Comparative analysis of the total content of polyphenols in some types of industrial juice products

• Lyudmila М. Khomich
• Yulia A. Berezhnaya
• Dmitriy L. Shashin
• Stanislav A. Polyakov
• Inga S. Kutepova
• Irina B. Perova
• Konstantin I. Eller

Abstract

Fruits are the most important source of polyphenols, substances that have a positive effect on human health. Modern technologies for the industrial processing of fruits into juice are aimed at preserving the useful components of the raw material in it. The issue of the content of polyphenols in industrial juice products, and, especially, changes in their concentration over time, is important for understanding the nutritional value of juice products and requires further study.

The purpose of the work is to study the total content of polyphenols depending on the type of juice products and the time elapsed since the product was manufactured.

Material and methods. The total content of polyphenols in terms of gallic acid was determined by the Folin-Ciocalteu method in four popular types of juice products (orange, grapefruit and apple juice, cherry nectar), various brands and with different production dates. The results of the determination in 60 product samples selected from Russian retail chains were analyzed.

Results. Polyphenols are found in all types of products in significant amounts: in orange juices from 678 to 870 mg/kg, in grapefruit juices from 447 to 798 mg/kg, in apple juices from 264 to 1320 mg/kg, in cherry nectars from 696 to 1090 mg/kg. The highest average content was found in cherry nectars (859±106 mg/kg), followed by orange (781±54 mg/kg) and grapefruit juices (634±91 mg/kg). In apple juices, there is a significant variation in the content of polyphenols depending on the method of juice production – the highest content of polyphenols was found in straight-pressed apple juices (1119±124 mg/kg). The content of polyphenols in products stored for six months or more does not show any significant differences from the content in fresher products, which suggests a consistently high content of polyphenols in juice products throughout the entire shelf life.

Conclusion. The study showed the presence of high concentrations of common polyphenols in juice products. The dependence of total polyphenol content on the time elapsed since the production of juice product was not found. Juice products of industrial production can make a significant contribution to the intake of polyphenols in the human body.

Keywords:polyphenols; total polyphenols content; juice products; fruit juice; nectar

Эпидемиологические данные связывают питание, богатое фруктами и овощами, со снижением риска развития неинфекционных заболеваний, к которым относят заболевания сердечно-сосудистой системы, онкологические, сахарный диабет и др., в первую очередь те, которые, как считается, вызываются хроническим воспалением [1-5], благоприятно влияют на микробиоту кишечника [6] и антиоксидантный статус при беременности [7], а также являются частью диеты, снижающей вероятность депрессии [8]. Оценка связи между потреблением фруктов и овощей и различными заболеваниями и общей смертностью, проведенная на основании 95 исследований, показала, что потребление фруктов и овощей ассоциировано с уменьшением риска сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний и смертности от всех причин, при этом предполагается, что потребление фруктов и овощей на уровне более 800 г/сут могло бы предотвратить 7,8 млн случаев преждевременной смерти во всем мире [9].

Присутствие во фруктах, имеющих сложный химический состав, полифенольных соединений рассматривается как один из важнейших факторов, способствующих укреплению здоровья. Фруктовые соки являются продуктами переработки фруктов и содержат большинство веществ, присутствующих в соответствующих плодах. Считается, что сок может быть альтернативой для замены одной из порций фруктов и овощей [10-12]

Наиболее важным представляется изучение химического состава соков промышленного производства, так как в настоящее время они наиболее часто потребляются населением. К популярным видам соковой продукции относятся яблочный, апельсиновый и грейпфрутовый соки, а также вишневые нектары, изготавливаемые из вишневого сока [13]. Исследования показывают, что каждый из этих соков содержит свой уникальный набор полифенольных соединений. Для яблочного сока это в первую очередь хлорогеновые кислоты. По данным исследований яблочных соков промышленного производства, продающихся в России, содержание хлорогеновых кислот составило 1,6-11,8 мг/100 мл [14]. Кроме хлорогеновых кислот, в яблочных соках содержатся другие фенольные кислоты, такие как кофейная, кумаровая, феруловая, и их эфиры, а также флавоноиды - катехины, кверцетин, рутин, дигидрохалконы и проантоцианидины [14]. Содержание полифенольных соединений в яблочных соках варьирует в широких пределах и зависит от особенностей производства и технологической обработки сока. Полифенолы в цитрусовых соках представлены преимущественно флавоноидами, в первую очередь флаванонами. Основным флаванонгликозидом в апельсиновом соке является гесперидин, содержание которого составляет более 90% от суммы флаванонов. Количество гесперидина в апельсиновых соках варьирует от 4,6 до 122,1 мг/100 мл [15], в соках промышленного производства - в интервале 14,8-116 мг/100 мл [15]. Кроме гесперидина в апельсиновых соках обнаружены нарирутин, нарингин, дидимин и понцирин [15, 16]. Содержание нарингина, дидимина и понцирина в апельсиновых соках промышленного производства составило соответственно 0,00-7,54; 0,80-3,53 и 0,49-1,59 мг/100 мл [16]. Флавоноиды грейпфрутового сока также представлены преимущественно флаванонами. Содержание флавоноидов зависит от особенностей производства и технологической обработки сока. Основным флаванонгликозидом в грейпфрутовом соке является нарингин, содержание которого составляет более 70% суммы флаванонов, его количество колеблется от 4,8 до 119,7 мг/100 мл [15].

По данным исследований грейпфрутовых соков промышленного производства, содержание нарингина составило 12,3-63,2 мг/100 мл [17]. Кроме нарингина, в грейпфрутовом соке обнаружен нарирутин, эриоцитрин, гесперидин, дидимин, понцирин, а также свободный агликон нарингенин [15, 17]. Полифенольные соединения вишневого сока представлены в основном флавоноидами и гидроксикоричными кислотами. Флавоноиды вишневого сока включают как окрашенные, так и неокрашенные соединения. Цвет вишни и вишневого сока определяется присутствием антоцианинов - природных пигментов, имеющих красную или фиолетовую окраску, суммарное содержание антоцианинов в вишневом соке варьирует в пределах 15,73-59,5 мг/100 мл (в пересчете на цианидин-3-О-глюкозид) [18]. По данным исследований вишневой соковой продукции [19], содержание антоцианинов в вишневом соке составило 4,69-24,44 мг/100 мл. В нем присутствуют также другие группы флавоноидов: катехины и флавонолы (кверцетин, рутин, кемпферол) [18, 19]. Гидроксикоричные кислоты в вишне представлены в основном хлорогеновыми кислотами (кофеоилхинными) и 3-кумароилхинной кислотой [18, 19]. Данные исследований 10 образцов вишневой соковой продукции подтверждают присутствие в вишневом соке хлорогеновых кислот и 3-кумароилхинной кислоты на уровне 16,23-27,96 и 8,74-19,63 мг/100 мл соответственно [19]. В целом общее содержание полифенолов можно рассматривать как интегральную базовую характеристику соков с точки зрения их потенциального влияния на здоровье.

Для определения общего содержания полифенолов используются два основных способа - суммирование содержания индивидуальных фенольных соединений по данным высокоэффективной жидкостной хроматографии с диодно-матричным детектированием и суммарный метод Фолина-Чокальтеу. Последний основан на окислении фенолов с помощью молибдо-вольфрамо-фосфорного гетерополианионного реагента с образованием окрашенного продукта с максимумом поглощения в видимой области при длине волны 765 нм в модификации с использованием калибровки по галловой кислоте [20]. Оптическая плотность окрашенного продукта окисления прямо пропорциональна концентрации фенольных соединений в образце. Преимуществами метода Фолина-Чокальтеу являются простота определения и высокая воспроизводимость при соблюдении ряда условий [20, 21], среди которых концентрации реагентов, время добавления и инкубации, использование эталонного стандарта - галловой кислоты. При интерпретации результатов применения метода Фолина-Чокальтеу для соковой продукции следует учитывать относительно невысокую специфичность в случае присутствия в матриксах других компонентов, окисляющихся реактивом Фолина-Чокальтеу, таких как редуцирующие сахара глюкоза и фруктоза, органические кислоты, аскорбиновая кислота, ароматические амины, пиридоксин, некоторые аминокислоты, на которые следует делать поправку при расчетах. Согласно данным литературы наибольшее влияние на точность результатов определения полифенольных соединений оказывают аскорбиновая и дегидроаскорбиновая кислоты, а также редуцирующие сахара, особенно фруктоза [20, 21].

Цель работы - изучение общего содержания полифенолов методом Фолина-Чокальтеу в зависимости от вида соковой продукции промышленного производства, представленной на рынке России, и времени, прошедшего с момента изготовления продукта.

Материал и методы

60 образцов фруктовых соков (апельсинового, яблочного, грейпфрутового) и вишневых нектаров были закуплены в торговых организациях (г. Москва, Россия). Каждый вид продукции представлен 5 популярными в России торговыми марками, каждая торговая марка представлена 3 образцами с различными датами изготовления. Большинство торговых марок относится к продукции российского производства: ТМ "Rich" (АО "Мултон"), ТМ "J7" и ТМ "Я" (ООО "Лебедянский"), ТМ "Santal" (АО "Белгородский молочный комбинат"), ТМ "Swell" (ООО "Производственная компания ЛИДЕР"), ТМ "ФрутоНяня" (АО "Прогресс"), ТМ "Fine Life" (ООО "Южная соковая компания"), ТМ "Сады Придонья" и ТМ "IL PRIMO" (ОАО "Сады Придонья"), ТМ "ВкусВилл" (ООО "Плодовое-2009"); две торговые марки - продукция из Армении: ТМ "Noyan" (ЗАО "Евротерм"), ТМ "Ararat" (ООО Пищевой комбинат "Арарат"). Даты изготовления образцов подбирали таким образом, чтобы исследование охватывало как образцы, произведенные недавно, так и те, со дня производства которых прошло 6 мес и более (но до истечения их срока годности). Заявленный срок годности исследованных продуктов составлял от 1 до 1,5 года.

Апельсиновые соки. Исследованы популярные в России восстановленные апельсиновые соки 5 различных торговых марок, все продукты были российского производства. С даты производства продуктов до даты проведения исследований прошло от 61 до 248 дней (2-8 мес).

Грейпфрутовые соки. Исследованы восстановленные грейпфрутовые соки 5 различных торговых марок, все продукты российского производства. С даты производства продуктов до даты проведения исследований прошло от 58 до 301 дня (2-10 мес).

Яблочные соки. В таблице указаны характеристики исследованных яблочных соков 5 различных торговых марок. Соки 4 торговых марок - российского производства, одной - производства Армении. Продукты 2 торговых марок относятся к категории восстановленных соков. Продукты 3 других торговых марок являются соками прямого отжима. С даты производства продуктов до даты проведения исследований прошло от 87 до 318 дней (3-11 мес).

Вишневые нектары. Исследованы вишневые нектары 5 различных торговых марок. Нектары 4 торговых марок - российского производства, 1 - производства Армении. Содержание вишневого сока в нектарах составляет 25-35%. Все нектары, кроме нектара, изготовленного в Армении, осветленные. С даты производства продуктов до даты проведения исследований прошло от 69 до 324 дней (2-11 мес).

Общее содержание полифенолов во фруктовых соках и нектарах определяли в пересчете на галловую кислоту методом Фолина-Чокальтеу в аккредитованной лаборатории Eurofins (Нант, Франция). Для каждого вида соковой продукции были рассчитаны средние значения из 3 независимых повторяющихся исследований и стандартное отклонение. Для оценки связи между временем, прошедшим с даты производства продукта, и содержанием полифенолов использовали корреляционный анализ.

Результаты и обсуждение

Результаты исследований общего содержания полифенолов в образцах продукции приведены в таблице.

Общее содержание полифенолов в исследованных образцах апельсиновых соков варьировало от 678 до 870 мг/кг. Среднее содержание полифенолов составило 781 мг/кг. Образцы различных торговых марок не показали значительного разброса в общем содержании полифенолов, что может быть связано с использованием в качестве сырья стандартных концентрированных апельсиновых соков, со стандартными технологиями производства и упаковывания продукции. При этом не наблюдалось очевидной корреляции между общим содержанием полифенолов в апельсиновых соках с периодом, прошедшим с момента производства продуктов (см. рисунок).

References

1. Duthie S.J., Duthie G.G., Russell W.R., Kyle J.A.M., Macdiarmid J.I., Rungapamestry V., et al. Effect of increasing fruit and vegetable intake by dietary intervention on nutritional biomarkers and attitudes to dietary change: a randomised trial. Eur J Nutr. 2018; 57 (5): 1855–72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nut.2018.10.034.

2. Bacchetti T., Turco I., Urbano A., Morresi C, Ferretti G. Relationship of fruit and vegetable intake to dietary antioxidant capacity and markers of oxidative stress: a sex-related study. Nutrition. 2019; 61: 164–72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nut.2018.10.034

3. Joseph S.V., Edirisinghe I., Burton-Freeman B.M. Fruit polyphenols. a review of anti-inflammatory effects in humans. Crit Rev Food Sci Nutr. 2016; 56 (3): 419–44. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2013.767221

4. Gregori D., French M., Gallipoli S., Lorenzoni G., Ghidina M. Global, regional, and national levels of fruit and vegetable consumption from the ROUND (woRld map of cOnsUmption of fruit and vegetables and Nutrient Deficits) project (P18-067-19). Curr Dev Nutr. 2019; 3 (suppl 1): nzz039.P18–067–19. DOI: https://doi.org/10.1093/cdn/nzz039.P18-067-19

5. D’Elia L., Dinu M., Sofi F., Volpe M., Strazzullo P.; SINU Working Group, Endorsed by SIPREC. 100% fruit juice intake and cardiovascular risk: a systematic review and meta-analysis of prospective and randomised controlled studies. Eur J Nutr. 2021; 60 (5): 2449–67. DOI: https://doi.org/10.1007/s00394-020-02426-7

6. Groh I.A.M., Riva A., Braun D., Sutherland H.G., Williams O., Bakuradze T., et al. Long-term consumption of anthocyanin-rich fruit juice: impact on gut microbiota and antioxidant markers in lymphocytes of healthy males. Antioxidants. 2021; 10 (1): 27. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox10010027

7. Tylavsky F.A, Han L., Sims Taylor L.M., Mason W.A., Carroll K.N., Bush N.R., et al. Oxidative balance score during pregnancy is associated with oxidative stress in the CANDLE study. Nutrients. 2022; 14 (11): 2327. DOI: https://doi.org/10.3390/nu14112327

8. Shams-Rad S., Bidaki R., Nadjarzadeh A., Salehi-Abargouei A., de Courten B., Mirzaei M. The association between major dietary patterns and severe mental disorders symptoms among a large sample of adults living in central Iran: baseline data of YaHS-TAMYZ cohort study. BMC Public Health. 2022; 22 (1): 1121. DOI: https://doi.org/10.1186/s12889-022-13518-w

9. Aune D., Giovannucci E.L., Boffetta P., Fadnes L.T., Keum N., Norat T., et al. Fruit and vegetable intake and the risk of cardiovascular disease, total cancer and all-cause mortality – a systematic review and dose-response meta-analysis of prospective studies. Int J Epidemiol. 2017; 46 (3): 1029–56. DOI: https://doi.org/10.1093/ije/dyw319

10. Benton D., Young H.A. Role of fruit juice in achieving the 5-a-day recommendation for fruit and vegetable intake. Nutr Rev. 2019; 77 (11): 829–43. DOI: https://doi.org/10.1093/nutrit/nuz031

11. Agarwal S., Fulgoni Iii V.L, Welland D. Intake of 100% fruit juice is associated with improved diet quality of adults: NHANES 2013-2016 analysis. Nutrients. 2019; 11 (10): 2513. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11102513

12. Murphy M.M, Barraj L.M, Brisbois T.D, Duncan A.M. Frequency of fruit juice consumption and association with nutrient intakes among Canadians. Nutr Health. 2020; 26 (4): 277–83. DOI: https://doi.org/10.1177/0260106020944299

13. AIJN-Market Report 2020. Printed by S&G, 2020. URL: https://aijn.eu/en

14. Ivanova N.N., Khomich L.М., Perova I.B. Apple juice nutritional profile. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (4): 125–36. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00068 (in Russian)

15. Liu S., Lou Y., Li Y., Zhang J., Li P., Yang B., et al. Review of phytochemical and nutritional characteristics and food applications of Citrus L. fruits. Front Nutr. 2022; 9: 968604. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2022.968604

16. Ivanova N.N., Khomich L.М., Perova I.B. Orange juice nutritional profile. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (6): 103–13. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00012 (in Russian)

17. Ivanova N.N., Khomich L.М., Perova I.B., Eller K.I. Grapefruit juice nutritional profile. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (5): 85–94. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10057 (in Russian)

18. USDA Database for the Flavonoid Content of Selected Foods. Release 3.2 (November 2015). URL: https://data.nal.usda.gov/dataset/usda-database-flavonoid-content-selected-foods-release-32-november-2015

19. Ivanova N.N., Khomich L.М., Perova I.B., Eller K.I. Cherry juice nutritional profile. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (4): 78–86. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10045 (in Russian)

20. Singleton V.L., Orthofer R., Lamuela-Raventós R.M. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of Folin-Ciocalteu reagent. Methods Enzymol. 1999; 299: 152–78. DOI: https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1

21. Prior R.L., Wu X., Schaich K. Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietary supplements. J Agric Food Chem. 2005; 53: 4290–302. DOI: https://doi.org/10.1021/jf0502698

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.