ИЗУЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА СОКОВ БЕЛОГО И ЧЁРНОГО ВИНОГРАДА МЕТОДОМ ОПТИЧЕСКОЙ ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ

АННОТАЦИЯ

Методом ICP-OES исследован минеральный состав соков белого и чёрного винограда. Определено содержание 21 элемента из 30 возможных. Общая сумма макро- и микроэлементов в соке белого винограда составила 1099,58 мг/100 г, в соке чёрного - 1893,125 мг/100 г, что в 1,71 раза выше. Концентрация калия в чёрном винограде превышает таковую в белом в 1,92 раза. Существенное количество также вносят кальций, магний, фосфор и сера. Среди микроэлементов ведущую роль играют молибден, кремний и бор. Таким образом, минеральный профиль виноградных соков характеризуется высоким содержанием физиологически значимых элементов, среди которых ключевыми являются калий, магний, кальций, фосфор, сера, молибден, кремний и бор.

ABSTRACT

The mineral composition of white and black grape juices was studied using the ICP-OES method. The content of 21 out of 30 possible elements was determined. The total macro- and microelements in white grape juice were 1099.58 mg/100 g, while in black grape juice they were 1893.125 mg/100 g, which is 1.71 times higher. The potassium concentration in black grapes is 1.92 times higher than in white grapes. Calcium, magnesium, phosphorus, and sulfur also contribute significantly. Among the microelements, molybdenum, silicon, and boron play a leading role. Thus, the mineral profile of grape juices is characterized by a high content of physiologically significant elements, the key ones being potassium, magnesium, calcium, phosphorus, sulfur, molybdenum, silicon, and boron.

Ключевые слова: виноград, сок, макро и микроэлементы, эмиссионная спектроскопия; индуктивно-связанная плазма.

Keywords: grapes, juice, macro- and microelements, emission spectroscopy,  inductively coupled plasma.

Введение

Виноград обыкновенный (Vitis vinifera L.)  относится к роду Vitis L. семейства Виноградовые (Vitaceae). Многолетнее растение, высота достигает 30-40 м. Распространен в Европе, Азии, Северной и Южной  Америке, Северной и Южной Африке, Австралии и Новой Зеландии. В основном , выращивают белые, красные и чёрные сорта винограда. Виноград богат белками, углеводами, флавоноидами, стильбенами, гидроксикоричными кислотами, танинами, витаминами и минералами. Полифенольные соединения хотя и составляют незначительную массу ягоды, но вносят существенный вклад в качество ягод. В ягодах винограда важным минералом является калий, концентрация которого в соке составляет 1 г/л [1,2,3]. Катион калия используются клетками для нейтрализации анионов и анионных групп. Обладая свойствами замещать протоны, катионы калия влияют  на рН виноградного сока [4].  Кроме калия в ягодах винограда обнаружены  такие макроэлементы, такие как, натрий, кальций, магний, сера и фосфор. Катионы кальция и магния являются важными компонентами клеточных стенок [3].  Кроме макроэлементов в ягоде винограда обнаружены железо, медь, марганец, цинк, бор[2,5]. Микроэлементы могут играть важную роль в изменении цвета фруктового сока и вина. Медь, являясь кофактором фермента полифенолоксидазы, участвует в окислении фенолов[6]. В ягодах винограда также обнаружены незначительные количества редкоземельных металлов [7,8, 9]. Среди редкоземельных металлов преобладают: неодим, церий и лантан. Редкоземельные металлы обладают биологическими свойствами, сходными со свойствами катиона кальция.

Целью нашего исследования является изучение макро и микроэлементного состава соков белого и чёрного виноградов, выращенных в Ферганской области Республики Узбекистан.

Материалы и методы

Для эксперимента навеска массой 0,1000 г помещалась в тефлоновый автоклав. К образцу добавляли 3 мл очищенной концентрированной азотной кислоты (HNO₃) и 2 мл перекиси водорода (H₂O₂). Автоклав герметично закрывался и устанавливался в микроволновую систему разложения с программным управлением (Berghof Speed Wave Xpert). Процесс разложения выполнялся в соответствии с заданной программой, при этом температура и давление внутри автоклава контролировались автоматически. Разложение проводилось в течение 35–45 минут при температуре 50–230 °C и давлении до 40 бар.  После завершения процесса автоклав охлаждали до комнатной температуры, а полученный раствор количественно переносили в мерную колбу объемом 100 мл. Остатки внутри автоклава промывали бидистиллированной водой 2–3 раза и объединяли с основным раствором. Затем раствор в колбе доводили до метки бидистиллированной водой и тщательно перемешивали[9,10].

Приготовленный раствор переносили в виалу автосэмплера и устанавливали в соответствующее место в приборе. В программное обеспечение вносились данные о массе навески и коэффициенте разбавления, что обеспечивало автоматический расчет конечной концентрации. Определение элементного состава проводилось с помощью оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой (Perkin Elmer Avio-200 ICP-OES).

Обсуждение результатов

 Методом ICP-OES  в соках белого и чёрного винограда определен минеральный состав. Изучено содержание 30 элементов.

Определено содержание 21 элементов (Табл.1). Общее количество макро и микроэлементов в соках белого и чёрного винограда соответственно составляет 1099,58 мг/100 г и 1893,125 мг/100 г. В соке чёрного винограда сумма минералов 1,71 раза больше чем в соке белого винограда.  В соке белого винограда количество макро и микроэлементов увеличивается с следующем порядке: Co < Cr < Ba < Mn < V <  Cu < Zn <  Li < Al < Fe <  Sr < Se < B < Si < Na < Mg < Mo < S < P < Ca < K,  в соке чёрного винограда имеет следуюший вид:   Co < Cr < Ba < V < Mn <  Cu < Li  <   Zn <  Al < Fe <  Se < Sr < B < Si < Na < Mo <  Mg < S < Ca < Pa < K.

Таблица 1.

Результаты полученных данных минерального состава исследуемых объектов (мг/100 г)

В соках белого и чёрного винограда определены содержания следующих макроэлементов: натрий, магний, сера, кальций, фосфор и калий. Сумма макроэлементов в соках белого и чёрного винограда составляет соответственно 1040 мг/100 г и 1827,5 мг/100 г, что составляет 94,5% и 96,5 % (Табл.1).

В изученных образцах белого и чёрного винограда максимальное количество имеет калий, количество которого составляет соответственно 69% и 76,85% от общего содержания элементов (Рис.1).

Рисунок 1. Макроэлементный состав соков белого и чёрного винограда

Содержание калия в соке чёрного винограда 1,92 раза больше чем, в соке белого винограда. В соках белого и чёрного винограда кальций, сера, натрия имеют идентичные концентрации. А концентрация магния и фосфора соответственно выше 1,6 и 1,64 раза. Концентрация калия в соке белом винограде выше чем остальные макроэлементы на 9,7-44,9; а в соке чёрного винограда на 11,4-61,6 раза. Калий играет ключевую роль в обеспечении нервно-мышечной проводимости, работе сердца, поддержании водно-солевого и кислотно-щелочного равновесия.

В соках белого и чёрного винограда определены содержания 15 микроэлементов. Сумма микроэлементов в соках белого и чёрного винограда составляет соответственно 59,5 мг/100 г и 65,5 мг/100 г (Рис.2).

Рисунок 2. Важнейшие микроэлементы соков белого и чёрного винограда

В соке белого винограда количество микроэлементов увеличивается с следующем порядке: Co < Cr < Ba < Mn < V <  Cu < Zn <  Li < Al < Fe <  Sr < Se < B < Si < Mo,  в соке чёрного винограда имеет следуюший вид:   Co < Cr < Ba < V < Mn <  Cu < Li  <   Zn <  Al < Fe <  Se < Sr < B < Si <  Mo.

В соках белого и чёрного винограда доминирующим из микроэлементов является молибден, концентрация которого выше, чем концентрация натрия, являющегося одним из важнейших макроэлементов.  В соках белого и чёрного винограда присутствуют почти все биологически значимые микроэлементы: железо, цинк, медь, марганец, селен, кобальт, хром, молибден.

Преобладающими микроэлементами являются молибден, кремний и бор. Молибден является кофактором многих ферментов, участвует в метаболизме пуринов и серосодержащих соединений. Кремний совместно с кальцием, магнием и фосфором участвует в минерализации костей.

Бор усиливает минерализацию костей, поддерживает иммунную систему и действует на обмен эстрогена и тестостеронах [14,15].

В ходе исследования в соках белого и чёрного винограда анализировали содержания токсичных элементов, но в условиях эксперимента мышьяк, кадмий, ртуть и свинец не обнаружены. Таким образом, в результате изучения макро- и микроэлементного состава в соках белого и чёрного винограда доминирующими минералами являются калий, фосфор, сера, кальций, магний, молибден, кремний и бор.

Выводы

Методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой изучен макро и микроэлементы состав соков белого и чёрного винограда выращенных в Ферганской области Республики Узбекистан. В соках белого и чёрного винограда обнаружены 21 элементов. Преобладающим элементом в соках белого и чёрного винограда является калий содержание которого составляет соответственно 69% и 76,85% от общего содержания элементов. Общая сумма минералов в соке чёрного винограда 1,71 раза больше, чем в соке белого винограда. Важнейшими микроэлементами в соках белого и чёрного винограда являются молибден, кремний и бор. Соки белого и чёрного винограда предложены для приготовления различных  БАДов и других напитков.

Список литературы:

1. Mpelasoka B.S., Schachtmann D.P., Treeby M.T., Thomas M.R. A review of potassium nutrition in grapevines with special emphasis on berry accumulation // Aust. J. Grape Wine Res. – 2003. – №9. – С. 154–168.
2. Rogiers S.Y., Greer D.H., Hatfield J.M., Orchard B.A., Keller M. Mineral sinks within ripening grape berries (Vitis vinifera L.) // Vitis. – 2006. – №45. – С. 115–123.
3. Donèche B., Chardonnet C. Evolution et localisation des principaux cations au cours du developpement du raisin // Vitis. – 1992. – №31. – С. 175–181.
4. Boulton R. The general relationship between potassium, sodium and pH in grape juice and wine // Am. J. Enol. Vitic. – 1980. – №31. – С. 182–186.
5. Bertoldi D., Larcher R., Bertamini M., Otto S., Concheri G., Nicolini G. Accumulation and distribution pattern of macro- and microelements and trace elements in Vitis vinifera L. cv. Chardonnay berries // J. Agric. Food Chem. – 2011. – №59. – С. 7224–7236.
6. Eschenbruch R., Kleynhans P.H. The influence of copper-containing fungicides on the copper content of grape juice and on hydrogen sulphide formation // Vitis. – 1974. – №12. – С. 320–324.
7. Bertoldi D., Larcher R., Nicolini G., Bertamini M., Concheri G. Distribution of rare earth elements in Vitis vinifera L. ‘Chardonnay’ berries // Vitis. – 2009. – №48. – С. 49–51.
8. Yang Y., Duan C., Du H., Tian J., Pan Q. Trace element and rare earth element profiles in berry tissues of three grape cultivars // Am. J. Enol. Vitic. – 2010. – №61. – С. 401–407.
9. Bolarinwa I.F. Comparative study of the safety and chemical composition of commercially available fruit juices and soft drinks in Southwest Nigeria // European Journal of Nutrition & Food Safety. – 2021. – Vol. 13, –№7. – P. 17–30.
10. Mirzabdullaeva D., Nazarov O. Investigation of the mineral composition of the plant Prúnus armeníaca L.I nductively coupled plasma mass spectrometry//Scientific journal of the Fergana State University. – 2023. – №.1.– С. 126.
11. Komolova, M., Nazarov, O., Mamajanova, I. Prunus cerasus L. o‘simligini element tarkibini ICP-MS usuli bilan tadqiq qilish // Scientific Journal of the Fergana State University. – 2023 – № 2. – С. 132.
12. Расулова М.О., Назаров О.М., Амирова Т.Ш. Определение содержания макро- и микроэлементов в различных видах кожи методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой // Universum: химия и биология. – 2022. – Т. 6, № 2 (96). – С. 18–22.
13. Карабаева Р.Б., Ибрагимов А.А., Назаров О.М. Определение содержания химических элементов и аминокислот в Prunus persica var. nectarina // Universum: химия и биология. – 2020. – № 9 (75). – С. 15–18.
14. Adamus J.P. Molybdenum's Role as an Essential Element in Enzymes and Human Health // Nutrients. – 2024. – Vol. 16, No. 2. – P. 315–327.
15. Pritchard A. Silicon Supplementation for Bone Health: An Umbrella Review // Frontiers in Nutrition. – 2024. – Vol. 11. – Article 1397808. – P. 1–14.