RECYCLING OF AGRICULTURAL RAW MATERIALS
Одним из самых важных показателей качества пищевых продуктов является их цвет. Однако известно, что при воздействии различных внешних факторов многие пищевые продукты меняют свой цвет и становятся менее привлекательными для потребителя. В этой связи возникает необходимость использования красителей в производстве пищевых продуктов. Несмотря на то, что натуральные красители менее стабильны, чем синтетические, и являются более дорогими, производители все чаще избегают применения синтетических красителей и используют в рецептурах натуральные пигменты, считая их безвредными для здоровья. Природа производит различные соединения, которыми можно окрашивать пищевые продукты, такие как водорастворимые антоцианы, бета-лаины, карминовая кислота, каротиноиды и хлорофиллы [2].
Наиболее широко были изучены такие пигменты, как каротиноиды, чьи анти-оксидантные свойства были широко изучены и научно обоснованы. Беталаины представлены в природе не так широко и практически не были исследованы в качестве биологически активных соединений, тем не менее, в некоторых исследованиях они показали свой потенциал как пигменты, обладающие высокой антиокси-дантной активностью [3, 4].
В настоящее время все большее внимание уделяется такому понятию, как окислительный стресс, способствующего развитию ряда дегенеративных заболеваний, таких как злокачественные образования и болезни сердца. Вместе с тем анти-оксидантные молекулы обладают потенциалом к снижению воздействия негативного
фактора [6, 8, 9]. Ряд научных работ показал, что беталаины, полученные из сахарной свеклы, являются мощными антиокси-дантами и входят в десятку веществ, обладающих наивысшей антирадикальной и антиоксидантной активностью [5, 7, 9, 10].
Таким образом, целью настоящей работы является подбор способов получения экстрактов, содержащих значительное количество беталаинов и антоцианов, из продуктов комплексной переработки растительного сырья и изучение их антиокси-дантной активности.
Объекты и методы исследования
Для проведения исследований использовали свекольную ботву, полученную из свеклы Beta vulgaris L. сорта Цилиндра. В качестве экстрагентов использовали 70-% спирт, дистиллированную воду, 2%-ную муравьиную кислоту, гидроксид натрия
Спиртовая экстракция: Аналитическая проба. 0,5 г измельченного сырья помещали в колбу, прибавляли 50 мл 70% этилового спирта, настаивали 15 мин. Экстрагировали центрифугированием при 40 000 об./мин. - 60 мин, выпаривали под вакуумом при 40 °С.
Экстракция водой: Аналитическая проба. 0,5 г измельченного сырья помещали в колбу, прибавляли 50 мл дистиллированной воды, настаивали 15 мин. Экстрагировали центрифугированием при 40 000 об./мин. - 60 мин, выпаривали под вакуумом при 40 °С.
Щелочная экстракция: Аналитическая проба. 0,5 г измельченного сырья помещали в колбу, прибавляли 50 мл раствора гидроксида натрия с рН=10, настаи-
вали 15 мин. Экстрагировали центрифугированием при 40 000 об./мин. - 60 мин, выпаривали под вакуумом при 40 °С. Далее проводили вакуумную сушку.
Экстракция муравьиной кислотой: Аналитическая проба. 0,5 г измельченного сырья помещали в колбу, прибавляли 50 мл 2-% муравьиной кислоты, настаивали 15 мин. Экстрагировали центрифугированием при 40 000 об./мин. - 60 мин, выпаривали под вакуумом при 40 °С.
Для сравнения вместо центрифугирования также проводили экстракцию с применением ультразвука при 35 кГц, 450 Вт 60 мин. В заключение проводили вакуумную сушку.
Выход сухого вещества определяли после высушивания путем взвешивания сухого остатка.
Определение антоцианов: раствор А: 0.025 М КС1, рН 1.0.Навеску КС1 массой 0.465 г растворяли в 240 мл дистиллиро-
ванной воды в химическом стакане. Доводили значение рН до 1.0 раствором концентрированной соляной кислоты. Переносили полученный раствор в мерную колбу вместимостью 250 мл и доводили до метки дистиллированной водой с последующим контролем рН.
Раствор Б: 0.4 М СНзСООШ, рН 4.5. Навеску СНзСООШ-ЗШО массой 13.6 г растворяли в 240 мл дистиллированной воды в химическом стакане. Доводили рН до 4,5 раствором концентрированной соляной кислоты. Переносили полученный раствор в мерную колбу вместимостью 250 мл и доводили до метки дистиллированной водой, повторно контролируя рН. Алик-вотные объемы анализируемого экстракта V антоцианов переносили в мерные колбы Уаи доводили до метки растворами А или Б.
Концентрацию антоцианов (моль/л) рассчитывали по формуле:
{[АтаЛрН = 1) - А700(рН = 1)] - [Атах(рН = 4,5) - А700(рН = 4,5)]}
с = п *-—---
(est * I)
где Amax(pH=1), A7oo(pH=1), Amax(pH=4,5), A7oo(pH=4,5) - оптическая плотность растворов в максимуме абсорбции для образцов с рН=1 и рН=4,5, соответственно; n - степень разбавления исходного раствора; est- -коэффициент экстинкции, 26900 л*моль-1*см-1 в случае пересчета на цианидин-3-глюкозида хлорид; l -длина оптического пути, см.
Содержание антоцианов в растительном сырье выражали в г/100 исходного материала:
т=с*—*М,
т.
где М=484,8 г/моль - молярная масса хлорида циа-нидин-3-глюкозида; м - масса навески источника антоцианов, г.
Антиоксидантную активность определяли на кулонометре «Эксперт - 006-ан-тиоксиданты», разработанного и серийно выпускаемого НПК ООО «Эконикс-Экс-перт», г. Москва, №23192-02 в Госреестре СИ РФ. Принцип работы анализатора основан на использовании закона Фарадея, согласно которому масса анализируемого вещества определяется количеством электричества, израсходованного на проведение реакции. Анализатор регистрирует время электролиза и рассчитывает, согласно закону Фарадея, количество определяемого вещества п, содержащегося во
введенной в кулонометрическую ячейку пробе. Величина п прямо пропорционально количеству электричества Q, проходящего через электролит [1]:
п =
M*Q _ M*f Idt
z*F
где: М - молекулярная масса определяемого вещества; I - сила тока, А; t - время электролиза, с; z -количество электронов, переходящих в ходе электродной реакции; F - константа Фарадея (96485,3415 ± 0,0039), Кл/моль.
Результаты исследований и их обсуждение. Экстракция представляет собой процесс, позволяющий выделять растворимые вещества из нерастворимых в целом материалов. Процесс экстракции заключается в том, что растительное сырье обрабатывают экстрагентом, в который и переходят из растительного сырья извлекаемые вещества. Несмотря на разнообразие методов выделения экстракции, каждый из них
обладает своими достоинствами и недостатками. Традиционные методы экстракции (перколяция и мацерация) являются очень длительными и трудоемкими. Одним из перспективных методов является использование метода ультразвуковой экстракции. Преимуществами ультразвуковой экстракции по сравнению с другими способами являются минимальное применение ручного труда; сокращение времени технологического процесса; удаление вредных примесей; увеличение выхода экстрактивных веществ. Высокая эффективность ультразвуковых воздействий на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями и опытом более чем тридцатилетнего применения на ряде предприятий раз-
3.0
2.5 -
личных отраслей промышленности. Однако в литературе недостаточно сведений о применении ультразвука для экстракции антиоксидантов и продуктов комплексной переработки сельскохозяйственного сырья.
Исследования, проведенные с целью выявления наиболее качественного вида экстракции антиоксидантов в рамках настоящего экспериментального протокола, показали, что наилучшим экстраген-том является спирт, выход сухого вещества при его применении увеличивается примерно в 1,5 раза, по сравнению с другими экстрагентами (рис. 1). Вместе с тем следует отметить, что при использовании ультразвукового воздействия выход экстракта увеличился на 40% по сравнению с центрифугированием.
!-
О
о
И
Л
яг Ч О
О
2.0
1.5 -
1.0
0.5
0.0
Вода
Спирт Муравьиная кислота
Экстрагент □ центрифугирование □ ультразвук
Щелочь
Рис. 1. Полнота экстракции в зависимости от вида экстрагента и способа экстракции
Как показано в таблице 1, экстракция, проведенная с использованием спирта, привела к увеличенной антиоксидантной активности полученных экстрактов, по сравнению с другими видами экстракции. Предположительно такая разница в антиокси-дантной активности может объясняться
большей степенью извлечения антиокси-дантов из образцов.
На рисунке 2 приведена диаграмма антиоксидантной активности в зависимости от метода экстракции и вида экстра-гента относительно принятого нами стандарта аскорбиновой кислоты.
Таблица 1
Значение антиоксидантной активности при использовании различных методов _экстракции и экстрагентов _
№/№ Наименование АОА, мг/мл, метод центрифугирования АОА, мг/мл (г) ультразвуковое воздействие
1. Вода 0,107 0,219
2. Спирт 0,274 0,345
3. Щелочь 0,091 0,287
4. Муравьиная кислота 0,080 0,144
40 35 I—I 30 3 25
к
ё 15
10
5 0
Вода Спирт
□ Центрифугирование
Муравьиная кислота
® УЗВ
Гидроксид натрия
Рис. 2. Сравнительная диаграмма антиоксидантной активности экстрактов относительно условно принятого стандарта аскорбиновой кислоты (1 мг/мл)
Известно, что под действием ультразвуковых колебаний происходит более быстрое и активное разрушение внутриклеточных тканей растительного сырья, что приводит к интенсификации процесса экстракции и дает возможность увеличить содержание биологически активных соединений в растворе. Следовательно, на
следующем этапе исследования была поставлена задача определения суммарного количества антоцианов в полученных экстрактах. Результат изменения интенсивности абсорбции антоцианов в экстрактах в зависимости от вида экстрагента и метода экстракции в максимуме поглощения представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Содержание антоцианов в полученных экстрактах
20
Анализируя полученные данные, Выводы. Согласно полученным дан-
представляется возможным сделать вывод ным ультразвуковое воздействие в сово-
о том что использование спирта и воды в купности с использованием спирта в каче-
совокупности с ультразвуковым воздей- стве экстрагента является наиболее пер-
ствием позволяет более полно извлечь ан- спективной технологией экстракции. Все
тоцианы из растительного сырья. Напро- исследованные образцы обладают в той
тив, использование центрифугирования, или иной степенью антиоксидантной ак-
щелочной и кислой среды снижают про- г
тивностью, однако проба, полученная с по-
цент экстракции антоцианов из проб. Ре- „
мощью экстракцией на спирту и подверг-
зультаты исследования показывают, что
использование ультразвукового воздей- нутая ультразвуковому воздействию, обла-
ствия позволит получать экстракты с мак- дает наиболее ярко выраженной суммар-
симальной биологической ценностью и ис- ной антиоксидантной активностью (в 1,5 -
пользовать их для обогащения биологиче- 2 ра^Х по сравнению с другими исследуе-
ски активными веществами пищевых про- мыми образцами. Таким образом, резуль-
дуктов, как массового ассортимента, так и таты исследования показывают перспек-
специализированных, способствующих тивы применения ультразвукового воздей-
повышению статуса питания населения. ствия с целью наиболее полного извлече-
Кроме этого, применение данных техноло- ния биологически активных веществ для
гий позволит создать технологии ком- создания продуктов функционального и
плексной и глубокой переработки расти- специализированного назначения, а также
тельного сырья с получением функцио- освоения новых технологий комплексной
нальных ингредиентов для активно разви- и глубокой переработки продукции расте-вающегося сельского хозяйства Россий-
ниеводства.
ской Федерации.
Список литературы
1. Хасанов, В. В. Методы исследования антиоксидантов / В. В. Хасанов, Г. Л. Рыжова, Е. В. Мальцева / Химия растительного сырья. - 2004 - № 3. - C. 63-95.
2. Яшин, Я. И. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и их влияние на здоровье и старение человека / Я. И. Яшин, В. Ю. Рыжнев, Н. И. Черноусова. - М.: Издательство «ТрансЛит», 2009. - 212 с.
3. Akita, T., Hina, Y. & Nishi, T. Production of betacyanins by a cell suspension culture of table beet (Beta vulgaris L.). Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2000, 64, 1807-1812.
4. Attoe, E.L. & von Elbe, J.H.Photochemical degradation of betanine and selected anthocyanins. Journal of Food Science, 1981, 46, 1934-1937.
5. Cai, Y. &Corke, H. Amaranthusbetacyanin pigments applied in model food systems. Journal of Food Science, 1999, 64, 869-873.
6. . Gentile, C., Tesoriere, L., Allegra, M., Livrea, M.A. &D'Alessio, P. Antioxidant betalains from cactus pear (Opuntiaficus-indica) inhibit endothelial ICAM-1 expression. Signal Transduction and Communication in Cancer Cells, 2004, 1028, 481-486.
7. Kanner, J., Harel, S. & Granit, R. Betalains - a new class of dietary cationized antioxidants. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49, 5178-5185.
8. Pedren~ o, M.A. &Escribano, J. Correlation between antiradical activity and stability of betanine from Beta vulgaris L. roots under different pH, temperature and light conditions. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2001, 81, 627-631.
9. Wettasinghe, M., Bolling, B., Plhak, L., Xiao, H. &Parkin, K. Phase II enzyme-inducing and antioxidant activities of beetroot (Beta vulgaris L.) extracts from phenotypes of dierent pigmentation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50, 6704- 6707.
10. Wu, L., Hsu, H.W., Chen, Y.C., Chiu, C.C., Lin, Y.I. & Ho, J.A. Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya. Food Chemistry, 2006, 95, 319-327.
Reference
1. Khasanov V. V. Methods of studying antioxidants / Ryzhova GL, Maltseva EV / Chemistry of plant raw materials. - 2004 - No. 3. - P. 63-95.
2. YashinYa.I. Natural antioxidants. The content in food products and their influence on human health and aging / Ryzhnev V. Yu., Yashin A. Ya., Chernousova N. I - M :, - 2009 - 212.
3. Akita, T., Hina, Y. & Nishi, T. Production of betacyanins by a cell suspension culture of table beet (Beta vulgaris L.). Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2000, 64, 1807-1812.
4. Attoe, E.L. & von Elbe, J.H.Photochemical degradation of betanine and selected anthocyanins. Journal of Food Science, 1981, 46, 1934-1937.
5. Cai, Y. &Corke, H. Amaranthusbetacyanin pigments applied in model food systems. Journal of Food Science, 1999, 64, 869-873.
6. Gentile, C., Tesoriere, L., Allegra, M., Livrea, M.A. &D'Alessio, P. Antioxidant betalains from cactus pear (Opuntiaficus-indica) inhibit endothelial ICAM-1 expression. Signal Transduction and Communication in Cancer Cells, 2004, 1028, 481-486.
7. Kanner, J., Harel, S. & Granit, R. Betalains - a new class of dietary cationized antioxidants. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49, 5178-5185.
8. Pedren~ o, M.A. &Escribano, J. Correlation between antiradical activity and stability of betanine from Beta vulgaris L. roots under different pH, temperature and light conditions. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2001, 81, 627-631.
9. Wettasinghe, M., Bolling, B., Plhak, L., Xiao, H. &Parkin, K. Phase II enzyme-inducing and antioxidant activities of beetroot (Beta vulgaris L.) extracts from phenotypes of dierent pigmentation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50, 6704- 6707.
10. Wu, L., Hsu, H.W., Chen, Y.C., Chiu, C.C., Lin, Y.I. & Ho, J.A. Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya. Food Chemistry, 2006, 95, 319-327.
УДК 663.051.4 ГРНТИ 65.55.37
Кох Ж.А., канд. техн. наук; ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ, г. Красноярск, Красноярский край, Россия, E-mail: [email protected]
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ЯГОД RIBES RUBRUM В ПОЛУЧЕНИИ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ЭКСТРАКТА
Возможности широкого применения в народном хозяйстве растительного сырья обусловлены его химическими свойствами. Дикорастущие растения являются основной сырьевой базой для функциональных продуктов питания и биологически активных добавок. Известно, что их плоды и ягоды, по сравнению с культурными, содержат больше биологически активных веществ, многие из которых являются антиоксидан-тами. На базе уникального химического состава дикоросов возможно создание достаточного ассортимента функциональных продуктов питания и биологически активных добавок, в том числе и специализированного направления. В этой связи перспективным с научной и практической точек зрения являются ягоды красной смородины (Ribes rubrum). Известно, что ягоды, листья, цветы Ribes rubrum применяются в народной и научной медицине. Ягоды красной смородины - ценный пищевой продукт. Из ягод готовят джем, повидло, варенье, высококачественное желе, начинки, соки, используют как сырье в виноделии. Ягоды Ribes rubrum были собраны в Курагинском районе Красноярского края, в августе, в сухую погоду, при полном созревании. Исследование химического состава ягод Ribes rubrum проводили по методикам, принятым в биохимии растений. В статье приведены результаты по химическому составу и содержанию биологически активных веществ Ribes rubrum. В ягодах Ribes rubrum установлено значительное количество витамина С (379,4 мг% ), антоцианов (2,98 мг% ), органических кислот (3,60мг%), дубильных веществ (1,64мг%), пектиновых веществ (1,25мг%), витамина Р (1,63 мг%), флавоноидов (2,83 мг%). Одним из наиболее распространенных способов получения экстрактов, богатых биологически активными веществами, является процесс экстракции с помощью различных экстрагентов. Для получения наиболее полного по химическому составу экстракта из ягод Ribes rubrum подобраны оптимальные условия экстрагирования, при которых сохранены все вкусоароматические свойства сырья и наименьшие потери биологически активных веществ.
