Изменения полифенольных соединений в процессе производства сока концентрированного из бузины, произрастающей в Республике Беларусь

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛИФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА СОКА КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ИЗ БУЗИНЫ, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

¹, Завалей А.П.² (Республика Беларусь)2Бурак Леонид Чеславович - кандидат технических наук,

Общество с ограниченной ответственностью «БЕЛРОСАКВА», г. Минск;

²Завалей Андрей Петрович - главный технолог,

СООО «Ароматик», г. Дзержинск, Минская область, Республика Беларусь

Abstract

CHANGES IN POLYPHENOLIC COMPOUNDS IN THE PROCESS OF PRODUCTION OF JUICE CONCENTRATED FROM ELDERBERRY GROWING IN THE REPUBLIC OF BELARUS

Burak L.Ch.¹, Zavaley A.P.² (Republic of Belarus)

¹Burak Leonid Cheslavovich - PhD of Technical Science,

".BELROSAKVA " LIMITED LIABILITY COMPANY, MINSK;

²Zavaley Andrey Petrovich - Chief Technologist,

the analysis of changes in the content of polyphenolic compounds of elderberry fruits and elderberry wild growing in the Republic of Belarus during the production of concentrated juice is carried out. The content of solids, sugars, polyphenols, titratable acidity, and pH values were determined in all images.. In the process of production, the pH practically did not change and ranged from 4.19 (in raw fruits) to 4.27 (in blanched fruits). Similar to the pH value, the indicator of total acidity was also characterized by relative constancy and ranged from 1.29% (in blanched fruits) to 1.31% (in freshly squeezed fruit juice). The concentrated juice had a large total acidity (3.06%). The total content of all sugars and reducing ones, in particular, increased after extraction and additionally after concentration. After the concentration process, the total content of all sugars, including reducing ones, was 20.96% and 20.91%, respectively.

The contents of flavonoids, non-flavonoid components, flavan-3-ol, and hydrolyzed tannins were determined. The total amount of phenolic compounds, flavonoids, non-flavonoid components, flavan-3-ol, and hydrolyzed tannins were determined using the Folin-Cicaltou colorimetric method. The total phenol content was 42.95 mEq gallic acid / gram dry matter. Hydrolyzed tannins were found in high concentrations. It was revealed that after blanching the fruit, the concentration of all polyphenolic compounds decreases by almost 20%. When concentrating elderberry fruit juice, most polyphenolic compounds did not undergo destruction. The results obtained indicate that raw elderberry fruits as well as concentrated fruit juice are a potential source of polyphenolic compounds. Elderberry and its processed products must be used in the process of creating drinks, nectars, fruit drinks and other food products of preventive and functional purposes.

Keywords: elderberry, juice, sugar, anthocyanins, phenols, flavonoids, tannins.

Аннотация

Проведен анализ изменения содержания полифенольных соединений плодов бузины садовой и бузины дикорастущей, произрастающей в Республике Беларусь, в процессе производства концентрированного сока. Во всех образах определяли содержание сухих веществ, сахаров, полифенолов, титруемую кислотность, величины рН. В процессе производства величина рН практически не менялась и колебалась в пределах от 4.19 (в сырых плодах) до 4.27 (в бланшированных плодах). Подобно величине рН, показатель суммарной кислотности также характеризовался относительным постоянством и колебался от 1.29% (в бланшированных плодах) до 1.31% (в свежеотжатом плодовом соке). Концентрированный сок имел большую суммарную кислотность (3.06%). Суммарное содержание всех сахаров и редуцирующих, в частности увеличивалось после отжима и дополнительно после концентрирования. После процесса концентрирования суммарное содержание всех сахаров, включая редуцирующие, составило 20.96% и 20,91% соответственно.

Были определены содержания флавоноидов, нефлавоноидных составляющих, флаван-3-олов, гидролизованных таннинов. Общее количество фенольных соединений, флавоноидов, нефлавоноидных составляющих, флаван-3-олов и гидролизованных таннинов были установлено посредством использования колориметрического метода Фолина-Чикальтэу. Суммарное содержание фенолов составило 42,95 мг-экв галловой кислоты/грамм сухого вещества. Были обнаружены в высоких концентрациях гидролизованные танины. Выявлено что после бланширования плодов концентрации всех полифенольных соединений уменьшается почти на 20%. При концентрировании плодового сока бузины большинство полифенольных соединений не претерпевали разрушения. Полученные результаты свидетельствуют, что сырые плоды бузины, так же, как и концентрированный плодовый сок, являются потенциальным источником полифенольных соединений. Бузину и продукцию ее переработки необходимо использовать в процессе создания напитков, нектаров, морсов и другой пищевой продукции профилактического и функционального назначения.

Ключевые слова: бузина, сок, сахара, антоцианы фенолы, флавоноиды, танины. хроматография бузина лечебный сок

Плодово-ягодное сырье служит источником практически всех необходимых человеку микроэлементов и витаминов, поэтому перед пищевой промышленностью стоит задача их полноценного сохранения на этапе сбора, хранения и переработки в сокосодержащую продукцию. Ряд работ (V. Barak, T. Halperin, I. Kalickman) свидетельствуют о повышенном внимании к бузине, в связи с высоким содержанием антоцианов, которые широко используются в качестве красящих веществ в различных напитках, и которые, обладают рядом лечебных свойств - антиоксидантных, противораковых, иммуностимулирующих, антибактериальных, противоаллергических и противовирусных [1].

В Западной Европе плоды бузины очень популярны, площади, выделенные под бузину, с каждым годом увеличиваются. В Австрии площадь насаждений бузины занимает второе место после яблони. Что касается Беларуси, интерес к бузине в промышленных масштабах снижен, хотя бузина неприхотлива в разведении, хорошо растет на самых разных почвах, включая и плохо дренированные, но лучше растет на влажных грунтах с невысокой кислотностью, терпима она и к широкому спектру рН. Растет бузина практически в любом месте, но особенно хорошо плодоносит там, где открыта солнцу. Часто культивируется как декоративная: есть формы с рассеченными листьями, пестролистные, плакучие, низкорослые, с шаровидной кроной, с плодами разного цвета. Черная бузина - очень выносливая культура. Плодоносит бузина черная ежегодно и обильно. В России выращивают разнообразные формы, полученные от посева семян. В Канаде, Голландии, Австрии выведены культурные сорта (Хашберг, Данау, Хамберг, Корсер, Самбу). Известны также датские сорта - Алесо, Гамбург, Корсор, Самбу. В США наиболее популярны сорта бузины Адамс-1, Адамс-2, Кент, Скотиа, Йорк, Виктория, Джонс, Нова Бузина. Сорта собственной селекции в Республике Беларусь пока отсутствуют. Исследование некоторых видов плодов, проведенное М. Ciocoiu, А. Miron, L. Mares, D. Tutunaru, С. Pohaci, М. Groza, М. Badescu, показало, что плоды бузины являются отличным источником антоцианов, витаминов А и С, а, также, являются хорошим источником кальция, железа и витамина В6 [2]

Антоцианы, по мнению А. Колеснова, К. Schwarz, G. Bertelsen, L. Nissen, P. Gardner, M. Heinonen, A. Hopia, T. Huynhba, P. Lambelet, D. Mc Phail, L. Skibsted и L. Tijburg, также как и другие флавоноиды (например, кверцетины), оказывают антиоксидантную, противоопухолевую, иммуностимулирующую, антибактериальную, антиаллергенную и антивирусную активность; поэтому их употребление может оказать положительное влияние на предотвращение развития некоторых заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, онкологические, воспалительные заболевания и диабет[3].

Недавние исследования американских ученых К. Youdim, А. Martin, J. Joseph показали, что измерение антиоксидантного потенциала различных ягод, вывело бузину черную на первое место, опередил клюкву и чернику, которые являются, чуть ли не лучшими ягодами, обладающими высоким уровнем антиоксидантной защиты [4].

Рядом исследований (G. Cao, R. Prior, C. Casatil, D. Charlebois) подтверждается наличие полифенольных комплексов во фруктовых соках, в том числе в соке бузины, богатым на антоцианы и флавонолы [5]. По мнению M. Murkovic, U. Mьlleder, U. Adam, W. Pfannhauser, важнейшими полифенолами, содержащимися в бузине, являются антоцианы, главным образом,- цианидин 3-глюкозид [6]. B. Roschek, R. Fink, M. McMichael, R. Alberte пришли к выводу, что среди различных распространенных флавоноидов растительного происхождения, цианидин имеет один из самых высоких уровней антиоксидантной активности [7].

Таким образом, изученные источники литературы свидетельствуют, что бузина черная является высокоценным кустарником, который необходимо выращивать в Беларуси. Ценность химического состава бузины черной обеспечивается высоким уровнем органических кислот, витамина С, сахаров - глюкозы, фруктозы, углеводов сложного строения, дубильных и антоциановых веществ. В качестве целебных свойств плодов бузины отмечаются ее потогонные, жаропонижающие, успокаивающие, мочегонные, вяжущие и дезинфицирующие свойства. Зарубежными исследователями, а именно - европейскими, американскими и канадскими, большое внимание уделяется изучению антиоксидантных свойств бузины, российскими и украинскими - химического состава плодов, польскими - агротехническим приемам выращивания. В отечественной литературе существовали единичные сведения об изучении биохимического состава и пищевой ценности бузины. Поэтому ранее нами был изучен полный химический состав плодов бузины, произрастающей в Республике Беларусь, а также изменения содержания биофлавоноидов, антоцианов в процессе хранения сырья.

Исследование высокоэффективной жидкостной хроматографией бузины установило присутствие пяти пиковых областей антоцианов: цианидин 3-самбубиозид-5-глюкозид ([M+H]+ при m/z 743), цианидин 3,5-диглюкозид ([M+H]+ при m/z 611), цианидин 3-самбубиозид ([M+H]+ при m/z 581), цианидин 3-глюкозид ([M+H]+ при m/z 449) и цианидин 3-рутинозид ([M+H]+ при m/z 595). Другие антоцианы были обнаружены в незначительных количествах. Содержание основного антоциана во всех плодах бузины данных сортов - цианидин 3-самбубиозида - составляет больше половины от всех обнаруженных антоцианов. Наименьшая концентрация цианидин 3-самбубиозида была обнаружена в бузине дикой 271 мг /100 г, а наибольшая концентрация в бузине садовой 631 мг /100 г. Наименьшее содержание другого основного антоциана - цианидин 3-глюкозида - было отмечено в плодах садовой 285 мг /100 г, а наибольшее в плодах бузины дикой 456 мг /100 г.

Были также установлены три незначительные пиковые области при ВЖХ исследовании данных сортов бузины; содержание цианидин 3-самбубиозид-5- глюкозида было наименьшим в бузине дикой 195 мг /100 г и наибольшим в бузине садовой 53,5 мг /100 г; содержание цианидин 3,5-диглюкозида было наименьшим в дикой 7,41 мг /100 г и наибольшим в бузине садовой 23,3 мг /100 г. Суммарная концентрация антоцианов варьировалась от 756 мг /100 г в бузине дикой до 957 мг /100 г в бузине садовой.

Количественно основным кверцетином в плодах исследованных сортов был кверцетин 3-рутинозид со значениями, варьирующими от 35,8 мг /100 г в бузине дикой до 50,0 мг /100 г в бузине садовой. Остальные два кверцетина присутствовали в значительно меньших количествах, Суммарная концентрация кверцетинов была наименьшей в дикой 56,44 мг 100 г, а наибольшей в бузине садовой 73,4 мг /100 г. [8].

Создание продуктов профилактического назначения, обогащенных биологически активными веществами, способствует оказанию направленного оздоровительного эффекта на организм. Лечебный потенциал бузины заключается в его антиоксидантных свойствах, которые зависят от полифенольных комплексов [9, 10]

В связи с тем, что полифенольные соединения определяют цвет, вкус, аромат плодового сырья и продуктов на его основе, нами проведено определение устойчивости полифенольных соединений в процессе переработки плодов бузины, произрастающей в Республике Беларусь для получения концентрированного сока.

Материалы и методы

Плоды бузины черной (Sambucus nigra) были закуплены СООО «Ароматик», собранные в самый сезон их созревания (август- сентябрь). Исследования проводили в лабораториях компании СООО «Ароматик». Плоды были созревшими и произрастали в обычных условиях, набраны с запасов для проведения всех необходимых экспериментов. Плоды были заморожены и хранились при температуре -20°С до начала проведения исследований. Перед началом экстракции, плоды проходили размораживание. Сырые плоды, проходили бланшировку на водяной бане (10 мин при 70 0 С) и были измельчены при помощи бытового блендера. Полученная плодовая кашица была собрана в марлевую ткань и отжата с нарастанием давления на протяжении 10 минут до момента прекращения выделения сока. Полученный сок был сконцентрирован посредством вращающегося испарителя с нагреванием до 40° С до момента получения сокового концентрата с содержанием сухих веществ 32%. Во всех образах определяли содержание сухих веществ, сахаров, полифенолов, титруемую кислотность, величины рН.

Массовую долю сухих веществ проводили по ГОСТ 28561-90, высушиванием до постоянной массы[9], массовую долю растворимых сухих веществ проводили рефрактометрическим методом по ГОСТ 28562-90 [10] и ГОСТ Р 51433-2007 [11].

Активную кислотность (рН) проводили потенциометрическим методом по ГОСТ 26188-84 [12].

Суммарная кислотность была определена титрованием каждого образца стандартным 0.1 М раствором NaOH до достижения величины pH = 7.0. Определение содержания углеводов (сахароза, глюкоза и фруктоза) проводили следующим образом. В лаборатории плоды с черешками были измельчены до кашеобразной консистенции и 10 г растертой массы плодов были помещены в 50 мл дистиллированной воды (прошедшей двойную перегонку) и смешаны до состояния гомогенного раствора. Опытные растворы были оставлены на 30 мин при комнатной температуре с при постоянном равномерным помешиванием. Затем пробы были центрифугированы 7 мин при 10 ⁰С. Раствор был отфильтрован через фильтр с размером пор 0,45 мкм, помещены в склянку и проанализированы используя высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЖХ, Thermo Scientific, Finnigan Spectra System). Для каждого испытания были использованы 20 мкл образцов. Анализ сахаров выполнялся с использованием Rezex-RCM-моносахаридной колонки (300х7,8 мм; Phenomenex, Torrance, CA) со скоростью потока 0,6 мл мин^-1 и с поддерживаемой температурой колонки на уровне 65 ⁰С. Для подвижной фазы были использованы 4 ммоль серной кислоты. Концентрация углеводов была вычислена с помощью соответствующих стандартных методик.

Суммарное содержание фенолов, флавоноидов и нефлавоноидных соединений было определено с помощью колориметрического метода Фолина-Чикальтэу (поглощение, измеряемое при 765 нм [9]. Фенольные соединения плодов бузины были извлечены из 10 г образцов с использованием 40 мл 80% водного раствора этанола. Смесь экстрагировалась в течение 20 мин в инертной атмосфере и отфильтрована через бумажный фильтр с использованием воронки Бюхнера. Экстракция остаточного количества была повторена при тех же условиях. Фильтраты были смешаны и разбавлены 80 % водным раствором этанола до объема 100 мл в мерной колбе. Полученные экстракты использовались для определения суммарного содержания фенолов, флавоноидов и нефлавоноидных соединений. Осаждение формальдегидом применялось для определения флавоноидов в образцах плодов. Суммарное содержание фенолов и флавоноидов было измерено следующим образом: 0.5 мл разбавленного экстракта или эталонный раствор галловой кислоты (20500 мг/л) были добавлены в мерную колбу с объемом 50 мл, содержащую 30 мл дистиллированной воды; затем к смеси был добавлен реагент Фолина-Чикальтэу объемом 2.5 мл и после этого колба со смесю подвергалась встряхиванию. Через 5 минут, 7.5 мл 7%-го раствора Na 2 CO 3 были добавлены к смеси и сразу после этого смесь была разбавлена водой до объема 50 мл. По истечении 2-х часового хранения при комнатной температуре была измерена оптическая плотность раствора при 765 нм. Результаты были выражены как соотношение мг-экв галловой кислоты на грамм сухого вещества. Количество флавоноидов было вычислено как разница между суммарным содержанием фенолов и нефлавоноидных компонентов, и было выражено как соотношение мг-экв галловой кислоты на грамм сухого вещества.

Содержание гидролизованных таннинов определяли методом, основанным на принципе осаждения гидролизованных таннинов путем добавления сульфата цинхонина.

5 г образцов были смешаны с дистиллированной водой в соотношении 1:2. В разбавленный образец были добавлены 12.5 мл буферного раствора с рН = 7.9 и 6.3 мл раствора цинхонин-сульфата. Смесь была гомогенизирована на магнитной мешалке на протяжении 20 мин и центрифугирована на скорости 5500 об/мин на протяжении 20 мин. Полученная надосадочная жидкость была отфильтрована в мерную колбу объемом 100 мл. Остаток на фильтре вместе с фильтровальной бумагой был ополоснут 10 мл 10%-го раствора сульфата натрия и отцентрифугирован на скорости 5500 об/мин в течение 20 мин. По окончании центрифугирования, жидкая часть была смешана с прежде отделенной надосадочной жидкостью. Величина рН жидкой смеси была доведена до 3.5 добавлением 1 М соляной кислоты и после этого раствор был разбавлен дистиллированной водой до объема 100 мл. Оставшийся осадок был растворен в 25 мл 1 М растворе соляной кислоты и этанола. Полученный экстракт был использован для определения суммарного содержания таннинов. Результаты были выражены как соотношение мг-экв галловой кислоты на грамм сухого вещества.

Для определения содержания флаван-3-олов был использован экстракт, полученный ранее для определения суммарного содержания фенолов, и был применен метод, описанный Таннером и Бруннером[17] Принцип определения суммарного содержания флаван-3-олов основан на характерном взаимодействии флаван-3-олов с ванилином. Поглощение было измерено при 500 нм. Результаты были выражены как соотношение мг-экв галловой кислоты на грамм сухого вещества.

Суммарное содержание антоцианов в экстрактах собранных плодов бузины было определено методом бисульфитного обесцвечивания. Антоцианы плодов бузины были извлечены из 2 г свежесобранных образцов путем добавления 2 мл 0.1%-го раствора соляной кислоты в 96%-ном этиловом спирте и 40 мл 2%-го водного раствора соляной кислоты. Затем полученная смесь была отцентрифугирована на скорости 5500 об/мин на протяжении 10 мин. Полученная надосадочная жидкость была использована для определения суммарного содержания антоцианов. Определения содержания антоцианов было проведено следующим образом: 10 мл экстракта было добавлено с помощью пипетки в две пробирки, затем 4 мл 15%-го раствора бисульфита натрия были добавлены в одну пробирку, а в другую пробирку были добавлены 4 мл дистиллированной воды. После 15 мин выдерживания при комнатной температуре было измерено оптическое поглощение каждой смеси при 520 нм. Результаты были выражены как отношение мг-экв цианидин-3-глюкозида на грамм сухого вещества.

Все измерения были выполнены на спектрофотометре UV-VIS РВ 2201.

Все измерения проводились дважды. Линейная регрессия и вычисления стандартной погрешности были выполнены с помощью Microsoft Office Excel.

Результаты и обсуждения

Целью данного исследования было определение устойчивости к разрушению полифенольных соединений в процессе производства концентрированного сока бузины. Измерения проводились двукратно на всех образцах, использованных для получения сокового концентрата бузины (свежесобранные плоды, бланшированные плоды, свежеотжатый сок и концентрированный сок). Ранее нами проводились выполнены исследования по определению содержания антоцианов и других полифенольных соединений в бузине дикорастущей и бузине садовой, произрастающей на территории Республики Беларусь [8]. Количество научных работ касательно изменения физико-химического состава плодов бузины в процессе производства концентрированного сока невелико, а исследования бузины в процессе технологической переработки, произрастающей в РБ проведено впервые.

Полученные результаты химического состава плодов бузины садовой, произрастающей в РБ незначительно отличаются от данных, указанных в научной литературе [5, 10, 11], что подтверждает ценность плодов бузины как источника биологически активных веществ. Общее содержание сухих веществ составляет 20.46%, общая кислотность равнялась 1.29%, суммарное содержание сахаров - 7.64%, восстанавливающих сахаров - 7,06% и величина рН = 4.19. Сравнительный анализ полученных данных с аналогичными данными, приведенными в научной литературе, свидетельствует о том, что суммарное содержание сухого вещества, общая кислотность и величина рН являются средней величиной для исследованных плодов Европейской бузины[12].

Согласно данным, опубликованных в научной литературе, восстанавливающие сахара являются наиболее распространенными сахарами в сырых плодах бузины, и их содержание составляет около 90% от общего содержания сахаров[13,14,15,16] что соотносится с данными, полученными в ходе данного исследования. В процессе производства соковых концентратов из плодов бузины величина рН практически не менялась и колебалась в пределах от 4.19 (в сырых плодах) до 4.27 (в бланшированных плодах). Подобно величине рН, показатель суммарной кислотности также характеризовался относительным постоянством и колебался от 1.29% (в бланшированных плодах) до 1.31% (в свежеотжатом плодовом соке).

Концентрированный сок имел большую суммарную кислотность (3.06%), вероятно по причине особенностей процесса концентрирования, в ходе которого часть органических кислот остается в соковом концентрате. В сырых плодах бузины, как и в большинстве сырых плодов других растений, редуцирующие (восстанавливающие) сахара являлись преобладающими, в то время как сахароза присутствовала в небольших количествах. Редуцирующие сахара также были доминирующими на всех этапах производства сокового концентрата, в то время как концентрация глюкозы постепенно понижалась. Суммарное содержание всех сахаров и редуцирующих в частности увеличивалось после отжима и дополнительно после концентрирования. После процесса концентрирования суммарное содержание всех сахаров, включая редуцирующие, было наивысшим со значениями 20.96% и 20,91%.

Таблица 1. Физико-химические показатели в процессе производства концентрированного сока бузины