Суммарное содержание антиоксидантов фенольного типа в смесях соков ягод, фруктов и овощей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 663.951:542.943-032.1

Суммарное содержание антиоксидантов фенольного типа

в смесях соков ягод, фруктов и овощей

В. М. Мисин, д-р хим. наук;

Н. Н. Сажина, канд. физ.-мат. наук; А. Ю. Завьялов

Институт биохимической физики им. H. М. Эммануэля РАН

В настоящее время проявляется большой интерес к определению содержания антиоксидантов (АО) в пищевых продуктах, напитках, БАДах и др. Антиоксиданты относятся к классу биологически активных веществ, которые связывают свободные радикалы, препятствуют окислению липидов и образованию нежелательных продуктов окисления, повышая, таким образом, антиоксидантный статус организмов [1]. Концентрация свободных радикалов возрастает за счет воздействия радиации, УФ-облучения, постоянных стрессов, некачественного питания, что приводит к возникновению окси-дантного стресса. Вредное воздействие на организм свободных радикалов можно уменьшить за счет употребления продуктов питания, обладающих высоким содержанием антиоксидан-тов и / или высокой антиоксидантной активностью. Основные природные антиоксиданты — витамины Е и С, полифенолы, ароматические оксикис-лоты, антоцианы и др. — в больших количествах содержатся в свежих ово-

Ключевые слова:

антиоксиданты, антиоксидантная активность, полифенолы, флавоноиды, амперометрический метод, химический синергизм, аддитивность

щах, фруктах и ягодах. В последнее десятилетие на первый план выходят флавоноиды, обладающие антиканцерогенными, антисклеротическими, противовоспалительными и антиаллергическими свойствами благодаря высокой антиоксидантной активности. Особенно эффективно сочетание флавоноидов, содержащихся в соках овощей, ягод, фруктов [2]. Поэтому измерение содержания антиоксидантов в них — весьма актуальная задача. Интерес представляют также определение суммарного содержания антиокси-дантов и антиоксидантной активности в смесях овощей, ягод и фруктов и зависимость этих параметров от состава исследуемых смесей, т.е. обнаружение возможных явлений синергизма и ан-

тагонизма [3]. В литературе имеется большое количество публикаций, посвященных исследованию содержания и антиоксидантной активности феноль-ных, флавоноидных и других антиок-сидантов в ягодах, овощах и фруктах [2, 4, 5]. В них различными методами проанализированы антиоксидантные свойства черники, смородины, апельсина, грейпфрута, персика, моркови, свеклы, капусты и др. Однако эти методы достаточно сложны и трудоемки, так как требуют использования модельной химической реакции, а полученные разными методами результаты плохо сопоставимы между собой. Данные о содержании антиоксидантов и об анти-оксидантной активности смесей соков фруктов и овощей вообще отсутствуют.

Цель настоящей работы — определение суммарного содержания АО фе-нольного типа в свежевыжатых соках некоторых овощей, фруктов и ягод. Было проведено сравнение содержания АО смесей соков этих продуктов с содержанием АО в отдельных соках, т.е. исследовали возможное влияние друг на друга компонентов смесей. В работе использовали оперативный ампе-рометрический способ определения суммарного содержания фенольных соединений в исследуемых образцах, который реализован в приборе «Цвет Яуза-01-АА» разработки НПО «Химав-томатика» [6].

Сущность данного способа заключается в измерении электрического тока, возникающего при окислении исследуемого вещества (или смеси веществ) на поверхности рабочего электрода при определенном потенциале. При этом потенциале происходит окисление только групп ОН природных антиокси-

С, мг/л

Рис. 1. Суммарное содержание АО в соках ягод: 1 — облепиха; 2 — черника; 3 — малина;

4 — виноград;

5 — черная смородина

4•2009

48

С, мг/л

2000-|-

1800--------------------------------------------------------------------------------р,------------------г--------------------------------

1600------------------------------------------Г~П------------------------------ ------------------ р---------------------------

1400-------Г!------------------------------ ---------р------------------ ------------------ ---------------------------

1200 — ---------ГТ---------------------------------------------------- ------------------ —-------- ..

1000 - - -—р —----- ----- - т - - ------------------ - - - -

800--- -- --------- ----- ----- ----- - ---------ГТ-- ----- - -

600--- -- ----- ----- ----- ----- - --—Г" ----- ----- - -

400--- -- ----- ----- ----- ----- - ----- ----- ----- - -

200- - -- - - --- -- -- - - - -- -- - -0

123456789 10 11 | |эксперимент Д расчет из условия аддитивности

Рис. 2. Суммарное содержание АО в смесях соков, указанных на рис. 1:

1 — облепиха + черника; 2 — облепиха + малина; 3 — облепиха + виноград; 4 — облепиха + смородина; 5 — черника + малина; 6 — черника + виноград; 7 — черника + смородина; 8 — малина + виноград; 9 — малина + смородина; 10 — виноград+смородина; 11 — смесь 5 ягодных соков

1200 1000 800 600 400 200 0

С, мг/л

ГШ

1 2

4 5

Рис. 3. Суммарное содержание

антиоксидантов в соках фруктов: 1 — апельсин; 2 — грейпфрут; 3 — гранат; 4 — яблоко; 5 — персик; 6 — слива

С, мг/л

1000 900800 700600 500 400 300200 100 0

23456789 10 | | эксперимент расчет из условия аддитивности

11

12

Рис. 4. Суммарное содержание антиоксидантов в смесях соков фруктов:

1 — апельсин + грейпфрут; 2 — апельсин + гранат; 3 — апельсин + яблоко; 4 — апельсин + персик; 5 — апельсин + слива; 6 — грейпфрут + гранат; 7 — грейпфрут+яблоко; 8 — грейпфрут + персик; 9 — гранат+яблоко; 10 — гранат + персик; 11 — яблоко + персик; 12 — апельсин + грейпфрут + гранат+яблоко + персик

дантов фенольного типа и флавоноидов. Электрохимическое окисление может быть использовано, по предположению авторов [7], как модельное при измерении активности поглощения свободных радикалов в соответствии со следующими уравнениями:

Флавоноид-О-Н ^ Флавоноид-О^ + е + Н+ (окисление при максимальном потенциале); Флавоноид-О-Н ^ Флавоноид-О^ + Н (улавливание свободным радикалом).

Обе реакции включают разрыв одной и той же связи О-Н. В этом случае способность к захвату свободных радикалов флавоноидами или другими полифенолами может измеряться величиной окисляемости этих соединений на рабочем электроде амперометриче-ского детектора [7]. Чувствительность амперометрического способа определяется как природой рабочего электрода, так и потенциалом, приложенным к нему. В качестве основного материала рабочего электрода используется стеклоуглерод. Полученный сигнал от испытуемого образца сравнивается с сигналом индивидуального антиокси-данта — образца сравнения (кверцети-на), измеренным в тех же условиях. Погрешность измерения (СКО — среднеквадратичное отклонение нескольких показаний прибора) составляет не более 5 %. Метод не требует использования модельной химической реакции. Время измерения 10-15 мин.

Объектами исследования были свежевыжатые соки овощей (моркови, свеклы, капусты, томата, красного болгарского перца и баклажана), фруктов (апельсина, грейпфрута, граната, ябло-

ка, персика и сливы) и ягод (облепихи, черники, малины, винограда и черной смородины). После отжатия продуктов в соковыжималке соки тщательно отфильтровывали через бумажный фильтр «синяя лента» и при необходимости разбавляли дистиллированной водой для уменьшения концентрации сока перед введением в прибор. Для приготовления бинарных смесей соки отдельных компонентов отмеряли точным (ошибка 1 %) дозатором в соотношении 1:1 и перемешивали в течение 5 мин, а для смесей пяти разных соков — в соотношении 1:1:1:1:1.

На диаграмме (рис. 1) приведено суммарное содержание антиоксидантов фенольного типа в свежевыжатых соках облепихи, черники, малины, винограда и черной смородины. Оказалось, что самое высокое их содержание — в соках черной смородины (1980 мг/л) и черники (1700 мг/л), что, по-видимому, связано с присутствием в них большого количества очень активных фенольных кислот и антоцианов [5]. Далее идет облепиха (1300 мг/л), богатая каротином, витаминами Е, В1, В2, В6 и различными флавоноидами. Значительно меньше фенолов оказалось в соке красного винограда (550 мг/л). Что касается смесей ягодных соков (диаграмма на рис. 2, где левые столбики — результаты измерений, правые — расчетные величины), то для некоторых из них наблюдается отклонение экспериментально измеренных значений содержания АО от значений, рассчитанных, исходя из принципа аддитивности бинарных компонентов (для расчетов использовали величины суммарного содержания АО индивидуальных соков, приведенные на рис. 1). Для сме-

си малины и смородины, например, это отклонение было в пользу измеренных значений и составило примерно 15 %, что превышает СКО показаний прибора (5 %). По-видимому, при смешении соков этих ягод происходят сложные химические превращения, приводящие к появлению других, более активных полифенольных соединений или комплексов, которые увеличивают общую окисляемость фенолов на аноде ампе-рометрического детектора (величину выходного сигнала), т.е. повышают «эффективное» содержание фенолов. Возможно, что повышение эффективности смеси достигается также за счет регенерации радикалов активных фенолов менее активными фенолами или другими составляющими смеси (например, аскорбиновой кислотой). Такие процессы известны как разновидности химического синергизма [3, 8]. В большинстве же ягодных смесей наблюдалось уменьшение содержания АО по сравнению с расчетными значениями, особенно в смесях, содержащих облепиху и виноград (на 20-30 %). Это, вероятно, связано с тем, что в соках этих ягод содержатся вещества, которые при смешении соков разлагаются. Не исключено и образование в смесях менее эффективных полифенолов (химический антагонизм) [9, 10].

Диаграмма суммарного содержания АО фенольного типа в свежевыжатых соках апельсина, грейпфрута, граната, яблока, персика и сливы представлена на рис. 3. Из всех исследуемых фруктовых соков наибольшее содержание АО имеет гранатовый сок (1000 мг/л), что связано, по-видимому, с наличием в нем большого количества фолиевой кислоты, аскорбиновой кислоты, та-

1

3

6

нина и многих витаминов. Затем идут апельсиновый и грейпфрутовый соки, где измеренное суммарное содержание АО составляет порядка 600 мг / л, по-видимому, за счет аминокислот, витаминов группы В и витамина С. На рис. 4 приведена диаграмма содержания АО фенольного типа С в бинарных смесях фруктовых соков, взятых в пропорции 1:1, и в смеси пяти фруктовых соков (левые столбики — результаты измерений, правые — расчетные величины, полученные аналогично смесям ягодных соков, из рис. 3). Видно, что для смесей грейпфрутово-го и гранатового, а также яблочного и гранатового соков наблюдается отклонение С от аддитивных значений на величину порядка 10-12 % в пользу измеренных значений. Возможно, здесь, как и в смеси ягодных соков, мы имеем химический синергизм [3, 8], приводящий к увеличению «эффективного» содержания всех фенолов в смеси. Вероятно, это связано с наличием большого количества аскорбиновой кислоты, входящей в состав граната, являющейся синергистом многих антиоксидантов [8]. Интересно, что для смесей, содержащих апельсиновый сок (колонки 1-5, рис. 4), измеренное суммарное содержание фенолов на 10-20 % меньше аддитивных значений. В апельсиновом соке присутствуют многочисленные витамины (А, С, К, Е, В6, В1, В2 и др.), флавоноиды, 11 аминокислот, ниацин и другие компоненты. Вероятно, в результате сложных химических взаимодействий некоторых из этих веществ с компонентами другого сока образуются менее эффективные фенолы, т.е. наблюдается химический антагонизм

[9, 10]. Интересно, что в мультисмеси пяти соков (12) все-таки доминирует (порядка 10 %) измеренное значение содержания фенолов.

Результаты исследования содержания АО фенольного типа в свежевыжатых овощных соках — морковном, свекольном, капустном, томатном, в соке красного болгарского перца и баклажанном, представлены на рис. 5. Наибольшее количество АО содержится в соке красного перца (2700 мг/л) и свекольном соке (1700 мг/л). По-видимому, это объясняется наличием в свекле и перце большого количества фолиевой кислоты, аскорбиновой кислоты, витаминов группы В (в перце). На рис. 6 приведены результаты измерения для бинарных смесей соков указанных овощей в соотношении 1: 1 (левый столбик — измерение, правый столбик — расчет из условий аддитивности). Из диаграммы видно, что для всех исследованных овощных смесей имеет место либо аддитивность для отдельных пар соков, либо наблюдается уменьшение измеренной величины содержания фенольных АО в смесях по сравнению с аддитивными значениями, достигающее, например, 25-30 % для всех смесей, содержащих перец, включая муль-тисмесь. Возможно, этот факт является проявлением вышеупомянутого антагонизма. Не исключено также, что к моменту смешения соков (через 2-3 ч после их приготовления и измерения) происходит распад нестойких полифенольных соединений, содержащихся в свежевыжатых соках, и разрушение витамина С, которого много в перце, и поэтому смесь дает меньший, чем аддитивный, результат.

В настоящей работе было проведено также исследование влияния процессов замораживания и размораживания соков некоторых ягод и фруктов на содержание в них АО, а также разбавления исходных размороженных соков перед перемешиванием на эффективность полученной смеси. Эти исследования интересны с точки зрения производства купированных соков, а также возможного несанкционированного отклонения производственного процесса от технологического регламента.

Соки, приготовленные для измерения в них содержания АО, во время измерений (5-6 ч) находились в помещении при комнатной температуре, затем были помещены в морозильную камеру с температурой -120 °С, где находились в течение 7 дней, после чего их размораживали до комнатной температуры и при необходимости разбавляли дистиллированной водой для проведения измерений.

Диаграмма, сравнивающая содержание АО в яблочном, виноградном, гранатовом, грейпфрутовом и черносмородиновом соках до (левый столбик) и после (правый столбик) процессов их замораживания — размораживания приведена на рис. 7. Видно, что, для всех соков, кроме смородинового, содержание АО практически не изменилось. Это свидетельствует об отсутствии протекания каких-либо химических процессов, влияющих на суммарное содержание фенольных АО, как при хранении соков в лаборатории, так и после процессов замораживания — размораживания соков. В случае черносмородинового сока содержание АО фенольного типа в нем возросло на 40 %. По-видимому, во время замораживания смородино-

ПИВО " НАПИТКИ

4•2009

50

2500

2000

1500

1000

500

0

123456789 10 11 | | эксперимент Д расчет из условия аддитивности

Рис. 6. Суммарное содержание антиоксидантов в смесях соков овощей:

1 — морковь + свекла; 2 — морковь + капуста; 3 — морковь + помидор; 4 — морковь + перец; 5 — свекла + капуста; 6 — свекла + помидор; 7 — свекла + перец; 8 — капуста + помидор; 9 — капуста + перец; 10 — помидор + перец; 11 — смесь соков пяти указанных овощей

С, мг/л

г!

вого сока в нем происходят различные химические процессы, приводящие к увеличению суммарного содержания АО, возможно, за счет восстановления разрушенного на воздухе витамина С. На рис. 8 приведены результаты исследования бинарных смесей указанных соков после их замораживания и размораживания. Смеси получали перемешиванием размороженных соков в соотношении 1:1 в течение 5 мин. Левый столбик — измеренные значения содержания АО в этих смесях, правый столбик — расчетные значения, полученные по аддитивности содержания АО в двух отдельных соках (из правых столбиков на рис. 7). Средний столбик — результаты измерений содержания АО в бинарных смесях

C, мг/л

3000

1500-

I Iдо замораживания

I I после замораживания и размораживания через 7 дней

Рис. 7. Суммарное содержание антиоксидантов в соках фруктов и ягод:

1 — яблоко; 2 — виноград; 3 — гранат; 4 — грейпфрут; 5 — черная смородина

20001800160014001200 1000 800 600 400 200 0

C, мг/л

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I I смеси неразбавленных соков после замораживания и размораживания I I смеси размороженных и разбавленных в 10 раз соков I I расчет из условия аддитивности содержания АО в отдельных соках (из рис. 7, правые столбики)

Рис. 8. Суммарное содержание антиоксидантов в смесях соков: 1 — яблоко + виноград; 2 — яблоко + гранат; 3 — яблоко+грейпфрут; 4 — яблоко + смородина; 5 — виноград+гранат; 6 — виноград+грейпфрут; 7 — виноград+смородина; 8 — гранат + грейпфрут; 9 — гранат+смородина; 10 — грейпфрут + смородина

размороженных и разбавленных в 10 раз соков.

Из диаграмм видно, что как для неразбавленных соков, так и для разбавленных при их смешивании не отмечается превышения измеренных значений содержания АО над аддитивными значениями. Для большинства смесей разбавленных соков (средние столбики) наблюдается уменьшение измеренных значений по сравнению с аддитивными значениями, достигающее 25 % для яблочно-смородиновой (4) и виноградо-смородиновой (7) смесей. То есть в исследованных смесях имеет место либо аддитивность (отсутствие взаимодействия между компонентами смеси), либо антагонизм, который усиливается с разбавлением

соков. Возможно, как упоминалось выше, к моменту смешения и измерения смесей (3-4 ч) часть полифенольных соединений в исходных соках разрушилась.

Таким образом, исследования содержания антиоксидантов фенольно-го типа в смесях соков ягод, фруктов и овощей показали, что при смешивании соков в них происходят сложные химические превращения, приводящие как к увеличению, так и к уменьшению содержания АО в смесях по сравнению с суммой аддитивных вкладов содержания АО отдельных соков. Для объяснения этих явлений необходимо проследить стойкость во времени упомянутых продуктов с точки зрения их антиокси-дантных свойств.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурлакова Е.Б. Биоантиоксиданты: вчера, сегодня, завтра//Биологическая кинетика. Сб. обзорных статей. — М.: Химия, 2005. Т. 2. С. 10-45.

2. Guo Ch, Cao G, Sofic E, Prior R.L. High-Pafonnans Liquid Coupled with Coulometric Array Detection of Electroactive Components in Fruits and Vegetables: Relationship to Oxygen Radical Absorbanse Capacity // J. Agric. Food Chem. 1997. V 45. P 1787-1796.

3. Карпухина Г. В., Эмануэль Н. М. Классификация синергических смесей антиоксидантов и механизмов синергизма//Докл. АН СССР. 1984. Т. 276. № 5. С. 1163-1167.

4. Kahkonen M. P., Heinamaki J., Ollilainen V.& Heinonen M. Berry anthocyanins: isolation, identification and antioxidant activities//J. Sci Food Agric. 2003. V. 83. P. 1403-1411.

5. Kahkonen M.P. & Heinonen M. Antioxidant activity of anthocyanins and their aglycons // J. Agric Food Chem. 2003. V. 51. P. 628-633.

6. Яшин А.Я., Яшин Я. И, Черноусова Н. И., Па-хомов В. П. Экспрессный электрохимический метод определения антиоксидантной активности пищевых продуктов//Пиво и напитки. 2004. № 6. С. 44-46.

7. Yang B., Kotani A., Arrai K, Kusu F. Estimation of the Antioxinant Activities of Flavanoids from Their Oxidation Potentials/Analytical Siences. 2001. V. 17. P. 599-604.

8. YiO. S, Han D, Shin H. Q. Synergistic antioxidative effects of tocopherol and ascorbic acid in fish oil (lecitin)/water system//J. Am. Oil. Chem. Soc. 1991. 5 (8). P. 881-883.

9. Бурлакова Е. Б., Мазалецкая Л.И., Шелудчен-ко Н. И., Шишкина Л. Н. Ингибирующее действие смесей АО и фосфатидилхолина//Изв. АН СССР. Сер. хим. 1995. № 6. С. 1053-1059.

10. Мазалецкая Л. И., Шелудченко Н. И., Шишкина Л. Н. Роль азотсодержащего фрагмента фосфатидилхолинов в механизме ингиби-рующего действия их смесей с природными и синтетическими АО//Нефтехимия. 2008. Т. 48. № 2. С. 105-111. &

2500

2000

1000

500

0

1

2

3

4

5

1