Зависимость антиоксидантной активности от цветности морса

УДК 613.24/.25

Зависимость

антиоксидантной активности от цветности морса

Е. Д. Фараджева, канд. техн. наук, профессор;

А. Е. Чусова, канд. техн. наук, доцент; В. В. Хрипушин, канд. хим. наук, доцент; П. Н. Саввин, канд. хим. наук, ассистент; Г. В. Агафонов, д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий

Ключевые слова: антиоксидантная активность; боярышник; калина; морс; черная смородина; черноплодная рябина. Keywords: antioxidant activity; hawthorn; viburnum; cranberry; fruit-drink; black currant.

В настоящее время в России, как и во всех странах развитого мира, существенно изменяется отношение людей, в особенности социально активных слоев населения, к собственному здоровью: исчезают старые представления, что «здоровье ничего не стоит, затраты на него не дают никакой отдачи и им можно пренебречь». Становится все более понятным, что именно здоровье — самое ценное достояние человека, так как определяет его работоспособность в современном обществе и, соответственно, уровень жизни и благополучия. В связи с этим актуальной и значимой становится проблема создания продуктов с направленными свойствами.

Одной из возможностей усиления защитных функций организма человека может стать потребление напитков функционального назначения.

В состав разработанного нами напитка входят спиртованные морсы из плодово-ягодного сырья, которые служат надежным источником анти-оксидантов. Для получения морсов использовали ягоды калины, черной смородины, черноплодной рябины, а также плоды боярышника. Для оптимизации процесса экстрагирования сырье подвергали СВЧ-обработке, а именно: целые ягоды выдерживали в СВЧ-устройстве, где возбуждались электромагнитные колебания с частотой 2450 МГц. При этом черную смородину и калину обрабатывали излучением мощностью 600 Вт, а черноплодную рябину и боярышник — 850 Вт. В качестве контрольного образца выступал морс, приготавливаемый по классической технологии [1].

Под действием электромагнитного поля диполи поворачиваются в направлении электрического поля. А если поле переменное, что имеет место в нашем случае, то частота поворота соответствует его частоте. При этом возникает межмолекулярное

140

трение, в результате которого по всему объему сырья выделяется теплота. Дополнительный нагрев возникает за счет проводимости. И, наконец, существенное воздействие оказывает вода, всегда имеющаяся в плодах и ягодах. Она закипает и дополнительно воздействует на клеточные стенки. Нарушаются мембраны клеток, вплоть до их разрушения, коагулируют белки. То есть происходит частичное разрушение клеток сырья, в то время как сами ягоды сохраняют свою форму и структуру. Иными словами, СВЧ-энергия работает на «микроуровне».

В нашем случае, при морсовании, ягоды черной смородины и калины были свежим сырьем, а рябины и боярышника — сушеным. В сушеном сырье практически нет свободной влаги, поэтому воздействие на клеточную структуру получается весьма ограниченным.

При получении контрольного образца морса сырье заливали водно-спиртовой жидкостью и двукратно настаивали по 7-8 сут при периоди-

80

40

20

6

8

10

Настаивание, сут — Смородина — Смородина

Рис. 1. График изменения антиоксидантной активности морса из черной смородины

140

80

40

20

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

....................................................:::..............................

б

8

10

Настаивание, сут Рябина — Рябина

Рис. 2. График изменения антиоксидантной активности морса из рябины

120

100

б0

0

0

2

4

12

14

1б

120

100

б0

0

0

2

4

12

14

1б

68 ПИВО и НАПИТКИ

5^2012

ческом перемешивании (один раз в сутки по 5 мин). Опытный образец сушеного сырья перед настаиванием замачивали в воде в течение 2-3 ч до влажности 20-30% при температуре 35 °С, а затем обрабатывали в СВЧ-камере в течение 2 мин с мощностью излучения 850 Вт. Свежее сырье сразу подвергали обработке СВЧ мощностью 600 Вт. Настаивание обработанного СВЧ сырья производили аналогично контролю двукратно по 5 сут.

По полученным данным была выявлена зависимость между антиокси-дантной активностью (АОА) и цветностью морсов.

Изучение кривых АОА морсов выявило следующие закономерности и причины их поведения.

Схожий вид кривых рябины и смородины (рис. 1, 2) обусловлен схожестью состава полифенолов и других антиоксидантов, основную массу которых составляют антоцианы.

В первые дни настаивания резко снижается АОА морсов, поскольку

водно-спиртовые экстракты сравнительно легко окисляются кислородом воздуха. После того как легкоокис-ляемые соединения заканчиваются, наступает некоторая стабилизация, которая затем вновь сменяется уменьшением АОА. Последнее, по-видимому, вызвано накоплением продуктов окисления в морсе.

Первый слив экстракта и добавление новой порции экстрагента приводят к увеличению АОА (относительно измеренной до слива). Это можно объяснить тем, что во вторичном экстракте пока нет накопленных продуктов окисления, антиоксиданты присутствуют в активной форме. Однако за счет того, что большая часть полифенолов была извлечена в ходе первого настаивания, второе настаивание не так эффективно увеличивает АОА. Поскольку количество антиоксидан-тов в настое сравнительно невелико, процессы их окисления не протекают с прежней интенсивностью, что отражается на графиках в виде кривых, практически параллельных оси времени.

140 120 100 5- 80 | 60 40 20 0

б 8 10 Настаивание, сут Боярышник — Боярышник

Рис. 3. График изменения антиоксидантной активности морса из боярышника

120 100 80 60 40 20 0

0 2 4 6 8 10 12 1

Настаивание, сут — Калина — Калина

Рис. 4. График изменения антиоксидантной активности морса из калины

Наблюдаемый эффект снижения АОА обусловлен окислением полифенолов второго настоя, а эффект возрастания, по-видимому, вызван тем, что продукты окисления разрушили оболочку ягод, таким образом высвобождаются антиоксиданты из центральных областей плодов рябины и смородины.

Применение высокочастотной обработки способствует разрыву клеточных стенок и высвобождению биологически активных веществ, что, в свою очередь, сказывается на росте АОА. Однако в ряде случаев может наблюдаться снижение этого показателя (по сравнению с контролем, не подвергнутым СВЧ-обработке). Это вызвано тем, что большая часть антоцианов, составляющих основу красящих веществ смородины и рябины, термолабильны. Увеличение температуры, сопровождающее СВЧ-излучение, способствует разрушению этих пигментов. Все это наиболее ярко проявилось на примере черноплодной рябины и боярышника. Даже невооруженным глазом можно отметить, что рябиновый морс имеет коричневатый оттенок, появившийся вследствие деструкции антоцианов. Для черносмородинового морса характерна красно-бордовая окраска. А морс из боярышника, обработанный СВЧ-излучением [боярышник (СВЧ)], имеет окраску намного светлее, чем без СВЧ-обработки.

В целом можно также отметить схожесть кривых смородина (СВЧ) и рябина (СВЧ) (см. рис. 1, 2). Первое настаивание характеризуется падением АОА, которое вызвано окислением полифенолов. Повторное экстрагирование позволяет извлечь из ягод большую часть оставшихся пигментов и соответственно антиоксидантов.

Калина и боярышник (рис. 3, 4) имеют несколько другой состав анти-оксидантов, что влияет на характер кривых динамики изменения АОА. Это объясняется тем, что входящие в состав плодов вещества обладают неодинаковой способностью к окислению.

В целом в морсах из калины и боярышника протекают аналогичные смородиновому морсу процессы. В основном это уменьшение АОА за счет окисления полифенолов. СВЧ-обработка способствует разрушению клеток стенок ягод и извлечению большего числа легкоокисляемых фе-нольных соединений. В отсутствие

0

2

4

12

14

16

16

5^2012

ПИВО и НАПИТКИ 69

такой обработки экстрагирование полифенолов калины значительно затруднено.

Смешивание первого и второго сливов приводит к увеличению количества антиоксидантов в конечном морсе, что видно из результатов анализа — АОА значительно возрастает, приближаясь к уровню, характеризующему начальную точку первой экстракции.

Как видно из представленных выше данных, АОА морсов из калины и смородины, обработанных СВЧ-излучением, значительно выше необработанных. В случае же с боярышником и рябиной, наоборот, АОА необработанных морсов выше на 25%.

Мы предполагаем, что это может быть вызвано различным составом антиоксидантов, входящих в основу сырья. В результате действия высокой температуры (сопровождающей СВЧ-излучение) некоторые из них частично разрушаются, что неизбежно влечет за собой снижение АОА.

Современная биотехнология немыслима без точного и быстрого входного и выходного контроля качества продукции, контроля технологических процессов в режиме онлайн. Большие возможности для реализации мониторинга качества продукции на всех этапах производства представляют цифровые технологии, включающие в алгоритм тестирования получение информации о цветности или морфологии анализируемой продукции, автоматическую обработку полученного изображения, его архивацию в электронном виде, экспертизу с помощью искусственных нейронных сетей или других экспертных систем и выдачу протокола о результатах измерений.

В последнее время метод цветоме-трии — науки о способах измерения цвета и его количественном выражении — все шире применяют в аналитической химии, в контроле качества пищевой продукции [2]. Толчок для активного внедрения этого метода в аналитическую практику вызван прогрессом цифровых технологий.

Цвет биотехнологической продукции — одна из важнейших характеристик, включаемых в перечень контролируемых показателей в ГОСТы, ТУ, ТИ и другие нормативные документы. В пищевой химии и биотехнологии для контроля качества продукции или обнаружения важных компонентов часто используют цветные реакции. Интенсивность окраски при этом

определяют визуально экспертным путем. В лучшем случае цвет аналита сопоставляют с цветом стандартного образца или цветом стандартного набора или шкалы. Таким образом, цвет служит качественным или полуколичественным аналитическим сигналом в контроле кондиционности пищевой продукции.

С физической точки зрения представление цветности в цветовой модели RGB эквивалентно измерению спектров поглощения через красный, зеленый и синий светофильтры. Выбор светофильтра определяется дополнительным к проходящему свету цветом. В нашем случае для растворов, окрашенных в оттенки красного, самой чувствительной была зеленая составляющая, в оттенки желтого — синяя.

Анализируя кривые изменения цветности, можно сделать вывод, что морсы, подвергнутые СВЧ-излучению, к концу настаивания имеют цветность в два раза выше, чем морсы, не обработанные СВЧ-излучением. Исключение составляет боярышник, по-видимому, в процессе СВЧ-обработки красящие вещества, находящиеся в нем, частично разрушились.

При изучении зависимости анти-оксидантной активности от цветности морса была выявлена заметная корреляция кривых цветности и АОА.

Для боярышника, обработанного СВЧ-излучением при первом настаивании, ход кривой цветности совпадает с ходом кривой антиоксидантной активности (см. рис. 3). Для второго настаивания корреляция заметна до третьего дня, после чего АОА не меняется, а цветность возрастает, что вызвано экстракцией компонентов, не обладающих АОА. Это доказывает нарастание количества сухих веществ в процессе всего настаивания.

Для боярышника, не обработанного СВЧ-излучением, кривые цветности и АОА (см. рис. 3) изменяются аналогично боярышнику с СВЧ-обработкой.

Для рябины, обработанной СВЧ-излучением, кривые цветности и АОА (см. рис. 2) совпадают. Для описания цветности рябины, не обработанной СВЧ-излучением (см. рис. 2), использовали самую нечувствительную R-составляющую, и все равно заметна схожесть кривых, особенно на третий день настаивания.

Для черной смородины, обработанной СВЧ-излучением и не обработан-

ной СВЧ, кривые АОА (см. рис. 1) и цветности совпадают.

При анализе кривых цветности и АОА калины (см. рис. 4) мутность морса вызвала небольшой систематический сдвиг, но так как нам нужно не абсолютное значение цветности, а ее изменение, мутность не учитываем, тем более сканированные образцы показывают, что мутность практически не меняется.

По цветности морсы из калины, черной смородины и черноплодной рябины, обработанные СВЧ-излучением, темнее необработанных образцов в несколько раз. Морс из боярышника (СВЧ), наоборот, светлее, что связано с разрушением некоторых красящих веществ в процессе нагрева, который неизбежно сопровождает СВЧ-обработку.

По содержанию антиоксидантов в объединенном морсе лидирует калина, обработанная СВЧ-излучением (50,6 мг/дм3), необработанный морс содержит в 4,5 раза меньше анти-оксидантов (11,3 мг /дм3). Черная смородина, обработанная СВЧ, также имеет АОА выше (35 мг/дм3), чем необработанная (31 мг/дм3). А вот черноплодная рябина и боярышник, обработанные СВЧ-излучением, имеют АОА на 25% меньше, чем не обработанные. Рябина (СВЧ) — 57,5 мг / дм3, без СВЧ — 74,2 мг / дм3; боярышник (СВЧ) — 57,5 мг/дм3; без СВЧ — 74,2 мг/дм3.

Необходимо отметить, что применение СВЧ-излучения уменьшает продолжительность настаивания с 16-20 до 8-10 сут, а также улучшает органолептические показатели полуфабрикатов и готовых напитков.

Таким образом, для приготовления напитков функционального назначения будем использовать морсы калины и черной смородины, обработанные СВЧ-излучением, потому что они имеют максимальное значение АОА, а также их физико-химические показатели выше контрольных образцов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фараджева, Е. Д. Получение биологически активных напитков на основе растительных полуфабрикатов/Е. Д. Фараджева, А. Е. Чусова // Производство спирта и ли-кероводочных изделий. — 2009. — № 4. — С. 21-22.

2. Цветометрия — новый метод контроля качества пищевой продукции/О. В. Байдиче-ва [и др.] // Пищевая промышленность. — 2008. — № 5. — С. 20-22. &

70 ПИВО и НАПИТКИ

5 • 2012