CC BY
80ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ УДК 664.121
Стабилизация прямых эмульсий тритерпеновыми сапонинами
В. А. САЛЬНИКОВА, аспирант
Московский государственный университет пищевых производств
Введение
На структуру и стабильность эмульсионных пищевых продуктов в большой степени оказывает влияние тип используемых эмульгаторов [1]. Они стабилизируют дисперсную систему путем снижения поверхностного натяжения на границе несмешивающихся фаз, образуют защитный слой вокруг частиц дисперсной фазы, предотвращая агрегацию. Однако эмульсии — термодинамически неустойчивые системы, стабильность которых снижается под воздействием внешних факторов, таких как рН и температура [2]. В последние годы среди производителей пищевых продуктов наблюдается тенденция к использованию натуральных ингредиентов. В качестве природных поверхностно-активных веществ традиционно используются полисахариды, фосфолипиды и белки. Тем не менее первые отличаются невысокими поверхностно-активны-ми свойствами, а другие склонны к агрегации при воздействии агрессивных внешних факторов [3]. Также в качестве альтернативы синтетическим эмульгаторам могут выступать сапонины — вторичные метаболиты растений, состоящие из неполярного агликона стероидной или тритерпе-новой природы, ковалентно связанного с одним или несколькими углеводными остатками. Недавние исследования [4,3] показали, что эти вещества проявляют эмульгирующие свойства и могут быть использованы как природные ПАВ для стабилизации пищевых эмульсий. Растительные сапонины в большинстве своем относятся к тритерпеновым гликозидам, преимущественно встречающимся в растениях семейств Caryphyllaceae, Araliaceae и Leguminosae [5]. Кроме того, сообщается о присутствии сапонинов в некоторых пищевых источниках: фасоли, сое, сахарной свекле, а также отходах сахарного производства — свекловичном жоме, мелассе, жомопрессовой воде и т. д. [6]. В данной работе показаны сравнительные эмульгирующие свойства натуральных стабилизаторов — растительных сапонинов и соевого лецитина — эмульгатора, широко применяющегося в пищевой промышленности. Установлено, что экстракт сахарной свеклы, содержащий сапонины, проявляет высокие поверхностно-активные свойства и способен образовывать стабильные эмульсии.
Материалы и методы
В качестве растительного материала для получения сапонинсодержащего растительного экстракта были использованы корнеплоды сахарной свеклы Beta vulgaris L., культивированной на территории Тамбовской области. Также в работе использовали соевый лецитин (Solgar, США) для формирования прямых эмульсий.
Экстракция сапонинов из корнеплодов сахарной свеклы. Для получения сапонинсодержащего экстракта 100 г корнеплодов Beta vulgaris L. промывают, измельчают и экстрагируют метанолом в соотношении 1:3. Извлечение фильтруют, остаток дважды экстрагируют смесью метанола и воды (70/30, об/об) в соотношении 1:3, экстракт концентрируют и высушивают до удаления растворителя.
Определение содержания сапонинов в экстракте. Количественное определение сапонинов в экстракте Beta vulgaris в пересчете на олеаноловую кислоту проводилось методом УФ-спектрофотомерии, замеряя оптическую плотность при X = 210 нм [7].
Приготовление раствора эмульгатора. Водный раствор эмульгатора готовили растворением сухого экстракта Beta vulgaris L. в натрий-фосфатном буфере (рН 7).
Пригото&1ение эмульсий. Эмульсии готовили путем диспергирования 10% жировой фазы в 90% водной фазы, содержащей соответствующий эмульгатор, в течение 5 мин при 15000 мин"1 на гомогенизаторе DAIHAN HG-15D, DAIHAN Scientific, Германия.
Эмульсии типа «масло-в-воде», стабилизированные экстрактом сапонинов подвергались воздействию различных внешних факторов:
• рН. Первоначально полученные эмульсии (рН 7) разбавляли с использованием натрий-фосфатного буфера до концентрации жировой фазы 0,5% и доводили до рН 2-9, используя 1М НС1 или NaOH.
• повышенной температуры. Образцы эмульсии инкубировали в течение 30 мин при определенной температуре (25...90 °С), а затем доводили до 20°С и выдерживали в течение 2 ч.
Определение размера частиц. Образцы эмульсии разбавляли натрий-фосфатным буфером до концентрации жировой фазы 0,005%. Размер частиц определяли методом статического рассеяния света на анализаторе размера частиц Horiba LA-960, Retsch Technology GmbH, Германия.
Измерение ^-потенциала. Образцы эмульсии разбавляли натрий-фосфатным буфером до концентрации жировой фазы 0,005%. ¿¡-Потенциал измеряли при помощи анализатора Zetasizer Nano ZS, Malvern Instruments, Великобритания.
Результаты и обсуждения
Исследование экстракта Beta vulgaris L. В полученном по описанной методике экстракте Beta vulgaris L. было определено количественное содержание сапонинов, которое составляет 68,15% с.в.
Таблица 1
Влияние pH на ц-потенциал эмульсий, стабилизированных природными эмульгаторами
Эмульгатор pH ц-потенциал (10"3V)
2 -3,4±0,6
3 -13,8±0,3
4 -27,4±0,4
Соевый лецитин 5 6 -61,9±0,5 -59,1±0,4
7 -60,1 ±0,7
8 -62,9±0,8
9 -64,0±0,2
2 -11,7±0,2
3 -22,3±0,1
4 -41,0±0,4
Экстракт Beta vulgaris L. 5 6 -58,7±0,9 -56,3±0,1
7 -49,2±0,8
8 -55,7±0,3
9 -55,6±0,2
о Т
-10
-20-
-30-
S
5 -40 с
KJ"
—50 —60 -70
-Н —X
23456789
рн
— Соевый лецитин — Экстракт Beta vulgaris L.
Puc. 1. Влияние pH на (¡-потенциал эмульсий, стабшгизированных природными эмульгаторами
Влияние рНна стабильность эмульсий. Для исследования влияния рН на устойчивость эмульсий, стабилизированных сапонинами, измеряли ¿¡-потенциал в образцах при различных значениях рН. Значение контролируемого показателя увеличивалось с уменьшением рН, результаты представлены в табл. 1 и на рис. 1. При рН 9 значение ^-потенциала было крайне низким как для соевого лецитина, так и для экстракта Beta vulgaris L. Большой отрицательный заряд предполагает относительно сильное электростатическое отталкивание между частицами дисперсной фазы. При снижении рН до 2 ¿¡-потенциал возрастал ближе к элекгронейтральности. Для сравнения аналогичные испытания проводили для соевого лецитина — широко применяющегося в пищевой промышленности натурального эмульгатора.
Влияние температуры на стабильность эмульсии. Результаты исследований показали, что эмульсии, ста-
Таблица2
Влияние температуры на размер частиц эмульсий, стабилизированных природными эмульгаторами
Эмульгатор Температура, °C d32(10^m)
5 0,15+0,01
Соевый лецитин 30 0,15+0,01
60 0,17±0,02
90 0,18±0,01
5 0,96+0,04
Экстракт Beta vulgaris L. 30 60 1,26±0,02 1,33+0,07
90 7,15±0,02
30 60
Температура, °С
- - Соевый лецитин — Экстракт Beta vulgaris L.
Puc. 2. Влияние температуры на размер частиц эмульсий, стабилизированных природными эмульгаторами
билизированные соевым лецитином, устойчивы к воздействию повышенных температур, результаты представлены в табл. 2 и на рис. 2. Размер частиц незначительно увеличивается от 0,15 до 0,26 мкм при нагревании до температуры 90 °С. Эмульсии, стабилизированные экстрактом Beta vulgaris L., устойчивы к нагреванию до 60 °С, однако при повышении температуры до 90 °С наблюдается значительное увеличение средних размеров частиц до 37,80 мкм.
Выводы
В результате проведенного исследования были подтверждены эмульгирующие свойства экстракта Beta vulgaris L. Была показана способность сапонинов стабилизировать эмульсии типа «масло-в-воде». Изучено атияние внешних факторов на стабильность эмульсий: низкие значения рН, а также высокая температура уменьшают устойчивость систем. При этом при нагревании до 60 °С в нейтральной среде эмульсии, стабилизированные сапонинами, отличаются высокой устойчивостью. В связи с этим сапонинсодержащие растительные экстракты могут быть использованы в качестве эмульгаторов ь продуктах питания, технология которых не подразумевает воздействия высоких температур и низких значений рН.
Литература
1. McClements, D.J. Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques / D.J. McClements — CRC press, Boca Raton, FL.-2015.-690 p.
2. Hasenhuettl, G. L. Food emulsifiers and their applications (2nd ed.) / G.L. Hasenhuettl, R.W. Härtel, — NY.: Springer
Scientific.-2008.
References
1. McClements, D. J. Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques / D. J. McClements — CRC press, Boca Raton, FL.— 2015.— 690 p.
2. Hasenhuettl, G. L. Food emulsifiers and their applications (2nd ed.) / G.L. Hasenhuettl, R.W. Härtel, — NY.: Springer Scientific. - 2008.
3. Yang, Y. Formation and stability of emulsions using a natural small molecule surfactant: Quillaja saponin (Q-Naturale) / Y. Yang [at all] // Food Hydrocolloids. - 2013. - № (30). -P. 589-596.
4. Tippel, J. Composition of Quillaja saponin extract affects lipid oxidation in oil-inwater emulsions / J. Tippel [at all] // Food Chemistry. - 2016. - № 16. - P. 31672-7.
5. Юдина, Т. П. Поиск перспективного источника сапонинов для получения растительного эмульгатора /Т.П. Юдина [и др.]// Известия вузов. Пищевая технология. — 2008. — №2-3.-С. 33-36.
6. Брежнева, Т. А. Выделение и исследование сапонинов сахарной свеклы //Диссертация на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук. — 2003 . — 215с.
7. Мироненко, Н. В. УФ-спектрофотометрическое определение тритерпеновых сапонинов — производных олеаноло-вой кислоты / Н. В. Мироненко, Т. А. Брежнева, В. Ф. Селе-менев // Химия растительного сырья. — 2011. — №3. — С. 153-157.
Стабилизация прямых эмульсий тритерпеновыми сапонинами
Ключевые слова
сапонины; сахарная свекла Beta vulgaris-, стабилизация; эмульгаторы; эмульсии.
Реферат
При разработке новых видов функциональных пищевых продуктов на основе эмульсий важную роль играет выбор эмульгаторов, в качестве которых чаще всего выступают молекулы поверхностно-активных веществ. Они способствуют образованию эмульсий посредством адсорбции на границе раздела фаз во время гомогенизации и тем самым снижают поверхностное натяжение. К тому же адсорбированные молекулы ПАВ обеспечивают формирование защитного слоя вокруг частиц дисперсной фазы, что предотвращает их агрегацию и увеличивает стабильность эмульсий во время хранения. В настоящее время для применения в составе продуктов питания доступно большое количество пищевых эмульгаторов, отличающихся между собой физико-химическими, органолептичес-кими и функциональными свойствами. Кроме того, важная характеристика пищевых эмульгаторов — их способность стабилизировать эмульсии при воздействии внешних факторов (температуры и рН), предусмотренных технологией конкретного продукта. В данной работе изучена способность тритерпеновых сапонинов, полученных из корнеплодов сахарной свеклы Beta vulgaris L, стабилизировать прямые эмульсии, исследовано влияние внешних факторов (рН и температуры) на размер частиц и ц-потенциал полученных систем. Эмульсии, содержащие в качестве эмульгаторов экстракт сапонинов, были стабильны при значениях рН от 5 до 8 и температуре до 60 °С, наблюдалось расслоение при кислом рН от 2 до 4 и температуре выше 60 °С. Полученные результаты показывают, что экстракт Beta vulgaris L, содержащий тритерпеновые сапонины, способен стабилизировать эмульсии и может найти применение в качестве натурального эмульгатора в составе пищевых продуктов.
Автор
Сальникова Вера Анатольевна, аспирант
Московский государственный университет пищевых производств,
125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11, wsalnikova@gmail.com
3. Yang, Y. Formation and stability of emulsions using a natural small molecule surfactant: Quillaja saponin (Q-Naturale) / Y. Yang [at all] // Food Hydrocolloids. - 2013. - № (30). -P. 589-596.
4. Tippel, J. Composition of Quillaja saponin extract affects lipid oxidation in oil-inwater emulsions / J. Tippel [at all] // Food Chemistry. - 2016. - № 16. - P. 31672-7.
5. Judina, T. P. Poisk perspektivnogo istochnika saponinov dlja poluchenija rastitel'nogo jemul'gatora / T. P. Judina [i dr.]// Izvestija vuzov. Pishhevaja tehnologija. — 2008. — № 2-3. — P. 33-36.
6. Brezhneva, T.A. Vydelenie i isslcdovanie saponinov saharnoj svekly // Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandidata farmacevticheskih nauk. — 2003. — 215 p.
7. Mironenko, N. V. UF-spektrofotometricheskoe opredelenie triterpenovyh saponinov — proizvodnyh oleanolovoj kisloty / N.Y Mironenko, T.A. Brezhneva, V. F. Selemenev// Himija ratsitel'nogo syr'ja. — 2011. — № 3. — P. 153-157.
Stabilization of Direct Emulsions with Triterpene Saponins
Key words
saponins; sugar beet; stabilization; emulsifiers; emulsions. Abstract
When developing new types of functional food products based on emulsions, an important role is played by the choice of emulsifiers, which are most commonly represented by the molecules of surface active substances. They promote the formation of emulsions by adsorption at the interface between phases during homogenization and thereby reduce the surface tension. In addition, adsorbed surfactant molecules ensure the formation of a protective layer around the particles of the dispersed phase, which prevents their aggregation and increases the stability of the emulsions during storage. At present, a large number of food emulsifiers are available for use in the composition of food products, differing in physico-chemical, organoleptic and functional properties. In addition, an important characteristic of food emulsifiers is their ability to stabilize emulsions when exposed to external factors (temperature and pH) envisioned by the technology of a particular product. In this study, the ability of triterpene saponins, produced from the roots of sugar beet Beta vulgaris L, to stabilize direct emulsions has been analized. Also, we have studied the influence of external factors (pH and themperature) on the size of particles and the ^-potential of emulsions. Emulsions containing saponin extract as emulsifiers were stable at pH values from 5 to 8 and temperatures of
up to 60 °C. When the acidic pH was from 2 to 4 and the temperature exceeded 60 °C, we observed stratification. The findings suggest that the Beta vulgaris L. extract, containing triterpene saponins, can stabilize emulsions and can be used as a natural emulsifier in food composition.
Author
Sal'nikova Vera Anatol'evna, Post-graduate Student Moscow State University of Food Production, 11 Volokolamskoe sh., Moscow, 125080, Russia, wsalnikova@gmail.com
