Изучение состава экстрактов пряных трав в процессе сушки

Пряные растения пользуются огромной популярностью во многих странах мира, в том числе и в России. Они придают утонченный вкус и аромат различным блюдам, также являются источниками биологически активных веществ (БАВ), необходимых для поддержания в норме здоровья человека [1,2]. В зимний период потребители в основном покупают сухие

травы, т. к. они более доступны. Поэтому на производстве для быстрого высушивания трав чаще всего используют сушильные шкафы, но при длительном воздействие высоких температур происходят необратимые изменения и ухудшается качества получаемого продукта [3]. Актуальным остается вопрос: как оценить качество продукции быстро и во внелабораторных условиях?

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

93                                 БД Agris

Для установления качества растительного сырья используются методы хроматографии [4–8], спектрофотометрии [9–12] и другие физикохимические методы [13–18]. Наиболее селективными являются хроматографические методы. Однако применение их не всегда оправдано из-за трудоемкости пробоподготовки, высокой стоимости приборов и анализа, затрат времени. В ряде случаев применяют более простой спектрофотометрический метод оценки содержания БАВ в экстрактах растений без предварительного хроматографического разделения. Для анализа пряных трав в настоящее время в качестве альтернативного метода применяют сенсорные методы анализа, в том числе метод пьезокварцевого микровзвешивания сухой капли экстракта [19].

Цель работы – изучение динамики накопления БАВ в процессе сушки растительного сырья для контроля качества продукции.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования выбрана свежая петрушка защищенного грунта торгового наименования Global Village, и сушеная петрушка марки Индана, приобретенные в сети магазинов «Пятерочка».

В рамках эксперимента высушивали листовую петрушку свежую в естественных условиях при температуре 23 ± 2 ℃. Для сушки растений раскладывали сырье на подстилках в сухом, изолированном от солнечного света, месте слоем в 2–3 см. В течение 16 суток с периодичностью в 4 дня отбирали навеску средней пробы трав (m = 3,00 г.) и помещали в коническую колбу, добавляли 40 см3 40%-ого раствора этанола, закрывали. Экстракцию проводили в темном месте при периодическом встряхивании в течение 3-x часов.

Методы исследования экстрактов петрушки: спектрофотометрия, рефрактометрия, пьезокварцевое микровзвешивание капли, тонкослойная хроматография.

Анализ экстрактов проводили с использованием спектрофотометра КФК-3 КМ (ООО «ЮНИКО-СИС», Россия). Измеряли светопогло-щение исследуемых экстрактов в диапазоне длин волн от 325 до 800 нм с шагом 5 нм. Идентифицировали соединения, которые экстрагируются из петрушки листовой по справочным данным [20].

Рефракцию экстрактов измеряли на рефрактометре «РПЛ-4» (НПО «Аналитприбор», Украина).

Для высокоточного измерения массы экстрагируемых веществ на многоканальных нановесах «МСNаnо-WPQ-8» (Россия), наносили микрошприцем 1 мкл экстракта на одну сторону микровесов, сушили 20 мин при температуре (70 ± 5) ℃ в сушильном шкафу и 10–15 мин охлаждали в эксикаторе. Изменение частоты колебаний кварцевого резонатора после нанесения и сушки экстракта применяли для расчета массы сухих веществ по уравнению Зауэрбрея.

Для определения хлорофиллов в экстракте использовали экспрессную тонкослойную хроматографию. На линию старта по центру пластины наносили микрошприцем 7 мкл экстракта растения (предварительно 5 см3 экстракта упаривали в течение 45 минут при 95 ℃). Пластинку высушивали. В хроматографическую камеру помещали элюент (толщина слоя жидкости 0,5 см) и хроматографическую пластину марки «Silufol», пропитанную элюентом размером 10 x 0,7 см. Закрывали камеру и оставляли на некоторое время для насыщения парами растворителя. По достижении линии финиша фронтом растворителя пластину доставали из камеры и высушивали.

Результаты и обсуждение

В ходе анализа литературных источников было установлено, что для детектирования действующих веществ в пряных травах и других растениях в основном используют методы спектрофотометрии, рефрактометрии, капиллярного электрофореза, газовой и жидкостной хроматографии. Но для очень малых производств данные методы не приемлемы для контроля качества растительного сырья, т. к. они дорогостоящие, поэтому им нужны маленький, быстрый, дешевый, но сопоставимый с ними результатами и по аналитическим характеристикам прибор. При изучении накопления веществ в ходе сушки петрушки применили и сопоставили 4 метода детектирования действующих веществ в экстрактах.

В идентичных условиях на приборе спектрофотометре КФК-ЗКМ были получены и сопоставимы для разного времени сушки спектры поглощения экстрактов петрушки пучковой относительно водно-этанольного раствора (рисунок 1).

Установлено, что биологически активные вещества петрушки имеют экстремумы при длинах волн от 325 до 430 и от 625 до 720 нм, что связано с изменением состава смеси соединений в пряных растениях.

Для уменьшения ошибки спектрофотометрического определения идентификацию соединений в экстрактах проводили с помощью дифференциальных кривых спектров поглощения (рисунок 2).

Рисунок 1. Спектры поглощения водно-спиртовых экстрактов петрушки пучковой для разных точек сушки Figure 1. Absorption spectra of water-alcohol extracts of beam parsley for different drying points

Рисунок 3. Зависимость оптической плотности экстрактов от времени сушки петрушки (1 проба – сухая петрушка, 2 проба – свежая петрушка, 3 проба – 4 дня сушки, 4 проба – 8 дней сушки, 5 проба – 12 дней сушки)

Figure 3. Dependence of the optical density of extracts on the drying time of parsley (1 sample-dry parsley, 2 sample-fresh parsley, 3 sample – 4 days of drying, 4 sample-8 days of drying, 5 sample-12 days of drying)

Рисунок 2. Дифференциальные спектры поглощения экстрактов петрушки после 1, 4, 8 и 12 дней сушки и сухого образца

Figure 2. Differential absorption spectra of parsley extracts after 1, 4, 8 and 12 days of drying and dry sample

Для экспрессной оценки содержания экстрагируемых веществ, в частности хлорофиллов, использовали минитонкослойную хроматографию. Предварительно оптимизировали состав подвижной фазы. В качестве подвижной фазы использовали смеси растворителей (этанол-толуол, ацетон-толуол) в разных соотношениях (таблица 1).

Таблица 1.

Идентификация хроматографических зон на хроматограммах

Table 1.

На спектрах видно, что имеются несколько максимумов у экстрактов петрушки при длинах волн: 380, 395, 415, 425, 475, 515, 675 нм, что свидетельствует о наличии в смеси таких соединений как: хлорофилл а, b, с 2, с 3 [20].

Наиболее сильно различаются составы экстрактов пряных трав в диапазоне длин волн от 350 до 500 нм. Веществ, извлекаемых при длине волны 415 нм, в экстрактах сухой петрушки больше, чем у экстрактов из свежих и высушенных листьев.

Исследованы особенности извлечения соединений петрушки при 4 характеристических длинах волн от времени сушки растения (рисунок 3).

Установлено, что после 12-ти дней сушки количество веществ извлекаемых из сырья, поглощающих при длинах волн 415, 475, 515, 675 нм, больше, чем в сухой, что свидетельствует об их деградации во времени.

Identification of chromatographic zones on chromatograms

Соотношение толуол/этанол| Ratio toluene/ ethanol	Rf	Соотношение толуол/ацетон| Toluene/аcetone ratio	Rf
5:5	0,95	5:5	Не
6:4	0,95	6:4
7:3	0,95	7:3	движется Not
8:2	0,95	8:2
			moving
9:1	0,95	9:1

Результаты исследования позволяют утверждать, что лучшее отделение суммы хлорофиллов от сопутствующих веществ происходит при объемном соотношении толуола и этилового спирта 5:5 и 6:4, т. к. на пластинках «Silufol» наблюдались более четкие пятна. В системе растворителей ацетон / толуол компоненты хлорофилла «уходят» с фронтом растворителя (рисунок 4).

Рисунок 4. Хроматографические зоны вешеств экстрактов травы Толуол/Этанол

Figure 4. Chromatographic zones of herb extracts Toluene/Acetone

Выбрав систему растворителей для подвижной фазы, провели исследования остальных экстрактов петрушки, рассчитали подвижность R f хлорофиллов.

Установлено, что подвижность основных веществ экстрактов равна 0,88. Экстракты сухой, свежей и высушенной петрушки имеют один и тот же состав.

Для количественного определения хлорофиллов были рассмотрены хроматограграммы в цветовой модели RGB (таблица 2).

Результаты количественного определения действующих веществ различными методами предствавлены в таблице 2.

Методом экспрессной тонкослойной хроматографии было установлено, что у экстрактов петрушки R преобладает над G и B (таблица 2), следовательно, в большем количестве в смесях присутствует хлорофилл а, b, но с увеличением времени высушивания растений, количество данных пигментов снижается, что связано с их разрушением.

Установлено (таблица 2), что чувствительность метода рефрактометрии не позволяет установить различие в составе свежих растений, т. к. показатель преломления равен показателю 40-процентного этилового спирта, но с увеличением времени сушки показатель преломления увеличивается.

Методом пьезокварцевого микровзвешивания было доказано (таблица 2), что с увеличением времени сушки петрушки количество соединений увеличивается, т. к. повышается концентрация некоторых веществ.

Рассчитали чувствительность всех методов (таблица 3).

Сравнили по основным характеристикам методы оценки экстрактивных веществ (таблица 4).

Таблица 2.

Результаты исследования

Table 2.

Rеsеаrсh results

Проба Sample	Хроматография Chromatography			Рефрактометрия Refractometry	Пьезокварцевое микровзвешивание Quаrtz crystal microbalance
	R	G	B	n	m, мкг | m, µg
Свежая | Fresh	207	198	169	1,3544	6,99
4 дня | 4 days	196	189	160	1,3566	14,60
8 дней | 8 days	162	154	106	1,3584	44,24
12 дней |12 days	161	155	103	1,3594	70,09
Сухая | Dry	193	186	132	1,3582	66,28

Таблица 3.

Чувствительность методов, применяемых для анализа веществ

Table 3.

Sensitivity of methods used for the analysis of substances

Метод | Methods	Чувствительность, % | Sensitivity, %
Спектрофотометрия | Spectrophotometry	2,7
Пьезокварцевое микровзвешивание | Quаrtz crystal microbalance	15,8
Рефрактометрия | Refractometry	1,3
Тонкослойная хроматография | Thin-layer chromatography	2,0

Таблица 4.

Сравнение основных характеристик методов оценки экстрактивных веществ

Table 4.

Comparison of the main characteristics of methods for evaluating extractive substances

Метод Methods	Время анализа, мин Analysis time, min	Необходимость пробоподготовки The need for sample preparation	Стоимость оборудования, руб. Cost of equipment, RUB
Спектрофото-метрия | Spectrophotometry	10	Не требуется Not required	275 753
Пьезокварцевое микровзвешивание Piezoquartz microweighting	30		50 000
Рефрактометрия| Refractometry	10		39 000
Тонкослойная хроматография Thin-layer chromatography	10	Требуется Is required	5000

Заключение

Установлено, что наиболее чувствительным методом определения экстрактивных веществ является пьезокварцевого микровзвешивание. Портативный прибор для измерения массы сухой капли экстракта можно использовать во внелабо-раторных условиях для экспрессного мониторинга сушки растительного сырья в маленьких производствах, т. к. он проще, дешевле и чувствительнее других приборов, изученных в работе.