Сушка и предварительная обработка плодов боярышника с целью сохранения биологически активных веществ

АННОТАЦИЯ

Анализируемые антиоксидантные свойства высушенных плодов боярышника включали полифенолы, витамин С, каротиноиды, флавоноиды и общую антиоксидантную активность. Определяли содержание полифенолов и количественно определяли с помощью УФ-спектрофотометра. Витамин С анализировали с помощью ВЭЖХ-системы, а общие каротиноиды, антиоксиданты и флавоноиды-с помощью УФ-спектрофотометра на различных длинах волн. Способ сушки и тип предварительной обработки оказали значительное влияние (Р ≤ 0,01) на содержание флавоноидов, общих каротиноидов и β-каротина для по-разному предварительно обработанных и высушенных плодов боярышника.

ABSTRACT

The analyzed antioxidant properties of dried hawthorn fruit included polyphenols, vitamin C, carotenoids, flavonoids, and overall antioxidant activity. The content of polyphenols was determined and quantified using a UF spectrophotometer. Vitamin C was analyzed using a HPLC system, and total carotenoids, antioxidants, and flavonoids were analyzed using a UF-spectrophotometer at various wavelengths. The drying method and type of pretreatment had a significant impact (P ≤ 0.01) on the content of flavonoids, total carotenoids, and β-carotene for differently pretreated and dried hawthorn fruit.

Ключевые слова: Антиоксиданты, сушка, плоды боярышника, фенолные, предварительная обработка, витамин С.

Keywords: Antioxidants, drying, crataegi fructus, phenolics, pretreatment, vitamin C.

Сезонность плодов боярышника (Crataegi fructus) приводит к дефициту в межсезонье. Prasantha и Amunogoda [1] отмечает, что, несмотря на возросший рыночный спрос на обезвоженные плоды, существует потребность в усовершенствованных методах сушки, условиях хранения и усовершенствованных методах обработки, которые позволят повысить качество фруктов при одновременном снижении производственных затрат на обезвоженные продукты. Сушка горячим воздухом была определена как наиболее часто используемый метод в послеуборочной технологии скоропортящихся продуктов [2]. Высокая скоропортящаяся способность боярышника как плода требует удаления воды для повышения сохранности за счет снижения активности воды. Для продления срока хранения плодов, направленного на минимизацию послеуборочных потерь и повышение продовольственной безопасности в межсезонье, обезвоживание уже несколько десятилетий используется в качестве одного из методов консервирования [3,4].

Методы дегидратации продлевают срок хранения продуктов за счет снижения ухудшающего потенциала микробной активности и ферментативных реакций.

Несмотря на улучшенный срок хранения, придаваемый методами сушки, некоторые недостатки сопровождают эти методы, например, ухудшение качества как по физическим, так и по питательным свойствам [6]. Некоторые недостатки качества, которые наблюдались в сухофруктах, заключаются в следующем: обесцвечивание, например обесцвечивание или потемнение, обжиг, отверждение корпуса и микробная порча при недостаточной сушке [2]. Все эти недостатки требуют предварительной обработки перед сушкой, чтобы облегчить неблагоприятные последствия сушки [14].

Плоды боярышника вновь известны своим богатым вкусом и ароматом, а также антиоксидантной способностью, которая дополняет его пищевую ценность [5,6]. Полифенолы и каротиноиды, содержащиеся в плодах боярышника, образуют основной класс пищевых антиоксидантов, содержащихся в растительной пище.

Данное исследование было проведено с целью изучения влияния трех вариантов предварительной обработки и трех вариантов сушки на антиоксидантные свойства боярышника.

Очищенные плоды были разделены на равные партии по 800 г и подвергнуты различным обработкам, включая бланширование (3 минуты), погружение в лимонную кислоту (1% CA), контроль (необработанные) и погружение в лимонный сок (0,5 в/в LJ) концентрации 6,19-6,94 г/100 г. Для бланширования образцы на сетчатом лотке, помещенном сверху сосуда из нержавеющей стали, подвергались воздействию пара в течение 3 мин. Пар получался при нагревании до кипения сосуда из нержавеющей стали, который был наполовину заполнен водой. Бланшированные паром плоды боярышника извлекали из сетчатого лотка и подвергали охлаждению на льду, помещенном сверху на стол из нержавеющей стали, покрытый пищевой пленкой, чтобы избежать прямого контакта. Раствор предварительной обработки для 1% - ной лимонной кислоты готовили путем растворения 10 г лимонной кислоты в 1 л дистиллированной воды внутри сосуда из нержавеющей стали. Для предварительной обработки лимонным соком и лимонной кислотой плоды боярышника замачивали в соответствующих растворах в течение 40 мин. Подготовленное сырьё извлекали из этих растворов и выкладывали без перекрытия на перфорированные лотки размером 63 × 42 см. Предварительно обработанное сырьё оставляли капать лишнюю воду в течение 20 мин перед помещением в солнечную сушилку и конвективную сушилку при температуре 50 °C и 65 °C для обезвоживания до достижения влажности около 12%. Образцам, помещенным в конвективную-сушилку при температуре 50 °С и 65 °С, давали 11 и 5 ч соответственно, а образцам, помещенным в солнечную сушилку, - 16 ч.

Предварительно обработанные и высушенные образцы были заключены в алюминиевую фольгу и помещены в маркированные герметичные пакеты с застежкой-молнией для хранения в морозильной камере при температуре -18 °C до проведения анализа. Различные параметры были проанализированы, как подробно описано в приведенных ниже процедурах, как для свежих, так и для предварительно обработанных и высушенных образцов.

Определение витамина С было проведено следующим образом, 1 г высушенного образца экстрагировали 30 мл 0,8% Метафосфорной кислоты. Экстракт центрифугировали при 10 000 оборотах в минуту в течение 10 мин при температуре 4 °C. Супернатант фильтровали через Ватмановскую фильтровальную бумагу № 4, а затем доливали до отметки 50 мл объемной колбы с использованием 0,8% метафосфорной кислоты. Экстракт гомогенно смешивали и 1 мл раствора фильтровали во флаконы с помощью фильтра. Двадцать микролитров экстракта вводили в ВЭЖХ.

Анализ проводился с использованием ВЭЖХ-системы, состоящей из четвертичных насосов и фотодиодного детектора. Разделение проводили на колонке.

Определение проводилось в темных условиях для защиты каротиноидов от деградации. Один грамм высушенных образцов взвешивали на цифровых весах и измельчали с помощью ступки и пестика. Для облегчения измельчения добавляли 1,5 г Селита, а 40 мл холодного ацетона использовали для извлечения каротина, а затем переносили в мерную колбу объемом 50 мл. Экстракт фильтровали с помощью ваты, а остаток промывали холодным ацетоном до тех пор, пока он не лишался цвета (весь каротин экстрагировали). Фильтрат заливали до 50 мл.

Определение антиоксидантной активности проводили после измельчения образца 0,25 г сушенных плодов боярошника взвешивали в янтарных стеклянных флаконах по 250 мл. Двадцать пять миллилитров метанола измеряли с помощью объемной колбы и добавляли к образцу. Дальнейшая экстракция производилась путем выдерживания образцов в темноте в течение 72 ч. фильтрация экстракта производилась с помощью фильтровальной бумаги Whatman No. 4 а затем фильтрат концентрируют во вращающемся испарителе примерно до 20 мл. Затем экстракт переносили в стеклянные флаконы по 50 мл и плотно закупоривали. Приготовление экстракта производили концентрациями 0,01, 0,1, 1,0, 2,0 и 5 мг / мл в метаноле. Один мл экстракта помещали в пробирку и добавляли 3 мл метанола, а затем 0,5 мл 1 мм 2, 2-дифенил-1-пикрилгидразила в метаноле. Витамин С использовался в качестве стандарта антиоксидантов в концентрациях, аналогичных экстракту. Заготовку готовили путем добавления 0,5 мл ДФПГ к 4 мл метанола. Определение радикальной продувочной активности экстракта против радикала ДППГ проводили с помощью спектрофотометра при 517 Нм. Активность радикальной продувки рассчитывалась по формуле, приведенной ниже;

где,

A₀ - измеряется ли поглощение для контрольной реакции (пустой образец)

A₁ - это поглощение, измеренное для испытуемого соединения.

Концентрация экстракта, обеспечивающая 50% ингибирование (IC50), определялась по графику, на котором строилось % ингибирование против концентрации экстракта.

Определение общего содержания полифенолов, метод Фолин-Чокалтеу (FCM), основанный на фенольном восстановлении комплекса, известного как фосфоволь-фрамат-фосфомолибдат, до синих комплексов, был использован в качестве адаптированного по Эйнсворту и Гиллеспи [10] с незначительными модификациями. 0,25 г каждого образца измельчали в ледяном пестике и ступке, а затем помещали в янтарные флаконы объемом 100 мл. К образцовой смеси добавляли 25 мл холодного метанола с последующим вихревым перемешиванием в течение 3 ч. смесь инкубировали при комнатной температуре в течение 72 ч. экстрагированный образец фильтровали через фильтровальную бумагу Whatman №4. Центрифугирование образцов проводили при 13000 × g в течение 10 мин при комнатной температуре,а затем отбирали супернатант. Галловая кислота использовалась для приготовления концентраций стандарта в диапазоне 60-150 мкг/мл.1 мл экстракта пипеткой вводили в пробирку, выстланную алюминиевой фольгой. Добавляли 2 мл 10%–ного реагента Фолин-Циокалтеу и вихревали перед добавлением 4 мл 0,7 м карбоната натрия, чтобы избежать окисления воздухом фенолов экстракта. Каждый образец смеси выдерживали в течение 2 ч при комнатной температуре. Поглощение измеряли примерно при 760 Нм против деионизированной воды с помощью спектрофотометра. Заготовку прогоняли с галловой кислотой (10-100 г / мл) и 0,5 мл метанола -80 и для калибровки стандартной кривой. Содержание фенола рассчитывали на основе калибровочных кривых галловой кислоты и выражали в граммах эквивалентов галловой кислоты на 100 г.

Содержание флавоноидов определяли из того же экстракта, 1 мл экстракта пробы переносили в пробирку, содержащую 4 мл дистиллированной воды. Через 5 мин добавляли 0,3 мл 5% - ного нитрита натрия, завихряли и оставляли стоять в течение 3 мин. Добавляли 0,3 мл 10% хлорида алюминия, а затем 2 мл 1 м гидроксида натрия через 1 мин. Через 2 мин в смесь добавляют 2,5 мл дистиллированной воды и доливают до 10 мл. Полученный желтый раствор оставляли стоять при температуре 25 °С в течение 30 мин. Поглощение измеряли на длине волны 415 Нм с помощью спектрофотометра. Результаты по общему содержанию флавоноидов были выражены в МГ эквивалентов рутина на г экстракта.

Достоверная разница (Р < 0,05) наблюдалась по количеству различных антиоксидантов, проанализированных для различных предварительно обработанных и высушенных плодов боярошника. Среднее содержание витамина С составило 78,9 мг/100 г, а для свежего сорта Нгоу-40,8 мг / 100 г (Рис. 1). Содержание витамина С в сушеных плодах боярошника снизилось по сравнению с соответствующими свежими образцами (контроль). Более высокое содержание витамина С наблюдалось в высушенных в сушилной установке, образцах по сравнению с высушенными на солнце образцами. Наблюдаемое содержание витамина С в образцах свежего спелого плода боярошника в этом исследовании было ниже заявленных значений 124,4 мг / 100 г сухого веса и 164,3 мг/100 г. Предварительно обработанные и высушенные образцы лимонной кислоты показали большее удержание витамина С по сравнению с другими предварительно обработанными образцами и контролем. Содержание витамина С было выше как в свежих, так и в сушеных плодов боярошника (рис. 1). Эта сортовая разница в отношении концентрации витамина С в боярошнике не является уникальной. Чанг [11] наблюдал зависимость содержания витамина С от сортовых различий и условий культивирования. Как правило, различия между наблюдаемыми и сообщаемыми значениями для данного исследования могут быть объяснены различиями в стадии зрелости, стадии роста, сорте, географическом распределении и характере послеуборочной обработки. При повышенной температуре обработки (50-65 °с) наблюдалась повышенная потеря витамина С. Фактически боярошник, предварительно обработанное бланшированием перед сушкой, показало меньший уровень витамина С по сравнению с другими предварительными обработками, что укрепило мнение о том, что бланширование увеличивает потерю витамина С. Витамин С считается очень теплолюбивым и подвержен выщелачиванию питательных веществ, связанному с бланшированием [12]. Трудности возникают при сохранении витамина С из-за его восприимчивости к теплу. Исследования показывают, что витамин С окисляется в присутствии кислорода [10] и мог бы больше деградировать при более длительных периодах сушки. Кроме того, высушенные на солнце образцы имели более высокое содержание влаги-около 15%, что было связано с повышенной потерей витаминов [9]. Более высокие уровни содержания влаги усиливают ферментативные реакции, а также взаимодействие компонентов высушенного продукта [11]. По мнению Химавати и Хадера [13], разумное применение антиоксидантов обеспечивает контролируемое разложение витамина С. Помимо лимонной кислоты, содержащейся в лимонном соке, витамин С существует в концентрациях до 680 мг/л сока [4] и также дополняет антиоксидантные свойства.

Рисунок 1. Влияние предварительной обработки перед сушкой на содержание витамина С для плодов боярышника

Общее содержание каротиноидов и β-каротина в свежих и сушеных образцах приведено в таблице 1. Наблюдалось значительное трехстороннее взаимодействие по β-каротину F (6, 52) =26,57, Р = 0,000 и суммарным каротиноидам F (6, 48) =3,96, Р = 0,0027. Результаты показали изменение содержания каротиноидов для различных предварительно обработанных и высушенных плодов боярошника с самым высоким значением 43,2 мг/100 г, предварительно обработанных 1% лимонной кислотой, высушенных в духовке при 50 °С.

Общее содержание флавоноидов варьировало от 4,27 ± 0,15 до 38,85 ± 1,13 мг рутина на 100 г FW. Наблюдалось значительное влияние, Р = 0,000, на содержание флавоноидов. Свежие продукты содержали меньшее количество флавоноидов по сравнению с сушеными. Результаты этого исследования согласуются с предыдущими исследованиями, где наибольшее общее содержание флавоноидов 9,25 мг. 

Таблица 1.

Влияние предварительной обработки сушки и способа сушки на содержание каротиноидов, флавоноидов и полифенолов в различных предварительно обработанных и высушенных плодов боярошника

Общий полифенольный состав показал значительную вариабельность в диапазоне от 1,29 ± 0,09 до 26,66 ± 0,6 мг галловой кислоты/100 г FW. Значительные изменения наблюдались при увеличении содержания полифенолов в сушеных образцах по сравнению со свежими. Аналогичные находки связывают повышенное содержание фенолов в сухофруктах с образованием продуктов реакции Майяра, которые могут спровоцировать развитие новых фенольных комплексов из их предшественников при повышенных температурах.

Предыдущие исследования показали, что длительные периоды дегидратации при повышенных температурах приводят к получению продуктов более низкого качества, что связано с ферментативными реакциями, карамелизацией, реакциями Майяра, деградацией пигментов и окислением витамина С [4]. По данным Kim и др. [12], модифицированная сушка, представляющая собой низкотемпературную сушку в течение более коротких периодов времени, привела к повышению эффективности по сравнению с обычной сушкой, когда оценивались цвет, антиоксидантная активность и витамин С. По данным Chang, [7,8], общая антиоксидантная активность флавоноидов, а также общая активность фенолов повышается при сушке.

Антиоксидантная способность высушенного плода боярошника показала повышенную тенденцию как для сушки в установке при температуре 65 °C и 50 °C, так и для сушки на солнце (рис. 2 ). Как правило, для высушенных образцов наблюдалась более высокая антиоксидантная активность по сравнению со свежими образцами. Свежие образцы демонстрировали самую низкую активность Радикальной продувки. Ингибирующая концентрация (IC50), регистрируемая для высушенных в печи образцов, составляла ≥2,5 мг/мл, что свидетельствовало о термостабильности антиоксидантных соединений при сушке.

Рисунок 2 . График процентного ингибирования концентрации (мг/мл) для свежих и сушеных плодов боярышника

Общая антиоксидантная активность боярошника синергически обусловлена различными фитохимическими веществами, а именно общими фенолами, каротиноидами, витамином С и флавоноидами. Таким образом, повышенное содержание антиоксидантов в сушеных плодов боярошника по сравнению со свежими образцами можно объяснить увеличением содержания этих фитохимикатов после сушки. Высокая температура печи, 65 °С, не оказывала понижающего влияния на антиоксидантную способность при сушке.

Предварительная обработка перед сушкой и способ сушки оказали значительное влияние на содержание антиоксидантов в сушеных плодов боярошника. Высушенные плоды боярошника показали лучшие антиоксидантные свойства по сравнению со свежими образцами, которые могут быть использованы для профилактики окислительного стресса. Результаты по антиоксидантной способности плоды боярошника считались лучшим сырьём, так как они обладают более высокой способностью к теплообработке Синергические эффекты полифенолов и флавоноидов, возможно, являются причиной повышенной антиоксидантной активности в сушеных плодах боярошника. Полученные результаты продемонстрировали потенциал повышения питательных качеств сушенных плодах боярошника  с точки зрения их антиоксидантных свойств.

Список литературы:

1. B.D.R. Prasantha, P.N.R.J. Amunogoda, Moisture adsorption characteristics of solar-dehydrated mango and jackfruit, Food Bioproc. Tech. 6 (7) (2013) 1720–1728, doi: 10.1007/s11947- 012- 0832- 7.   
2. E.O. Akoy, Effect of drying temperature on some quality attributes of mango slices, Intern. J. Innov. Sci. Res. 4 (2) (2014) 91–99.  
3. A.A. Bouba, N.Y. Njintang, G.B. Nkouam, Y.D. Mang, A.H. El-Sayed Mehanni, J. Scher, D. Montet, C.M. Mbofung, Desorption isotherms, net isosteric heat and the effect of temperature and water activity on the antioxidant activity of two varieties of onion (A llium cepa L), Int. J. Food Sci. Tech. 49 (2) (2014) pp.4 4 4–pp.452.
4. Сафаров Ж.Э., Султанова Ш.А. Инновационный метод сушки лекарственных растений. Монография. –Ташкент: «ILM ZIYO ZAKOVAT», 2019. -148 с.
5. Султанова Ш.А., Сафаров Ж.Э., Самандаров Д.И.  Программное обеспечение математической модели для сушки лекарственных растений. Заявка программный продукт DGU 20191191 от 24.09.2019 г.
6. D. Arslan, M.M. Özcan, Food and bioproducts processing dehydration of red bell-pepper (Capsicum annuum L.): change in drying behavior, colour and antioxidant content, Food Bioprod. Process. 89 (4) (2010) 504–513, doi: 10.1016/j.fbp.2010.09.009.
7. Sh. A. Sultanova, J. E. Safarov. Experimental study of the drying process of medicinal plants. International Journal of Psychosocial Rehabilitation, Vol. 24, Issue 08, 2020 ISSN: 1475-7192, 1962-1968.
8. K. Górnicki, A. Kaleta, Drying curve modelling of blanched carrot cubes under natural convection condition, J. Food Eng. 82 (2) (2007) 160–170, doi: 10.1016/j.jfoodeng.20 07.02.0 02.
9. A. Andrés, P. Fito, A. Heredia, E.M. Rosa (2007), Drying Technology : An International Journal Combined Drying Technologies for Development of High- Quality Shelf-Stable Mango Products Combined Drying Technologies for Development of High-Quality Shelf-Stable Mango Products, (December 2014) 37–41. doi: 10.1080/07373930701677488.  
10. E.A. Ainsworth, K.M. Gillespie, Estimation of total phenolic content and other oxidation substrates in plant tissues using Folin–Ciocalteu reagent, Nature protocols 2 (4) (2007) 875, doi: 10.1038/nprot.2007.102.
11. C.H. Chang, H.Y. Lin, C.Y. Chang, Y.C. Liu, Comparisons on the antioxidant properties of fresh, freeze-dried and hot-air-dried tomatoes, J. Food Eng. 77 (3) (2006) 478–485.   
12. J. Ndawula, J.D. Kabasa, Y.B. Byaruhanga, Alterations in fruit and vegetable ß-carotene and vitamin C content caused by open-sun drying, visqueen–covered and polyethylene-covered solar-dryers, Afri health Sci 4 (2) (2004) 125–130.  
13. I.I. Guiamba, L. Ahrne, U. Svanberg, Enhancing the retention of-carotene and vitamin C in dried mango using alternative blanching processes, Afri. J. Food Scie. 12 (7) (2018) 165–174.
14. S.M Alfadul, B.H. Hassan, Chemical Composition of Natural Juices Combining Lemon and Dates, Intern. J. Food Eng. 2 (1) (2016) 9–15, doi: 10.18178/ijfe.
15. S. Kim, K.W. Lee, J. Park, H.J. Lee, I.K. Hwang, Effect of drying in antioxidant activity and changes of ascorbic acid and colour by different drying and storage in Korean red pepper (Capsicum annuum, L.), Inter food Scie Tech 41 (2006) 90–95.  
16. T.V. Hymavathi, V. Khader, Carotene, ascorbic acid and sugar content of vacuum dehydrated ripe mango powders stored in flexible packaging material, J. Food Composition Anal. 18 (2-3) (2005) 181–192.