Определение показателей качества соцветий хмеля обыкновенного Северо-Кавказского региона

Введение. В настоящее время особое внимание уделяется всестороннему изучению и последующему применению в хозяйственной деятельности растительного сырья, в том числе и дикорастущего, имеющего лечебное и пищевое значение [1]. Научные исследования, практический опыт свидетельствуют о том, что без применения натуральных биологически активных веществ невозможно обеспечить потребности организма в эссенциальных нутриентах. Использование таких растительных компонентов позволяет разрабатывать широкий ассортимент обогащенных продуктов для здорового питания [2]. В связи с чем, следует признать актуальным изучение качественных показателей пищевого дикорастущего сырья, обладающего физиологическим воздействием на организм человека.

Хмель обыкновенный (Humulus lupulus), семейства Cannabaceae – двудомное многолетнее вьющееся растение из группы крапивоцветных [3]. Соцветия женских растений – хмелевые шишки используют в пивоварении, хлебопечении, в фармации. Соцветия, а также железки хмеля обыкновенного используются как лекарственное сырье. Основными активными веществами являются горечи, флавоноиды, антоцианидины, катехины и фенолкарбоновые кислоты) и эфирное масло. Основным флавоноидом хмеля является ксантогумол из группы халконов. Хмель является мягким седативным средством. Среди лекарственных средств, содержащих хмель, известны «Валокордин», «Валоседан», «Ново-Пассит», «Корвалдин», «Седавит», «Уролесан». Хмель входит в состав большого количества биологически активных добавок. [4–6]. В РФ в основном используется дорогостоящий импортный хмель, большая часть производства которого сосредоточена в США, Германии, Чехии, Польше, Китае. Товарное производство отечественного хмеля сосредоточено в нескольких регионах, основными из которых являются Чувашия (82 %), Республика Марий Эл (6,5 %), Алтайский край (3,3 %). В условиях РСО – Алания интродуцированы ряд селекционных сортов с высокой урожайностью [7]. Кроме того, рядом проведенных исследований на территории рес- публики установлены значительные ареалы дикорастущего хмеля [8].

Всего в мире насчитывается около 30 основных сортов хмеля, которые делятся на тонкоароматические, ароматические, промежуточные, горькие и супергорькие. Важными составляющими хмеля являются горькие вещества (более 10 компонентов), эфирные масла (более 300 компонентов), а также полифенолы (более 100 разновидностей), витамины группы В, РР, С. Н, токоферол, аминокислоты, пектиновые вещества, алкалоиды. Наиболее ценными соединениями хмеля являются горькие вещества. Они уникальны и не встречаются в составе других растений. Шишки хмеля проявляют седативное, нейротропное, противовоспалительное, гепатопротек-торное, противовирусное, антимикробное действие. Масло хмеля входит в состав «Валокордина», «Ново-Пассита», «Уролесана», используется в парфюмерии. Горькие кислоты, флавоноиды проявляют противоопухолевую активность. Антиоксидант ксантогумол встречается только в хмеле [9–11]. Экстракты растения оказывают выраженное антитромбическое воздействие [12].

Горькие вещества хмеля относятся к полипептидам ацилфлороглюцинового типа, являясь смесью кислых и смолистых (твердых и мягких) веществ. Мягкие смолы состоят из а- и в-кислот, а- и в-мягких смол. Содержание наиболее ценных а- и в-кислот зависит от сорта хмеля, природно-климатических условий, агротехники возделывания [13]. До сегодняшнего дня еще не изучены и не проанализированы все вещества хмеля. Одним из решающих факторов в оценке, например, пивоваренных качеств хмеля, помимо содержания а-кислот, является соотношение между содержанием в- и а-кислот в ароматных сортах, так называемый коэффициент ароматичности, который должен быть равен или больше единицы и влияет на качество горечи [14, 15].

Содержание эфирных масел в селекционных сортах хмеля колеблется от 0,5 до 2,0 %. Качественный состав эфирных масел позволяет получать пиво с различными оттенками вкуса. Содержание полифенолов - от 3,2 до 7,8 %. Оптимальное соотношение полифенолов к одному грамму а-кислот, равное единице, обеспечивает полноту и чистоту вкуса пива, стойкость его при хранении. Необходимо учитывать, что характеристики качества хмеля постоянно меняются: от начала формирования шишек хмеля до наступ- ления технической и физиологической спелости, до его переработки [16].

В связи с чем, исследования, направленные на изучение биохимического состава соцветий хмеля обыкновенного для дальнейшего их практического использования, являются актуальными для внедрения в биоколлекцию Ботанического сада ФГБНУ ВИЛАР новых форм хмеля обыкновенного, обогащенного БАВ.

Цель исследования - изучение показателей качества соцветий дикорастущего хмеля обыкновенного, произрастающего на территории Республики Северная Осетия - Алания, с целью их практического использования в пищевой промышленности.

Задачи : изучить количественное содержание горьких веществ соцветий дикорастущего хмеля, содержание в них а-кислот; установить содержание общего количества полифенольных веществ; определить содержание эфирных масел.

Объекты и методы. Объект исследования -соцветия (шишки) хмеля обыкновенного, заготовленные в сентябре 2023 г. в фазе технической спелости на территории РСО - Алания. Отбор проводили не менее чем из 10 кустов, из среднего яруса растений. В этот период шишки имеют оптимальное содержание ценных веществ (рис. 1). Они плотные, упругие, приобретают золотисто-зеленый или светло-желтозеленый цвет, имеют хорошо наполненные лу-пулиновые железки и приятный стойкий хмелевой аромат.

Определение качественных и количественных характеристик проводилось в пробах сырья, высушенного при температуре 40 оС до влажности 12–13 %. Качественные показатели средних проб образцов определялись согласно ГОСТ 21948-76 [17]. Определение общего количества горьких веществ осуществляли в пробах, полученных экстрагированием горьких веществ этиловым эфиром, путем титрования вытяжек 0,02 н. раствором гидрооксида калия в присутствии фенолфталеина [18]. Отвешивали 2 г размолотого хмеля, переносили в склянку вместимостью 100 мл, вливали 60 мл этилового эфира, закупоривали плотно пробкой. Настаивание проводили в течение 1 ч при 10-кратном взбалтывании. После чего склянку оставляли в покое на 2 ч до полного осветления жидкости над осадком хмеля. При помощи аспиратора пипеткой отбирали 2 пробы по 10 мл эфирного экстракта в две конические колбы и титровали

0,02 н. раствором гидрооксида калия в присутствии 3 капель фенолфталеина. Далее содержание горьких веществ рассчитывали по формуле. Количественное содержание α-кислот оп- ределяли методом кондуктометрического титрования диэтилово-эфирного экстракта горьких веществ хмеля раствором уксусно-кислого свинца и расчетом массовой доли α-кислот [17].

Рис. 1. Шишки хмеля обыкновенного

Cones of common hops

Количественное содержание α-кислот определяли международным методом, основанным на кондуктометрическом титровании диэтилово-эфирного экстракта горьких веществ хмеля раствором уксусно-кислого свинца и расчетом массовой доли α-кислот, согласно аналитике ЕВС 7,5 [17].

Отдельные горькие вещества определяли тонкослойной хроматографией. Перед использованием пластин «Силуфол», слои их активировали, нагревая в сушильном шкафу при 110 °С в течение часа. Качественное разделение горьких веществ проводили экстрагированием различными растворителями. К 25 мл экстракта добавляли 25 мл хлороформа, встряхивали 60 раз. В течение 30 мин смесь разделялась на две фракции. Экстракт упаривали досуха при 60 °С на водяной бане. Осадок растворяли в 2 мл хлороформа. По 0,1 мл раствора с помощью микрошприца наносили на линию старта предварительно подготовленных пластин. Пластины хроматографировали восходящим потоком. Элюэнтом служила смесь хлороформ : ацетат, элюировали в течение 1 ч. Высушивание опытных пластин проводили при 50 °С. При просмотре хроматограмм при УФ-свете (λ = 365 нм) получали пятна, характеризующие зону локали- зации тех или иных горьких веществ, с различной величиной скорости переноса вещества (Rf), различной окраски: α-кислота дает зеленую окраску, β-кислота – голубую, изо-α-кислота – фиолетовую [19, 20]. Количество эфирных масел определяли в образцах шишек дикорастущего хмеля методом Гинзберга перегонкой и сбором его в специальные ловушки [21]. Определение общих полифенолов в шишках дикорастущего хмеля обыкновенного проводили фо-токалориметрическим методом, основанном на измерении интенсивности окрашивания раствора пробы хлоридом железа (III) в щелочной среде (рН10). Измерения проводили при длине волны 354 нм, используя кюветы толщиной 5 мм [22]. Исследования проводили в трех кратной повторности, статистическая обработка экспериментальных данных – с использованием программ MS Excel, Statistica 7.0.

Результаты и их обсуждение. Как показали исследования, образцы шишек дикорастущего хмеля соответствовали требованиям к качеству селекционных образцов (табл. 1).

Следующий этап исследований был посвящен определению общего количества горьких веществ, идентификации их, определению содержания α-кислот (табл. 2).

Таблица 1

Показатель качества	Требования	Исследуемый образец
		№ 1	№ 2	№ 3
Внешний вид	Одинаковые по размеру, нераскрывшиеся	Хмелевые шишки нераскрывшиеся	Хмелевые шишки нераскрывшиеся	Хмелевые шишки нераскрывшиеся
Цвет	От светло-желтозеленого до золотисто-зеленого	Светло-зеленого	Светло-зеленого	Светло-зеленого
Аромат	Хмелевой аромат	Хмелевой аромат без посторонних запахов	Хмелевой аромат без посторонних запахов	Хмелевой аромат без посторонних запахов
Содержание хмелевых примесей, %	Не более 5 % для ручного сбора и 10 % для машинного сбора	2,20	2,25	2,27
Содержание семян, %	Не более 4 %	2,6	2,8	2,7
Содержание золы, % на СВ	Не более 14 %	8,0	7,8	8,1
Массовая доля влаги, %	Не более 13 %	11,5	11,5	11,5
Содержание осыпавшихся лепестков, %	Не более 25 %	4,40	4,45	4,45

Примечание: образец № 1 – Алагирский район, 43.051686 с.ш., 44.180808 в.д; образец № 2 г. Вла- дикавказ, 43.017327 с.ш., 44.695884 в.д., Кировский район, 43.341902 с.ш., 44.206338 в.д.

Таблица 2

Показатель	Содержание в селекционных образцах	Исследуемый образец
		№ 1	№ 2	№3
Содержание общих горьких веществ, % к массе сухих веществ	8,0–20,0	12,8±0,45	11,9±0,40	13,4±0,50
Содержание α-кислот, % к массе сухих веществ	3,0–16,0	3,43±0,09	3,00±0,10	4,17±0,10

Качественные показатели образцов хмеля дикорастущего (2023 г.)

Qualitative indicators of wild hop samples (2023)

Количество горьких веществ и α-кислот The amount of bitter substances and α-acids

Данные таблицы 2 свидетельствуют, что накопление общих горьких веществ в шишках хмеля дикорастущего в РСО-Алания составляет 11,9–13,4 %, в то время как в селекционных сортах этот показатель составляет от 8,0 до 20,0 %. Образец № 3, имеющий наибольшее содержание общих горьких веществ, содержит и большее количество α-кислот: 13,4 и 4,17 % к массе сухих веществ соответственно.

Применение тонкослойной хроматографии позволило идентифицировать в исследуемых образцах β-кислоты, кроме того присутствие окисленных форм горьких веществ с величиной Rf равной 0,46. Быстрому окислению подверже- ны в большей степени β-кислоты, поэтому хранить шишки хмеля необходимо при низкой температуре. Хранение хмеля при низких температурах способствует лучшей изомеризации α-кис-лот и переходу их в водорастворимое состояние. Следует отметить, что горькие кислоты обладают антимикробной активностью, превышающей, например, активность фенола по отношению к грамположительным бактериям в 2300 раз [23].

Результаты исследований количественного накопления эфирного масла в шишках дикорастущего хмеля приведены в таблице 3.

Таблица 3

Место сбора образца	Содержание эфирного масла, мл/100 г сухого вещества
Алагирский район, 43.051686 с.ш., 44.180808 в.д.	0,51±0,03
г.Владикавказ, 43.017327 с.ш., 44.695884 в.д.	0,50±0,03
Кировский район, 43.341902 с.ш., 44.206338 в.д.	0,53±0,03

Содержание эфирного масла в шишках дикорастущего хмеля The content of essential oil in cones of wild hops

Как видно из таблицы 3, содержание эфирных масел в образцах шишек дикорастущего хмеля варьирует незначительно и составляет 0,50–0,53 мл/100 г сухого вещества. Эфирные масла хмеля могут придавать продуктам травяные, цитрусовые, фруктовые, ягодные нотки, что зависит от содержания соединений углеводородной фракции. Соотношение компонентов эфирных масел специфично, используется для идентификации сортов хмеля. Содержание эфирных масел в исследуемых образцах позволяет отнести их к сортам тонкоароматического типа хмеля, для стандарта которых массовая доля мягких смол составляет 13,9 %, α-кислот – 3,3 % к сухому веществу, а содержание эфирного масла – 0,53 мл/100 г сухого вещества [24]. Результаты определения содержания общих полифенолов в шишках дикорастущего хмеля приведены в таблице 4.

Таблица 4

Место сбора образца	Содержание общих полифенолов, % к массе сухого вещества	Отношение содержания полифенолов на 1г α-кислот
Алагирский район, 43.051686 с.ш., 44.180808 в.д.	5,46±0,15	1,6
г.Владикавказ, 43.017327 с.ш., 44.695884 в.д.	5.62±0,15	1,8
Кировский район, 43.341902 с.ш., 44.206338 в.д.	5,38±0,15	1,2

Содержание общих полифенолов в шишках дикорастущего хмеля The content of common polyphenols in cones of wild hops

Как видно, наибольшее содержание полифе-нольных веществ обнаружено в образцах, собранных во Владикавказе – 5,62 % к массе сухого вещества. Более 90 % полифенольных веществ сосредоточено в лепестках шишек. Они способны образовывать комплексы с белками, играют особую роль в формировании вкуса пива, влияют на его стойкость при хранении. Они также являются антиоксидантами. Важным для сортов хмеля является не столько их общее количество, а нагрузка полифенолов на 1 г α-кислот, оптимальная величина которого должна составлять величину близкую к единице [25].

Заключение. Определено содержание горьких веществ, α-кислот в шишках дикорастущего хмеля, произрастающего на территории РСО – Алания. Установлено, что исследуемые образ- цы по показателям качества соответствуют требованиям ГОСТ, предъявляемым к хмелю-сырцу. Общее содержание горьких веществ составляет 11,9–13,4 % к массе сухого вещества. Содержание α-кислот – 3,00–4,17 % к массе сухого вещества.

Определено содержание эфирного масла в шишках дикорастущего хмеля, которое в образцах варьирует незначительно и составляет 0,50–0,53 мл/100 г сухого вещества.

Результаты по определению содержания по-лифенольных веществ показали, что их количество составляет от 5,38 до 5,62 % к массе сухого вещества. Лучший показатель величины относительной нагрузки полифенолов на 1 г α-кислот, равный 1,2, имел образец шишек дикорастущего хмеля, отобранный в Кировском районе.

Таким образом, соцветия (шишки) дикорас- эфирных масел и представляют ценный сырье-тущего хмеля, произрастающего в РСО – Ала- вой источник для обогащения рецептур пище-ния, содержат в своем составе значительное вых продуктов.

количество горьких, полифенольных веществ,