ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ ОБРАБОТКИ НА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (АСКОРБИНОВУЮ КИСЛОТУ И ЛИКОПЕН)

Казуб В.Т.¹, Оробинская В.Н.², Писаренко О.Н.³, Коновалов Д.А.⁴

¹ Доктор технических наук, профессор, ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» «Пятигорский медико-фармацевтический институт» - филиал в г. Пятигорскеб ² Кандидат технических наук, Северо-Кавказский федеральный университет, филиал СКФУ в г. Пятигорске, ³ Кандидат философских наук, Северо-Кавказский федеральный университет, филиал СКФУ в г. Пятигорске, ⁴ Доктор фармацевтических наук, профессор, ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» «Пятигорский медико-фармацевтический институт» - филиал в г. Пятигорске

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ ОБРАБОТКИ  НА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (АСКОРБИНОВУЮ КИСЛОТУ И ЛИКОПЕН)

Аннотация

Экспериментальные исследования показали существенные различия в концентрации аскорбиновой кислоты (АК) в соках после  термической (ТО) и  электроразрядной обработки (ЭРО), а также сравнительное изменение содержания АК и ликопена в процессе хранения. Изучено влияние термической и электроразрядной обработки на содержание ликопена томатного сока.

Ключевые слова: томатный сок, электроразрядная обработка, аскорбиновая кислота, ликопен, термическая обработка, электроразрядная обработка

 

 Kazub V.T.¹, Orobinskaya V.N.², Pisarenko O.N.³, Konovalov D.A.⁴

¹ PhD in Engineering, Professor, chair of sbee HPE "Volgograd state medical University" "Pyatigorsk medico-pharmaceutical Institute" - branch in Pyatigorsk, ² PhD in Engineering, North-Caucasian Federal University, branch of NCFU in Pyatigorsk, ³ PhD in Philosophy, North-Caucasian Federal University, branch of NCFU in Pyatigorsk, ⁴ PhD in Pharmaceutics, Professor, chair of sbee HPE "Volgograd state medical University" "Pyatigorsk medico-pharmaceutical Institute" - branch in Pyatigorsk

INFLUENCE OF THE ELECTRODIGIT PROCESSING ON BIOACTIVE COMPOUNDS (ASCORBIC ACID AND LYCOPENE) IN TOMATO JUICE

Abstract

The experimental researches have shown essential distinctions in concentration of ascorbic acid (АA) in juice after thermal (TP) and electrodigit processing (EDP), and also change of content АA in the course of storage. Comparative studying of influence of thermal and electropulse processing on the content of a lycopene of tomato juice is executed also. Concentration of a lycopene slightly changed after TP and EDP samples of tomato juice.

Keywords:  tomato juice, electrodigit processing, ascorbic acid, lycopene, thermal processing, electrodigit processing

Введение

Тепловые процессы обработки органического сырья растительного и животного происхождения (пастеризация или стерилизация высокой температурой) давно используются в различных отраслях химической, фармацевтической, пищевой промышленной технологии как экономичные, эффективные, надежные и безопасные. Однако, в большинстве случаев, высокая температура стимулирует различные химические реакции, приводя к качественному ухудшению целевых продуктов, нежелательному изменению их физико-химических  свойств, что потребовала применения новых инновационных технологий обработки органического сырья. Главной целью этих технологий является, наиболее полное сохранение его биологически активных (функциональных) компонентов [1,2,3].

Среди подобных технологий, получивших новый импульс в развитии в последние годы, выделяется метод электроразрядной обработки органического сырья. Он обеспечивает сохранение его нативных компонентов, сокращает длительность технологического процесса, позволяет управлять текстурными характеристиками, получаемых целевых компонентов, сохранять потребительски значимые органолептические характеристики [4,5,6].

Целью работы являлось изучение влияния электроразрядной обработки (ЭРО) на  сохранность биологически активных соединений (БАС), антиоксиднтного и противоопухолевого действия:  аскорбиновую кислоту (АК) и ликопен томатного сока, в сравнении с термической обработкой (ТО) и их изменение в процессе хранения при одинаковых условиях.

Объекты и методы:

В качестве объектов исследований  выбраны томаты (Lycopersicon esculentum), произрастающие в Ставропольском крае, традиционное растительное сырье, широко используемое в биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Химический состав плодов томатов: вода ~ 93 %; сахара (глюкоза и фруктоза); аскорбиновая  кислота в пределах от мг на 10 - 30 мг/100; органические кислоты,  главным образом лимонная и яблочная  с pH  4.6 или меньше;  аминокислоты, главным образом глутаминовая и аспарагиновая; ферменты (пектинэстеразы, целлюлазы, амилазы, полифенолоксидазы и энвертазы), пигменты (ликопен и  b - каротин); летучие вещества (главным образом 3-hexenol, 2-isobutyl тио--zole и b -ionone (El-Yousfi, 1984) [1,2].

 Химико-фармацевтической промышленностью  выпускаются различные виды БАД: капсулы с  b - каротином, ликопеном, выделенными из томатов «LYCOPENIN» фирмы Бест Ньютришн, поливитаминный комплекс в таблетках, включающий экстракт томатного сока, продукция фирмы Нейчуре Саншайн и др.   Экстракт томатного сока получают из зрелых томатов в виде однородной массы, содержащей мякоть.

Использовали экспериментальную технику для исследования процесса электроразрядной обработки: камера обработки, высоковольтная установка (рис. 1) включающая в себя пульт управления, генератор Аркадьева-Маркса, коаксиальную формирующую и передающую линии с обостряющим разрядником (коммутатором) и устройством для регистрации тока и напряжения.

  а) общий вид                                      б) электрод «острие плоскость»

Рис. 1 - Камера для процесса электроразрядного экстрагирования

Генератор прямоугольных импульсов позволял получать в режиме холостого хода импульс напряжения амплитудой до U=100 кВ, с минимальным фронтом τ_ф =5 нс, длительностью прямоугольного импульса до τ_и = 10^-6 с.

Влияние ТО и ЭРО на сохранение АК, исследовали в течении 90 дней хранения томатного сока при 5-8 °С.

Аскорбиновая кислота – нутриент чувствительный к нагреванию. ТО в производстве растительных соков вызывает заметные потери АК.  Количество аскорбиновой кислоты в образце определяли по известной методике, основанной на редуцирующих свойствах этого вещества [6,7]. Исследование проводили в шести повторностях.

Степень изменения содержание АК в образцах вычисляли по формуле в (%):

%                                                                                 (1)

где  а – содержание витамина АК в свежеотжатом и соке ТО или ЭРО мг/ 100мл; b -  содержание АК в соке, хранившемся определенное время мг/ 100мл, х -  степень изменения содержания АК, %.

Содержание этого витамина в свежевыжатом томатном соке составило 23,5-26,8 мг/100 мл в исследуемых образцах. Контрольный образец томатного сока подвергали температурной обработке (45 °С) в течение 1,5 мин.

Образцы ТО томатного сока получали по традиционной технологии [8].

Сохранение аскорбиновой кислоты при  электроразрядной обработки (ЭРО) в отличие от ТО сока связано с более низкой температурой при ЭРО.

Проведён сравнительный анализ влияния теплового метода обработки используемого в химических, биотехнологических, пищевых процессах, и ЭРО на  аскорбиновую кислоты, содержащуюся в органическом сырье (на  модели томатного сока) рис. 4 [9,10].

Исследовано влияние ЭРО на сохранность витамина С  в зависимости от технологических параметров обработки, т.е. С_АК  = f (n, τ)  при  межэлектродном промежутке МЭП =1,5 мм = const; С_разр.= 0,4 мкФ = const, U=25=const, количество импульсов n=1600. При  ЭРО томатный сок помещали в камеру с t = 20±2 °С, после обработки температура сока повысилась на 8 °С. Продолжительность обработки - 1,5 мин.

Рис. 2.  - Концентрация витамина "C"  в томатном соке в зависимости от количества импульсов.

Рис. 3 -  Концентрация витамина "C"  в томатном соке в зависимости от времени обработки

 Определены технологические параметры  процесса ЭРО томатного сока, как функциональные зависимости С_АК  = f(n, t). Из  полученных данных следует, что концентрация аскорбиновой кислоты в соке после ЭРО выше, чем в соке после ТО.

Исследование изменения содержания АК в процессе хранения показали, что  концентрация АК в томатном соке снижалась в течение всего времени хранения вне зависимости от метода обработки (табл. 1). В ТО соке концентрация аскорбиновой кислоты в процессе хранения резко снизилась (1,64±0,58% от исходного содержания). Содержание АК в соке контроля после 45 дней хранения определить не удалось ввиду его микробиологической порчи.

Нами был также проведён сравнительный анализ влияния термической и электроимпульсной обработки на содержание ликопена томатного сока.

Содержание ликопена определяли спектрофотометрическим методом, основанном на измерении оптической плотности каротиноидов в точках их максимального поглощения: 451 нм (максимум поглощения каротина)  и 503 нм (максимум поглощения ликопена). Для определения использовали ацетоновую вытяжку (1:10).  Ликопен из ацетоновой вытяжки переводили в гексан. Гексановое извлечение тщательно отмывали водой, высушивали безводным натрия сульфатом [7]. Количество ликопена рассчитывали по формуле в (мг/100г):

х = (1/d × c) × (395 D503 – 805 D451) ,                                                    (2)

где D – величина оптической плотности при данной длине волны; d – толщина поглощающего слоя, см; с – концентрация исходного вещества, г/1000 см³ гексанового извлечения. Результаты исследований представлены на рис. 4.

Рис. 4. Влияние тепловой и электроразрядной обработки на изменение содержания ликопена и его синергиста витамина С

Концентрация ликопена в соке после ТО снизилась с 13,35 до 5,15 мг/100 г, а в соке после ЭРО – от 13,47 до 6,74 мг/100 г. Концентрация ликопена контрольного сока снизилась от 13,01 до 7,14 мг/100 г после 45 дней хранения.

Содержание ликопена в соке контроля после 45 дней хранения определить не удалось ввиду его порчи.

 Заключение:

 Экспериментальные исследования показали существенные различия в концентрации АК в образцах сока после ТО и ЭРО, а также изменение содержания АК в процессе хранения этих образцов.

 Концентрация ликопена незначительно изменялась при хранении в сравнении с АК после ТО и ЭРО в образцах томатного сока.  Вероятно, это связано с тем, что АК химически более активное соединение, неустойчивое при нагревании. Исходные показатели содержания АК в ТО томатном соке ниже, чем в образцах после ЭРО, что связано с более низкой температурой процесса обработки. Неполная инактивация ферментов при ЭРО способствует процессу гидролиза присутствующих в соке связанных форм АК (аскорбигена и галаскорбина) с последующим образованием свободной АК. Следствием этого является более высокое содержание АК в соке после ЭРО (рис.4).

 

Литература

1. Ohlsson, T. Minimal processing – preservation methods of the future: an overview/ T. Ohlsson // Trends Food Sci.Technol. - 1999. – Vol.5. – P.341-344.
2. Knorr, D. Novel approaches in food processing technology: new technologies for preserving foods and modifying function / D. Knorr // Current Opinion in Biotechnology. - 2000. – Vol.10. – P.485–491.
3. Meyer, R.S. High pressure sterilisation of foods / R.S. Meyer [et al.] // Food Technology. – 2000. – Vol. 54. – P. 67–72.
4. Молчанов, Г.И. Интенсивная обработка лекарственного растительного сырья/ Г.И. Молчанов – М.: Медицина, 1981. – 206 с.
5. Сёмкин, Б. В. Основы электроимпульсного разрушения материалов/ Б.В. Сёмкин, А.Ф. Усов, В. И. Курец.– Л.: Наука, 1995. – 277 с.
6. Ермаков, А.И. Методы биохимического исследования растений/ А.И. Ермаков, В.В. Арасимович, Н.П. Ярош и др. – 3-е изд. перераб. и доп. – Л.: Агропроиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. – 430 с.
7. Щеглов, Н.Г. Технология консервирования плодов и овощей: Учеб-прак. пособ. –М.: Издат. «Палеотип»: Издат-тогр корпорация «Дашков и К°», 2002. – 380 с.
8. Оробинская В. Н., Коновалов Д.А. Ресурсосберегающая технология экстрагирования биологически ценных веществ из плодово-ягодного сырья // Научно-методический электронный журнал Концепт, 2013. - Т.4. - С. 1811-1815.

References

1. Ohlsson, T. Minimal processing - preservation methods of the future: an overview / T. Ohlsson // Trends Food Sci.Technol. - 1999. - Vol.5. - P.341-344.
2. Knorr, D. Novel approaches in food processing technology: new technologies for preserving foods and modifying function / D. Knorr // Current Opinion in Biotechnology. - 2000. - Vol.10. - P.485-491.
3. Meyer, R.S. High pressure sterilisation of foods / R.S. Meyer [et al.] // Food Technology. - 2000. - Vol. 54. - P. 67-72.
4. Molchanov, G. Intensive treatment of medicinal plants / GI Molchanov - M .: Medicine, 1981. - 206 p.
5. Siomkin, BV destruction of materials Fundamentals of electro / BV Siomkin, AF Usov, VI Kurets.- L .: Nauka, 1995. - 277 p.
6. Ermakov, AI Methods of biochemical research plant / AI Ermakov, VV Arasimovich, NP Yarosh et al. - 3rd ed. Revised. and add. - L .: Agroproizdat. Leningrad. Dep-of, 1987. - 430 p.
7. Scheglov, NG Technology preservation of fruits and vegetables: Proc-prac. Collec. -M .: Izdat. "Paleotypes": Izdat-Togra Corporation "Dashkov i K °», 2002. - 380 p.
8. Orobinskaya V. N., Konovalov, D. A. Resource-Saving technology of extraction of biologically valuable substances from fruit and berry raw materials // Scientific and methodological e-magazine Concept, 2013. - T. 4. - Pp. 1811-1815.