Возможности и ограничения некоторых электрохимических методов для определения антиоксидантной активности плодов Hippophae rhamnoides L

Введение. Общеизвестно и доказано, что употребление антиоксидантов в составе продуктов питания предотвращает широкий перечень алиментарно-зависимых заболеваний – осложнений сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, заболеваний, связанных с нарушением метаболических процессов и др. Поэтому в последние два десятилетия ведется активный поиск природных антиоксидантных веществ и богатых ими продуктов питания [1, 2].

В плодах облепихи крушиновидной (Hippo-phae rhamnoides L.) содержится широкий перечень антиоксидантов: аскорбиновая кислота (500–14000 мг/кг), токоферолы (до 1600 мг/кг), каротиноиды (150–430 мг/кг), полифенольные вещества, представленные флавонами (1500– 2000 мг/кг, в т. ч. изорамнетин, кверцетин, кемпферол и рутин), катехинами (700–1300 мг/кг), проантоцианидинами (1100–2900 мг/кг); хлороге-новая кислота (300–730 мг/кг), – что обуславливает высокую антиоксидантную активность (АОА) плодов облепихи [3].

Таким образом, исследование АОА плодов облепихи крушиновидной и продуктов ее переработки современно и достаточно актуально в свете разработки новых технологий переработки этой ценнейшей культуры.

Стоит отметить, что на сегодня исследование АОА продовольственного сырья, пищевых продуктов и напитков проводится в двух направлениях: определение состава и количественного содержания биологически активных веществ-антиоксидантов и определение общих антиоксидантных свойств объектов.

Электрохимические методы определения АОА характеризуются высокой чувствительностью и экспрессностью и, наряду со спектрофотометрическими, широко применяются для оценки АОА плодов и продуктов их переработки: по данным О.В. Тринеевой, на долю спектральных методов приходится около 50 %, электрохимических – более 30 %, среди которых наиболее часто используют амперометрический метод [4].

Однако для объектов сложного состава, к которым относятся плоды облепихи, содержащие как водо-, так и жирорастворимые антиоксиданты, приведенные методы имеют определенные возможности и ограничения. Поэтому представляет научный и практический интерес сопоставление значений АОА, полученных различными методами.

Цель исследования – сравнительное исследование антиоксидантной активности плодов облепихи электрохимическими методами.

Задачи: определение в эксперименте АОА образцов плодов облепихи амперометрическим и потенциометрическим методами; исследование количественного состава компонентов, обуславливающих общую АОА плодов облепихи; установление зависимости АОА от соотношения компонентов в плодах; обоснование метода определения АОА плодов облепихи.

Объекты и методы. Объектами исследования выступали плоды облепихи урожая 2021 г. (селекция отдела «Научно-исследовательский институт садоводства Сибири имени М.А. Лиса-венкова» ФГБНУ Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий) сортов Чуйская, Алтайская, Эссель (плоды собраны на территории Алтайского края) и Превосходная (плоды собраны на территории Свердловской области).

Общую АОА исследуемого сырья измеряли двумя электрохимическими методами:

1-й метод - инверсионной потенциометрии, в основу которого положено химическое взаи- модействие антиоксидантов с медиаторной системой K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6], которое приводит к изменению окислительно-восстановительного потенциала. В качестве средства измерения использовался многофункциональный потенциометрический анализатор МПА-1 (НПВП «Ива», Россия). Рабочий электрод – платиновый планарный электрод (НПВП «Ива», Россия), электрод сравнения – стандартный хлор-серябрянный электрод. Измерение общей АОА данным методом осуществляли в порядке, описанном в [5].

2-й метод - амперометрический (референтный), стандартизированный в [6]. Метод заключается в измерении силы электрического тока, возникающего при окислении антиоксидантных веществ на поверхности рабочего электрода при определенном установленном потенциале и сравнении полученного сигнала с сигналом от стандарта (галловая кислота моногидрат ASC (ICN Biomedicals Inc., Германия)) при тех же условиях измерения. Определение общей АОА по указанному методу проводили с использованием жидкостного анализатора «Цвет-Яуза-01-АА» (НПО «Химавтоматика», Россия).

Содержание аскорбиновой кислоты определяли методом, изложенным в [7], массовую концентрацию фенольных веществ – колориметрическим методом с использованием реактива Фолина-Чокальтеу по [8] с предварительным разбавлением образцов в 100 раз, концентрацию процианидинов – колориметрическим методом Бейта-Смита по [9], содержание каротиноидов (β-каротина) – по методике, изложенной в [10]. При колориметрических исследованиях был использован двухлучевой спектрофотометр Shimadzu UV 1800 (Shimadzu, Япония).

Результаты и их обсуждение. За обеспечение общей АОА плодов облепихи и продуктов ее переработки отвечает значительное количество соединений, однако наибольший вклад, несомненно, принадлежит соединениям поли-фенольной природы, аскорбиновой кислоте, а также жирорастворимым каротиноидам, присутствующим непосредственно в жировой фазе сока облепихи. На начальном этапе исследования было определено содержание отдельных компонентов плодов облепихи, обеспечивающих формирование общей АОА (табл. 1).

Таблица 1

Количественный состав компонентов, отвечающих за общую антиоксидантную активность плодов облепихи (n = 3, M ± m)

Показатель, мг/100 г	Образец
	Чуйская	Алтайская	Эссель	Превосходная
Массовая концентрация аскорбиновой кислоты	83,4±0,6	72,7±0,6	67,3±0,4	204,7±7,3
Массовая концентрация полифенольных соединений	178,7±1,9	187,3±0,8	167,9±3,4	306,5±15,7
Массовая концентрация процианидинов	35,6±0,8	40,0±0,6	42,3±0,8	67,3±0,9
Массовая концентрация каротиноидов	2,17±0,08	2,39±0,05	1,83±0,04	3,14±0,07

Из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о существенном различии показателей состава плодов облепихи в зависимости от эколого-географической зоны произрастания (плоды сортов Чуйская, Алтайская и Эссель – собраны в Смоленском районе Алтайского края, плоды сорта Превосходная – в Сысертском районе Свердловской области). Так, плоды облепихи Превосходная содержат аскорбиновой кислоты в 2,5–3,0 раза больше по сравнению с сортами, произрастающими в Алтайском крае; в 1,6–1,8 раза больше полифенольных веществ; в 1,1–1,9 раза больше процианидинов и 1,3–1,7 раза больше каротиноидов.

В таблице 2 представлено соотношение компонентов плодов облепихи, отвечающих за ее антиоксидантную активность.

Таблица 2

Соотношения компонентов плодов облепихи, формирующих антиоксидантную активность

Образец плодов облепихи	Каротиноиды : аскорбиновая кислота : сумма полифенолов : процианидины
Чуйская	1 : 38 : 82 : 16
Алтайская	1 : 27 : 69 : 15
Эссель	1 : 36 : 91 : 23
Превосходная	1 : 65 : 97 : 21

Из приведенных в таблице 2 данных можно увидеть, что наименьшей степенью варьирования по отношению к содержанию каротиноидов обладает фракция процианидинов, представляющая собой конденсированный катехин с различной степенью полимеризации. Главной особенностью процианидинов является способность эффективно инактивировать гидроксил-радикал и супероксид-анион [11]. При этом установлено, что АОА процианидинов в несколько раз превосходит АОА низкомолекулярных антиоксидантов – аскорбиновой кислоты и токоферола за счет способности улавливать активные формы кислорода и азота благодаря электронои протонофорным свойствам, образуя при этом феноксил-радикалы, более стабильные по природе, чем радикалы мономерных флавоноидов. Взаимодействие этого феноксил-радикала с другими свободными радикалами приводит к обрыву цепи свободнорадикального процесса в клетке [12, 13].

В таблице 3 представлены результаты определения АОА в плодах облепихи крушиновидной двумя методами – амперометрическим и потенциометрическим.

Антиоксидантная активность плодов облепихи

Таблица 3

Образец плодов облепихи	Общая антиоксидантная активность, ммоль-экв/л
Использован амперометрический сенсор
Чуйская	1,728±0,013
Алтайская	1,872±0,011
Эссель	1,928±0,012
Использован потенциометрический сенсор
Превосходная	2,204±0,012

Можно видеть, что использование двух методов определения общей АОА с использованием коммерческих сенсоров двух видов показывает достаточно сходимые результаты, однако в случае использования амперометрического сенсора в составе анализатора АОА «Цвет-Яуза-01-АА» можно выделить следующий недостаток - методика распространяется только на водорастворимые антиоксидантные вещества, что, вероятно, в случае присутствия в объекте жирорастворимых антиоксидантов, например каротиноидов, может приводить к занижению конечного результата. Использование потенциометрического сенсора в составе потенциометрического анализатора МПА-1 за счет регистрации изменений потенциала системы при окислении или восстановлении медиаторной системы K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6] лишено данного недостатка, что делает метод более универсальным.

На рисунке 1 представлены корреляционные поля между содержанием основных компонентов плодов облепихи, обладающих АОА, и значением измеренной общей АОА.

2,3

2,2

2,1

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

130     180     230

к

2,3

2,2

2,1

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

150     200

300     350

Содержание аскорбиновой кислоты в плодах облепихи, мг/100 г

Содержание суммы полифенолов в плодах облепихи, мг/100 г

2,3

2,2

2,1

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

60     70

Содержание процианидинов в плодах облепихи, мг/100 г

2,3

2,2

2,1

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

1,8           2,3           2,8           3,3

Содержание каротиноидов в плодах облепихи, мг/100 г

Поля корреляции «антиоксидантная активность – компонент состава плодов облепихи»

Из данных, представленных на рисунке 1, можно сделать вывод, что наиболее выраженной корреляцией обладает пара данных: АОА – содержание процианидинов (коэффициент парной корреляции составляет 0,9976).

Заключение. Таким образом, определение АОА электрохимическими методами (потенциометрическим и амперометрическим) показывает сходимые результаты. При использовании амперометрического метода результаты определения АОА могут оказаться заниженными, поскольку методика предусматривает предварительную водную экстракцию обладающих АОА веществ, что не позволяет учитывать вклад жирорастворимых антиоксидантов, в частности каротиноидов, в суммарное значения АОА. Тогда как использование потенциометрического метода позволяет исключить данный недостаток за счет регистрации изменений потенциала системы при окислении или восстановлении медиаторной системы K 3 [Fe(CN) 6 ]/K 4 [Fe[CN) 6 ]. Определены корреляционные зависимости между основными компонентами состава плодов облепихи и значением общей АОА: наблюдается слабая корреляционная зависимость между содержанием аскорбиновой кислоты, суммы полифенольных веществ и общей АОА, выявлена сильная корреляционная связь между содержанием процианидинов и общей АОА (r = 0,9976).