Получение сухих форм бетацианинов свеклы Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 664.1

ПОЛУЧЕНИЕ СУХИХ ФОРМ БЕТАЦИАНИНОВ СВЕКЛЫ И. И. Саенко, Л. А. Дейнека, В. И. Дейнека

ФГБОУ ВПО Белгородский государственный национальный исследовательский университет, 308015, Белгород, ул. Победы, 85, [email protected]

Разработаны способы увеличения сроков хранения природных красителей бетацианинов путем включения их в матрицу полисахаридов агар-агара и каррагинана с последующей лиофилизацией. Ил. 3. Библиограф 6 назв.

Ключевые слова: природные пищевые красители, бетацианины, сроки хранения.

DRY FORM OF BEET BETACYANINS

I.I. Saenko, L.A. Deyneka, V.I. Deyneka

Belgorod State University,

85, Pobedy St., Belgorod, 308015 Russia

The storage of natural dyes betacyanins increased by including them into a polysaccharide matrix of agar and carrageenan followed by lyophilization. 3 figures. 6 sources.

Keywords: natural food dyes, betacyanins, storage.

Одной из современных тенденций развития пищевого производства во всем мире является замена синтетических веществ на природные соединения. Так потребители всё чаще отдают предпочтение продуктам, подкрашенным натуральными красителями. Наличие биологической активности позволяет использовать их не только как красящую добавку для пищевой промышленности, но и в качестве лекарственных субстанций в медицине.

К водорастворимым колорантам с ярко выраженной антиоксидантной функцией относят бетацианины [1]. Эти соединения (единственные из известных природных алкалоидов) (рис.1) определяют окраску в цвета от красного до фиолетового цветков, плодов (или корнеплодов) листьев и других частей растений, относящихся только к порядку Caryophyllales (гвоздикоцветные). Из хорошо известных источников бетацианины накапливаются, прежде всего, в корнеплодах красной столовой свеклы [2], а также в листьях амаранта багровой окраски [3]. Важным аспектом в химии бетациани-

нов является их невысокая устойчивость, зависящая от множества параметров [4], среди которых рН, присутствие кислорода, свет и т. д. По этой причине для увеличения стабильности бетациа-ниновых колорантов при хранении предлагалось получение сухих форм, например, полученных распылительной или лиофильной сушкой, как самих экстрактов, так и композиций с мальтодекст-рином [5,6].

Наши исследования показали достаточно низкий уровень устойчивости бетацианинов, резко ограничивающий даже возможности сорбционной очистки. Концентраты бетацианинов (как очищенные, так и неочищенные) быстро обесцвечиваются в течение короткого времени хранения, причем критической является зависимость скорости распада молекул красителя от рН среды (рис. 2). Высокая скорость разрушения бетацианинов при низких (как и при высоких) рН препятствует оптимизации гидрофобной сорбции бетацианинов на об-ращенно- фазовых сорбентах, требующих низких рН для

\ OH H

Рис.1. Структура бетацианинов

Рис. 2. Изменение концентрации бетацианинов в водных растворах в зависимости от рН среды

. путли

Рис.3. Изменение концентрации бетацианинов в сухих композициях с добавками агар-агара: 1 - 12 мг бетацианинов в 100г композиции; 2 - 24 мг/100г

Рис.4. Изменение концентрации бетацианинов в сухой композиции с добавкой каррагинана

перевода бетацианинов в незаряженное цвиттер-ионное состояние.

Как в сильнокислой, так и в щелочной средах уже через 10 дней теряется более половины от исходного содержания бетацианинов. А наименьшая скорость разрушения этих соединений в водных растворах с ацетатными буферами наблюдается в диапазоне 4,5 < рН < 7,0. Снижение оптической плотности растворов свидетельствует не о декарбоксилировании бетацианинов, а о разрушении системы сопряжения, вероятно, вследствие гидролитического разрушения соединений на первой стадии, и скорость этого процесса зависит от активности воды.

Для повышения стабильности бетацианиов, являющихся гликозидами бетанидина, логично использование полисахаридов, но особый интерес представляет использование в качестве матриц полисахаридов со слабыми кислотными группами (типа пектинов или агар-агара) или с сильными кислотными группами (типа каррагинанов) в солевой форме. Эти полисахариды должны хорошо сольватировать бетацианины, снижая активность воды, вытесняя ее из сольватной оболочки бета-цианинов.

В работе опробованы два вида природных матриц растительного происхождения: агар-агар и каррагинан. Оба полимера получают путем экстрагирования из морских водорослей (ЗгаоНаЬа, ЭвМит и ДЬМвШа). Они хорошо растворимы в воде, а после ее удаления образуют порошкообразные формы с невысокой влажностью. Применение их в рецептурах продуктов питания удобно в силу отсутствия цвета, вкуса и запаха, и, как следствие, отсутствия влияния на органолептиче-ские показатели основного продукта.

Для получения композиций, содержащих определенные количества бетацианинов, к навескам полимеров добавляли воду и выдерживали до полного набухания, а затем добавляли заданное количество очищенного концентрата красителя, выделенного из корнеплода красной столовой свеклы и тщательно перемешивали до получения

равномерно окрашенной массы. Полученные образцы после предварительной заморозки в течение суток в морозильной камере бытового холодильника подвергали лиофильному высушиванию в сушилке Free Zone объемом 2,5 л: вакуум -0,024 мВаг; температура -47 0С. В результате были получены сухие формы, содержащие от 10 до 150 мг бетацианинов на 100 г композиции.

Полученные сухие композиции колоранта оставили на хранение в бытовом холодильнике. Изменение содержания пигмента в образцах определяли спектрофотометрическим методом. Для этого навески растворяли в определенном объеме растворителя (дистиллированной воде) и определяли оптическую плотность полученных растворов. За результат измерения использовали среднее арифметическое двух-трех измерений концентрации бетацианинов.

Исследование показало, что в сухих формах стабильность бетацианинов оказалась существенно более высокой, чем в жидких концентратах. Так, в композициях с добавками агар-агара для снижения содержания пигментов на 11-13% потребовалось время более 4 мес (рис. 3), при этом вид спектра не изменялся во времени.

Существенной зависимости устойчивости красителя от массовых соотношений компонентов «бетацианины - полимер» в настоящей работе не было выявлено.

Для форм с каррагинаном получены подобные результаты (рис. 4). Отметим, что во всех исследованных случаях при приготовлении смеси, замораживании и лиофильной сушке композиций «полисахарид - бетацианины» потерь колоранта нами не было обнаружено.

Таким образом, лиофилизация оказалась эффективным методом получения сухих форм бетацианинов в матрицах агар-агара и каррагина-на. Скорость разрушения колоранта существенно снижается, и такие композиции могут храниться в бытовом холодильнике до использования в течение не менее 5-ти мес.

Исследование выполнено при финансовой «Государственное задание вузу на 2012 г, проект поддержке Министерства образования и науки РФ № 3.1785.2011».

1. Azeredo H.M.C. Betalains: properties, sources, applications, and stability - a review // Internat. J. Food Sci. Technol. 2009. V.44. P. 2365-2376.

2. Comparison of red beet (Beta vulgaris var conditiva) varieties on the basis of their pigment components / M.N. Gasztonyi [and oth.] // J. Sci. Food Agric. 2001. V.81. P. 932-933.

3. Cai Y., Sun M., Corke H. Colorant Properties and Stability of Amaranthus Betacyanin Pigments // J. Agric. Food Chem. 1998. V.46. P. 4491-4495.

1ЧЕСКИЙ СПИСОК

4. Herbach K.M., Stintzing F.C., Carle R. Betalain Stability and Degradation - Structural and Chromatic Aspects // J. Food Sci. 2006. V.71. P. R41-R50.

5. Betacyanin stability during processing and storage of a microencapsulated red beet extract / H.M.C. Azeredo [and oth.] // Amer. J. Food Technol. 2007. V.2. P. 307-312.

6. Betalainic and nutritional profiles of pigment-enriched red beet root (Beta vulgaris L.) dried extracts / B. Nemzer [and oth.] // Food Chem. 2011. V.127. P. 42-53.

Поступило в редакцию 6 сентября 2012 г