Биохимический анализ и антиоксидантная активность плодов перспективных сортов винограда в условиях Южного Урала

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Биохимический анализ и антиоксидантная активность плодов перспективных сортов винограда в условиях Южного Урала

М.А. Тихонова, Д.В. Панищева,

А.И. Лохова, Е.М. Фещенко

Аннотация

Актуальность. Представлены важнейшие показатели, характеризующие химический состав ягод у каждого сорта винограда: сахар, титруемая кислотность, аскорбиновая кислота, общее содержание антиоксидантов и фенольных соединений, а также дегустационная оценка.

Объект. Объект исследований - сорта винограда раннего срока созревания: Августин, Кодрянка, Красотка, Память Домбковской, Рута.

Материалы и методы. Исследования проведены с 2019 по 2021 гг. по следующим методам: изучение сортов винограда (Лазаревский М.А.); основные компоненты биохимического состава: Межгосударственный стандарт ГОСТ 27198-87 (СТ СЭВ 5622-86) «Виноград свежий» Методы определения массовой концентрации сахаров; Межгосударственный стандарт «Продукция соковая» Определение титруемой кислотности методом потенциометрического титрования ГОСТ 341272017; Межгосударственный стандарт «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витамина С» ГОСТ 24556-89; Определение общего содержания антиоксидантов in vitro (AOAC SMPR 2011.011), определение суммарного содержания фенольных соединений колориметрическим методом с использованием реактива Фолина-Чокальтеу. Статистическая обработка данных проведена методом двухфакторного дисперсионного анализа (Доспехов Б. А.).

Результаты. С максимальным сахаронакоплением выделены сорта винограда: Красотка (22,40%) и Августин (19,73%). Аскорбиновая кислота играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах и является важнейшим качественным признаком плодов. С максимальным уровнем содержания аскорбиновой кислоты выделен сорт винограда Память Домбковской - 14,41 мг/100 г. Наибольшей антиоксидантной активностью - более 26,5% - и наибольшим количеством фенольных соединений - от 1,3575 мг/г до 1,5300 мг/г - обладают сорта винограда: Августин, Красотка. Также эти сорта получили высокие дегустационные оценки (8,7-8,8 баллов).

Выводы. В результате исследований перспективных сортов винограда по биохимическим показателям выделены: с максимальным сахаронакоплением и титруемой кислотностью - Красотка и Августин; с высоким содержанием аскорбиновой кислоты - Память Домбковской; с наибольшей антиоксидантной активностью и самыми высокими дегустационными оценками - сорта Августин и Красотка. Выявлены достоверные различия содержания сахаров, титруемой кислотности и аскорбиновой кислоты в плодах, определена доля влияния факторов «сорт» и «год» на биохимические показатели ягод винограда. Установлена сильная корреляционная зависимость между показателями суммы фенольных соединений и антиоксидантной активностью в экстрактах ягод винограда.

Ключевые слова: виноград, сорта винограда, биохимический анализ ягод винограда, антиоксидантная активность винограда, титруемая кислотность.

Введение

Виноград (Vitis L.) за счет содержания биологически активных веществ относится к ценным продуктам питания и значительно обогащает рацион человека. Погодно-климатические условия во время вегетации обусловливают существенные различия в биохимических показателях винограда, в частности, по содержанию углеводов, органических кислот, микроэлементов, ароматических соединений, танинов, пигментов и т.д. [5, 7, 10, 12]. Виноградное сусло обеспечивает специфический насыщенный вкус винограда, который зависит от содержания сахара, составляющего, как правило, 14,5-27,7%. Созревание ягод сопряжено с накоплением сахаров и снижением концентрации кислот. Кроме витаминов, микро- и макроэлементов, других незаменимых для здоровья веществ, плоды винограда содержат различные полифенолы, обладающие антиоксидантными, антибактериальными, противоаллергенными и противовоспалительными свойствами. Качественный и количественный состав фенольных соединений, а также антиоксидантная активность - факторы, в значительной степени определяющие ценность ягод винограда и продуктов их переработки. Источником синтеза растительных антиоксидантов (биофлавоноидов, полифенолов) являются плоды винограда [9, 14, 16, 17]. В них содержится большое количество фенольных соединений с высокой антиоксидантной активностью, поэтому виноград столовых сортов считается продуктом питания с высокой ценностью. Наивысшая концентрация фенольных соединений отмечается в косточках и кожице плодов. Ягоды красного и белого винограда являются одним из лучших источников антиоксидантов. Содержащиеся в них антиокислители - это фенольные соединения (кверцетин, катехины, флоридзин, сложные эфиры кофейной и хинной кислот), аскорбиновая кислота, альфа-токоферол, каротиноиды, различные химические группы органических кислот. Также учитывается влияние экологии произрастания винограда и на содержание фенольных соединений в ягодах [1-4, 13].

В связи со всеми изложенными факторами, проведение исследований по изучению биохимического состава плодов является одним из приоритетных направлений в виноградарстве.

Цель исследований - оценка биохимического состава плодов и антиоксидантной активности перспективных сортов винограда в условиях Южного Урала.

Объект исследования. Объектами исследований являлись сорта винограда раннего срока созревания: Августин (НИИВиВ, г. Плевен, Болгария), Кодрянка (НИВиВ Молдова), Красотка (селекции Е. Г. Павловского, Россия), Память Домбковской (Оренбургский филиал ФГБНУ ФНЦ Садоводства), Рута (селекции В. Загорулько, Украина).

Материалы и методы

Исследования проводились на базе Оренбургского филиала ФГБНУ ФНЦ Садоводства c 2019 по 2021 гг. на коллекционном участке винограда 1999-2000 гг. закладки. Схема посадки - 3 х 1,5 м, участок орошаемый, формировка кустов веерная, бесштамбовая, культура укрывная. Климат в месте проведения исследований резко континентальный - холодная суровая зима (средний многолетний минимум -36⁰С, абсолютный -42⁰С) с небольшим снежным покровом (средний максимум высоты 36 см) и сильными ветрами, жаркое сухое лето (средняя температура июля +21,4⁰С, максимальная +38⁰С), недостаточное количество атмосферных осадков. Продолжительность безморозного периода - 112-137 дней. По данным отдела метеорологических наблюдений, сумма активных температур (выше + 10⁰С) за вегетационные периоды исследований (апрель - август) в разные годы была от 2496 до 3093⁰С, что позволяло сортам раннего срока созревания благоприятно проходить периоды от распускания до полной зрелости (сумма активных температур составила 2400-2500⁰С за 120-130 суток). Вегетационный период 2019 г. характеризовался более влажными условиями, сумма осадков составила в июле 105 мм (в 3 раза выше нормы), что повлияло на биохимические показатели. Самым жарким был вегетационный период 2021 г., сумма активных температур составила 3093⁰С на конец августа (норма 2478⁰С) с минимальным количеством осадков, что благоприятно отражалось на созревании и накоплении биологически активных веществ в ягодах винограда (рисунок 1).

Изучение хозяйственно-ценных признаков коллекции сортов винограда Оренбургского филиала ФГБНУ ФНЦ Садоводства проведено с использованием методики Лазаревского М.А., основные компоненты биохимического состава определены: Межгосударственный стандарт ГОСТ 27198-87 (СТ СЭВ 5622-86) «Виноград свежий» Методы определения массовой концентрации сахаров, Межгосударственный стандарт «Продукция соковая» Определение титруемой кислотности методом потенциометрического титрования ГОСТ 34127-2017, Межгосударственный стандарт «Продукты переработки плодов и овощей методы определения витамина С» - ГОСТ 24556-89, определение общего содержания антиоксидантов in vitro (AOAC SMPR 2011.011) [11], определение суммарного содержания фенольных соединений - колориметрическим методом с использованием реактива Фолина-Чокальтеу [15]. Статистическая обработка данных проведена методом двухфакторного дисперсионного анализа (Доспехов Б.А.).

Рисунок 1 - Погодные условия вегетационных периодов от распускания почек до полного созревания сортов винограда, 2019-2021 гг.

биохимический антиоксидантный виноград южный урал

Результаты и обсуждение

Важнейшими показателями, характеризующими качество ягод у каждого сорта винограда, являются компоненты биохимического состава (сахар, титруемая кислотность, общее содержание антиоксидантов, аскорбиновая кислота), а также дегустационная оценка. Первая стадия зрелости является физиологической и направлена на созревание семян, сроки ее наступления зависят от завершения процессов роста побегов и аккумуляции питательных веществ в ягодах винограда. Вторая стадия созревания, техническая, начинается после полной зрелости семян. При этом содержание сахаров увеличивается в процентном соотношении за счет процесса испарения [6, 8].

В начале созревания в ягодах винограда отмечено низкое содержание сахаров и очень высокая кислотность, затем, в течение трех недель происходит резкое увеличение в них сахаров, способствующее полной физиологической зрелости винограда. Одновременно наблюдается столь же резкое уменьшение кислотности.

На основе проведенных исследований установлено, что в среднем за три года накопление сахаров в плодах варьировало от 16,40 до 21,06% (таблица 1).

Таблица 1

Биохимические показатели перспективных сортов винограда

Самым жарким и засушливым периодом во время созревания ягод был 2021 год, что позволило всем сортам, за исключением Кодрянки, накопить сахара выше 22%, а титрируемая кислотность отмечалась самой низкой за весь период изучения. В среднем за 3 года исследований с максимальным сахаронакоплением выделены сорта винограда Красотка (22,40%) и Августин (19,73%). С низким сахаронакоплением - от 16,40 до 18,20% - отмечены сорта винограда Кодрянка, Память Домбковской, Рута. Титруемая кислотность находилась в пределах от 0,26 до 0,67%, выше среднего этот показатель отмечен у сортов Память Домбковской, Августин, Красотка. Низкой кислотностью обладают сорта винограда Кодрянка 0,47% и Рута 0,26%.

Аскорбиновая кислота является ключевым антиокислителем, содержание которой служит одним из показателей качества ягод винограда. Уровень аскорбиновой кислоты в изучаемых сортах в среднем за три года варьировал от 6,90 до 14,41 мг/100 г (таблица 2).

Таблица 2

Содержание аскорбиновой кислоты и органолептическая оценка перспективных сортов винограда

Минимальное содержание аскорбиновой кислоты отмечено у сорта Августин 6,90 мг/100 г, максимальное - у сорта Память Домбковской - 14,41 мг/100 г. Результаты двухфакторного дисперсионного анализа по факторам «сорт», «год» за 2019-2021 гг. показали достоверные различия между изученными сортами по всем показателям для 5% уровня значимости. По фактору «сорт» полученные значения F составили 3,4-10,7 при стандартном значении критерия Фишера F_CT. - 3,84; по фактору «год» - 0,75-56,6 при стандартном F_CT. - 4,46.

Данные таблицы 3 демонстрируют то, что вклад генотипа сорта в биохимическом составе плодов максимально проявляется в величине титруемой кислотности и содержании аскорбиновой кислоты (доля влияния фактора 62 и 60% соответственно). Общее содержание сахаров не зависит от сортовых особенностей, большее влияние оказывает год выращивания (77%).

С целью определения товарно-потребительских качеств ягод исследуемых сортов винограда, была проведена их дегустационная оценка (по десятибалльной шкале). По органолептическим показателям наиболее высокие оценки показали сорта Августин (8,8 балла) и Красотка (8,7 балла). У остальных сортов этот показатель варьировал от 8,1 балла (Память Домбковской) до 8,4-8,5 баллов (Рута, Кодрянка).

Таблица 3

Влияние факторов «сорт» и «год» на биохимические показатели сортов винограда за 2019-2021 гг.

Известно, что в ягодах винограда кожура и семена выделяются по содержанию преобладающего количества антиоксидантов, которое определяется по их экстрактам. С использованием метода AOAC SMPR 2011.011 нами установлено, что наибольшей антиоксидантной активностью обладают сорта Августин, Красотка - более 26,5%. Хорошие показатели выявлены у сорта Память Домбковской - 22,29%. Результаты изучения антиоксидантной активности сортов винограда приведены в таблице 4.

Таблица 4

Антиоксидантная активность и содержаниефенольных соединений в ягодах перспективных сортах винограда

Определение суммарного содержания фенольных соединений, сделанное с использованием колориметрической окислительно-восстановительной реакции по методу Фолина-Чокалтеу в пересчете на галловую кислоту, показало, что наибольшее их количество содержится в ягодах сорта Августин - 1,5300 мг/г и Красотка - 1,3575 мг/г. В ягодах сорта Рута содержание фенольных соединений значительно ниже - 0,0108 мг/г. Концентрация фенольных соединений обусловливает антиоксидантную активность спиртового и водного экстрактов ягод. У исследуемых сортов винограда выявлена существенная зависимость между содержанием фенольных соединений в ягодах и антиоксидантной активностью спиртового и водного экстрактов (коэффициенты корреляции r = 0,83 и r = 0,91 соответственно). При этом эффективность водной экстракции оказалась выше, чем спиртовой.

Выводы

В результате изучения в условиях Южного Урала перспективных сортов винограда раннего срока созревания по биохимическим показателям выделены: с максимальным сахаронакоплением и титруемой кислотностью - Красотка и Августин; с высоким содержанием аскорбиновой кислоты - Память Домбковской; с наибольшей антиоксидантной активностью и самыми высокими дегустационными оценками - сорта Августин и Красотка. Выявлены достоверные различия содержания сахаров, титруемой кислотности и аскорбиновой кислоты в плодах, определена доля влияния факторов «сорт» и «год» на биохимические показатели ягод винограда. Установлена сильная корреляционная зависимость между показателями суммы фенольных соединений и антиоксидантной активностью в экстрактах ягод винограда.

Библиографический список

1. Ашурбекова Ф.А., Гусейнова Б.М., Даудова Т.И. Химический состав винограда, культивируемого в районах виноградарства Дагестана, отличающихся почвенно-климатическими условиями // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 3. С. 17-21.

2. Исследование потенциальных антиканцерогенных и антиоксидантных эффектов экстрактов из растительного сырья / Н.Б. Еремеева [и др.] // Известия вузов. Прикладная биохимия и биотехнология. 2020. Т. 10. №4. С. 613-626.

3. Кравченко Р.В., Дьяченко Е.П. Сортоизучение белоягодных столовых сортов винограда в условиях Южно-Предгорной зоны Краснодарского края // Advances in Agricultural and Biological Sciences. 2018. Т. 4. №6. С. 19-26.

4. О роли фенольных соединений в рациональном использовании виноградных ресурсов засушливых регионов / З.К. Бахмулаева [и др.] // Аридные экосистемы. 2019. Т. 25. №2 (79). С. 59-63.

5. Оценка новых интродуцентных сортов винограда в условиях Азербайджана / М.А. Гусейнов [и др.] // АПК России. 2018. Т. 25. №3. С. 444-447.

6. Полухина Е.В., Власенко М.В. Влияние некорневого питания на качество урожая сортов винограда столового назначения в аридных условиях // Аграрная Россия. 2020. №7. С. 36-39.

7. Тихонова М.А., Аминова Е.В., Мережко О.Е. Продуктивность и урожайность столовых сортов и форм винограда в условиях Оренбуржья // Русский виноград. 2020. Т. 12. С.18-23.

8. Тихонова М.А., Салимова Р.Р., Панова М.А. Урожай и качество винограда под влиянием некорневой подкормки // Бюллетень Оренбургского научного центра Уро РАН. 2018. № 4. С. 21.

9. Ageyeva N.M., Ilina I.A., Nenko N.I. High-molecular compounds in the must of new varieties and clones of the grapes // Khimija Rastitel'nogo Syr'ja. 2019. No 4. Pp. 97-103.

10. Antioxidant Activity and Biochemical Compounds of Vitis vinifera L. (cv. `Katikara') and Vitis labrusca L. (cv. `Isabella') Grown in Black Sea Coast of Turkey / Nurhan Keskin [et al.] // Erwerbs-Obstbau. 2021. Vol. 63. P. 115-122.

11. AOAC SMPR 2011.011 Standard Method Performance Requirements for in vitro Determination of Total Antioxidant Activity in Foods, Beverages, Food Ingredients, and Dietary Supplements // Journal of AOAC INTERNATIONAL. 2012. Vol. 95. Issue 6. P. 1557.

12. Aubert C., Chalot G. Chemical composition, bioactive compounds and volatiles of six table grape varieties (Vitis vinifera L.) // Food Chem. 2018. Vol. 240. P. 524-533.

13. Chemical characteristics of grapes cv. Syrah (Vitis vinifera L.) grown in the tropical semi- arid region of Brazil (Pernambuco state): influence of rootstock and harvest season / J.B. Oliveira, R. Egipto, O. Laureano [et al.] // Science of Food and Agriculture. 2019. V. 99 (11). P. 5050-5063.

14. Evaluation of phenolic compounds, antioxidant and antiproliferative activities of 31 grape cultivars with different genotypes / L. Xia, C. Xu, K. Huang [et al.] // Food Biochemistry. 2019. V. 43 (6). P. 12626-12641.

15. Folin O., Ciocalteu V. Biol. Chem.1927. Vol. 73. P. 627-650.

16. Scharfetter J., Workmaster B.A., Atucha A. Preveraison leaf removal changes fruit zone microclimate and phenolics in gold climate interspecific hybrid grapes grown under cool climate conditions // American Journal of Enology and Viticulture. 2019. №70 (3). P. 297-307.

17. Spectrophotometric Analysis of Phenolic Compounds in Grapes and Wines / J. L. Aleixandre-Tudo, A. Buica, H. Nieuwoudt [et al.] // Agricultural and Food Chemistry. 2017. V. 65 (20). P. 4009-4026.

Размещено на allbest.ru