Изучение химического состава и антиоксидантной активности свежих плодов и продуктов переработки черноплодной рябины

Промышленная культура черноплодной рябины имеет всего двадцатилетнюю историю. Однако уже сейчас эта ягода заняла достойное место в садах Западной Сибири, Урала и некоторых районов европейской части России. Быстрому продвижению черноплодной рябины в производство способствовали ее положительные хозяйственно-биологические свойства — скороплодность, высокая урожайность, регулярное плодоношение, высокое качество плодов и другие. Плоды этой культуры можно потреблять в свежем и в консервированном виде (варенье, джем и другое). Натуральный подслащенный сок очень хорош как диетический напиток. Заводские марочные вина из сока черноплодной рябины напоминают десертное виноградное вино. Плоды черноплодной рябины используют в витаминной промышленности для производства лечебных таблеток. Черноплодную рябину можно отнести к числу важнейших технических растений, так как она является источником получения безвредных для здоровья пищевых красителей, а также дубильных веществ. Наконец, как декоративное растение, черноплодная рябина не утратила своего значения и в наши дни [1].

Антиоксиданты (антиокислители) – это вещества, включающиеся в процесс автоокисления и образующие стабильные промежуточные соединения, за счет чего блокируется цепная окислительная реакция. В последнее время возрос интерес к природным антиоксидантам и их приме-нению в пищевой промышленности [7]. К числу наиболее изученных из них относятся фенольные флавоноиды, каротиноиды, витамины, ин-гибиторы протеаз и другие. Все эти соединения, так или иначе, представлены в ягодах. Плоды черноплодной рябины имеют самую высокую концентрацию антиоксидантов среди других фруктов и при исследовании антиокислительных свойств на различных химических моделях проявляют высокий уровень антиоксидантной активности. Ряд экспериментов подтверждают взаимосвязь между антиокислительными свойствами и химическим составом ягод [8].

Целью данного исследования является изучение общего содержания антиоксидантов, антиоксидантной активности и физико-химических показателей для свежих плодов и продуктов их переработки.

Методика и объекты исследований

Объектами нашего исследования являются плоды черноплодной рябины, пюре, выжимки и концентрированный сок из этих плодов.

Пюре из ягод получено по стандартной технологии: мойка сырья —> бланширование паром в течение 15 мин —» протирка ягод —> гомогенизация пюре —> стерилизация пюре при 100 °С в течение 2 мин. Концентрированный сок получен по следующей технологии: мойка —> отжим сока —> концентрирование сока при пониженном давлении 6,6 ±1,3 кПа. Выжимки получены как отход производства сока кон-центрированного. Плоды предположительно обладают уникальным химическим составом, однако черноплодная рябина характеризуется непривлекательными для использования в технологии производства пищевых продуктов органолептическими показателями. Поэтому более приемлемыми можно считать полуфабрикаты черноплодной рябины.

Для анализа химического состава и определения антиоксидантной активности были использованы следующие методы: измерение общего содержания фенольных веществ с помощью реактива Фолина-Чекелау, общего содержания флавоноидов и антоцианов, уровня улавливания свободных радикалов DPPH (2,2′-дифенил-1-пикрилгидразила), общей антиоксидантной силы по методу FRAP и определение антиоксидантной активности в системе линолевой кислоты.

Основной методикой для определения фенольных веществ во фруктовых соках и напитках является спектрофотометрический метод с реактивом Фолина-Чекелау. Содержание этих веществ в прозрачном растворе определяли спектрофотометрическим методом на приборе КФК-3-01. Спектр поглощения снимали при длине волны 725 нм в кювете с толщиной слоя жидкости 10 мм. Общее содержание фенольных веществ (мг) рассчитано в содержании галловой кислоты на 100 г исходного сырья по калибровочной кривой [9]. Общее содержание флавоноидов определялось колориметрическим методом при взаимодействии экстрактов ягод с комплексом из азотистокислого натрия и треххлористого алюминия. Спектр поглощения снимали при длине волны 510 нм. Общее содержание флавоноидов (мг) рассчитано, исходя из количества катехина на 100 г исходного сырья по калибровочной кривой [14]. Суммарную массовую концентрацию антоцианов определяют на основе изменения поглощения света с длиной волны 510 нм при изменении кислотности растворов с рН от 1 до 4,4. Метод основан на применении рН-дифференциальной спектрофотометрии. Содержание антоцианов (мг) выражено как эквивалент цианидин-3-гликозида/100 мг исходного сырья [6, 10].

Калибровочные кривые построены самостоятельно. Для этого использовались аналогичные методики эксперимента. В качестве стан-дартов выступали чистые эталонные образцы галловой кислоты, катехина, FеS04.

Одним из способов оценки антиоксидантной активности является колориметрия свободных радикалов. Данный метод основан на реакции реактива DPPH (2,2′-дифенил-1- пикрилгидразила), растворенного в этано-ле. Антирадикальная активность рассчитана как Ес50 — концентрация исходного экстракта, необходимая для поглощения 50 % радикалов DРРН [13]. Метод определения антиоксидантной способности (FRAP) основан на реакции восстановления комплекса Fе (III) – 2,4,6-трипириднл-5-триазина до уровня комплекса Ре (Н)-2,4,6-трипиридил-5-триазина, который имеет ярко-синее окрашивание и полосу поглощения при длине волны 593 нм. Результаты измерения восстанавливающей силы (ммоль) выражены в Fе2+ на 1 кг исходного сырья по калибровочной кривой [12]. Метод на модели с линолевой кислотой основан на ее окислении. При этом образуются пероксиды, и эти соединения окисляют Fе (II) до Fе (III). Ион Fе (III) образует комплекс с ионом SCN-, который имеет максимальную спектральную поглощательную способность при 500 нм. Таким образом, высокая степень спектрального поглощения является индикатором образования большого количества пероксидов [11].

Исследование антиоксидантной активности тремя методами является общемировой практикой, так как одни и те же антиоксиданты могут иметь разный уровень способности улавливать свободные радикалы (метод DPPH), ингибировать окисления ненасыщенных жирных кислот (метод с линолиевой кислотой), предотвращать катализирующее воздействие ионов железа (метод FRAP).

Результаты исследований

Результаты исследования химического состава и антиоксидантной активности черноплодной рябины и продуктов ее переработки представлены в табл. 1.

Таблица 1.
Результаты исследования антиоксидантной активности свежих плодов и полуфабрикатов

Объекты исследования	Черноплодная рябина
	плоды	пюре	выжимки	сок концентрированный
Общее содержание фенольных веществ (мг) галловой кислоты/100 г исходного сырья	662	811	192	581
Общее содержание флавоноидов (мг) катехина/100 г сырья	403	514	344	386
Общее содержание антоцианов (мг) цианидин-3-гликозида/100 г исходного сырья	410,66	200,06	187,19	365,74
Еc50 мг/см3	4,2	3,3	0,4	3,6
Восстанавливающая сила по FRAP, ммоль Fе2+/1 кг исходного сырья	5,31	18,27	12,92	15,12
Антиоксидантная активность в системе линолевой кислоты, % ингибирования ее окисления	85,60	94,30	75,10	77,40

По результатам исследования можно сделать следующие выводы. Фенольные вещества преобладают именно в пюре (811 мг галловой кислоты/100 г исходного сырья), тогда как в выжимках (192 мг галловой кислоты/100 г исходного сырья) наблюдается значительное снижение их количества. Флавоноиды также преобладают именно в пюре (514мг катехина/100 г сырья), тогда как в выжимках (344 мг катехина/100 г сырья) их значительно меньше. Однако количество антоцианов в свежих ягодах (410,66 мг цианидин-З-гликозида/100 г исходного сырья) намного больше, чем в остальных объектах, а в выжимках (187,19 мг цианидин-3- гликозида/100 г исходного сырья) также наблюдается ощутимое снижение этого показателя. При оценке антиоксидантной активности при помощи колориметрии свободных радикалованализируемые объекты распределились в следующем порядке убывания: выжимки, пюре, концентрированный сок, свежие ягоды. При этом восстанавливающая сила по FRAP и антиоксидантная активность в системе линолевой кислоты намного выше в пюре (18,27 ммоль Fе2+/1 кг исходного сырья и 94,30 %, соответственно). Таким образом, можно выделить пюре ягод как имеющее наивысшие значения изученных показателей.

Для исследования физико-химических показателей объектов использовались следующие методы: определение массовой доли сухих веществ с помощью рефрактометра (ГОСТ 28562-90), содержания пектина — титриметрическим методом (ГОСТу 29059-91), содержания сахаров (ГОСТу 8756.13-87), титруемой кислотности (ГОСТ Р 51434-99).

Метод расчета массовой доли сухих веществ основан на определении показателя преломления исследуемого раствора [2].Титриметрический метод определения пектиновых веществ базируется на титровании щелочью предварительно выделенных и подготовленных пектиновых веществ до и после гидролиза. Результаты титрования пропорциональны числу свободных и этерифицированных карбоксильных групп и при умножении на соответствующие эквиваленты дают содержание полиуронидов в пектиновых веществах продукта [3]. Фотоколориметрический метод расчета сахаров основан на взаимодействии карбоксильных групп сахаров в щелочной среде с железосинеродистым калием, измерении оптической плотности полученного раствора на фотоколориметре [4]. Титруемая кислотность рассчитывается при потенциометрическом титровании стандартным титрованным раствором гидроксида натрия до рН 8,1 [5].

Результаты анализа физико-химических свойств полуфабрикатов из черноплодной рябины представлены в табл. 2.

Таблица 2.
Результаты исследования физико-химических показателей плодов и продуктов переработки

Объекты исследования	Черноплодная рябина
	плоды	пюре	сок концентрированный
Содержание растворимых сухих веществ, %	37,80	45,30	81,50
Содержание пектиновых веществ, %: массовая доля полиуронидов степень этерификации	2,00 71,40	1,05 90,00	— —
Содержание сахаров, %	12,42	11,73	59,80
Титруемая кислотность, Н+/дм3	345	350	800

По результатам исследований выявлено, что содержание растворимых сухих веществ в концентрированном соке намного выше, чем в самих ягодах и других продуктах их переработки. Массовая доля полиуронидов выше в свежих плодах, однако, степень этерификации выше в пюре. Высокое содержание сахара также обнаружено в концентрированном соке. Как видно из исследования, кратковременная тепловая обработка незначительно влияет на титруемую кислотность, однако длительная значительно повышает этот показатель.

Из исследований можно сделать следующий вывод. Ягоды черноплодной рябины — перспективный источник антиоксидантов. Однако кратковременная и длительная тепловая обработка негативно влияет почти на все продукты их переработки, что приводит к значительному снижению содержания антиоксидантов. Следовательно, целесообразнее использовать свежие плоды или пюре черноплодной рябины для сохранения большего количества антиоксидантов, с последующим использованием в технологии изготовления пищевых продуктов.

Список используемой литературы

 
1. Васильченко Г.В., Проценко В.И. Черноплодная рябина. — М.: «Колос», 1967. — 95 с.
2. ГОСТ 28562-90. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ.
3. ГОСТ 29059-91. Титриметрический метод определения пектиновых веществ.
4. ГОСТ 8756.13-87. Фотоколориметрический метод определения сахара.
5. ГОСТ Р 51434-99. Метод определения титруемой кислотности.
6. ГОСТ Р 53773-2010. Методы определения антоцианов.
7. Донченко Г.В., Кричковская Л.В., Чернышов С.И., Никитченко Ю.В., Жуков В.И. Природные антиоксиданты (биотехнологические, биологические и медицинские аспекты): монография. — Харьков: «Модель Вселенной», 2011.
— 376 с.
8. Макарова Н.В. Современные аспекты научных исследований антиоксидантных свойств цитрусовых фруктов, ягод и косточковых плодов: монография. — Самара: Самар, гос. техн. ун-т, 2013.
— 127 с.