Study of the antioxidative activity of aromatic plant extracts obtained with enzymic ultrasound extraction

Потребительский спрос на низкообработанные и более здоровые пищевые продукты привел к поиску альтернатив для замены или уменьшения синтетических пищевых добавок натуральными. Ароматические растения были исследованы на предмет того, что они являются естественными пищевыми консервантами и антиоксидантами для продления срока годности пищевых продуктов [1]. Они способствуют  безопасности пищевых продуктов благодаря своим антиоксидантным и антибиопленочныым свойствам [2]. Эти потенциальные характеристики безопасности пищевых продуктов и растущий спрос на натуральные пищевые добавки вызвали интерес к их использованию, особенно в традиционных мясных, молочных и хлебобулочных изделиях, что обеспечит им добавленную стоимость и повысит конкурентоспособность на рынке [3].

Многие исследования были сосредоточены на оптимизации параметров экстракции, таких как тип растворителя, соотношение растворителя и твердого вещества, размер частиц, температура и время экстракции, чтобы увеличить выход экстракции [4]. Однако основные недостатки этих методов не были решены: большой расход органических растворителей или воды на стадии экстракции; затраты энергии, необходимой для разделения растворенного вещества; экстракция нежелательных компонентов; возможная деградация термочувствительных соединений, таких как каротиноиды [5].

Необходимо определить и разработать новые эффективные процессы экстракции для извлечения натуральных веществ, присутствующих в растениях. В последнее время ультразвуковая экстракция [6], микроволновая экстракция [7], сверхкритическая флюидная экстракция [8], ферментная экстракция [9] и экстракция под высоким давлением успешно используются во многих исследованиях для экстракции природных продуктов.

Экстракция с применением ферментов считается многообещающей, более экологичной альтернативой традиционным методам экстракции [10], [11]. Следовательно, экстракция с помощью ферментов позволяет высвобождать фенольные соединения, делая их более легко экстрагируемыми, повышая скорость их экстракции, селективность и выход [12].

Сегодня для улучшения выхода экстрактивных веществ применяется совместное использование ферментов с ультразвуковой обработкой, микроволновым извлечением и сверхкритической жидкостью. Ультразвуковая волна может улучшить способность фермента, в то же время, это способствует равномерному распределению фермента [13].

Целью исследования явилось исследование содержания антиоксидантов в различных ароматических растениях и определение оптимальных режимов экстракции для получения и дальнейшего использования экстракта в пищевой промышленности.

Сушеные измельченные листья (розмарин-душица), сушеные семена черного тмина были использованы для исследования. Водные образцы растительных экстрактов готовились из розмарина, а также из композиции трав (тмин+душица) в соотношение (1:1) в сухом виде, где 10 г из этих трав помещали в колбу Эрленмейера с пробкой, затем последовательно добавляли 100 мл буферного раствора (рН 4,01) для регулировки рН, и заданное количество из смеси ферментов (целлюлаза и пектиназа) в разных дозах (3-4-5 г/100 г сухого вещества) в соотношении (1:1), ферментативный гидролиз проводили при постоянной температуре (50 ℃) в течение часа.

После ферментативного гидролиза образцы фильтровали, После фильтрования через марлю фильтрат (буферный раствор) удаляли, а остаток на фильтре собирали для следующего эксперимента. К ферментированной растительной массе добавляли (200 см3) дистиллированную воду, затем образцы помещались в водяную баню (при 45-55 ℃) выдерживались от 10 до 30 мин.

Образцы фильтровали и охлаждали до (20 °С), определяли антиоксидантную активность с использованием реактива DPPH (1,1-дифенил-2-пикрилгидразил).

После определения оптимальных условий экстракции (температура, время экстракции, доза фермента), эти параметры использовались для ферментативной ультразвуковой экстракции.

Получение экстрактов с использованием этого метода состоит из 2-х основных этапов: ферментативный гидролиз и обработка ультразвуком. Сначала проводили ферментативный гидролиз, где 10 г из растительных трав помещали в колбу Эрленмейера с пробкой, затем последовательно добавляли 100 мл буферного раствора (рН 4,01) для регулировки рН, и заданное количество из смеси ферментов (целлюлаза и пектиназа) (5 г/100 г сухого вещества) в соотношении (1:1), ферментативный гидролиз проводили при постоянной температуре (50 ℃) в течение часа.

Затем образцы фильтровали, фильтрат (буферный раствор) удаляли, а остаток на фильтре собирали для следующего эксперимента.

Затем  ферментированную растительную массу помещали в стеклянную тару заливали дистиллированной водой (500 мл, температура воды 45), экстрагирование проводилось с применением ультразвукового генератора серии И-10. Параметры обработки: 22.5 кГц, с мощностью 100 ватт, время выдерживания (30 мин), количество ферментов (5г/100 г сухого вещества), в подготовленных образцах определяли антиоксидантную активность.

Антиоксидантную активность экстрактов оценивали с помощью метода (DPPH: 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil) [14]. Кратко, к 1 см3 разбавленного экстракта добавляли 4 см3 спиртового раствора DPPH (0,1 мМ), и смесь выдерживали при комнатной температуре. Через 30 мин измеряли оптическую плотность при (517 nm). Антиоксидантная активность рассчитывалась по уравнению:

АА % = (Aбланк - Аобразец / Абланк) × 100, где

Aбланк - оптическая плотность раствора DPPH;

Аобразец - оптическая плотность образца после добавления DPPH.

Обобщив данные полученные в ходе исследования, можно сделать следующие выводы: Установлено, что добавление ферментов при приготовлении экстрактов оказало положительное влияние на антиоксидантную активность, так как наибольшее значение антиоксидантной активности было получено при получении экстрактов с применением ферментативной ультразвуковой экстракции.

Выявлено что, наивысшее значение антиоксидантной активности наблюдалось при получении экстрактов из розмарина с применением ферментативной ультразвуковой экстракции согласно следующим параметрам: (45 ℃ - 30 мин. доза смеси ферментов (целлюлаза+пектиназа: 5г/100г в соотношении (1:1), режим обработки 22.5 кГц, мощность 100 ватт.

В случае листьев растений, ферментативная экстракция в сочетании с ультразвуковой экстракцией позволила получить экстракты лучшего качества по сравнению с экстрактами, полученными только c применением ферментов. Это преимущество может в определенной степени компенсировать затраты, когда целью является масштабирование, и этот более экологичный подход можно рассматривать как полезное дополнение к традиционной экстракции для получения экстрактов с высокой добавленной стоимостью.

Дальнейшие исследования продолжаются и будут направлены на исследование формирования органолептических показателей сырной массы при внесении растительных экстрактов и определении ее хранимоспособности после добавления этих экстрактов.