Влияние условий извлечения на экстрагирование антоцианов из ягодного сырья

Введение. Антоцианы принадлежат к классу флавоноидов и представляют собой самую большую группу природных водорастворимых пигментов растений. Они обычно отвечают за красный, фиолетовый и синий цвета ягод, фруктов, овощей и цветов. Антоцианы обладают широким спектром биологической и фармакологической активности, включая противовоспалительную, антиоксидантную, противораковую, антидиабетическую и др. [1–3].

Однако существует множество коммерческих ограничений применения антоциановых экстрактов в пищевой промышленности, поскольку антоцианы являются нестабильными соединениями, на которые легко могут воздействовать такие факторы, как температура, кислород, pH, свет, ионы металлов, ферменты и окружающие пищевые компоненты [4]. Разложение антоцианов приводит к изменению их цвета или обесцвечиванию, что является нежелательной характеристикой для применения их в качестве красителей в пищевой промышленности.

Аскорбиновая кислота может быть найдена во многих пищевых продуктах как естественный компонент или введена в качестве антиокси- дантной добавки для предотвращения потемнения или повышения питательной ценности продукта [5]. Однако аскорбиновая кислота также может являться ограничивающим фактором применения антоцианов в качестве красителей, поскольку присутствие аскорбиновой кислоты в пищевой системе отрицательно влияет на стабильность антоцианов, приводя к взаимному разложению этих соединений [6]. В связи с этим актуальным остается вопрос определения условий производства антоциановых красителей, способствующих максимальному выделению антоцианов и сохранению их стабильности в присутствии аскорбиновой кислоты.

Цель исследования – изучение влияния ультразвуковой и микроволновой экстракции на выход и стабильность антоцианов, выделенных из ягод черной смородины в присутствии аскорбиновой кислоты.

Задачи: определение оптимальных условий экстрагирования антоцианового пигмента из ягодного сырья в присутствии аскорбиновой кислоты.

Объекты и методы. Объектом исследования являются антоцианы, экстрагированные из ягод черной смородины (Ríbes nígrum). Выделение антоцианов в присутствии 1 % раствора аскорбиновой кислоты и без ее добавления проводили с помощью ультразвуковой и микроволновой экстракции. Ультразвуковое воздействие осуществлялось на приборе Sonorex Super RK 100 H (Bandelin, Германия) с рабочей частотой 35 кГц и мощностью 80 Вт. Длительность ультразвукового воздействия составляла 10–30 мин при температурах 25 и 75 °С.

Воздействие микроволнового излучения (СВЧ-излучения) проводили в микроволновой печи Samsung MC28H51CK c рабочей частотой 2450 мГц и мощностью 800 Вт в течение 20–180 секунд.

Интенсивность окраски растворов определяли по величине оптической плотности на спектрофотометре «SHIMADZU UV-1800» (Япония). Содержание антоцианов в растворе рассчиты- вали согласно методике, предложенной в работе Ivanova et al. [7].

Результаты и их обсуждение. Ввиду того, что условия извлечения антоцианов из ягодного сырья могут оказывать различное влияние на выход и устойчивость биологически активных соединений [8–10], в работе было определено влияние ультразвуковой и микроволновой экстракции на выход и стабильность антоцианов, выделенных из ягод черной смородины в присутствии аскорбиновой кислоты.

Поскольку ультразвуковое воздействие благоприятно влияет на экстрагирование антоцианов из ягодного сырья [11], в работе была определена зависимость выхода антоцианов при ультразвуковой экстракции от продолжительности, температуры и присутствия в растворе аскорбиновой кислоты (рис. 1).

Время, мин

Раствор антоцианов без добавления аскорбиновой кислоты экстрагированный при 25 °С

^м Раствор антоцианов с добавлением аскорбиновой кислоты экстрагированный при 25 °С

^^ Раствор антоцианов без добавления аскорбиновой кислоты экстрагированный при 75 °С

Раствор антоцианов с добавлением аскорбиновой кислоты экстрагированный при 75 °С

Рис. 1. Зависимость выхода антоцианов при ультразвуковой экстракции от продолжительности, температуры и присутствия в растворе аскорбиновой кислоты

Из представленных результатов видно, что применение ультразвука положительно влияет на извлечение антоцианов, при этом существенную роль играет время и температура экстрагирования, а также присутствие в растворе аскорбиновой кислоты. При экстрагировании антоцианов как при температуре 25 °С, так и 75 °С ультразвук положительно влиял на образцы без добавления аскорбиновой кислоты, увеличивая за 20 мин степень извлечения анто- цианов в 1,4 и 1,7 раза соответственно. При дальнейшем увеличении времени выход антоцианов из растительного сырья при данных условиях экстрагирования не изменялся.

Ультразвуковая экстракция в присутствии аскорбиновой кислоты приводила к деградации антоцианов. Так, после 20 мин экстрагирования ультразвуком при температурах 25 и 75 °С выход антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты уменьшался. Выход антоцианов снижался на 20

Технология продовольственных продуктов и 11 % по сравнению с растворами антоцианов, экстрагированными при данных условиях без добавления аскорбиновой кислоты.

Вероятно, деградация антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты может быть связана с тем, что под воздействием ультразвука в жидкостях образуются пустоты – кавитационные пузырьки, происходит ультразвуковая гомогенизация, то есть перемешивание жидкости. В результате чего внутри пузырька может происходить термолиз и горение либо реакции с гидроксильными радикалами, приводящими к образованию продуктов окисления аскорбиновой кислоты, которые вступают в реакцию с антоцианами, приводя к взаимной деградации этих соединений. Полученные данные согласуются с работами О.Ю. Кузнецовой с соавт. [12], B.K. Tiwari et al. [13].

Кроме того, снижение выхода антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты может объясняться конденсацией аскорбиновой кислоты на четвертом атоме углерода в молекуле антоцианов, вызывая потерю как самой аскорбиновой кислоты, так и стабильности антоцианов. С другой стороны, потеря антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты, возможно, связана с окислительным расщеплением пиронового кольца молекулы антоцианов по свободнорадикальному механизму, в котором аскорбиновая кислота действует как активатор кислорода и производит разрушающие свободные радикалы [14].

Таким образом, ультразвуковая экстракция антоцианов из ягод черной смородины может значительно повышать степень их извлечения. Однако присутствие аскорбиновой кислоты в растворе антоцианов при 20 мин воздействия ультразвуком при 25 и 75 °С приводит к деградации антоцианов и снижает их выход.

Поскольку на экстрагирование антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты оказывает большое влияние время их контактирования, в работе было определено изменение содержания антоцианов в растворе в процессе хранения. Влияние продолжительности хранения растворов антоцианов, экстрагированных с помощью ультразвука в присутствии аскорбиновой кислоты, на их стабильность представлено на рисунке 2. Хранение растворов антоцианов, экстрагированных ультразвуком при 25 и 75 °С в течение 20 мин, осуществлялось при температуре 4 °С в течение 24 час.

Рис. 2. Влияние продолжительности хранения растворов антоцианов, экстрагированных с помощью ультразвука в присутствии аскорбиновой кислоты, на их стабильность

Из представленных результатов видно, что существенное влияние на стабильность антоцианов в растворе оказывает присутствующая в нем аскорбиновая кислота. При хранении рас- творов антоцианов, экстрагированных без добавления аскорбиновой кислоты, наблюдается довольно высокая стабильность пигментов при хранении их растворов в течение 24 часов. В экстрактах, содержащих аскорбиновую кислоту, стабильность антоцианов после суток хранения резко падает. Содержание антоцианов в растворах, экстрагированных в присутствии аскорбиновой кислоты при температурах 25 и 75 °С, после суток хранения уменьшается на 46 и 12 % соответственно. В литературных источниках отмечено, что аскорбиновая кислота, независимо от температуры хранения, подвержена быстрому разложению [15]. Видимо, продукты окисления аскорбиновой кислоты, вступая в реакцию с антоцианами, приводят к быстрой их деградации.

Таким образом, хранение растворов антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты ока-

Вестник КрасГАУ. 2023. № 8 зывает отрицательное влияние на стабильность пигмента, вызывая его деградацию.

Поскольку микроволновое излучение способствует довольно быстрому извлечению биологически активных соединений из растительных клеток [16–18], в работе было определено влияние действия микроволн на экстрагирование антоцианов из ягод черной смородины в присутствии аскорбиновой кислоты.

Зависимость выхода антоцианов при микроволновой экстракции от продолжительности экстрагирования и присутствия в растворе аскорбиновой кислоты представлена на рисунке 3.

1,8

0,4

1,6

1,4

1,2

0,8

0,6

^^вРаствор антоцианов без добавления аскорбиновой кислоты

Раствор антоцианов с добавлением аскорбиновой кислоты

0,2

0   20   40   60   80  100  120  140  160  180

Время, с

Рис. 3. Зависимость выхода антоцианов при микроволновой экстракции от продолжительности экстрагирования и присутствия в растворе аскорбиновой кислоты

Из представленных результатов видно, что микроволновое излучение оказывает положительное влияние на выход антоцианов из ягод черной смородины как в присутствии аскорбиновой кислоты, так и без нее, при этом время экстрагирования существенно сокращается. Максимальное извлечение антоцианов из ягод черной смородины наблюдается уже после 2минутного воздействия микроволнового излучения. Количество антоцианов в растворе за 120 секунд в образцах антоцианов, выделенных в присутствии аскорбиновой кислоты и без нее, увеличивается в 2,1 и 1,7 раза соответственно. При воздействии микроволн более 120 секунд увеличение количества антоцианов в обоих образцах не наблюдается.

Таким образом, использование метода микроволновой экстракции довольно эффективно для выделения антоцианов из ягодного сырья. Под действием микроволн и объемного нагрева, вызывающего быстрое разрушение клеточных стенок, удается сократить время экстрагирования антоцианов из ягод черной смородины до 2 мин. Кроме того, микроволновая экстракция благоприятно влияет на извлечение антоцианов из ягодного сырья в присутствии аскорбиновой кислоты. Видимо, время экстрагирования антоцианов в течение 2 мин не приводит к окисли- тельным процессам в молекуле аскорбиновой кислоты, а, наоборот, подкисление ею растворов антоцианов оказывает стабилизирующее действие на пигмент.

Заключение. Присутствие аскорбиновой кислоты в растворе антоцианов при 20 мин воздействия ультразвуком при 25 и 75 °С приводит к деградации антоцианов и снижает их выход. Хранение растворов антоцианов в присутствии аскорбиновой кислоты оказывает отрицательное влияние на стабильность пигмента, вызывая его деградацию. Содержание антоцианов в растворах, экстрагированных в присутствии аскорбиновой кислоты при температурах 25 и 75 °С, после суток хранения уменьшается на 46 и 12 % соответственно. Использование метода микроволновой экстракции довольно эффективно для выделения антоцианов из ягодного сырья. Микроволновая экстракция в течение 2 мин благоприятно влияет на извлечение антоцианов из ягодного сырья в присутствии аскорбиновой кислоты, оказывая стабилизирующее действие на пигмент.