Исследование химического состава плодово-ягодного сырья Дальневосточного региона как перспективного источника пищевых и биологически активных веществ

Резюме

Цель работы - исследование химического состава дикорастущего плодово-ягодного сырья Амурской области Дальневосточного региона.

Материал и методы. Объектами исследований стали ягоды калины Саржента (Viburnum sargentii Koechne), лимонника китайского [Schisandra chinensis (Turcz.) Baill], винограда амурского (Vitis amurensis Rupr), собранные с 2011 по 2016 г. Содержание органических кислот и дубильных веществ определяли титрометрически, минеральных веществ - спектральным методом, аскорбиновой кислоты - визуальным титрованием, антоцианов - спектрофотометрически, полифенольных веществ и в-каротина - фотоэлектроколориметрически, витаминов В1, В2 - флуорометрически, витаминов В6 и Е - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, гидроксикоричных кислот - методом прямой спектрофотометрии.

Результаты и обсуждение. Максимальное количество полифенольных веществ и витамина С обнаружено в ягодах V. sargentii, среднее значение которых составило 1,01±0,04% и 85,2±2,4 мг/100 г соответственно; высокое содержание калия обнаружено в ягодах V. amurensis (в среднем 188,5±2,2 мг/100 г) и V. sargentii (176,6±1,2 мг/100 г). Наиболее высокое содержание витаминов B1, B2, B6 отмечено в ягодах V. amurensis, среднее содержание которых составило соответственно 0,071±0,002, 0,065±0,002 и 0,081±0,004 мг/100 г. В ягодах V. sargentii выявлен более высокий уровень всех минеральных веществ: содержание кальция в 100 г ягод составило 41,4+0,8 мг, магния - 17,3±0,4 мг, фосфора -227,7±4,6 мг, марганца - 0,69±0,08 мг, железа - 0,60±0,08 мг,цинка - 0,90±0,08 мг. При потреблении 100 г V. sargentii практически полностью удовлетворяется потребность взрослого человека в витамине С, в фосфоре, марганце - примерно на 1/4, в калии, железе, цинке - на 4-8%. 100 г ягод Sch. chinensis содержат около 50% рекомендуемого суточного потребления витамина С, а 100 г ягод V. amurensis - около 10% витамина С и β-каротина, 7% - калия, около 4% - витаминов группы В. Исследуемые ягоды могут служить источником гидрокси-коричных кислот и пектинов.

Заключение. Проведенные исследования химического состава ягод V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis в период сбора 2011-2016 гг. свидетельствуют о широком спектре биологически активных веществ, и доля каждого из них варьирует.

Ключевые слова:ягоды калины Саржента (Viburnum sargentii Koechne), лимонника китайского [Schisandra chinensis (Turcz.) Baill], винограда амурского (Vitis amurensis Rupr), химический состав, биологически активные вещества

Для цитирования: Фролова НА., Резниченко И.Ю. Исследование химического состава плодово-ягодного сырья Дальневосточного региона как перспективного источника пищевых и биологически активных веществ // Вопр. питания. 2019. Т. 88, № 2. С. 83-90. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10021.

Дикорастущие плоды и ягоды, повсеместно произрастающие в Амурской области, в частности калины (Viburnum sargentii), лимонника китайского (Schisandra chinensis), винограда амурского (Vitis amurensis), характеризуются высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ), оказывающих определенное физиологическое действие на организм человека. Химический состав плодово-ягодного сырья варьирует в зависимости от природно-климатических условий и факторов произрастания, которые изменяются год от года и непостоянны.

Ягоды Viburnum sargentii, Schisandra chinensis, Vitis amurensis рассматриваются как перспективное сырье для использования в технологиях пищевых продуктов. Большинство функциональных пищевых продуктов связано с использованием функциональных ингредиентов, преимущественно полученных синтетическим путем [1]. Расширение ассортимента пищевых продуктов за счет использования в их составе дикорастущего сырья является перспективным направлением в области повышения их пищевой ценности. Данные по содержанию БАВ в доступном дикорастущем сырье Амурской области позволят получить обоснование его применения в рецептурах пищевых продуктов функционального назначения.

Цель работы - исследование химического состава, в том числе БАВ ягод V. sargentii, Sch. chinensis, V. amu-rensis с 2011 по 2016 г.

Материал и методы

Объектами исследований стали плоды ягод V. sar-gentii, Sch. chinensis, V. amurensis, собранные в 2011-2016 гг. Ягоды собирали в различных местах произрастания Амурской области: в Благовещенском, Белогорском, Свободненском и Бурейских районах. Исследования проводили в усредненной пробе (из 5 проб в 3-кратной повторности).

Исследовали органолептические показатели по совокупности показателей внешнего вида, цвета, вкуса и запаха ягод. Содержание органических кислот и дубильных веществ определяли титрометрически. При исследовании минерального состава ягод применяли спектральный метод, используя спектрометр СТЭ-1 ("ЛОМО", Россия). Содержание аскорбиновой кислоты определяли визуальным методом, основанном на экстрагировании витамина С раствором метафосфорной кислоты с последующим титрованием раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия. Содержание белка определяли рефрактометрическим методом, основанным на способности повышать кислотность нейтрального водного раствора аминокислот в присутствии нейтрального формалина, в которых оба водорода аминогруппы замещаются метильной группой. Кислотность ягод определяли потенциометрически. Содержание сахара анализировали йодометрическим методом до полного окисления альдегидной группы сахаров в щелочной среде. Экстрактивность растительного сырья определяли по содержанию несгораемого остатка неорганических веществ, остающегося после сжигания ягод. Определение пектиновых веществ проводили при помощи кальций-пектатного метода. Содержание антоцианов анализировали по модифицированной спектрофотометрической методике Т.В. Купчака [2]. Содержание полифенольных веществ и p-каротина определяли фотоэлектроколориметрически [3, 4]. Определение витаминов В1, В2 проводили флуорометрическим методом ГОСТ 25999-83, витаминов В6 и Е - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по ГОСТ EN14663-2014 и ГОСТ EN 12822-2014. Гидроксикоричные кислоты определяли методом прямой спектрофотомерии [5, 6]. Содержание клетчатки определяли последовательной обработкой навески испытуемой пробы растворами кислоты и щелочи, озолении и количественном определении по ГОСТ 31675-2012. Статистическую обработку результатов проводили при помощи пакета прикладных программ Microsoft Excel, версия 7.0.

Результаты и обсуждение

Органолептический анализ ягод проводили ежегодно по показателям внешнего вида, цвета, вкуса и запаха. Характеристика органолептических свойств ягод V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis представлена в табл. 1.

Полученные данные (см. табл. 1) свидетельствуют о соответствии органолептических свойств собранных ягод требованиям ГОСТ 29187-91, предъявляемым к дикорастущим ягодам.

Содержание основных пищевых веществ, а также влажность, зольность и титруемая кислотность анализируемых ягод приведены в табл. 2.

Анализ данных табл. 1 свидетельствует о более высоком содержании белка в ягодах V. amurensis по сравнению с другими ягодами. Максимальное значение отмечалось в 2013 г. Содержание белка в ягодах V. amurensis выше, чем в ягодах V. sargentii, в среднем на 40 и на 30% превышает содержание белка в ягодах Sch. chinensis. Максимальное содержание белка в ягодах V. sargen-tii, наименее богатых этим нутриентом, обнаружено в 2012 г. (на 16% выше среднего).

Наибольшее содержание влаги в ягодах V. sargentii, Sch. chinensis и V. amurensis отмечено в 2015 г. Это связано с выпадением месячной нормы осадков в период сбора ягод, и составило 82,40-89,20%.

Содержание кислот оказывает прямое влияние на вкус ягод. Максимальное значение титруемой кислотности обнаружено в V. sargentii и Sch. chinensis в 2011 г., что, вероятно, связано с особенностями природно-климатического фона региона.

Поскольку пектиновые вещества обладают энтеросорбирующими свойствами и способствуют связыванию эндо- и экзогенных токсинов, представляло интерес определение содержания пектиновых веществ в исследуемых ягодах в разный период сбора. Выявлено максимальное количество пектиновых веществ в ягодах V. sargentii, ягоды Sch. chinensis и V. amurensis по содержанию пектиновых веществ практически не различаются между собой. Максимальное содержание пектиновых веществ наблюдалось для ягод V. sargentii в 2014 г., для ягод Sch. chinensis и V. amurensis - в 2011 и 2016 гг. соответственно.

Среднее содержание клетчатки в ягодах V. sargentii было выше в 1,1 и 1,4 раза по сравнению с таковым в плодах соответственно Sch. chinensis и V. sargentii. Наибольшим количеством клетчатки характеризовались ягоды V. sargentii, собранные в 2011 г., наименьшее содержание клетчатки отмечено в 2015 г.

Содержание сахаров в исследуемых ягодах изменялось в анализируемый период, при этом наибольшее количество сахаров отмечено в ягодах Sch. chinen-sis, наименьшее - в ягодах V. sargentii. Максимальное содержание сахаров в V. sargentii определено в 2013 и 2014 гг., в ягодах Sch. chinensis - в 2011 и 2016 гг., в ягодах V. amurensis - в 2011 г.

Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено снижение таких показателей, как содержание сахара и клетчатки в ягодах V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis в 2015 г., что, очевидно, связано с выпавшей месячной нормой осадков в октябре этого года.

Результаты определения БАВ в свежих ягодах V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis в разные года сбора представлены в табл. 3.

Наибольшее содержание органических веществ ароматического ряда, содержащих гидроксильные радикалы фенольного характера (дубильных веществ), выявлено в ягодах Sch. chinensis в 2011 г., в то время как минимальное значение данного показателя наблюдалось в 2015 г. (на 7,8% ниже). Минимальное содержание дубильных веществ обнаружено в ягодах V. amurensis в 2015 г., при максимальном их обнаружении в 2011 г. Ягоды V. sargentii по содержанию дубильных веществ ненамного уступают ягодам Sch. chinensis. Максимальное содержание дубильных веществ в ягодах V. sargentii было обнаружено в 2011 г., минимальное - в 2015 г.

Наиболее богатыми гидроксикоричными кислотами, обладающими иммуностимулирующим действием, повышающим устойчивость организма к внешним отрицательным факторам, были ягоды Sch. chinensis [7, 8]. Наибольшее содержание в них гидроксикоричных кислот пришлось на 2011 г. В ягодах V. amurensis максимальное содержание гидроксикоричных кислот наблюдалось в 2013 г., а минимальное отмечалось в 2015 г., колебания значения данного показателя составили 1,4 раза. Ягоды V. sargentii практически не отличались от V. amurensis по содержанию гидроксикоричных кислот. Максимальное значение исследуемого показателя в плодах V. amurensis отмечалось в 2011 г., в то время как минимальное - в 2015 г., различия достигали 1,3 раза.

Ягоды V. sargentii содержат наибольшее количество полифенольных веществ [9]. Максимальное значение полифенольных веществ обнаружено в 2011 г., минимальное - в 2015 г. Ягоды Sch. chinensis по содержанию полифенольных веществ уступают ягодам V. sargentii, максимальное значение отмечалось также в 2011 г. Ягоды V. amurensis по содержанию полифенольных веществ уступают ягодам и V. sargentii в 1,4 раза, и Sch. chinensis в 1,2 раза. Максимальное содержание полифенольных веществ в ягодах V. amurensis отмечалось в 2014 г.

Антоцианы, относящиеся к группе гликозидов и по биологическим эффектам похожие на витамин Р, содержатся практически во всех органах растений [10, 11], однако в зависимости от многих факторов (освещенность, pH среды, условия произрастания и т.д.) их количество варьирует. Изменение содержания антоцианов в исследуемых ягодах приведено на рис. 1.

Максимальное количество антоцианов было обнаружено в ягодах V. amurensis в течение всего периода сбора. В ягодах V. sargentii отмечается минимальное содержание исследуемого показателя. За весь исследуемый период (2011-2016 гг.) содержание антоцианов в ягодах варьирует несущественно.

На следующем этапе работы было проведено исследование по содержанию витаминов в ягодах V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis, собранных в 2011-2016 гг.

Максимальное содержание витаминов B1, B2, B6 отмечено в ягодах V. amurensis. Высокое содержание аскорбиновой кислоты отмечено в ягодах V. sargentii, причем максимальный показатель был отмечен в 2014 г. Содержание аскорбиновой кислоты в ягодах Sch. chinensis в 2 раза меньше, чем в ягодах V. sargentii. Минимальное содержание этого витамина-антиоксиданта установлено в ягодах V. amurensis в период сбора 2015 г. Среднее значение исследуемого показателя в 8 раз меньше, чем в плодах V. sargentii.

Заключение

Проведенные исследования химического состава ягод V. sargentii, Sch. chinensis, V. amurensis в период сбора 2011-2016 гг. свидетельствуют о широком спектре БАВ, доля каждого из которых варьирует. Установлено, что максимальное количество полифенольных веществ и витамина С обнаружено в ягодах V. sargentii (в среднем 1,01 и 85,2 мг/100 г соответственно); высокое содержание калия (около 180 мг в 100 г) обнаружено в ягодах V. amurensis и V. sargentii. Самое высокое содержание витаминов B1, B2, B6 отмечено в ягодах V. amurensis. В ягодах V. sargentii выявлен более высокий уровень всех минеральных веществ.

Исходя из полученных результатов очевидно, что при потреблении 100 г V. sargentii практически полностью удовлетворяется потребность (согласно Методическим рекомендациям MP 2.3.1.2432-08 "Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации") взрослого человека в витамине С, в фосфоре и марганце - примерно на четверть, в калии, железе, цинке - на 4-8%. 100 г ягод Sch. chinensis содержат около 50% рекомендуемого суточного потребления витамина С, а 100 г ягод V. amurensis - около 10% витамина С и β-каротина, 7% - калия, около 4% - витаминов группы В. Исследуемые ягоды могут служить источником гидроксикоричных кислот и пектинов.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.

Литература

1. Мазо В.К., Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Зилова И.С. Обогащенные и функциональные пищевые продукты: сходство и различия // Вопр. питания. 2012. Т. 81, № 1. С. 63-68.

2. Купчак Т.В, Николаева Л.А., Шимолина Л.Л. Количественное определение антоцианов в надземной части гибридной формы Zea Mays L. // Растительные ресурсы. 1995. № 3. С. 105-111.

3. Первушкин С.В., Маркова И.И., Куркин В.А., Желонкин Н.Н. Разработка методик количественного определения содержания β-каротина и фикоцианина в биомассе спирулины пищевой // Фундам. исслед. 2013. № 8 (ч. 6). С. 1426-1429.

4. Veligodska A.K., Fedotov O.V. Screening of content and dynamic of accumulation of polyphenols in some basidiomycetes species // Бiологiчний вiсник Мелiтопольского державного педагогiчного унiверситету iм. Богдана Хмельницького. 2015. Т. 5, № 3 (16). С. 42-54.

5. Гончаров Н.Ф. Сравнительное изучение гидроксикоричных кислот и флавоноидных соединений плодов некоторых видов рода Crataegus L. // Кубанский науч. мед. вестн. 2008. № 5 (104). С. 49-52.

6. Хортецкая Т.В., Смойловская Г.П., Мазулин А.В., Мазулин Г.В. Определение содержания гидроксикоричный кислот в листьях подорожников большого и среднего // Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 177-180.

7. Guo S.S., Pang X., Wang Y., Geng Z.F., Cao J.Q., Liang J.Y. et al. Chemical constituents isolated from stems of Schisandra chinensis and their antifeedant activity against Tribolium castaneum // Nat. Prod. Res. 2019 Jan 9. P. 1-7. doi: 10.1080/14786419.2018.1547291

8. Szopa A., Ekiert R., Ekiert H. Current knowledge of Schisandra chinensis (Turcz.) Baill. (Chinese magnolia vine) as a medicinal plant species: a review on the bioactive components, pharmacological properties, analytical and biotechnological studies // Phytochem. Rev. 2017. Vol. 16, N 2. P. 195-218. doi: 10.1007/s11101-016-9470-4

9. Xie Y., Wang J., Geng Y.M., Zhang Z., Qu Y.F., Wang G.S. Pheonolic compounds from the fruits of viburnum sargentii koehne // Molecules. 2015. Vol. 20, N 8. P. 14 377-14 385. doi: 10.3390/ molecules200814377

10. Namiesnik J., Kupska М., Vearasilp K., Ham K.S., Kang S.G, Park Y.K. et al. Antioxidant activities and bioactive components in some berries // Eur. Food Res. Technol. 2013. Vol. 5. P. 819-829.

11. He Y., Wen L., Yu H., Cao Y., Nan H., Gou M. et al. Isolation and structural identification of the main anthocyanin monomer in Vitis amurensis Rupr // Nat. Prod. Res. 2018. Vol. 32, N 7. P. 867-870. doi: 10.1080/14786419.2017.1361956

References

1. Mazo V.K., Kodentsova V.M., Vrzhesinskaya O.A., Zilova I.S. Enriched and functional foodstuff s: similarities and diff erences. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2012; 81 (1): 63-8. (in Russian)

2. Kupchak T.V., Nikolaeva L.A., Shimolina L.L. Quantitative determination of anthocyanins in the aerial part of the hybrid form of Zea Mays L. Rastitel’nye resursy [Plant Resources]. 1995; (3): 105-11. (in Russian)

3. Pervushkin S.V., Markova I.I., Kurkin V.A., Zhelonkin N.N. The development of the methodics of the quantitative determination of content of β-carotene and phycocyanin in the biomass of spirulina platensis. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental Researches]. 2013; 8 (6): 1426-9. (in Russian)

4. Veligodska A.K., Fedotov O.V. Screening of content and dynamic of accumulation of polyphenols in some basidiomyce-tes species. Bмologмčniy vмsnik Melмtopol’s’kogo derћavnogo pedagogмčnogo universitetu мmenм Bogdana Hmel’nits’kogo. 2015; 5 (3, 16): 42-54. (in Russian)

5. Goncharov N.F. Comparative studying hydroxyckorichs acids and flavonoids connections of sort crataegus l. Some kinds fruits. Kubanskiy nauchniy meditsinskiy vestnik [Kuban Scientific Medical Bulletin]. 2008; 5 (104): 49-52. (in Russian)

6. Khorotetskaya T.V., Smoylovskaya G.P., Mazulin A.V., Mazulin G.V. Determination of hydroxycinnamic acid content in the leaves of the large and medium plantains. Khimiya rastitel’nogo syr’ia [Chemistry of Plant Raw Material]. 2014; (2): 177-80. (in Russian)

7. Guo S.S., Pang X., Wang Y., Geng Z.F., Cao J.Q., Liang J.Y., et al. Chemical constituents isolated from stems of Schisandra chinensis and their antifeedant activity against Tribolium castaneum. Nat Prod Res. 2019; Jan 9: 1-7. doi: 10.1080/14786419.2018.1547291

8. Szopa A., Ekiert R., Ekiert H. Current knowledge of Schisandra chinensis (Turcz.) Baill. (Chinese magnolia vine) as a medicinal plant species: a review on the bioactive components, pharmacological properties, analytical and biotechnological studies. Phytochem Rev. 2017; 16 (2): 195-218. doi: 10.1007/s11101-016-9470-4

9. Xie Y., Wang J., Geng Y.M., Zhang Z., Qu Y.F., Wang G.S. Pheonolic compounds from the fruits of viburnum sargentii koehne. Molecules. 2015; 20 (8): 14 377-85. doi: 10.3390/molecules200814377

10. Namiesnik J., Kupska М., Vearasilp K., Ham K.S., Kang S.G, Park Y.K., et al. Antioxidant activities and bioactive components in some berries. Eur Food Res Technol. 2013; 5: 819-29.

11. He Y., Wen L., Yu H., Cao Y., Nan H., Gou M., et al. Isolation and structural identifi cation of the main anthocyanin monomer in Vitisamurensis Rupr. Nat Prod Res. 2018; 32 (7): 867-70. doi: 10.1080/14786419.2017.1361956