Сухие напитки на основе экстрактов бурых водорослей Японского моря и плодово-ягодных соков как функциональные продукты

Резюме

В настоящее время существует необходимость в создании функциональных напитков, не только нормализующих водно-электролитный баланс, но и корректирующих и оптимизирующих химическую структуру рациона. Основой для производства сухих напитков могут являться фруктовые и плодово-ягодные соки, экстракты растительного сырья, в том числе из водорослей, и др.

Цель исследования заключалась в разработке сухих напитков на основе сухих экстрактов бурых водорослей Costaria costata и Undaria pinnatifida и концентрированных плодово-ягодных соков и оценке содержания в них биологически активных веществ, а также антиоксидантных свойств полученных напитков.

Материал и методы. В качестве объектов использованы бурые водоросли Дальневосточного региона костария ребристая (Costaria costata) и ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida), из которых получены сухие гидротермические экстракты, а также сухие напитки на основе данных экстрактов (21-26%) и концентрированных плодово-ягодных соков черной смородины и голубики (31-37%). Содержание йода определяли титриметрическим методом, фукоидана, суммы фенольных соединений, флавоноидов, катехинов - спектрофотометрически, витамина С - титриметрически, антоцианов - методом pH-дифференциальной спектрофотометрии. Идентификацию фенольных соединений проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Антирадикальные свойства напитков оценивали по способности взаимодействовать со стабильным свободным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила in vitro спектрофотометрически.

Результаты. Сухие гидротермические экстракты бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida характеризуются высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ), основными из которых являются фукоидан и йод. Содержание фукоидана в экстракте C. costata составляет 1,7 г/100 г, в экстракте U. pinnatifida - 0,5 г/100 г; содержание йода соответственно 0,0036 и 0,0028 г/100 г. Содержание фенольных соединений составляет не менее 205 мг дубильной кислоты/ 1 г, основные соединения - сиринговая кислота и эпикатехин, салициловая и кумаровая кислоты, а также хлоргеновая, кофейная, 2,5-дигидроксибензойная, феруловая кислоты и галлаты эпигаллокатехина и эпикатехина. Разработанные напитки на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida (21-26%) и концентрированных соков голубики и черной смородины (31-37%) (остальное сахарная пудра) являются пищевой системой, обогащенной БАВ. Содержание йода в 1 порции напитков (10 г на 200 мл) является высоким и составляет 70-75 мкг, фенольных соединений - около 250 мг, витамина С - максимально в напитке с черной смородиной (41-44 мг), фукоидана - колеблется от 79 до 84 мг. Полученные сухие напитки удовлетворяют суточную физиологическую потребность в йоде не менее чем на 40%, в витамине С - не менее чем на 30% при употреблении 1 порции (10 г в 200 мл). Радикал-связывающая активность всех исследованных напитков была достаточно высокой и составляла 91,1-96,5%. Максимальные антирадикальные свойства проявлял напиток с соком голубики и экстрактом C. costata.

Заключение. Разработанные сухие безалкогольные напитки на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и концентрированных соков черной смородины или голубики содержат широкий спектр БАВ, могут быть отнесены к продуктам функциональной направленности за счет высокой степени удовлетворения суточной физиологической потребности организма человека в витамине С и йоде и характеризуются высокими антирадикальными свойствами.

Ключевые слова:сухие напитки; бурые водоросли Costaria costata и Undaria pinnatifida; биологически активные вещества; фукоидан; йод; соки черной смородины и голубики; антирадикальная активность

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ МК-4715.2021.4.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.

Вклад авторов. Авторы заявляют о равном вкладе при подготовке статьи.

Для цитирования: Табакаев А.В., Табакаева О.В. Сухие напитки на основе экстрактов бурых водорослей Японского моря и плодово-ягодных соков как функциональные продукты // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 4. С. 107-114. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91- 4-107-114

Напитки являются неотъемлемой частью пищевых традиций и широко применяются как в традиционном, так и в диетическом (лечебном и профилактическом) питании [1]. Безалкогольные напитки в широком ассортименте представлены в виде плодовых, овощных и фруктовых соков, минеральных вод, молочных и молочнокислых напитков и др. Выбор сырья для получения напитков достаточно широк, что позволяет создавать их новые виды. Кроме того, напитки могут производиться в сухом виде в форме порошка или гранул, что существенно расширяет круг их применения в связи с тем, что сухие напитки обладают пролонгированным сроком хранения, малым объемом, возможностью использования в различных условиях. В настоящее время существует необходимость в создании функциональных напитков, не только нормализующих водно-электролитный баланс, но и корректирующих и оптимизирующих химическую структуру рациона. Одна из целей использования таких напитков - обогащение рациона микронутриентами, поскольку безалкогольные напитки могут являться значимым источником некоторых микронутриентов - макро- и микроэлементов, витаминов, и ряда минорных биологически активных веществ (БАВ): флавоноиды, индолы, фитостеролы и др.

Чаще всего основой для производства сухих напитков являются фруктовые и плодово-ягодные соки, экстракты растительного наземного сырья и др. Однако существует огромное количество источников БАВ морского происхождения, которые не используются в технологиях напитков, в частности различные виды водорослей и морских трав. Из всего многообразия водорослей особый интерес представляют бурые водоросли, экстракты которых характеризуются антиоксидантными [2], антибактериальными свойствами [3]. В связи с этим разработка напитков с использованием комплекса БАВ морских водорослей представляется актуальным направлением исследований.

В Японском море широко распространены бурые водоросли, из них перспективными являются костария ребристая (Costaria costata) и ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida). Эти бурые однолетние водоросли, использующиеся как деликатесный пищевой продукт в Японии, Китае, Южной и Северной Корее, содержат полисахариды, маннит и альгинаты [4], а также широкий спектр БАВ [5]. В то же время существуют некоторые ограничения применения водорослей и их водных экстрактов в рецептуре напитков в силу определенной специфичности водорослевого запаха и вкуса. С целью корректировки органолептических характеристик напитков целесообразно использовать фруктовые, плодово-ягодные и овощные соки.

Соки, используемые в рецептуре напитков на основе экстрактов водорослей, должны иметь ярко выраженный вкус, запах и характеризоваться высоким содержанием БАВ. Данным требованиям удовлетворяют соки черной смородины и голубики.

В ягодах черной смородины высокое содержание витаминов С и Р, полифенольных соединений и флавоноидов, органических кислот и пектиновых веществ [6]. Ягоды голубики также богаты пектиновыми веществами, органическими кислотами, БАВ, в частности витаминами С, К, Е (около 30, 16 и 14% от суточной нормы потребления соответственно), а также антоцианами и лейкоантоцианами, флавонолами, катехинами, тритерпеновыми и хлоргеновыми кислотами, что обусловливает широкое применение в пищевом и фармакологическом производстве [7].

Цель исследования - разработка функциональных сухих безалкогольных напитков на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и концентрированных соков черной смородины и голубики, а также оценка содержания в них БАВ и их антирадикальных свойств.

Материал и методы

Объектами исследования были сухие гидротермические экстракты бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida, а также сухие напитки на их основе с концентрированными соками черной смородины и голубики.

Водные экстракты бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida были получены кипячением талломов в воде с использованием соотношения сырье : вода 1 : 3 при 100 °С, продолжительность 60 мин. Затем полученные экстракты были высушены с применением инфракрасной сушки до состояния порошка зелено-бурого цвета, с характерным запахом водорослей, слегка соленым вкусом и остаточной влажностью 8%. Содержание золы определяли удалением органических веществ из навески сжиганием и определением массы золы взвешиванием. Содержание йода определяли титриметрическим методом по ГОСТ 26185-04 "Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа", содержание белка - методом Кьельдаля. Содержание альгиновой кислоты определяли титриметрическим методом, основанном на обратном титровании серной кислотой избытка гидроксида натрия, оставшейся после взаимодействия ее с альгиновой кислотой, содержащейся в исследуемом образце [8]. Содержание маннита определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) по ГОСТ EN 15086-2015 "Продукция пищевая. Определение содержания изомальта, лактита, мальтита, маннита, сорбита и ксилита".

Количество фукозы в водорослях определяли спектрофотометрически по цветной реакции с L-цистеином и серной кислотой. Для определения содержания фукоидана в биомассе водорослей количество фукозы умножали на 2 исходя из условного среднего содержания фукозы в фукоидане, равного 50% [9]. Уровень каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом на сканирующем спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония) в ацетоновой вытяжке при длине волны 450 нм [10]. Содержание витамина С определяли по ГОСТ 24556-89 "Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витамина С", антоцианов - по ГОСТ 32709-2014 "Продукция соковая. Методы определения антоцианинов", пектиновых веществ - титриметрическим методом по ГОСТ 29059-91 "Продукты переработки плодов и овощей. Титриметрический метод определения пектиновых веществ", флавоноидов - спектрофотометрическим методом [11]. Количество катехинов определяли спектрофотометрическим методом, основанном на способности катехинов давать малиновое окрашивание с раствором ванилина в концентрированной соляной кислоте, на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония) при длине волны 504 нм. Содержание токоферолов определяли методом ВЭЖХ по МУ 08-47/184 "Биологически активные добавки, премиксы. Хроматографический (ВЭЖХ) метод определения массовых концентраций жирорастворимых витаминов А, Е и D3".

Суммарное содержание фенольных соединений определяли спектрофотометрическим методом с использованием реактива Фолина-Чокальтеу, основанном на восстановлении смеси фосфорновольфрамовой и фосфорномолибденовой кислот в щелочной среде и являющимся основным методом для определения общего содержания фенолов в лекарственном растительном сырье и пищевых продуктах [12]. Использовали сканирующий спектрофотометр UV-1800 (Shimadzu, Япония). Количественное определение суммы полифенольных соединений проведено в пересчете на дубильную кислоту.

Идентификацию фенольных соединений в экстрактах водорослей проводили с использованием жидкостного хроматографа высокого давления LC-20A (Shimadzu, Киото, Япония). Одновременный контроль длины волны обнаружения был установлен на 324 нм для хлоргеновой, кофейной, 2,5-дигидроксибензойной, кумаровой, феруловой и салициловой кислот и 277 нм для галлата эпигаллокатехина, эпикатехина, галлата эпикатехина и сиринговой кислоты.

Органолептическую оценку готовых растворенных напитков (10 г сухого безалкогольного напитка в 200 мл питьевой воды температурой 25-40 °С) проводили по 10-балльной шкале дегустационным методом, определяя внешний вид, цвет, запах и вкус. Образцы с 35-40 баллами получали оценку "отлично", 30-35 баллов - "хорошо", 20-30 баллов - "удовлетворительно", менее 20 баллов - "неудовлетворительно".

Антирадикальные свойства напитков оценивали по способности взаимодействовать со стабильным свободным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДФПГ) in vitro. Определение проводили в реакционной смеси, содержащей 3 мл 0,3 мМ ДФПГ в этаноле, 1 мл 50 мМ трис-HCl, рН 7,4, и 1 мл напитка [13]. После 30 мин инкубации при комнатной температуре регистрировали значения оптической плотности при λ=517 нм на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония) при 25 °С.

Радикал-связывающие свойства характеризовали показателями радикал-связывающей активности (РСА) и эффективной концентрацией вещества, при которой восстанавливается 50% свободных радикалов ДФПГ (ЕС50), мг/мл.

РСА рассчитывали по формуле:

РСА (%) = [А0 - А1] / А0 × 100,

где А0 - оптическая плотность раствора контроля; А1 - оптическая плотность экстракта.

Все исследования проводили в 3-кратной повторности. Экспериментальные данные представлены в виде М±m. Статистическую обработку проводили с использованием пакетов прикладных статистических программ Excel, Statistica 7.0. Достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента при 95% уровне значимости.

Результаты и обсуждение

В табл. 1 приведен химический состав и содержание БАВ в сухих экстрактах бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida. Экспериментальные данные демонстрируют значительное содержание БАВ в сухих экстрактах бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida, основными из которых являются фукоидан и йод.

В экстракте C. costata содержание фукоидана достаточно высокое, в экстракте U. pinnatifida оно в 3,4 раза меньше. Сульфатированный гетерополисахарид фукоидан - одно из уникальных веществ бурых водорослей, обладающих иммуномодулирующими [14], противоопухолевыми [15], антибактериальными [16], противовоспалительными [17], антиоксидантными [18], антикоагулянтными [19], противовирусными [20] и гипохолестеринемическими свойствами [21].

Содержание йода, необходимого для жизнедеятельности человеческого организма, влияющего на процессы метаболизма и участвующего в синтезе гормонов щитовидной железы [22], также оказалось выше в экстракте C. costata на 28,6%.

Сухие экстракты бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida содержат в значительном количестве фенольные соединения, обладающие доказанными антиоксидантными свойствами [23]. Фенольные соединения составили не менее 205 мг дубильной кислоты в 1 г сухого экстракта, основные соединения и их количество представлены в табл. 2.

Мажорными фенольными соединениями сухих экстрактов бурых водорослей являются сиринговая кислота и эпикатехин, также можно отметить высокое содержание салициловой и кумаровой кислот.

Таким образом, наличие БАВ в сухих экстрактах бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida обусловливает целесообразность их использования в составе пищевых систем в качестве источника важных микронутриентов.

Порошкообразные сухие экстракты бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida при растворении в воде образуют прозрачную светло-зеленую жидкость с незначительным запахом водорослей и слегка соленым вкусом.

На следующем этапе после растворения разработанных напитков, содержащих в 1 порции (10 г) 2,1-2,6 г сухих экстрактов водорослей и 3,1-3,7 г концентрированных ягодных соков (остальное сахарная пудра), оценивали органолептические характеристики, традиционные для безалкогольных напитков: внешний вид, вкус, цвет и запах. Поскольку вид экстракта несущественно влиял на органолептические показатели напитка, определяющим фактором являлся вид сока.

Представленные на рис. 1 данные демонстрируют, что наиболее приятный цвет, вкус и запах присущи напитку с соком голубики, внешний вид лучше у напитка с соком черной смородины. Оба напитка получили оценку "отлично" с суммарной оценкой 37,5 балла (напиток с соком голубики) и 37,1 балла (напиток с соком черной смородины).

БАВ и их содержание в напитках на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и концентрированных соков черной смородины и голубики в 1 порции готового напитка (200 мл) представлены в табл. 3. Представленные в табл. 3 данные характеризуют разработанные напитки на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и концентрированных соков голубики и черной смородины как пищевую систему, обогащенную БАВ: йодом, фенольными соединениями, витамином С и др. Напиток со смородиной характеризуется более высоким содержанием определенных БАВ.

Из установленных и количественно определенных БАВ в разработанных напитках наиболее значимо содержание йода и витамина С. В табл. 4 представлены расчетные данные удовлетворения суточной физиологической потребности взрослых в данных микронутриентах при употреблении 200 мл. 1 порция напитка удовлетворяет суточную физиологическую потребность в йоде не менее чем на 40%, в витамине С - не менее чем на 30%. Степень удовлетворения суточной физиологической потребности в витамине С у напитка с черной смородиной в 1,4 раза выше.

Антиоксидантные, в частности антирадикальные, свойства пищевых систем - важные проявления их биологической активности. В разработанных напитках антирадикальная активность может проявляться как за счет БАВ бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida, что подтверждается ранее проведенными исследованиями [5], так и за счет БАВ соков, в частности катехинов, антоцианов. Состав и содержание БАВ в напитках на основе экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и плодово-ягодных соков демонстрируют потенциально высокую антирадикальную активность. Антирадикальные свойства напитков представлены на рис. 2.

Радикал-связывающая активность всех исследованных напитков была достаточно высокой и составляла 91,1-96,5%, будучи максимальной у напитка на основе экстракта C. costata и сока голубики.

По показателю "эффективная концентрация вещества, при которой восстанавливается 50% свободных радикалов ДФПГ" максимальная антирадикальная активность установлена для напитка с соком голубики и экстрактом C. costata. Напитки с экстрактом C. costata продемонстрировали более высокие антирадикальные свойства, чем напитки с экстрактом U. pinnatifida.

Заключение

Разработанные сухие безалкогольные напитки на основе сухих экстрактов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida и концентрированных соков черной смородины или голубики содержат широкий спектр БАВ, важнейшими из которых являются йод, витамин С, флавоноиды, антоцианы и токоферолы, могут быть отнесены к продуктам функциональной направленности за счет высокой степени удовлетворения суточной физиологической потребности человеческого организма в витамине С и йоде и характеризуются высокими антирадикальными свойствами.

Литература

1. Зуев Е.Т. Функциональные напитки: их место в концепции функционального питания // Пищевая промышленность. 2004. № 7. С. 90-94.

2. Cao L., Lee S.G., Lim K.T., Kim H.R. Potential anti-aging substances derived from seaweeds // Mar. Drugs. 2020. Vol. 18, N 11. P. 564-570. DOI: https://doi.org/10.3390/md18110564

3. Gerasimenko N.I., Martyyas E.A., Busarova N.G. Composition of lipids and biological activity of lipids and photosynthetic pigments from algae of the families Laminariaceae and Alariaceae // Chem. Nat. Compd. 2012. Vol. 48. P. 737-741. DOI: https://doi.org/10.1007/s10600-012-0371-5

4. Суховеева М.В., Подкорытова А.В. Промысловые водоросли и травы морей Дальнего Востока: биология, распространение, запасы, технология переработки ТИНРО-центр, Владивосток, 2006. 243 с.

5. Табакаева О.В., Табакаев А.В. Биологически активные вещества потенциально промысловых бурых водорослей Дальневосточного региона // Вопросы питания. 2016. № 3. С. 126-133.

6. Бакин И.А., Мустафина А.С., Лунин П.Н. Изучение химического состава ягод черной смородины в процессе переработки // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 6. С. 159-162.

7. Величко Н.А., Берикашвили З.Н. Исследование химического состава ягод голубики обыкновенной и разработка рецептур напитков на ее основе // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2016. № 7. С. 126-131.

8. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев : НCalado J., Albert?o P.A., de Oliveira аукова думка, 1975. 253 с.

9. Смирнова А.И., Клочкова Н.И. Полисахаридный состав некоторых бурых водорослей Камчатки // Биоорганическая химия 2001. Т. 27, № 6. С. 444-448.

10. Сапожников Д.И. Пигменты пластид зеленых растений и методика их исследования. Москва; Ленинград : НCalado J., Albert?o P.A., de Oliveira аука, 1964. 120 с.

11. Calado J., Albertão P.A., de Oliveira E.A., Letra M.H.S. Flavonoid contents and antioxidant activity in fruit, vegetables and other types of food // Agric. Sci. 2015. Vol. 6. P. 426-435. DOI: https://doi.org/10.4236/as.2015.64042

12. ОФС 1.5.3.0008.15. Определение содержания дубильных веществ в лекарственном растительном сырье и лекарственных растительных препаратах. URL: http://193.232.7.120/feml/clinical_ref/pharmacopoeia_2/HTML/#417/z

13. Molyneux P. The use of the stable free radical diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) for estimating antioxidant activity // Songklanakarin J. Sci. Technol., 2004. Vol. 26, N 2. Р. 211-219.

14. Yoo H.J., You D.-J., Lee K.-W. Characterization and immunomodulatory effects of high molecular weight fucoidan fraction from the sporophyll of Undaria pinnatifida in cyclophosphamide-induced immunosuppressed mice // Mar. Drugs. 2019. Vol. 17, N 8. 447. DOI: https://doi.org/10.3390/md17080447

15. Saetan U., Nontasak P., Palasin K., Saelim H., Wonglapsuwan M., Mayakun J. et al. Potential health benefits of fucoidan from the brown seaweeds Sargassum plagiophyllum and Sargassum polycystum // J. Appl. Phycol. 2021. Vol. 33, N 5. P. 3357-3364. DOI: https://doi.org/10.1007/S10811-021-02491-3

16. Kordjazi M., Etemadian Y., Shabanpour B., Pourashouri P. Chemical composition antioxidant and antimicrobial activities of fucoidan extracted from two species of brown seaweeds (Sargassum ilicifolium and S.angustifolium) around Qeshm Island // Iran. J. Fish. Sci. 2019. Vol. 18, N 3. P. 457-475. DOI: https://doi.org/10.22092/IJFS.2018.115491

17. Хильченко С.Р., Запорожец Т.С., Звягинцева Т.Н., Шевченко Н.М., Беседнова Н.Н. Фукоиданы бурых водорослей: влияние элементов молекулярной архитектуры на функциональную активность // Антибиотики и химиотерапия. 2018. Т. 63, № 9-10. С. 69-79.

18. Zvyagintseva T.N., Usoltseva R.V., Shevchenko N.M., Surits V.V., Imbs T.I., Malyarenko O.S. et al. Structural diversity of fucoidans and their radioprotective effect // Carbohydr. Polym. 2021. Vol. 273. Article ID 118551. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118551

19. Besednova N.N., Zaporozhets T.S., Kuznetsova T.A., Makarenkova I.D., Kryzhanovsky S.P., Fedyanina L.N. et al. Extracts and marine algae polysaccharides in therapy and prevention of inflammatory diseases of the intestine // Mar. Drugs. 2020. Vol. 18, N 6. Р. 289. DOI: https://doi.org/10.3390/md18060289

20. Besednova N.N, Andryukov B.G., Zaporozhets T.S., Kryzhanovsky S.P., Fedyanina L.N., Kuznetsova T.A. et al. Antiviral effects of polyphenols from marine algae // Biomedicines. 2021. Vol. 9, N 2. P. 1-23. DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines9020200

21. Li J., Guo C., Wu J. Fucoidan: biological activity in liver diseases // Am. J. Chin. Med. 2020. Vol. 48, N 7. P. 1617-1632. DOI: https://doi.org/10.1142/S0192415X20500809

22. Скальная М.Г. Йод: биологическая роль и значение для медицинской практики // Микроэлементы в медицине. 2018. Т. 19, № 2. С. 3−11. DOI: https://doi.org/10.19112/2413-6174-2018-19- 2-3-11

23. Тутельян В.А., Лашнева Н.В. Биологически активные вещества растительного происхождения. Фенольные кислоты: распространенность, пищевые источники, биодоступность // Вопросы питания. 2008. Т. 77, № 1. С. 4-19.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»