CC BY
107
УДК 664.8.014/.019
Получение экстрактов из выжимок и семян винограда
с высокой антиокислительной активностью
И.А. Батькова, аспирант, Н.В. Макарова, д-р хим. наук, профессор, И.А. Яшина, М.Н. Новикова, Н.В. Смирнова
Самарский государственный технический университет
Экстракты отходов переработки винограда и производства вина приобретают все большую популярность в качестве антиокислителей в липи-досодержащих системах и прежде всего в мясе. Так, в обзоре [1] американских ученых приведено более десяти примеров использования экстрактов семян винограда для торможения процессов окисления мяса, например, говяжьих отбивных [2]. А в совместной статье [3] бразильских и перуанских ученых показан пример использования экстрактов выжимок для торможения окисления вареной курятины.
Окисление липидов - одна из основных проблем потери качества пищевыми продуктами, в ходе которого кислород вступает в реакции с ненасыщенными липидами. Хотя процесс окисления липидов термодинамически выгоден, прямая реакция между кислородом и даже сильно ненасыщенными липидами кинети-
чески затруднена. Поэтому необходима активизация запуска цепных реакций с участием свободных радикалов. Предполагают, что окисление липидов инициируется и поддерживается рядом химических реакций, включая образование синг-летного кислорода, ферментативное и неферментативное образование частично восстановленных или свободных радикалов кислорода, активных железо-кислородных комплексов, а также термическое или катализируемое железом гемолитическое расщепление гидроперокси-дов. Сложный механизм процесса окисления означает возможность одновременного образования целого ряда продуктов, тип и концентрация которых зависит от нескольких основополагающих факторов. К ним можно отнести концентрацию кислорода в окружающей продукт среде, площадь поверхности, подвергающаяся воздействию кислорода, со-
В (36...37 °С) В(50.51°С)
ВК
К(36.37°С) К(50.51°С) К (78.79 °С)
Е с50, мг/см3
Рис. 1. Уровень улавливания свободных радикалов DPPH для экстрактов виноградных выжимок и косточек: К - косточки; В - выжимки; ВК - выжимки кипячение
став жирных кислот липидов, уровни содержания эндогенных антиок-сидантов или катализаторов окисления и, наконец, температуру хранения продукта [4].
Одна из основных стадий получения экстрактов выжимок и косточек винограда - сам процесс экстракции. От правильного подбора параметров экстракции зависят химический состав и антиоксидантная активность экстрактов [5]. Важное влияние на процесс экстракции оказывает температура экстракции. Так, сообщается, что температура изменяет состояние процианидинового комплекса виноградных выжимок и семян [6, 7]. Кроме того, в качестве методов интенсификации процессов экстракции предлагается использовать электрический разряд, воздействие давлением или микроволнами
[8, 9].
Цель данного исследования - подбор оптимальной температуры экстракции и условий микроволновой экстракции для получения экстрактов из выжимок и семян винограда с максимальными показателями по содержанию фенолов, флавоноидов, танинов, антоцианов и антиоксидант-ной активности. В качестве объектов исследования были взяты выжимки и семена винограда сортосмеси Лево-кумский, Мерло, Регент.
Исследовали три варианта температур экстракции: 36.37 °С; 50.51 °С; кипячение. В качестве растворителей использовали для виноградных выжимок- 70 %-ный водный этиловый спирт, для виноградных семян -98 %-ный водный этиловый спирт. Параметры микроволновой экстракции: мощность - 100 Вт; время воздействия - 12 мин.
Для анализа химического состава и определения антиоксидантной активности применяли следующие методы анализа: измерение общего содержания фенольных веществ, общего содержания флавоноидов, общего содержания танинов, общего содержания антоцианов; измерение уровня улавливания свободных радикалов DPPH (2,2Г-дифенил-1 пик-рилгидразила), способности улавливать свободные радикалы ABTS (2,2'-азино-бис (3-этилбензтиазоли-но-6-сульфоновая кислота)), общей антиоксидантной силы по методу FRAP (ferric reducing antioxidant power с реагентом 2,4,6-трипири-дил-5-триазином), антиоксидантной активности на модели с линолевой кислотой. Основная методика для определения фенольных веществ -спектрофотометрический метод с реактивом Folin-Ciocalteu [10]. Фенолы легко окисляются в основной сре-
де с образованием радикала О2-, который реагирует с молибдатом с образованием оксида молибдена MoO4+, имеющего максимум поглощения при 700-750 нм.
Содержание флавоноидов определяется нитратоалюминиевым колориметрическим методом, при котором нитрат алюминия взаимодействует с кето-группой флавоноидов, образуя стабильный кислотный комплекс, показывающий устойчивую спектрально-поглощательную способность при 415 нм [11].
Исследование способности улавливать свободные стабильные радикалы DPPH (2,2-дифенил-1-пикрил-гидразил) - один из старейших методов изучения антиоксидантной активности [12]. Он широко и повсеместно используется за рубежом для оценки как индивидуальных фе-нольных веществ, так и для пищевых систем в целом.
Основной принцип метода улавливать свободные радикалы ABTS 2,2'-азино-бис (3-этилбензтиазоли-но-6-сульфоновая кислота) заключается в снижении количества сине-зеленых радикалов с помощью анти-оксидантов, доноров электронов или водорода, которое измеряется путем подавления его характерной длины волны спектра поглощения 734 нм [13].
Метод исследования антиоксидан-тной активности в системе линоле-вая кислота основан на окислении линолевой кислоты, при этом образуются пероксиды, которые окисляют ионы Fe (II) до Fe (III). Ион Fe (III) образует комплекс с ионом SCN-, имеющим максимальную спектральную поглощательную способность при 500 нм. Таким образом, высокая степень спектральной поглощатель-ной способности служит индикатором образования большого количества пероксидов [14].
Метод определения железовосста-навливающей (антиоксидантной) способности [(FRAP) Ferric redusing antioxidant power assay] основан на реакции восстановления комплекса Fe (III) - 2,4,6-трипиридил-5-триази-на до комплекса Fe (II) - 2,4,6-три-пиридил-5-триазина, которое имеет ярко-синее окрашивание и полосу поглощения Х=593 нм [15].
Результаты измерения уровня улавливания свободных радикалов DPPH для экстрактов виноградных выжимок и косточек, полученных при разных температурах, представлены на рис. 1.
По способности улавливать свободные радикалы DPPH можно выделить наиболее благоприятные температуры для получения экстрак-
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
В (36...37 °С) В(50.51°С) ВК
К(36.37°С) К(50.51°С) К(78.79 °С)
ммоль Fe2+/1 кг исходного сырья
Рис. 2. Общая антиоксидантная сила по методу FRAP для экстрактов виноградных выжимок и косточек: К - косточки; В - выжимки; ВК - выжимки кипячение
В (36.37°С) В(50.51°С)
ВК
К(36.37°С) К(50.51°С) К(78.79 °С)
мг галловой кислоты/100 г исходного сырья
Рис. 3. Общее содержание фенолов для экстрактов виноградных выжимок и косточек: К - косточки; В - выжимки; ВК - выжимки кипячение
тов из винограда: 78...79 °С - для косточек, 50...51 °С - для выжимок.
Результаты определения антиоксидантной активности представлены в таблице. Из данных таблицы можно отметить, что по способности улавливать свободные радикалы ABTS наиболее благоприятная температура для получения экстрактов из выжимок - температура кипения, для получения экстрактов из косточек такой температурой является 78.79 °С. По антиоксидантной активности в системе линолевой кислоты выжимки и косточки, полученные при температуре экстракции 36.37 °С, имеют самые высокие показатели.
Результаты измерения общей антиоксидантной силы по методу FRAP для экстрактов виноградных выжимок и косточек, полученных при разных температурах, показаны на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что по показателям FRAP экстракты из выжимок и косточек с разной температурой экстракции приблизительно находятся на одном уровне, однако лидер среди выжимок - экстракт, полученный при температуре 50.51 °С, среди косточек - при 36.37 °С.
Результаты исследования общего содержания фенолов в экстрактах виноградных выжимок и косточек,
Результаты определения химического состава и антиоксидантной активности экстрактов виноградных выжимок и косточек
Показатели Степень ингибирования окисления линолевой кислоты, % Общее содержание флавоноидов, мг катехина/ 100 г сырья Общее содержание танинов, мг катехина/ 100 г сырья Общее содержание антоцианов, мг цианидин-3-глико-зида/ 100 г сырья ABTS, моль тролокса/г сырья
t экстракции, °С
Выжимки
36.37 47 1074 64,40 1006,5 3,29
50.51 39,4 1140 63,28 953,9 3,36
Кипячение Не обнаружена 1752 67,06 680,6 4,78
Косточки
36.37 37,9 2320 84,20 - 8,02
50.51 27,3 2325 85,82 - 7,77
78.79 7,1 2265 70,28 - 8,60
полученных при разных температурах, представлены на рис. 3.
По общему содержанию фенолов наиболее оптимальная температура экстракции для выжимок - температура кипения, для косточек - 36. 37 °С. Экстракты из выжимок, полученные при температуре кипения, содержат наибольшее количество флавоноидов и танинов, для косточек такими температурами экстракции являются 36.37 и 50.51 °С, соответственно на первом месте по общему содержанию антоцианов стоят экстракты выжимок, полученные при температуре экстракции 36.37 °С. Из данных таблицы видно, что с увеличением температуры экстракции количество антоцианов в экстрактах уменьшается.
Таким образом, оптимальной температурой экстракции для получения экстрактов из косточек винограда с максимальными показателями по содержанию фенолов, флавонои-дов, антоцианов, танинов и антиок-сидантной активности является температура 36.37 °С, а для получения экстрактов из выжимок винограда оптимальна температура кипения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Karre, L. Natural antioxidants in meat and poultry products/L. Karre, K. Lopez, J.K. Getty Kelly//Meat Sci. -2013. - Vol. 94. - N 2. - P. 220-227.
2. Ascorbate, green tea and grape seed extracts increase the shelf life of low sulphite beef patties/S. Banon [et al.]//Meat Sci. - 2007. - Vol. 77. - N 4. - P. 626-633.
3. Wine industry residues extracts as natural antioxidants in raw and cooked chicken meat during frozen storage/ M.M. Selani [et al.]//Meat Sci. -2011. - Vol. 88. - N 3. - P. 397-403.
4. Стеле, Р. Срок годности пищевых продуктов: Расчет и испытание/ Р. Стеле. - СПб.: Профессия, 2008. -480 с.
5. Jungmin, L. Influence of extraction methodology on grape composition values/L. Jungmin, R. Chrictopher//Food Chem. - 2011. -Vol. 126. - N 1. - P. 295-300.
6. Изменение процианидинового комплекса виноградной выжимки при кулинарной обработке/Ю.В. Га-пенко [и др.]//Изв. вузов. Пищ. тех-нол. - 2004. - № 2-3. - С. 39-40.
7. Khanal Ramesh, C. Procyanidin composition of selected fruits and fruit byproducts is affected by extraction method and variety/C. Khanal Ramesh, R. Howard Luke, L. Prior Ronald//J. Agr. and Food Chem. - 2009. - Vol. 57. - N 19. - P. 8839-8843.
8. Microwave assisted extraction of anthocyanins from grape skins/A. Liazid [et al.]//Food Chem. - 2011. -Vol. 124. - N 3. - P. 1238-1243.
9. Microwave-assistance provides very rapid and efficient extraction of grape seed polyphenols/Li Yinping [et al.]//Food Chem. - 2011. - Vol. 129. -N 2. - P. 570-576.
10. Determination of low molecular weight polyphenolic constituents in grape (Vitis uinifera sp.) seed extracts: Correlation with antiradical activity/R. Guendez [et al.]//Food Chem.-2005. - Vol. 89. - N 1. - P. 1-9.
11. Phenols, proanthocyanidins, flavones and flavonols in some plant materials and their antioxidant activities/M. Skerget [et al.]//Food Chem. - 2005. - Vol. 89. - N 1. - P. 191-198.
12. Free radical-scavenging behavior of some north-east Brazilian fruits/ S.M. Maria [et al.]//Food Chem.-2009. - Vol. 114. - N 4. - P. 693-695.
13. Sindhu, M. Studies on the antioxidant activities of cinnamon bark extracts, through various in vitro models/M. Sindhu, T. Abraham//Food Chem. - 2006. - Vol. 94. - N 4. - P. 520-528.
14. Antioxidant power of Iranian propolis extract/S. Mohammadzadeh [et al.]//Food Chem. - 2007. - Vol. 103. - № 3. - P. 729-733.
15. Nilsson, J. Total antioxidant capacity in different pea (Pisum sativum) varieties after blanching and freezing/J. Nilsson, R. Stegmark, B. Akesson//Food Chem. - 2004. - Vol. 86. - N 3. - P. 501-507.
Получение экстрактов из выжимок и семян винограда с высокой антиокислительной активностью
Ключевые слова
виноградные выжимки и косточки; антиоксидантная активность; танины; фенолы; флавоноиды; антоцианы, экстракт.
Реферат
В данной работе представлено определение оптимальной температуры для получения экстрактов из выжимок и семян винограда с максимальным содержанием фенолов, флавоноидов, танинов, антоцианов и антиоксидантной активностью.
Preparation of Extracts from Husks and Grape Seeds with High Antioxidant Activity
Key words
grape pomace and seeds; antioxidant activity; tannins phenolics; flavonoids; anthocyanin; extract.
Abstracts
This paper was presented to determine the optimal temperature for obtaining extracts from grape pomace and oil seeds with maximum content of phenols, flavonoids, tannins and anthocyanins antioxidant activity.
Авторы
Батькова Ирина Андреевна, аспирант, Макарова Надежда Викторовна, д-р хим. наук, доцент, Яшина Ирина Александровна, Новикова Маргарита Николаевна, Смирнова Наталия Викторовна
Самарский государственный технический университет, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244, Batkova [email protected]
Authors
Batkova Irina Andreevna,Graduate Student,
Makarova Nadegda Viktorovna, Doctor of Chemical Science, Docent, Yashina Irina Alexandrovna, Novikova Margarita Nikolaevna, Smirnova Nataliya Viktorovna Samara State Technical University,
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, [email protected]
