Обоснование анатомо-морфологических критериев идентификации и качества продовольственных товаров растительного происхождения

Критерии идентификации продовольственных товаров делят на органолептические, физико-химические, микробиологические и анатомо-морфологические [1]. Первые три группы признаков предусмотрены нормативными документами по стандартизации и включены в процедуры идентификации, оценки, экспертизы качества и подтверждения соответствия практически всех продуктов питания. В связи с тем что при проведении идентификационной экспертизы с целью обнаружения фальсификации товаров органолептические показатели трактуются зачастую субъективно, а физико-химические методы анализа являются трудоёмкими и дорогостоящими, анатомо-морфологические показатели, разработанные дифференцированно для каждого вида пищевых продуктов, могут стать наиболее доступными и объективными критериями диагностики подлинности и качества.

Анатомо-морфологические показатели используют для идентификации товаров, технологическая обработка которых не приводит к изменению первичных природных признаков. Эти показатели характеризуют видовые и сортовые особенности продукции (помологические сорта плодов и овощей, вид и сорт крахмала и др.). Анатомо-морфологические показатели являются наиболее объективными и надёжными, так как не поддаются фальсификации.

В настоящее время методические приёмы изучения макро- и микроскопических диагностических характеристик разработаны и широко применяются в рамках фармакогностического анализа лекарственного растительного сырья, отдельные виды которого (пряно-ароматические растения) применяются в пищевой промышленности. В этой связи следует отметить научные работы последних лет по выявлению анатомодиагностических признаков коры коричников цейлонского и китайского (наличие/отсутствие пробки, диаметр крахмальных зёрен и лубяных волокон) [2], корневищ куркумы длинной (толстостенные извилистые клетки с окрашенным содержимым, проводящие пучки с пигментными клетками и механической обкладкой, сосуды лестнично-сетчатого типа в паренхиме) [3], бутонов гвоздичного дерева (форма клеток эпидермиса, друзы оксалата кальция в мезофилле, крупные схизогенные вместилища овальной формы между изодиаметрическими клетками паренхимы, тетраэдрическая форма пыльцы, выпуклые устьица аномоцитного типа на верхнем эпидермисе чашелистика, толстая кутикула эпидермиса цветоножки) [4], плодов кардамона (толстостенные клетки многоугольной формы, образующие розетку в месте прикрепления волоска, устьичный комплекс парацитного типа у основания коробочки плода, наличие в мезокарпии овальных клеток, заполненных мелким кристаллическим песком оксалата кальция) [5].

Интерес к разработке микроскопических критериев подлинности возрастает в связи с фальсификацией ряда продовольственных товаров растительного происхождения. Так, довольно распространённой фальсификацией является подмена листьев лавра благородного ( Laurus nobilis L.) внешне схожими листьями лавровишни лекарственной ( Laurocerasus officinalis M. Roem.), имеющими значительные различия в химическом составе. Листья лавровишни характеризуются высоким содержанием таннидов (до 10%), низким – эфирного масла (до 0,5%), наличием витамина С, стероидов, фенолкарбоновых кислот, катехинов, флавоноидов, проантоцианидинов, жиров, воска, тритерпеноидов, амигдалина, при разложении которого образуется токсичная синильная кислота [6–8].

Лавровый лист отличается значительным содержанием эфирного масла (до 5%), витаминов (А, С, РР, гр. В), фенолкарбоновых кислот, флавоноидов, терпеноидных соединений [9]. Сесквитерпеновые лактоны, выделенные из листьев Laurus nobilis , обладают антибактериальной, противогрибковой, антидиабетической, противо-спалительной, гепатозащитной, нейрозащитной и цитотоксической активностью [10–12].

Довольно распространённой фальсификацией является полная или частичная замена байхового чая вегетативными органами растений других семейств. В нормативных документах на чай байховый [13] установлены требования к органолептическим и физико-химическим показателям, среди которых критериями ассортиментной идентификации (полной замены листьев чая) могут служить аромат, вкус, настой, содержание водорастворимых экстрактивных веществ. Однако при квалиметрической фальсификации (частичной замене) более объективные результаты могут быть получены методом подтверждения диагностических анатомоморфологических признаков, присущих только листьям семейства Theaceae .

Важное практическое значение имеет выявление связей между отдельными количественными диагностическими признаками (количество вместилищ, железистых волосков, специализированных клеток) и содержанием биологически активных веществ, определяющих качество сырья или пищевого продукта в целом. Так, выявлена прямая связь между содержанием эфирного масла в сырье, количеством и размерами эфирномасличных вместилищ [14]. Поэтому метод микроскопии в сочетании с гистохимическими реакциями на биологически активные вещества может стать перспективным не только для идентификации, но и для оценки качества пищевых продуктов растительного происхождения.

Цель исследования – разработка анатомоморфологических критериев идентификации и качества продовольственных товаров растительного происхождения на примере лаврового листа и чёрного байхового чая.

Материалы и методы

Объектами исследования стали листья лавра благородного ( Laurus nobilis L .) торговых марок «Волшебное дерево» и «Спецаромат») и лавровишни лекарственной ( Laurocerasus officinalis M. Roem.), произрастающей в Нальчике; чёрный байховый чай ( Folia Theae ) торговых марок «Azerçay» (сорт «Букет»), Greenfield Golden Ceylon (сорт «Букет»), Riston Premium English Tea (высший сорт), Akbar Фиолетовый Александрит (сорт OP), Dilmah Ceylon (высший сорт).

Листья лавра, лавровишни и предварительно разваренные листья чая просветляли хлоралгидратом. Для изучения анатомо-морфологических особенностей листья окрашивали метиленовым синим, просветляли в водно-глицериновой смеси и микроскопировали при увеличении микроскопа 120х. Морфологоанатомическое изучение листьев лавра и лавровишни включало описание формы листовой пластинки, типа жилкования, формы и количества основных клеток эпидермиса, типа и числа устьиц и эфирномасличных вместилищ, а листьев чая – количество устьиц, идиобластов, волосков и друз кристаллов оксалата кальция на 1 мм2. Биологическая повторность 10-кратная. Для установления локализации жирных и эфирных масел применяли реакцию окрашивания раствором Судана III. Для дифференцирования эфирных и жирных масел объекты обрабатывали водным раствором метиленового синего. Наличие дубильных веществ устанавливали реакцией с 3%-ным водным раствором хлорного железа (III) [15].

Качество образцов чая оценивали по содержанию водорастворимых экстрактивных веществ экстракционно-весовым методом [16] и танина методом титрования марганцовокислым калием при участии индигокармина в качестве индикатора [17]. Содержание эфирного масла в листьях лавра определяли методом гидродистилляции воздушно-сухих измельчённых листьев в течение 3 ч [18]. Аналитическая повторность 3-кратная. Статистическая обработка экспериментального материала включала определение средней арифметической и ошибки опыта. Уровень варьирования признаков оценивали коэффициентом вариации (CV, %), а силу связи между признаками – коэффициентом корреляции (r).

Результаты и обсуждение

Листья лавра имеют длину 3,2–10,9 см, ширину 2,3–3,4 см. Форма листовой пластинки эллиптическая или ланцетная. Верхушка листа заострённая, основание – узкоклиновидное, жилкование – сетчатое. Край листа широковолнистый, утолщённый и уплотнённый с эфирномасличными вместилищами округлой формы. Эпидермальная ткань с обеих сторон пластинки листа однослойная, покрыта толстой кутикулой. Кутикула нижней стороны листа более тонкая. Форма клеток верхнего эпидермиса изодиаметрическая многогранная, с утолщённой извилистой клеточной стенкой. Эпидермальные клетки абаксиальной поверхности листовой пластины имеют чётковидные утолщения клеточной стенки. На абаксиальной поверхности листа в углублениях вторичных жилок встречаются простые одноклеточные волоски. Листья гипостоматические. Устьица расположены только на абаксиальной поверхности листа, слабо погружены и расположены хаотично. Устьичный аппарат аномоцитный с 4–5 околоустьичными клетками (рисунок 1).

Листья лавровишни более крупные (длина 7,2–17,8 см, ширина 3,4–6,2 см), продолговатые, эллиптические, жилкование – сетчатое. Центральная жилка довольно толстая, светлая. Листья гипостоматические с ровным утолщённым краем. Устьичный аппарат анизоцитного типа (замыкающие клетки устьица окружены тремя околоустьичными клетками). Устьица слабо погружены и расположены хаотично. Основные эпидермальные клетки более крупные по сравнению с лавром, многоугольной формы с утолщённой извилистой клеточной стенкой (рисунок 2).

a

b

с

d

e

Рисунок 1. Анатомо-морфологические признаки листьев лавра благородного: а – край листа с округлыми эфирномасличными вместилищами; b – основные эпидермальные клетки адаксиальной поверхности листовой пластинки; c – основные эпидермальные клетки абаксиальной поверхности листовой пластинки; d – эфирномасличные вместилища; e – устьица

• Figure 1.    Anatomical and morphological signs of laurel leaves: a – the edge of the leaf with rounded essential oil receptacle; b – the main epidermal cells of the adaxial surface of the leaf plate; c – the main epidermal cells of the abaxial surface of the leaf plate; d – essential oil receptacles; e – stomata

  

  а

  
  
  

  b

  
  
  

  с

  
  

Рисунок 2. Анатомо-морфологические признаки листьев лавровишни лекарственной: а – край листа; b – устьица; c – основные эпидермальные клетки адаксиальной поверхности листовой пластины

• Figure 2.    Anatomical and morphological signs of laurel leaf leaves: a – the edge of the leaf; b – stomata; c – the main epidermal cells of the adaxial surface of the leaf plate

Среднее количество устьиц на листовой пластине лавра и лавровишни составляет соответственно 306 и 280 шт/мм2. Количество основных клеток эпидермиса на адаксиальной поверхности листовой пластины лавра в 1,8, лавровишни – в 1,3 раза больше, чем на абаксиальной (таблица 1).

Таблица 1.

Морфометрические показатели листьев Laurus nobilis и Laurocerasus officinalis Table 1.

Morphometric indicators of the leaves Laurus nobilis and Laurocerasus officinalis

Образцы Samples	Площадь поверхности листа, см2 Leaf surface area, сm2	Количество устьиц, шт/мм2 Quantity of stomata, pcs/mm2	Количество основных эпидермальных клеток, шт/мм2 The number of major epidermal cells, ppc/mm2		Количество заполненных эфирномасличных вместилищ, шт/мм2 The number of filled essential oil receptacle, ppc/mm2
			абаксиальной поверхности листа аbахiаl surface of the leaf	адаксиальной поверхности листа adaxial surface of the leaf
Laurus nobilis «Волшебное дерево» | Volshebnoe derevo	17,54 ± 1,47	310 ± 18	2132 ± 23	3944 ± 21	10,3 ± 2,2
Laurus nobilis «Спецаромат» | Specaromat	15,48 ± 1,63	302 ± 16	2095 ± 19	3836 ± 27	4,5 ± 1,5
Laurocerasus officinalis	23,68 ± 1,12	280 ± 14	3446 ± 38	4463 ± 23	–

В межжилковых областях лаврового листа торговой марки «Волшебное дерево» насчитывается до 20 вместилищ эфирного масла, расположенных в губчатом мезофилле листа. Вместилища схизолизогенного типа имеют округлую (эфирномасличные), реже – вытянутую форму (эфирное масло и смолы). Эфирное масло обнаружено в обкладочных клетках проводящих пучков и вместилищах по краю листа. В листьях лавра торговой марки «Спецаромат» большая часть вместилищ пустые. В листьях лавровишни эфирное масло диффузно рассеяно в эпидермальной ткани. В основании листа отмечены лизогенные округлые и довольно крупные эфирномасличные вместилища (2–4 шт.). Дубильные вещества в лавровом листе отмечены во вместилищах, а в листе лавровишни – в клетках эпидермиса и обкладочных клетках проводящих пучков. Характерной особенностью листьев лавровишни является отложение кристаллов ромбо-и октаэдрической формы и друз оксалата кальция среди клеток мезофилла по всей листовой пластине, наличие кристаллоносной обкладки вокруг проводящих пучков. В листьях лавра друзы единичны («Волшебное дерево») или полностью заполняют отдельные межжилковые области («Спецаромат»).

Содержание эфирного масла в листьях лавра варьирует от 0,8 («Спецаромат») до 1,2% («Волшебное дерево»). Связь между количеством заполненных эфирномасличных вместилищ и содержанием в листьях эфирного масла сильная положительная (r = 0,92). Следовательно, количество и степень заполненности эфирномасличных вместилищ может применяться в оценочной экспертизе как показатель качества лаврового листа.

Чайный лист имеет пилообразно-зубчатые края. Верхний и нижний эпидермис однослойный. Клетки нижнего эпидермиса крупные, слабоизвилистые. На нижней стороне листа расположены одиночные простые одноклеточные волоски и устьица аномоцитного типа с 3–4 околоусть-ичными клетками. Устьица крупные, овальные и округлые, с широко раскрытой устьичной щелью. Клетки верхнего эпидермиса мелкие, многоугольные. Эпидермис верхней стороны листа лишён волосков и устьиц (рисунок 3). Между клетками мезофилла расположены ветвистые гигантские клетки – идиобласты, содержащие эфирные масла, танины, антоцианы, флавоноиды, пигменты [19, 20].

Клетки мезофилла содержат звездчатые друзы кристаллов щавелевокислого кальция, число которых характеризуется очень высоким уровнем варьирования (СV=40%). В чайных листьях образца «Azerçay» друзы в клетках мезофилла межжилковых зон более многочисленны и образуют кристаллоносную обкладку вокруг проводящих пучков (таблица 2).

Среднее количество устьиц в листьях чая составляет 212±12 шт/мм2. Низкий уровень варьирования данного признака (CV = 8–12%) не позволяет считать установленные различия существенными. Наибольшие различия в количестве идиобластов и волосков установлены для образцов «Azerçay» и «Greenfield». Высокий уровень варьирования количества идиобластов (СV = 31–40%) и очень высокий – волосков (СV=40%) свидетельствует о существенных различиях между листьями исследованных образцов.

а

b

c

Рисунок 3. Строение Folia Theae : а, b – нижняя сторона листа; c – верхняя сторона листа: 1 – друзы кристаллов оксалата кальция; 2 – устьице; 3 – идиобласты; 4 – главная жилка

• Figure 3.    The structure of Folia Theae : a, b – the bottom side of a leaf; c – the upper side of a leaf: 1 – druses of calcium oxalate crystals; 2 – stoma; 3 – idioblasts; 4 – main vein

Таблица 2.

Морфометрические параметры и физико-химические показатели качества чайного листа различных торговых марок

Table 2.

Morphometric parameters and physicochemical indicators of the quality of tea leaves of various trаdе marks

Торговая марка Trade mark	Количество, шт/мм 2 | Quantity, pcs/mm 2				Содержание, % | Content, %
	устьиц stomata	идиобластов idioblasts	волосков trichomes	друз кристаллов оксалата кальция druses of calcium oxalate crystals	водорастворимых экстрактивных в-в water soluble extractives	танина tannin
Azerçay	250 ± 15	4 ± 2,6	3 ± 1,5	163 ± 15	32,3	5,1
Greenfield	212 ± 10	20 ± 3,8	10 ± 2,3	88 ± 12	37,8	6,8
Riston	206 ± 11	19 ± 2,4	8 ± 3,1	69 ± 23	35,4	5,9
Akbar	214 ± 13	18 ± 3,6	19 ± 2,3	75 ± 17	37,2	6,5
Dilmah	198 ± 9	15 ± 2,5	7 ± 1,8	84 ± 22	36,1	6,2
CV, %	9,3	43,0	63,2	41,0	6,0	1,1

Кристаллы оксалата кальция откладываются в большом количестве в клетках мезофилла и в обкладке проводящих пучков старых листьев. Молодые листья чайного растения характеризуются большим количеством волосков [21]. Поэтому можно утверждать, что при производстве исследуемого образца чая торговой марки «Azerçay» были использованы зрелые листья, что является недопустимым для чая сорта «Букет» и доказывает факт пересортицы.

Содержание водорастворимых экстрактивных веществ во всех образцах чая превышало 32% (минимальный уровень по ГОСТ 32573–2013). При этом сорту «Букет» соответствовали 4 образца с массовой долей водорастворимых экстрактивных веществ более 35% в пересчёте на сухое вещество. Среднее содержание танина в образцах чая составило 6,1%. В образце «Azerçay» содержание танина в 1,3 раза меньше максимального значения, установленного в образцах торговых марок «Greenfield» и «Riston». Результаты физикохимических исследований подтвердили факт пересортицы краснодарского чая, в котором содержание водорастворимых экстрактивных веществ было на 2,7% ниже минимального значения для сорта «Букет». Морфометрические параметры исследованных образцов чайных листьев тесно связаны с показателями качества чая, в частности, с содержанием водорастворимых экстрактивных веществ и танина. Установлена высокая степень взаимосвязи между числом идиобластов и волосков на 1 мм2, содержанием