Стратегической целью "Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации" является формирование и развитие в стране индустрии здорового питания населения как важнейшего фактора, обеспечивающего нормальное функционирование и активное долголетие организма человека, защиту от болезней и неблагоприятной экологии [1]. Рацион большинства потребителей, проживающих в крупных городах, дефицитен по микронутриентам пищи. Информация о рекомендуемых величинах суточного потребления некоторых минорных биологически активных веществ (БАВ) растительного происхождения приведена в литературе [2-5].
Для удовлетворения потребностей организма человека в физиологически активных микронутриентах одной из оптимальных форм являются экстракты, сырьем для которых могут служить как свежие, так и сухие части дикорастущих растений.
Растительные экстракты представляют собой композиции натуральных БАВ, которые могут быть предназначены для непосредственного приема с пищей или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона отдельными пищевыми веществами или БАВ, или их комплексами [6]. В работах авторов [7, 8] фитоэкстрактам приписываются оздоровительные и общеукрепляющие свойства и обсуждается возможность их применения в целях профилактики различных заболеваний. Для сохранения химического состава и биологической активности растений, а также для стабилизации БАВ в настоящее время используют технологии их высушивания с последующей экстракцией БАВ из сухого измельченного сырья.
Антиоксидантные свойства природных веществ являются важным аспектом их физиологической активности [9 -12]. Суммарный антиоксидантный эффект БАВ в фитоэкстрактах характеризуется наличием разнообразных форм природных веществ и их сочетанным действием, проявляющимся в формировании эффективных окислительно-восстановительных систем и синергетических циклов. Одними из основных действующих фитоком-понентов, проявляющих антиоксидантную активность, являются флавоноиды, способные ингибировать процессы свободнорадикального окисления [11].
Целью настоящей работы являлось проведение исследований состава и свойств БАВ водно-спиртовых экстрактов дикорастущих растений для обогащения пищевых продуктов фитомикронутриентами.
Материал и методы
Выбор объектов исследования определялся на основании анализа информации о физиологической активности природных компонентов многолетних дикорастущих растений, распространенных в Северо-Западном регионе России. В работе исследованы водно-спиртовые экстракты, полученные из надземных частей дикорастущих многолетних растений семейств Lamiaceae; Asteraceae (Compositae), Hypericaceae, Rosaceae, разрешенных к применению в пищевой промышленности: трава зверобоя (Hypericum), чабреца (Thymus vulgaris), тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium), душицы обыкновенной (Origanum vulgaris); листья шалфея лекарственного (Salviae officinalis); плоды шиповника (Rosae), боярышника (Crataegus) и рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia).
Для приготовления водно-спиртовых экстрактов использовали высушенные по общепринятой технологии надземные части (траву, листья, цветки и плоды) вышеперечисленных дикорастущих растений, собранных в Ленинградской области в 2013-2015 гг. Плоды растений собраны в фазу полной спелости, травы -в фазу цветения.
В качестве растворителя использовали спирт этиловый ректификат (по ГОСТ Р 51652-2000 марки "Экстра") и воду водопроводную, подготовленную с использованием установки УВО-0,2 (о) (ООО "БМТ", Россия) согласно нормам, указанным в фармакопейной статье ФС 42-2619-89.
Для получения экстрактов использовали растительное сырье, имеющее следующие технологические характеристики: степень измельчения сырья - 1-3 мм; насыпная масса - 0,32-0,35 г/см3; коэффициент поглощения экстрагента растительной массой - 2,4-2,6 (для травянистого сырья) и 1,8-2,0 (для плодового сырья).
С целью оптимизации условий экстрагирования использовали метод математико-статистического планирования эксперимента. Проведены исследования влияния различных факторов (концентрации этилового спирта в экстрагенте; продолжительности предварительного настаивания и экстракции сырья; температуры экстрагирования) на выход экстрактивных веществ [13]. Установлен оптимальный состав экстрагирующих смесей и продолжительность экстракции: соотношение сырье/экстрагент - 1:7 по массе; соотношение спирта и воды в экстрагирующих смесях - 1:1 по объему; время экстрагирования - 70-80 ч; температура системы твердое тело - жидкость - 30-35 °С.
Полученные экстракты отстаивали при комнатной температуре (20±2 °С) в течение 3 сут и отфильтровывали через мембранный фильтр. Полученные экстракты представляли собой прозрачные или слегка мутные интенсивно окрашенные жидкости со смолистым, пряным или душистым ароматом.
Содержание экстрактивных веществ определяли методом высушивания навески при +105 °С в соответствии c ГОСТ 28561-90 [14]. Содержание растворимых углеводов оценивали рефрактометрическим методом в соответствии с ГОСТ 28562-90 [15]. Содержание L-аскорбиновой кислоты определяли в соответствии с ГОСТ 24556-89 [16]. Массовую долю органических кислот оценивали титриметрическим методом [17]. Содержание флавонолов определяли спектрофотометрическим методом (λ=410 нм) по реакции комплексообразования флавонолов с хлоридом алюминия [18, 19]. Определение содержания полифенольных соединений в экстрактах проводили по методике с использованием реактива Фолина-Чокальтеу [20]. Содержание дубильных веществ определяли по методике [21].
Анализ природных веществ с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) осуществляли на аналитической ВЭЖХ-системе, состоящей из жидкостного хроматографа "Agilent 1100" с диодно-матричным детектором (при 338 нм). Разделение фенольных веществ проводили на хроматографической колонке Eclipse Plus C18 длиной 250 мм и внутренним диаметром 5 мм в градиентном режиме. Скорость подачи подвижной фазы составляла 1,0 мл/мин; объем вводимой пробы - 100 мкл; давление на входе колонки -80 атм; температура термостата колонки - +40 °С; продолжительность анализа - 45 мин. В качестве элюентов использовали бинарные системы растворителей: подвижная фаза - компонент А - 0,1% раствор трифторуксусной кислоты в воде; компонент В - 0,1% ТФУ в ацетонитриле. Для хроматографического разделения флавоноидов в градиентном режиме подобраны следующие условия: скорость подачи подвижной фазы -1,0 мл/мин; объем вводимой пробы - 100 мкл; давление на входе колонки - 80 атм; температура термостата колонки - +40 °С; продолжительность анализа - 45 мин. Для идентификации фенольных веществ в полученных экстрактах использовали стандартные образцы рутина, гесперидина, кверцетина, апигенина, хлорогеновой и феруловой кислот ("Sigma-Aldrich-Fluka", США).
Для количественного анализа флавоноидов в исследуемых экстрактах использовали метод калибровочного графика.
Одновременно определяли антиоксидантные и антимикробные свойства экстрактов. Для определения антиоксидантных свойств экстрактов использовали метод FRAP (Ferric Reducing/Antioxidant Power) в модификации авторов [22].
Бактериостатическую активность фитоэкстрактов исследовали методом колодцев с высевом тест-культур на чашки с мясопептонным агаром и культивированием в течение 24 ч при температуре 37 °С [23]. В качестве тест-культур использовали микроорганизмы: E. coli, S. aureus, Rhizopus stolonifer из коллекции микробиологической лаборатории Nanjing Agricultural University (г. Нанкин, Китай), в качестве контрольного образца -экстрагирующую смесь (соотношение этилового спирта и воды 1:1). Контрольный и опытные образцы исследовали в разведении 1:100.
Результаты и обсуждение
Среди многообразия БАВ в составе водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов особый научно-практический интерес представляют вещества, обладающие Р-витаминной активностью - комплекс извлеченных экстракцией мономерных и олигомерных форм фенольных соединений: фенольных кислот, флавоноидов и дубильных веществ. Важность этих веществ обусловлена тем, что Р-витаминная активность часто коррелирует с антиоксидантным потенциалом фитоэкстрактов.
В табл. 1 приведены результаты исследований группового состава БАВ фитоэкстрактов. Установлено, что общее содержание флавонолов и дубильных веществ в экстрактах травянистых растений варьирует от 15,5 (тысячелистник) до 24,4 мг/г (чабрец). В экстрактах плодов - от 24,2 (шиповник) до 29,7 мг/г (рябина).
)
Содержание БАВ в растениях зависит от климатических условий, периода вегетации и может варьировать.
В период роста и цветения растений процесс накопления фенольных веществ, органических кислот и сахаров еще не закончен, поэтому содержание экстрактивных веществ в экстрактах из травянистого сырья обычно ниже, чем из плодового.
В табл. 2 приведены результаты количественного анализа идентифицированных фенольных соединений в составе экстрактов методом ВЭЖХ.
На рис. 1-3 представлены хроматограммы экстрактов тысячелистника, чабреца и душицы. В исследуемых экстрактах идентифицированы галловая и феруловая кислоты, рутин, гесперидин, кверцетин и апигенин. В экстракте тысячелистника найдена хлорогеновая кислота.
)
Содержание рутина в исследуемых экстрактах варьирует от 0,56 мг/г (душица) до 13,80 мг/г (зверобой); кверцетина - от 0,52 (тысячелистник) до 1,36 мг/г (душица); апигенина - от 0,44 (чабрец и тысячелистник) до 1,44 (зверобой) мг/г; гесперидина - от 2,44 (душица) до 32,72 мг/г (тысячелистник). Содержание таких фенольных кислот, как феруловая, в исследуемых растениях составляет от 0,16 до 1,44 мг/г, хлорогеновая -от 0,16 до 3,12.
В табл. 3 представлены результаты исследований антиоксидантных свойств фитоэкстрактов, которые свидетельствуют, что все исследуемые образцы проявляют антиокислительный эффект. Суммарная антиоксидантная активность фитоэкстрактов составила от 142 мкг/мл (рябина) до 230 мкг/мл (боярышник). Полученные результаты хорошо согласуются с данными количественного анализа флавоноидов в фито-экстрактах.
)
В табл. 4 приведены результаты исследований бактериостатических свойств экстрактов дикорастущих травянистых растений по отношению к видам E.coli, S. aureus, Rhizopus stolonifer.
На рис. 4 представлены зоны подавления роста штаммов E. coli, S. aureus, Rhizopus stolonifer в мясопептонном агаре в присутствии исследуемых фито-экстрактов. Установлено, что наиболее выраженными антимикробными свойствами по отношению к E. coli обладают экстракты чабреца и тысячелистника; по отношению к S. aureus - экстракт зверобоя. Экстракты зверобоя и тысячелистника были эффективны в отношении Rhizopus stolonifer.
Заключение
Представленные результаты исследований состава и свойств БАВ водно-спиртовых экстрактов дикорастущих растений, широко распространенных в СевероЗападном регионе РФ, показали эффективность предлагаемой технологии для экстрагирования фенольных соединений из сухого дикорастущего сырья.
Потребление фитоэкстрактов в составе пищевых продуктов позволит восполнить недостаток флавоноидов в суточных рационах различных групп населения. Внесение фитоэкстрактов в количестве от 1 до 5% отмассы продуктов не приводит к значимым изменениям их органолептических свойств.
Экстракты пряноароматических растений представляют интерес в качестве вкусоароматических добавок для использования в технологии блюд-приправ. Нами разработаны рецептуры соусов с добавками фитокомпозиций экстрактов пряноароматических растений [24].
Литература
1. Указ Президента РФ от 30 января 2010 г., № 120 "Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации".
2. МР 2.3.1.1915-04. Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ: утв. главным государственным санитарным врачом РФ 02.07.2004. М. : Минздрав России, 2004. 36 с.
3. МР 2.3.1.2432-08. Рациональное питание. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: утв. главным государственным санитарным врачом РФ 18.12.2008. М. : Минздрав России, 2008. 50 с.
4. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н. Обогащение пищевых продуктов микронутриентами: современные медико-биологические аспекты // Пищ. пром-сть. 2000. № 7. С. 98-100.
5. Шатнюк Л.Н. Пищевые микроингредиенты в создании продуктов здорового питания // Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. 2005. № 2. С. 188-220.
6. Приказ Министерства здравоохранения Российской Федерации № 117 от 15.04.97 г. "О порядке экспертизы и гигиенической сертификации биологически активных добавок к пище".
7. Пупыкина К.А. Исследования по разработке и стандартизации лекарственных растительных средств для профилактики и комплексного лечения заболеваний органов пищеварения : автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2008. 51 с.
8. Толкунова Н.Н. Исследование химического состава растительных экстрактов // Мясная индустрия. 2003. № 12. С. 30-31.
9. Медведев Ю.В, Толстой А.Д. Гипоксия и свободные радикалы в развитии патологических состояний организма. М. : Терра-Календер и Промоушн, 2000. 232 с.
10. Pietta P.G. Flavonoids as antioxidants // J. Nat. Prod. 2000. Vol. 63, N 7. P. 1035-1042.
11. Базарнова Ю.Г., Веретнов Б.Я. Ингибирование радикального окисления пищевых жиров природными флавоноидными антиоксидантами // Вопр. питания. 2004. № 3. С. 35-42.
12. Methods of Analysis of Food Components and Additives. 2nd ed. / ed. Semih Otles. Boca Raton : Taylor and Francis Group, 2012. 513 p.
13. Базарнова Ю.Г., Белова А.А. Технологические аспекты экстрагирования биофлавоноидов из дикорастущего пряно-ароматического сырья // XXXI Международная научно-практическая конференция "Наука и современность - 2014". Новосибирск, 15 августа 2014 г. Материалы конференции. Новосибирск, 2014. С. 133-137.
14. ГОСТ 28561-90. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения сухих веществ и влаги.
15. ГОСТ 28562-90. Продукты переработки плодов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ.
16. ГОСТ 24556-89. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витамина С.
17. Тринеева О.В., Сливкин А.И., Воропаева С.С. Определение органических кислот в листьях крапивы двудомной // Вестн. ВГУ. Сер.: Химия. Биология. Фармация. 2013. № 2. С. 215-219. URL: http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/chembio/2013/02/2013-02-44.pdf.
18. Базарнова Ю.Г. Исследование флавоноидного состава фитоэкстрактов спектральными методами // Вопр. питания. 2006. № 1. С. 41-45.
19. Кузнецова И.В. Определение флавоноидов в листьях стевии (Stevia rebaudiana bertoni) // Химия растительного сырья. 2015. № 4. С. 57-61.
20. Коломиец Н.Э., Калинкина Г.И., Сапронова Н.Н. Стандартизация листьев крапивы двудомной // Фармация. 2011. № 6. С. 22-24.
21. Данилова Н.А., Попов Д.М. Количественное определение дубильных веществ в корнях щавеля конского методом спектрофотометрии в сравнении с методом перманганатометрии // Вестн. ВГУ. Сер.: Химия. Биология. Фармация. 2004. № 2. С. 179-182.
22. Коленченко Е.А., Сонина Л.Н., Хотимченко Ю.С. Сравнительная оценка антиоксидантной активности низкоэтерифицированного пектина из морской травы Zostera marina и препаратов антиоксидантов in vitro // Биология моря. 2005. Т. 31, № 5. С. 380-383.
23. Иванова Т.Н., Климов Р.В. Исследование бактерицидных свойств настоев лекарственного сырья // Хранение и перерабка сельхоз-сырья. 2002. № 12. С. 14-16.
24. Белова А.А., Базарнова Ю.Г. Исследование и разработка фито-композиций пряных трав для соусов-приправ // Изв. вузов. Пищевые технологии. 2013. № 5-6. С. 45-48.