Содержание, состав и термостабильность антоцианового красителя, полученного из ягодного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание, состав и термостабильность антоцианового красителя, полученного из ягодного сырья

А.Г. Чернобровина

Н.Е. Куликова

Н.Н. Роева

О.Ю. Попова

В.А. Васькина

Аннотация

Представлены результаты исследований по наиболее полному извлечению природного комплекса красящих веществ, изучению их содержания, состава и выявлению термостабильности с целью применения в рецептурах продуктов питания. На начальном этапе исследований проводили ферментативный гидролиз измельченного ягодного сырья при оптимальных (установленных экспериментально) условиях с добавлением ферментных препаратов в виде мультэкзимных композиций, соотношение и дозировка которых определена экспериментально. Применение биокатализаторов позволяет увеличить выход антоциановых веществ в ферментативную соковую фракцию для всех ягод по сравнению с соком (контролем), полученным при тех же условиях, но без обработки ягодного сырья ферментными препаратами.

На стадии получения соковой фракции проведен анализ антоцианов: определены их качественный состав и относительное содержание в ферментативной соковой фракции. Выявлен основной компонент антоцианового комплекса всех ягод - цианидин, при этом абсолютный состав красителей, присутствующих в перечисленных ягодах, достаточно разнообразен.

Для наиболее широкого применения ягодных соков в производстве продуктов питания их концентрировали до содержания с. в. 50-75% и проводили изучение термической стабильности антоциановых красителей в концентратах ягод клюквы, красной смородины, брусники и малины, так как данная характеристика является важной оценкой концентратов с точки зрения их применения в рецептурах пищевых продуктов.

Ключевые слова: красящие вещества, термообработка, соковая фракция, ягоды брусники, малины, клюквы, красной смородины

Abstract

Content, composition and thermal stability of anthocyanin dye obtained from berry raw materials

A.G. Chernobrovina, N.E. Kulikova, N.N. Roeva,

O. Yu. Popova, V.A. Vaskina

In this work, studies were carried out on the most complete extraction of the natural complex of coloring substances, the study of their content, composition and the identification of thermal stability in order to use them in food formulations. At the initial stage of research, enzymatic hydrolysis of crushed berry raw materials was carried out under optimal (experimentally established) conditions with the addition of enzyme preparations in the form of multiexim compositions, the ratio and dosage of which was determined experimentally. The use of biocatalysts makes it possible to increase the yield of anthocyanin substances in the enzymatic juice fraction for all berries, in comparison with the juice (control) obtained under the same conditions, but without the processing of berry raw materials with enzyme preparations.

At the stage of obtaining the juice fraction, anthocyanins were analyzed: their qualitative composition and relative content in the enzymatic juice fraction were determined. The main component of the anthocyanin complex of all berries, cyanidin, was revealed, while the absolute composition of the dyes presented in the listed berries is quite diverse.

For the widest use of berry juices in food production, they were concentrated to dry matter content of с.в. 50-75% and studied the thermal stability of anthocyanin dyes in the concentrates of cranberries, red currants, cowberries and raspberries, since this characteristic is an important assessment of concentrates in terms of their use in food formulations.

Keywords: dyes, heat treatment, juice fraction, cowberry, raspberry, cranberry, red currant.

Основная часть

В России, как и во многих других странах, отмечается повышенный интерес к высококачественным, полноценным и безопасным продуктам питания, полученным на основе натурального сырья. Как правило, для сохранения, улучшения или придания продукту привлекательного внешнего вида в рецептурах предусмотрено введение красителей - синтетических и натуральных. Дискуссии о необходимости и целесообразности их применения ведутся как специалистами, так и потребителями. И какие бы аргументы ни приводились противниками окрашивания пищевых продуктов, в сознании человека вкус и цвет пищи связаны очень тесно. Приоритет использования натуральных пищевых красителей в технологии производства продуктов питания обусловлен стремлением производителей придать продукту статус «экопродукта». Известно, что наиболее востребованными на мировом рынке являются антоциановые красные красители. Антоциановые красители - широко распространенные водорастворимые красители, основным компонентом которых являются антоцианы, относящиеся к группе флавоноидных соединений. Схематическое строение молекулы антоциана представлено на рис. 1.

Рис. 1. Схема строения молекулы антоцианов: А и В-бензольные циклы, С - цикл, содержащий в качестве гетероатома кислород

В кислой среде антоцианины и антоцианидины находятся в виде катиона флавилия, придающего раствору ярко-красную окраску [1]. Источником для их получения служит растительное сырье, в том числе ягоды клюквы, малины, брусники, красной смородины и др.

Известными способами извлечения натуральных красящих веществ является экстракция растворителем и последующая очистка экстракта от соответствующих соединений. Эффективность экстрагирования во многом зависит от способа подготовки сырья и его предобработки, поэтому чаще всего для наиболее полного извлечения природных компонентов, в том числе красителей, применяют измельчение сырья и его биотехнологическую обработку с последующей экстракцией. Имеются исследования (наир., [2]), свидетельствующие об эффективном использовании ферментных препаратов для увеличения коэффициента внутренней диффузии, способствующей увеличению экстракции; также описаны факты использования биокатализаторов для увеличения выхода природных компонентов за счет частичной биодеградации структурных биополимеров клеточной стенки. В частности, при обработке мезги рябины ферментным препаратом пектолитического действия был получен сок, интенсивность окраски которого в 1,8 раз выше, чем сока, полученного без обработки ферментным препаратом [2]. Доказана эффективность предварительной ферментации Целлюлазой-100 ягод аронии для получения антоцианового красителя: выход антоцианов при последующей водноспиртовой экстракции увеличился на 25%, а качество и стойкость полученного в виде концентрата красителя соответствовали наилучшим показателям, что позволило использовать этот препарат в качестве красителя при производстве продуктов питания [2].

Натуральные пищевые красители безвредны для организма человека, однако их применение не сколько ограничено, так как в технологическом процессе они проявляют лабильные свойства, легко окисляются под действием кислорода воздуха, солнечного света, высоких температур и при взаимодействии с металлами [1, 3]. Результаты многочисленных исследований [3, 4], получены е в разных странах за последние годы подтверждают, что натуральные красители, используемые при производстве продуктов питания, частично или даже полностью утрачивают первоначальную цветовую палитру: яркие ягоды малины или клубники после термической обработки изменяют свою окраску до блекло-розовой. Большой интерес вызывают исследования по наиболее полному извлечению природного комплекса красящих веществ, изучению их содержания, состава и выявлению термостабильности с целью применения в рецептурах продуктов питания.

Цель исследований - изучение содержания и состава антоциановых красителей соковой фракции ягод малины, брусники, клюквы и красной смородины, полученной в результате их комплексной ферментативной обработки, и выявление влияния температурной обработки на стабильность антоциановых красителей в концентратах соковых фракций указанных ягод.

В работе использовали ягоды красной смородины, собранные в сад, и дикорастущие ягоды малины, брусники и клюквы, собранные в Московской области в 2021 г. В качестве ферментных препаратов пектолитического действия использовали FrnctocimБЕ, FructocimП6-Л, Frnctocim-Color (производитель - фирма «Эрб Сле», Германия) и целлюлолитического действия - Ламинекс-С2К и Ламинекс-BG, полученные в результате ферментации штамма Trichodermareesei, Ксибитен-цел (производитель Biovet, Bolgaria) и Целлолюкс-А (производитель Сиббиофарм, Россия). Дозировка ферментных препаратов и их состав зависят от комплекса активностей каждого из них и вида сырья. На основании ряда исследований определены оптимальные условия проведения ферментативного гидролиза и смоделированы МЭК (мультэнзимные композиции) ферментных препаратов (состав и концентрации ферментных препаратов) для каждого вида ягод: МЭКб - для ягод брусники (ф.п. Fructocim-Color+ ф.п. Ламинекс-BG), МЭКм - для ягод малины (ф.п. Ламинекс-С2К + ф.п. Fructocim-Пб), МЭКк - для клюквы (ф.п. Fructocim-БЕ + Целлолюкс-А) и МЭКсм - для ягод красной смородины (ф.п. Фрутоцим-Колор + ф.п. Ксибитен-Цел) [5-7]. Суммарное содержание антоцианинов определяли спектрофотометрическим методом [8], основанным на специфическом для антоцианиновых красителей изменении поглощения в зависимости от значений рН раствора. Качественный состав антоцианов в ферментативных соковых фракциях ягод малины, брусники, клюквы и красной смородины определяли с помощью высокоэффективной жидкостной обращенно-фазовой хроматографии (ВЭЖХ) с использованием спектрофотометрического детектора при оптимальной длине волны 510 нм [8].

На начальном этапе исследований проводили ферментативный гидролиз измельченного ягодного сырья при оптимальных (установленных экспериментально) условиях с добавлением ферментных препаратов в виде мультэкзимных композиций, соотношение и дозировка которых разработана экспериментально с применением метода математического моделирования на основе униформ рототабельного планирования для каждого вида ягод [5-7]. Длительность обработки составляла 1,5-2 ч при температуре 45°С. В результате ферментативного гидролиза выход сока увеличивался на 20% для малины и на 30% - для красной смородины, брусники и клюквы по сравнению с контролем - соком, полученным без ферментативной обработки.

При этом изучали содержание красителей в соке, полученном после ферментативного гидролиза. Установлено увеличение выхода антоцианов - красящих веществ растений. Антоцианы локализуются в клеточном соке в растворенном виде, а при действии на мезгу ягод ферментных препаратов уменьшается количество и прочность связей пигмента с лигноуглеводным комплексом клетки, тем самым обеспечивается доступ к нему экстрагента, поэтому антоцианы легко переходят в сок. Данные по увеличению выхода красящих веществ в ферментативную соковую фракцию для каждого вида ягод представлены в табл. 1.

Таблица 1. Содержание красящих веществ в ферментативных соковых фракциях ягод брусники, малины, клюквы и красной смородины и в соке (контроль)

Из данных табл. 1 видно, что выход антоциановых веществ в ферментативную соковую фракцию увеличился для всех ягод по сравнению с соком (контролем), полученным при тех же условиях, но без обработки ягодного сырья ферментными препаратами: в 1,2 раза - для сока из красной смородины, в 1,4 раза - для сока из ягод малины, в 1,7 раза - для сока клюквы и до 1,8 раза - для сока брусники. Таким образом, установлено, что проведение комплексной ферментно-тепловой обработки с применением МЭК для каждого вида ягод способствует более полной экстракции и переводу в растворимую часть ферментативной соковой фракции ценных физиологически функциональных ингредиентов ягод (антоцианов). Повышение выхода антоцианов и максимальное их сохранение в процессе переработки имеют большое значение для физиологии питания, так как, согласно взглядам академика И.П. Павлова, в процессе эволюции у человека создались крепкие интуитивные связи между зрительным восприятием и процессом пищеварения. На стадии получения соковой фракции был проведен анализ антоцианов: определен их качественный состав и относительное содержание в ферментативной соковой фракции, полученной прессованием обработанного ферментными препаратами измельченного ягодного сырья. Данные исследований представлены в табл. 2.

В растительном мире наиболее распространены так называемые неметилированные антоцианидины, т.е. не содержащие в боковом кольце своих молекул (кольце Б) группу СН₃ [9]. Первое место в этом отношении занимает цианидин [9, 10], который и обусловливает идентичную цветовую пигментацию сока, экстрагированного из ягод брусники, малины, клюквы и красной смородины, так как его относительное содержание по сравнению с другими антоцианидинами, присутствующими во всех исследуемых объектах, наибольшее. В то же время данные, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том, что все четыре соковые фракции, полученные из ягод, содержат различный, абсолютно не совпадающий по составу, набор антоцианов. Многообразие оттенков пигментации ягод обусловлено большим количеством комбинаций гликозилирования и ацилирования [10]. Чаще всего один или несколько фрагментов сахаров присоединяются через гликозидную связь в 3-, 5- и 7-положения. Замена одного вида сахара на другой также влияет на воспринимаемый цвет пигментов антоциана. Антоцианидин - 3-глюкозиды окрашены интенсивнее, чем соответствующие 3,5- и 5-глюкозиды [9]. В качестве структурных элементов красителя большая доля в количественном отношении приходится в ягодах брусники - на моносахарид галактозы цианидин - 3-галактозид (около 80%), малины - на моносахарид глюкозы цианидин 3-глюко - зид (около 50%), красной смородины - на дисахарид глюкорутинозид: цианидин -3-глюкорутинозид (60%), а в клюкве практически в равных долях содержатся антоцианидины (пеонидин и ционидин), содержащие один и тот же моносахарид - галактозу: пеонидин-3-галактозид (30%) и ционидин-3-галактозид (25%) (табл. 2).

Таблица 2. Состав и относительное содержание компонентов антоциановото красителя в ферментативной соковой фракции ягод