Способы регулирования состава флавоноидов при производстве вина из малины

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 663.351

Способы регулирования

состава флавоноидов

при производстве вина из малины

С. С. Макаров; В. В. Жирова,

канд. техн. наук Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского

И. Б. Перова,

канд. фармацевт. наук ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи

АЛ. Панасюк,

д-р техн. наук, профессор ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН

В настоящее время в России растет интерес к винам, произведенным из ягодного сырья, благодаря их уникальным органолептическим характеристикам. К таким видам сырья относят малину, обладающую характерным ароматом и вкусом. Особую ценность малине, как сырью для производства высококачественных фруктовых вин, придают содержащиеся в ее составе биофлавоноиды, обладающие Р-витаминной активностью, катехины ^-катехин, 1-эпиэпигаллокатехин) и антоцианины. Ввиду наличия в малине большого количества биологически активных веществ, ее относят к ягодам с высоким антиоксидантным потенциалом [1, 2]. В растениях идентифицировано более 4000 флавоноидов, из них приблизительно в 600 установлено, что они имеют антоцианиновую структуру. Антоцианины обладают широким спектром биологических активностей, в том числе установлено, что они оказывают значительный положительный эффект на здоровье человека за счет их высокой поглотительной способности к свободным радикалам [3, 4]. В связи с этим, при производстве вина из фруктов и ягод, в том числе из малины, приоритетной становится задача максимального извлечения и сохранения флавоноидов на всех технологических этапах.

В работах, посвященных вопросам применения ферментативного катализа при производстве вин из фруктового сырья, показано положительное влияние ферментных препаратов на выход и качественные характеристики фруктовых вин [5-8].

Исследования, связанные с изучением аспектов сохранения природных

флавоноидов сырья, направленные на разработку технологических решений повышения биологической ценности вин из малины, в нашей стране не проводились.

В задачи исследований входило изучение качественного и количественного состава флавоноидов малины, а также исследование изменения их концентрации в процессе производства вина с целью разработки наиболее эффективных способов повышения концентрации этих соединений в продукте.

В качестве объектов исследования были выбраны: свежая малина сорта Гордость России, собранная в Ленинском районе Московской обл., урожая 2017 г.; малиновое сусло, полученное из мезги, обработанной различными ферментными препаратами (ФП) и мультиэнзимной композицией (МЭК); фруктовый столовый виноматериал из малины, полученный в результате брожения на разных расах дрожжей.

Мезгу подвергали ферментативной мацерации с использованием отечественных препаратов (ООО «Микробиопром», Россия): Полика-несцин Г20Х, Целловиридин Г20Х, Пектофоетидин П10Х, Пектинэкс IV. Также применяли ферментные препараты зарубежного производства (Dohler Group, Германия): Фруктоцим Колор (Fructozym Color), Фруктоцим Флюкс (Fructozym FLUX), Вегазим ХЦ (Vegazym HC), ИнерЗим ХТ (EnerZyme HT). Ферментативную обработку мезги проводили при температуре 28±2 °С.

Брожение сусла осуществляли при температуре 23.. .25 °С с применением рас дрожжей рода Saccharomyces в виде чистых культур — Малиновая 7, К-17,

ПИВО и НАПИТКИ

4•2018

'ТЕХНОЛОГИЯ

Таблица 1

Идентифицированный антоцианин Время удерживания, мин Rt (±0,2) Максимум поглощения при длине волны, нм (±2 нм) Масса молекулярного иона, m/z Детектируемый ион Массовая доля, %

Цианидин-3-софорозид (Cyd-3-sop) 12,2 280, 516 611,17 287,06 [М]* [М-софороза*]* 25,6

Цианидин-3-глюкозилрутинозид (Cyd-3-glu-rut) 12,7 280, 518 757,24 595,18 287,06 [М]* [М-глюкоза]* [М-глюкоза-рутиноза]* 6,4

Цианидин-3-латирозид (Cyd-3-lat) 14,3 280, 518 581,17 287,06 [М]* [М-латироза]* 0,6

Цианидин-3-самбубиозид (Cyd-3-samb) 15,1 280, 516 581,17 287,06 [МГ [М-самбубиоза]* 22,7

Цианидин-3-ксилозилрутинозид (Cyd-3-xyl-rut) 15,7 280, 522 727,23 595,18 287,06 [М]* [М-ксилоза]* [М-ксилоза-рутиноза]* 8,1

Цианидин-3-глюкозид (Cyd-3-glu) 16,1 280, 518 449,12 287,06 [М]+ [М-глюкоза]* 23,5

Пеларгонидин-3-софорозид (Pgd-3-sof) 16,7 278, 502 595,18 271,05 [М]* [М-софороза]* 1,5

Цианидин-3-рутинозид (Cyd-3-rut) 17,3 280, 518 595,18 449,12 287,06 [М]* [М-рамноза]* [М-рутиноза]* 8,3

Пеларгонидин-3-глюкозилрутинозид (Pgd-3-glu-rut) 17,7 278, 504 741,25 579,17 271,05 [М]* [М-глюкоза]* [М-глюкоза-рутиноза]* 0,4

Пеларгонидин-3-самбубиозид (Pgd-3-samb) 19,9 278, 504 433,13 271,05 [М]* [М-самбубиоза]* 1,2

Пеларгонидин-3-ксилозилрутинозид (Pgd-3-xyl-rut) 20,3 278, 504 711,25 579,17 271,05 [М]* [М-ксилоза]* [М-ксилоза-рутиноза]* 0,9

Пеларгонидин-3- рутинозид (Pgd-3- rut) 20,7 278, 506 579,17 433,13 271,05 [М]* [М-рамноза]* [М-рутиноза]* 0,5

Цианидин (Cyd) 26,1 280, 528 287,06 [М]* 0,3

* Остаток моно- или дисахарида минус 18 Да

Москва 30, Вишневая 33, К-72, а также в виде препаратов сухих дрожжей — «Red Fruit» (Италия), UWY SP1 (Великобритания), WET 136 (Германия), LW 317-29 («Oenoferm Rug», Германия).

Для измерения антиоксидантной активности методом ABTS использовали модифицированную методику [9].

Исследование состава флавоноидов проводили на системе высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) «Ultimate 3000», оснащенной диодно-матричным детектором и тройным квадрупольным масс-спект-рометрическим детектором «Thermo TSQ Endura». Условия ВЭЖХ: неподвижная фаза — колонка ProteCol C18 H125 250x4,6 мм ID 5 цм 120Á; подвижная фаза А — 0,1%-й раствор муравьиной кислоты в воде, В — 0,1%-й раствор муравьиной кислоты в ацето-нитриле; расход элюента 0,5 мл/мин; градиентное элюирование — 0-10 мин 15-30 % В, 10-20 мин 30-45 % В, 20-30 мин 45-60 % В, 30-35 мин 6070 % В, 35-38 мин 70 % В, 38-40 мин 70-15 % В, 40-50 мин 15 % В; температура колонки 25 °С; температура ав-тосамплера 20 °С; диодно-матричное детектирование при X = 370, 350, 338 и 290 нм; спектры снимали в диапазоне

от 190 до 700 нм. Условия МС: ионизация нагреваемым электроспреем в режиме регистрации отрицательных ионов HESI/MS — в диапазоне m/z от 150 до 1000 Да; скорость сканирования 1000 Да/с; разрешение квадруполя 030,7; рабочие параметры источника ионизации: напряжение на капилляре 2500 В, поток газа-осушителя (азот) 50 произвольных единиц (Arbitrary units), поток вспомогательного газа 15 произвольных единиц, поток продувочного газа 2 произвольные единицы, температура трубки переноса ионов 350 °С, температура испарителя 400 °С. Пробоподготовку осуществляли в соответствии с ранее разработанной методикой [10].

Состав антоцианинов определяли методом ВЭЖХ. Условия хроматогра-фирования: колонка Phenomenex Luna C18250x4,6 мм 5ц, подвижная фаза: раствор А — 1%-я муравьиная кислота, раствор Б — ацетонитрил; градиент, %: 0-20 мин — 12, 21-30 мин — 15, 30 мин — 20, 31 мин — 12, 45 мин — 12; температура колонки — 40 °С; скорость потока — 0,5 см3/мин; объем пробы — 10 мкл; длины волн детектирования — 520 и 280 нм. Сканирование масс осуществляли в режиме

регистрации положительных ионов в диапазоне m/z 100-1000 Да. Рабочие параметры источника ионизации: напряжение на капилляре 3,5 кВ, поток газа-осушителя (азот) — 9дм3/мин, температура — 325 °С, давление на распылителе — 0,27 МПа.

Обработку экспериментальных данных осуществляли с помощью программы Excel 2010 Microsoft Office.

На первом этапе изучали качественный и количественный состав флаво-ноидов исследуемых образцов малины (табл. 1). Суммарная концентрация фенольных соединений в исследуемом сырье составила 125 мг/100 г, из них более 30 % приходится на мономерные антоцианины (46,5 мг/100 г), а флавонолы составляли только около 1 % (1,24 мг/100 г). В ягодах малины идентифицировано 12 антоцианинов, среди которых более 50 % составила сумма цианидин-3-софорозида (Cy-3-Sopho) и цианидин-3-самбубиозида (Cy-3-Sam), что согласуется с ранее проведенными исследованиями [11].

В результате изучения состава фла-вонолов в плодах малины было идентифицировано 4 флавонона, среди которых около 50 % приходится на изо-кверцетин (табл. 2). Таким образом,

4•2018 ПИВО и НАПИТКИ 51

ТЕХНОЛОГИЯ'

Таблица 2

Идентифицированный флавонол Время удерживания, мин Rt (±0,2 мин) Максимум поглощения при длине волны, нм (±2 нм) Масса молекулярного иона, m/z Детектируемый ион Массовая концентрация, г/100 г

Рутин 15,3 255, 265, 352 609,63 463,51 301,31 [M-Н]- [М-рамноза*-Н]-[M-рутиноза-Н]- 0,39

Кверцетин-3-глюкуронид 16,4 255, 265, 355 477,54 301,31 [M-Н]- [M-рутиноза-Н]- 0,28

Изокверцетин 16,6 255, 265, 355 463,51 301,31 [M-Н]- [M-глюкоза-Н]- 0,55

Кверцетин 25,6 255, 265, 370 301,31 [M-Н]- 0,02

Таблица 3

Таблица 4

Ферментный препарат Выход сусла из 100 г мезги, см3 Массовая концентрация, мг/дм3 фенольных мономерных . т г флавонолов веществ антоцианинов

Поликанесцин Г20Х 66 1084 321 10,5

Целловиридин Г20Х 67 948 275 9,0

Пектофоетидин П10Х 63 1003 301 10,2

Пектинэкс IV 64 971 290 8,9

Фруктоцим Колор 65 1034 338 10,3

Фруктоцим Флюкс 67 1067 341 11,0

Вегазим ХЦ 68 992 292 10,0

Соотношение ФП Поликанесцин / Целловиридин / Пектофоетидин в композиции по весу (по активностям) Массовая концентрация, мг/дм3 фенольных моном<фных флавонолов веществ антоцианинов ^

0/0/1 (контроль - 28,7 ед. ПгС) 1003 301 10,2

1/1/1 (38,75/47,5/14,35) 1010 363 12,7

1/0,5/1 (38,75/23,75/14,35) 1162 345 12,9

1/1/0,5 (38,75/47,5/7,18) 1270 372 12,3

1/1/0,4 (38,75/47,5/5,74) 1304 390 13,1

1/1/0,3 (38,75/47,5/4,30) 1264 293 12,6

1/0,5/0,4 (38,75/23,75/5,74) 1287 297 12,5

0,5/0,5/1 (19,37/23,75/14,35) 1215 271 11,8

Таблица 5

Массовая концентрация, мг/дм3 Антиоксидантная

Раса дрожжей фенольных веществ мономерных антоцианинов флавонолов емкость (ABTS), ммоль-экв/дм3

Малиновая 10 1082 332 11,4 20,5

К-17 978 284 9,8 15,4

Москва 30 1076 323 10,7 18,0

Вишневая 33 1040 317 10,1 16,0

К-72 1073 320 11,0 17,5

Red Fruit 733 225 9,8 9,7

WET 136 987 292 10,5 17,2

LW 317-29 1045 319 10,8 18,3

UWY SP1 613 182 4,3 13,0

флавоноиды малины в основном представлены антоцианинами. Несмотря на сравнительно небольшую концентрацию флавонолов, они обладают, как известно, высокой антиоксидантной способностью. Поэтому сохранение их в готовом продукте очень важно.

Ранее было установлено, что ферментативная мацерация мезги позволяет наиболее полно извлечь ценные биологически активные компоненты сырья [12].

При сравнительной оценке воздействия различных ФП на малиновую мезгу установлено преимущество комплексов с высокой пектолитической активностью (табл. 3).

Вместе с тем, известно, что ферментные препараты различной направленности обладают синергиче-ским эффектом [13]. Поэтому, с целью повышения концентрации флавонои-дов в сусле, были испытаны мультиэн-зимные композиции (МЭК) разного состава, причем для их создания ис-

пользовали только отечественные препараты, что позволит исключить зависимость от импорта и повысить экономическую эффективность производства. Установлено, что наиболее высокой эффективностью обладала композиция, содержащая следующее соотношение Поликанесцин : Целло-виридин : Пектофоетидин — 1 : 1 : 0,4, что соответствует 38,75 ед. ПлС : 47,5 ед. ГкС (17,5 ед. ЦС) : 5,74 ед. ПгС. Применение данной композиции позволило существенно повысить суммарную концентрацию флавоноидов в сусле, в том числе антоцианинов, в среднем на 30 %. Влияние состава МЭК на содержание флавоноидов в малиновом сусле представлено в табл. 4.

При исследовании изменения содержания флавоноидов в процессе брожения установлено, что их суммарное содержание в виноматериале из малины снижалось в зависимости от расы дрожжей, что, вероятно, связано с различной генетически обуслов-

ленной адсорбционной способностью дрожжевых клеток (табл. 5).

На основании представленных даннык для получения малинового виноматериала с максимальным содержанием флавоноидов можно рекомендовать применение отечествен-нык рас чистык культур Малиновая 10 и Москва 30. Использование этих рас позволило также получить виномате-риалы, обладающие высокой антиок-сидантной активностью.

В целом результаты исследований позволили разработать эффективные технологические приемы повышения концентрации флавоноидов в малиновом вине за счет направленного регулирования процессов ферментативной мацерации мезги и сбраживания сусла.

ЛИТЕРАТУРА

1. Почицкая, И. М. Исследование антиоксидантной активности и минерального состава ягодного сырья / И. М. Почицкая, Н. В. Комарова, Е. И. Коваленко // Пищевая промышленность: наука и технология. — 2017. — № 1 (35). — С. 68-75.

2. Макарова, Н.В. Ягоды красной смородины и малины урожая 2014 г. из коллекции ГБУСО НИИ «Жигулевские сады» как эффективные антиоксиданты / Н. В. Макарова [и др.] // Пищевая промышленность. — 2015. — № 3. — С. 27-29.

3. afford, M. N. Anthocyanins — nature, occurrence and dietary burden / M. N. Clifford // Journal Science Food and Agricultural. — 2000. — Vol. 80. — № 7. — P. 1063-1072.

52 ПИВО и НАПИТКИ 4•2018

'ТЕХНОЛОГИЯ

4. Панасюк, А.Л. Антоцианы окрашенных фруктов и ягод и приготовленных из них плодовых виноматериалов / А. Л. Панасюк [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2016. — № 5. — С. 15-19.

5. Панасюк, А. Л. Эффективность поликанес-цина при производстве сливовых сбро-женно-спиртованных виноматериалов / А. Л. Панасюк [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2007. — № 5. — С. 12-14.

6. Гнетько, Л.В. Ферментные препараты группы Фруктоцим / Л. В. Гнетько, Т. А. Бе-лявцева, Н. М. Агеева // Виноделие и виноградарство. — 2010. — № 3. — С. 7-9.

7. Панасюк, А. Л. Режимы обработки мезги для приготовления вин из черноплодной рябины / А. Л. Панасюк [и др.] // Виноде-

лие и виноградарство. — 2006. — № 2. — С. 14-15.

8. Koponen, J. M. Effect of pectinolytic juice production on the extractability and fate of bilberry and black currant anthocyanins / J. M. Koponen [et al.] // Europe an Food Research and Technology. — 2008. — Vol. 227. — P. 485-494.

9. Re, R. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay / R. Re [et al] // Free Radical Biology & Medicine. — 1999. — Vol. 26. — № 9/10. — P. 1231-1237.

10. Перова, И.Б. Биологически активные вещества плодов калины обыкновенной / И. Б. Перова [и др.] // Химико-фармацевтический журнал. — 2014. — Т. 48. — № 5. — С. 32-39.

11. Сорокопудов, В.Н. Антоцианы плодов некоторых видов рода RUBUS L. из коллекции ботанического сада БЕЛГУ / В. Н. Сорокопудов [и др.] // Химия растительного сырья. — 2005. — № 4. — С. 61-65.

12. Czyzowska, A. Canges to polyphenols in the production of must and wines from blackcurrants and cherries. Part II. Anthocyanins and flavanols / A. Czyzowska, E. Pogorzelski // Eur Food Technologies. — 2004. — № 218. — P. 355-359.

13. Алексеенко, Е.В. Ферментативная биоконверсия плодово-ягодного сырья: биохимические аспекты и практическое применение / Е. В. Алексеенко // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2012. — №3. — С. 49-52. <

Способы регулирования состава флавоноидов при производстве вина из малины

Ключевые слова

антиоксидантная активность; брожение; высокоэффективная жидкостная

хроматография; мультиэнзимная композиция; раса дрожжей;

состав флавоноидов и антоцианинов малины; ферментативная мацерация.

Реферат

Повышение биологической ценности фруктовых вин - актуальная задача винодельческой отрасли. Цель данной работы состояла в изучении изменения состава флавоноидов малины в процессе производства вина и определении эффективных способов повышения их концентрации в продукте. Исследование качественного и количественного содержания флавоноидов в образцах свежего сырья, сусла и виноматериала проводили с использованием метода ВЭЖХ на приборе «Ultímate 3000», оснащенном диодно-матричным детектором и тройным квадрупольным масс-спектрометрическим детектором «Thermo TS0 Endura». Для измерения антиоксидантной активности использовали ABTS-метод. На стадии мацерации мезгу малины обрабатывали ферментными препаратами различного спектра действия и мультиэнзимной композицией при низкой температуре. Показано преимущество использования мультиэнзимной композиции, состоящее в повышении концентрации флавоноидов в сусле в среднем на 30 % по сравнению с принятой в производстве обработкой пектолитическими ферментными препаратами. Установлено. что раса используемых для брожения дрожжей оказывает существенное влияние на качественные характеристики малинового виноматериала, в том числе на содержание флавоноидов и антиоксидантную активность. Рекомендовано для брожения малинового сусла применять чистые культуры дрожжей Малиновая 10 и Москва 30. Отмечено усиление антиоксидантных свойств виноматериала из малины при повышении суммарной концентрации флавоноидов.

Авторы

Макаров Сергей Сергеевич;

Жирова Вера Владимировна. канд. техн. наук, доцент

Московский государственный университет технологий и управления

имени К. Г. Разумовского (ПКУ),

109004, Россия, г. Москва, ул. Земляной вал, д. 73,

mak210@yandex.ru, enology@mail.ru

Перова Ирина Борисовна. канд. фармацевт. наук

ФИЦ питания и биотехнологии и безопасности пищи,

109240, Россия, г. Москва, Устьинский пр., д. 2/14, erin.feather@yandex.ru

Панасюк Александр Львович. д-р техн. наук, профессор

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -

филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН

119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, alpanasyuk@mail.ru

Ways of Regulating the Composition of Flavonoids in the Production of Wine from Raspberries

Key words

antioxidant activity; fermentation; highly effective liquid chromatography; multi-enzyme composition; yeast race; composition of flavonoids and raspberry anthocyanins; enzymatic maceration.

Abstract

Increasing the biological value of fruit wines is an urgent task of the winemaking industry. The purpose of this work was to study the changes in the composition of raspberry flavonoids in the process of wine production and to determine effective ways to increase their concentration in the product. The study of qualitative and quantitative content of flavonoids in samples of fresh raw materials, must and wine material was carried out using the HPLC method on the Ultimate 3000 device equipped with a diode-matrix detector and a triple quartz mass spectrometry detector «Thermo TS0 Endura». ABTS-method was used to measure antioxidant activity. At the stage of maceration, raspberry pulp was treated with enzyme preparations of different spectrum of action and multi-enzyme composition at low temperature. The advantage of using a multi-enzyme composition have been shown, which consists in increasing the concentration of flavonoids in the must by an average of 30 % compared with using of pectolytic enzyme preparations. It was found that the race of yeast used for fermentation has a significant impact on the quality characteristics of the raspberry wine material, including the content of flavonoids and antioxidant activity. Recommended for fermentation of raspberry must to use pure cultures of yeast Malinovaya 10 and Moscow 30. The increase of antioxidant properties of raspberry wine material with the increase of the total concentration of flavonoids have been noted.

Authors

Makarov Sergey Sergeevich;

Zhirova Vera Vladimirovna.

Candidate of Technical Science, Associate Professor

Moscow State University of Technology and Management

after K. G. Razumovsky (FCU),

73 Zemlyanoy Val Str., Moscow, 109004, Russia,

mak210@yandex.ru, enology@mail.ru

Perova Irina Borisovna. Candidate of Pharmacological Science

Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety,

2/14 Ust'inskiy Pr., Moscow, 109240, Russia, erin.feather@yandex.ru

Panasuyk Aleksandr Lvovich. Doctor of Technical Science, Professor

All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage

and Wine Industry - Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center

for Food Systems of RAS

7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, alpanasyuk@mail.ru

4•2018 ПИВО и НАПИТКИ 53