Использование отходов переработки винограда в качестве источника комплекса биологически активных веществ

Известно, что качество пищи влияет на состояние организма человека, а правильное питание служит средством профилактики многих заболеваний [1]. Виноградные выжимки, косточки, гребни, листья являются основными отходами в производстве вина и сока. В статье китайских ученых [2] были изучены виноградные выжимки от винограда (Vitis vinifera): двух сортов Chardonnay (белый) и Tinta Cao (красный) на цитотоксичность и антипролиферативную активность на линиях рака Caco-2 и HT-29.

Также был исследован химический состав (общее содержание фенолов, индивидуальный

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

207                                БД Agris состав фенольных кислот методом ВЭЖХ (профиль свободных жирных кислот) и антиоксидантная активность (методами ORAC, DPPH, ABTS) виноградных выжимок. Результаты исследования показывают, что виноградные выжимки от винограда изученных сортов ингибируют пролиферацию клеток и улавливают свободные радикалы, а, следовательно, могут быть рекомендованы как компонент питания человека с профилактической направленностью.

Обнаружен [3] потенциальный противораковый эффект для виноградных выжимок винограда белого сорта Zalema против линии клеток аденокарциономы Caco-2. Для выжимок кроме того изучены индивидуальный состав веществ (флавонолов: катехина, эпикатехина, проциани-динов и их измеров, флавонолов: кверцетина, каэмпферола, фенольных кислот: галловой, кафейной, кумариновой) с помощью методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. На основании полученных результатов делается вывод, что виноградные выжимки могут выступать в качестве источника фенольных соединений, ингибирующих изменение клеток аденокарциномы и могут быть использованы как сырье в фармацевтической индустрии.

Для этанольного экстракта выжимок черного винограда была изучена [4] антимикробная активность против таких микроорганизмов как E. coli PTCC 1330, Staphylococcus aureus PTCC 1431, Salmonella typhi PTCC 1639, Pseudomonas aeroginosa PTCC 1310. Наиболее существенную активность экстракт выжимок винограда проявил против Staphylococcus aureus .

Из выжимок красного винограда из коллекции префектуры Nagano (Япония) был получен экстракт с использованием энзиматических ферментов [5]. Для экстрактов изучена антимикробная активность против Escherichia coli IFO 3301 и Staphylococcus aureus IFO 12732. Полученные результаты позволили автором работы сделать вывод, что полифенолы ферментированного экстракта выжимок винограда являются натуральными антимикробными пищевыми агентами.

Испанские ученые получили фенольных экстракт из выжимок трех сортов винограда ( Vitis vinifera L.): Tempranillo, Garnacha и Cabernet Sauvignon [6]. Для этого экстракта изучено общее содержание фенолов, индивидуальный состав, антимикробная активность против роста Campylobacter jejuni и Campylobacter coli .

Экстракт выжимок винограда был введен как компонент в высоко холестериновую диету кроликов. Через 8 недель для кроликов были определены такие показатели как активность антиоксидантных энзимов, степень липидного перокисления в крови и тканях. Согласно полученным в экспериментах на кроликах данным,

Комплексы биологически активных веществ из растительных материалов в основном получают с помощью экстракции. Для ее интенсификации используют различные технологии. Например, микроволновую экстракцию для получения комплекса антоцианинов из китайской восковницы (800 Вт, 40–80°C, 5–15 мин) [8], комплекса полифенолов с антиоксидантными и антимикробными свойствами из листьев оливы (250–350 Вт, 2–3 мин, DPPH и ABTS методы) [9]. В последние годы применяют ультразвуковую обработку. Например, для экстрагирования фенольных соединений из кожуры авокадо (5, 10, 15, 20 мин и 37 кГц) [10]. Результаты исследований растения Beta vulgaris показывают, что ультразвук оказывает положительное влияние на процесс экстрагирования фенолов и восстанавливающей силы, и негативное – на антирадикальную активность [11].

Таким образом, анализ представленных работ позволяет сделать вывод о большом влиянии технологии экстрагирования на уровень антиоксидантных веществ и саму антиоксидантную активность экстрактов растительного сырья.

Цель работы: 1) сравнительные исследования показателей общего содержания фенолов, флавоноидов, антирадикальной активности по улавливанию свободного радикала 2,2–дифенил- 1-пикрилгидразила, восстанавливающей силы, антиоксидантной активности для смеси отходов от переработки винограда ( Vitis vinifera L .) винных сортов Левокумский, Лидия, Регент – виноградных выжимок для трех технологий экстрагирования (настаивание, микроволновое облучение, ультразвуковая обработка; 2) выбор наиболее оптимальной технологии экстрагирования из изученных.

Материалы и методы

Виноградные выжимки получали из трех сортов винограда урожая 2018 г.: Левокумский, Лидия, Регент, произрастающих на территории Самарской области. Повторность опыта трехкратная.

Экстракт виноградных выжимок готовили методами мацерации, с использованием микроволнового и ультразвукового излучения. Для экстракции виноградные выжимки измельчали до размера 1,0–2,0 мм. Навеску измельченных виноградных выжимок 1 г (для экстракта концентрацией 0,1 г/см3) помещали в колбу с притертой пробкой, добавляли 10 мл 98%-ого этилового спирта, разбавленного водой в соотношении 1:1.

Метод мацерации. Навеску со спиртом выдерживали в термостате при 37 °С в течение 2 ч при непрерывном перемешивании.

Использование микроволнового излучения. Навеску со спиртом обрабатывали микроволновым излучением мощностью 800 Вт в течение 1 мин.

Использование ультразвукового излучения. Навеску со спиртом обрабатывали ультразвуковым излучением мощностью 37 кГц 90 мин при 37^оС.

Далее отделяли прозрачный слой экстракта центрифугированием на центрифуге в течение 15 мин при скорости 3000 об/мин.

Определение фенольных соединений проводили по методу [12]. Пересчет в мг галловой кислоты/100 г. виноградных выжимок проводили по калибровочной кривой (мг ГК/100 г.). Исследования содержания флавоноидов проводили по методу [13] с модификацией для экстракта виноградных выжимок. Пересчет в мг катехина / 100 г. виноградных выжимок проводили по калибровочной кривой (мг К/100 г.).

Антиоксидантную активность изучали колориметрией свободных радикалов методом DPPH (определение радикалудерживающей способности с использованием реактива 2,2– дифенил-1-пикрилгидразила). Метод основан на реакции стабильного синтетического радикала DPPH (2,2–дифенил-1-пикрилгидразила), растворенного в этаноле, с образцом антиоксиданта, содержащегося в экстракте [14]. Антиоксидантную активность характеризуют по концентрации экстракта, при которой происходит 50%-ное ингибирование радикала DPPH антиоксидантом экстракта (Е С50 ). Торможение реакций окислительного распада происходит тем быстрее и антиоксидантная активность образов тем выше, чем ниже показатель Е С50 .

Исследование восстанавливающей силы проводили методом FRAP (определение железосвязывающей активности экстрактов) [15] с модификацией для экстракта виноградных выжимок. С пересчетом по калибровочной кривой в ммоль Fе2+/1 кг исходного сырья.

Антиоксидантные свойства экстракта выжимок оценивали с использованием модельной системы с линолевой кислотой. Метод основан на регистрации перокисления линолевой кислоты, которое определяли по реакции веществ, реагирующих с радикалом аммония и хлоридом железа (II) при 500 нм, образующихся при нагревании при 40°C в течение 120 ч смеси из экстракта фруктов, линолевой кислоты, фос-фотного буфера и Tween-20 [16]. Результаты рассчитывали в процентах ингибирования процессов окисления линолевой кислоты.

post@vestnik-vsuet.ru Результаты и обсуждение

Фенольные соединения проявляют антиоксидантную активность не только в растительных системах, но и в организме человека, благотворно влияя на состояние сердечно-сосудистой системы [17].

Содержание полифенолов в образцах колебалось от 826 мг ГК/100 г. для микроволнового экстракта до 1024 мг ГК/100 г. для ультразвукового (рисунок 1). Таким образом, в случае виноградных выжимок именно ультразвуковая экстракция является наиболее предпочтительной для получения более высокого уровня полифенолов.

Флавоноиды обладают многими видами фармакологической активности [18].

Ультразвуковой экстракт содержал наибольшее в опыте количество флавоноидов (562 мг К/100 г.), а микроволновой экстракт – наименьшее (353 мг К/100 г.). Экстракт виноградных выжимок, полученный традиционной технологией настаивания занял промежуточное значение (394 мг К/100 г.).

Антоцианы придают фруктам и овощам голубую, фиолетовую, пурпурную, оранжевую, розовую окраски. Кроме того, этот класс соединений обладает антиоксидантным действием, так и различными видами биологической активности и возможностью профилактики рака, диабета, артрита, средечно-сосудистых расстройства [19].

Содержание антоцианов колебалось от 729,33 мг ЦГ/100 г. (экстракт, полученный методом настаивания) до 987,45 (ультразвуковой экстракт).

Интересно отметить, что ультразвук и в данном случае, как и для фенолов и флавоноидов, способствует переходу антоцианов в раствор не разрушая их.

Определение способности антиоксиданта улавливать радикалы – важная часть определения общей антиоксидантной активности пищевой системы [19]. Ультразвуковой экстракт виноградных выжимок имел наиболее высокие показатели антирадикальной активности, что, по нашему мнению, связано с высокими показателями по содержанию фенолов, флавоноидов, антоцианов.

В качестве метода оценки способности антиоксиданта тормозить катализирующее действие ионов металлов при окислении нами был выбран метод FRAP [19]. Самой высокой в опыте восстанавливающей силой (17,01 ммоль Fе2+/1 кг) обладал ультразвуковой экстракт виноградных выжимок. Микроволновый экстракт и экстракт, полученный методом настаивания характеризовались более низкой железосвязывающей активностью – 6,66 и 13,32 ммоль Fе2+/1 кг соответственно (рисунок 5).

Важная составляющая оценки эффективности «работы» антиоксиданта – способность тормозить окисление ненасыщенных кислот [19].

И в данных экспериментах очевидно несомненное лидерство ультразвуковой экстракт виноградных выжимок (42,4%) (рисунок 6).

■ Мацерация/Maceration

□ Микроволновая экстракция/Microwave extraction □ Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

■ Мацерация/Maceration

□ Микроволновая экстракция/Microwave extraction

□ Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

Рисунок 2. Содержание флавоноидов в экстрактах виноградных выжимок в зависимости от технологии экстракции

Рисунок 1. Общее содержание полифенолов в виноградных выжимках в зависимости от технологии экстракции

• □    Микроволновая экстракция/Microwave extraction

• □    Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

Рисунок 3. Содержания антоцианов в экстрактах виноградных выжимок в зависимости от технологии экстракции

• □    Микроволновая экстракция/Microwave extraction

• □    Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

Рисунок 4. Антирадикальная активность экстрактов виноградных выжимок в зависимости от технологии экстракции

Figure 3. The content of anthocyanins in grape pomace extracts depends on the extraction technology

□ Микроволновая экстракция/Microwave extraction □ Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

Figure 4. Antiradical activity of grape pomace extracts depending on the extraction technology

Антиоксидантная активность Antioxidant activity

■ Мацерация/Maceration

□ Микроволновая экстракция/Microwave extraction

□ Ультразвуковая экстракция/Ultrasonic extraction

Рисунок 5. Восстанавливающая сила для экстрактов виноградных выжимок в зависимости от технологии экстракции

Figure 5. Regenerating power for grape pomace extracts depending on the extraction technology

Рисунок 6. Антиоксидантная активность в системе линолевая кислота для экстрактов виноградных выжимок в зависимости от технологии экстракции Figure 6. Antioxidant activity in the linoleic acid system for grape pomace extracts depending on the extraction technology

Заключение

В результате сравнительного исследования влияния на содержание фенолов, флавоноидов, антоцианов, восстанавливающей силы, антира-дикальной и антиоксидантной активности технологии экстрагирования на примере экстракта виноградных выжимок (отхода винодельческого производства) установлено положительное влияние ультразвуковой обработки, по сравнению с методами настаивания и микроволнового облучения. Это позволяет рекомендовать введение ультразвуковой обработки в технологию получения экстрактов с целью увеличения содержания в них биологически активных веществ.

Работа выполнена в рамках государственного задания на фундаментальные исследования Самарского государственного технического университета № 0778-2020-0005.