Ekaterinburg, Russian Federation
from 01.01.2013 until now
Yekaterinburg, Ekaterinburg, Russian Federation
The purpose of research is a comparative study of the antioxidant activity of sea buckthorn fruits by electrochemical methods. Tasks: determination in the AOA experiment of samples of sea buckthorn fruits by amperometric and potentiometric methods; study of the quantitative composition of the components that determine the total AOA of sea buckthorn fruits; establishing the dependence of AOA on the ratio of components in fruits; substantiation of the method for determining the AOA of sea buckthorn fruits. The objects of the study were the fruits of sea buckthorn harvested in 2021. The content of individual components with antioxidant activity and antioxidant activity were studied for four varieties of sea buckthorn growing in the Altai Region and the Sverdlovsk Region. The antioxidant activity of sea buckthorn fruits grown in the Sverdlovsk Region is 15–27 % higher than that of fruits grown in the Altai Region. The total AOA of the studied raw materials was measured by two electrochemical methods: the method of inversion potentiometry and the amperometric (reference) method. The determination of the total AOA by the considered methods shows similar results, however, in the case of using an amperometric sensor, the results of determining the AOA may be underestimated, since the technique provides for the preliminary aqueous extraction of substances with AOA, which does not allow taking into account the contribution of carotenoids to the final AOA values. At the same time, the potentiometric method makes it possible to level this shortcoming by registering changes in the potential of the system during the oxidation or reduction of the mediator system K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6], which makes it more universal. Also in the work, correlations were determined between the main components of the composition of sea buckthorn fruits and the value of the total AOA. There is a weak correlation between the content of ascorbic acid, the amount of polyphenolic substances and the total AOA. A strong correlation was noted between the content of procyanidins and total AOA (r = 0.9976).
antioxidant activity, potentiometric method, amperometric method, sea buckthorn, correlation
Введение. Общеизвестно и доказано, что употребление антиоксидантов в составе продуктов питания предотвращает широкий перечень алиментарно-зависимых заболеваний – осложнений сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, заболеваний, связанных с нарушением метаболических процессов и др. Поэтому в последние два десятилетия ведется активный поиск природных антиоксидантных веществ и богатых ими продуктов питания [1, 2].
В плодах облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) содержится широкий перечень антиоксидантов: аскорбиновая кислота (500–14000 мг/кг), токоферолы (до 1600 мг/кг), каротиноиды (150–430 мг/кг), полифенольные вещества, представленные флавонами (1500–2000 мг/кг, в т. ч. изорамнетин, кверцетин, кемпферол и рутин), катехинами (700–1300 мг/кг), проантоцианидинами (1100–2900 мг/кг); хлорогеновая кислота (300–730 мг/кг), – что обуславливает высокую антиоксидантную активность (АОА) плодов облепихи [3].
Таким образом, исследование АОА плодов облепихи крушиновидной и продуктов ее переработки современно и достаточно актуально в свете разработки новых технологий переработки этой ценнейшей культуры.
Стоит отметить, что на сегодня исследование АОА продовольственного сырья, пищевых продуктов и напитков проводится в двух направлениях: определение состава и количественного содержания биологически активных веществ-антиоксидантов и определение общих антиоксидантных свойств объектов.
Электрохимические методы определения АОА характеризуются высокой чувствительностью и экспрессностью и, наряду со спектрофотометрическими, широко применяются для оценки АОА плодов и продуктов их переработки: по данным О.В. Тринеевой, на долю спектральных методов приходится около 50 %, электрохимических – более 30 %, среди которых наиболее часто используют амперометрический метод [4].
Однако для объектов сложного состава, к которым относятся плоды облепихи, содержащие как водо-, так и жирорастворимые антиоксиданты, приведенные методы имеют определенные возможности и ограничения. Поэтому представляет научный и практический интерес сопоставление значений АОА, полученных различными методами.
Цель исследования – сравнительное исследование антиоксидантной активности плодов облепихи электрохимическими методами.
Задачи: определение в эксперименте АОА образцов плодов облепихи амперометрическим и потенциометрическим методами; исследование количественного состава компонентов, обуславливающих общую АОА плодов облепихи; установление зависимости АОА от соотношения компонентов в плодах; обоснование метода определения АОА плодов облепихи.
Объекты и методы. Объектами исследования выступали плоды облепихи урожая 2021 г. (селекция отдела «Научно-исследовательский институт садоводства Сибири имени М.А. Лисавенкова» ФГБНУ Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий) сортов Чуйская, Алтайская, Эссель (плоды собраны на территории Алтайского края) и Превосходная (плоды собраны на территории Свердловской области).
Общую АОА исследуемого сырья измеряли двумя электрохимическими методами:
1-й метод – инверсионной потенциометрии, в основу которого положено химическое взаимодействие антиоксидантов с медиаторной системой K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6], которое приводит к изменению окислительно-восстановительного потенциала. В качестве средства измерения использовался многофункциональный потенциометрический анализатор МПА-1 (НПВП «Ива», Россия). Рабочий электрод – платиновый планарный электрод (НПВП «Ива», Россия), электрод сравнения – стандартный хлорсерябрянный электрод. Измерение общей АОА данным методом осуществляли в порядке, описанном в [5].
2-й метод – амперометрический (референтный), стандартизированный в [6]. Метод заключается в измерении силы электрического тока, возникающего при окислении антиоксидантных веществ на поверхности рабочего электрода при определенном установленном потенциале и сравнении полученного сигнала с сигналом от стандарта (галловая кислота моногидрат ASC (ICN Biomedicals Inc., Германия)) при тех же условиях измерения. Определение общей АОА по указанному методу проводили с использованием жидкостного анализатора «Цвет-Яуза-01-АА» (НПО «Химавтоматика», Россия).
Содержание аскорбиновой кислоты определяли методом, изложенным в [7], массовую концентрацию фенольных веществ – колориметрическим методом с использованием реактива Фолина-Чокальтеу по [8] с предварительным разбавлением образцов в 100 раз, концентрацию процианидинов – колориметрическим методом Бейта-Смита по [9], содержание каротиноидов (β-каротина) – по методике, изложенной в [10]. При колориметрических исследованиях был использован двухлучевой спектрофотометр Shimadzu UV 1800 (Shimadzu, Япония).
Результаты и их обсуждение. За обеспечение общей АОА плодов облепихи и продуктов ее переработки отвечает значительное количество соединений, однако наибольший вклад, несомненно, принадлежит соединениям полифенольной природы, аскорбиновой кислоте, а также жирорастворимым каротиноидам, присутствующим непосредственно в жировой фазе сока облепихи. На начальном этапе исследования было определено содержание отдельных компонентов плодов облепихи, обеспечивающих формирование общей АОА (табл. 1).
Таблица 1
Количественный состав компонентов, отвечающих за общую антиоксидантную активность плодов облепихи (n = 3, M ± m)
|
Показатель, мг/100 г |
Образец |
|||
|
Чуйская |
Алтайская |
Эссель |
Превосходная |
|
|
Массовая концентрация аскорбиновой кислоты |
83,4±0,6 |
72,7±0,6 |
67,3±0,4 |
204,7±7,3 |
|
Массовая концентрация полифенольных соединений |
178,7±1,9 |
187,3±0,8 |
167,9±3,4 |
306,5±15,7 |
|
Массовая концентрация процианидинов |
35,6±0,8 |
40,0±0,6 |
42,3±0,8 |
67,3±0,9 |
|
Массовая концентрация каротиноидов |
2,17±0,08 |
2,39±0,05 |
1,83±0,04 |
3,14±0,07 |
Из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о существенном различии показателей состава плодов облепихи в зависимости от эколого-географической зоны произрастания (плоды сортов Чуйская, Алтайская и Эссель – собраны в Смоленском районе Алтайского края, плоды сорта Превосходная – в Сысертском районе Свердловской области). Так, плоды облепихи Превосходная содержат аскорбиновой кислоты в 2,5–3,0 раза больше по сравнению с сортами, произрастающими в Алтайском крае; в 1,6–1,8 раза больше полифенольных веществ; в 1,1–1,9 раза больше процианидинов и 1,3–1,7 раза больше каротиноидов.
В таблице 2 представлено соотношение компонентов плодов облепихи, отвечающих за ее антиоксидантную активность.
Таблица 2
Соотношения компонентов плодов облепихи, формирующих антиоксидантную активность
|
Образец плодов облепихи |
Каротиноиды : аскорбиновая кислота : сумма полифенолов : процианидины |
|
Чуйская |
1 : 38 : 82 : 16 |
|
Алтайская |
1 : 27 : 69 : 15 |
|
Эссель |
1 : 36 : 91 : 23 |
|
Превосходная |
1 : 65 : 97 : 21 |
Из приведенных в таблице 2 данных можно увидеть, что наименьшей степенью варьирования по отношению к содержанию каротиноидов обладает фракция процианидинов, представляющая собой конденсированный катехин с различной степенью полимеризации. Главной особенностью процианидинов является способность эффективно инактивировать гидроксил-радикал и супероксид-анион [11]. При этом установлено, что АОА процианидинов в несколько раз превосходит АОА низкомолекулярных антиоксидантов – аскорбиновой кислоты и токоферола за счет способности улавливать активные формы кислорода и азота благодаря электроно- и протонофорным свойствам, образуя при этом феноксил-радикалы, более стабильные по природе, чем радикалы мономерных флавоноидов. Взаимодействие этого феноксил-радикала с другими свободными радикалами приводит к обрыву цепи свободнорадикального процесса в клетке [12, 13].
В таблице 3 представлены результаты определения АОА в плодах облепихи крушиновидной двумя методами – амперометрическим и потенциометрическим.
Таблица 3
Антиоксидантная активность плодов облепихи
|
Образец плодов облепихи |
Общая антиоксидантная активность, ммоль-экв/л |
|
Использован амперометрический сенсор |
|
|
Чуйская |
1,728±0,013 |
|
Алтайская |
1,872±0,011 |
|
Эссель |
1,928±0,012 |
|
Использован потенциометрический сенсор |
|
|
Превосходная |
2,204±0,012 |
Можно видеть, что использование двух методов определения общей АОА с использованием коммерческих сенсоров двух видов показывает достаточно сходимые результаты, однако в случае использования амперометрического сенсора в составе анализатора АОА «Цвет-Яуза-01-АА» можно выделить следующий недостаток – методика распространяется только на водорастворимые антиоксидантные вещества, что, вероятно, в случае присутствия в объекте жирорастворимых антиоксидантов, например каротиноидов, может приводить к занижению конечного результата. Использование потенциометрического сенсора в составе потенциометрического анализатора МПА-1 за счет регистрации изменений потенциала системы при окислении или восстановлении медиаторной системы K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6] лишено данного недостатка, что делает метод более универсальным.
На рисунке 1 представлены корреляционные поля между содержанием основных компонентов плодов облепихи, обладающих АОА, и значением измеренной общей АОА.
|
|
|
|
|
|
Поля корреляции «антиоксидантная активность – компонент состава плодов облепихи»
Из данных, представленных на рисунке 1, можно сделать вывод, что наиболее выраженной корреляцией обладает пара данных: АОА – содержание процианидинов (коэффициент парной корреляции составляет 0,9976).
Заключение. Таким образом, определение АОА электрохимическими методами (потенциометрическим и амперометрическим) показывает сходимые результаты. При использовании амперометрического метода результаты определения АОА могут оказаться заниженными, поскольку методика предусматривает предварительную водную экстракцию обладающих АОА веществ, что не позволяет учитывать вклад жирорастворимых антиоксидантов, в частности каротиноидов, в суммарное значения АОА. Тогда как использование потенциометрического метода позволяет исключить данный недостаток за счет регистрации изменений потенциала системы при окислении или восстановлении медиаторной системы K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6]. Определены корреляционные зависимости между основными компонентами состава плодов облепихи и значением общей АОА: наблюдается слабая корреляционная зависимость между содержанием аскорбиновой кислоты, суммы полифенольных веществ и общей АОА, выявлена сильная корреляционная связь между содержанием процианидинов и общей АОА (r = 0,9976).
1. Ludan V.V., Pol'skaya L.V. Rol' antioksidantov v zhiznedeyatel'nosti organizma // Tavricheskiy mediko-biologicheskiy vestnik. 2019. T. 22, № 3. S. 86–92.
2. Serafini Mauro, Peluso Ilaria Functional Foods for Health: The Interrelated Antioxidant and Anti-Inflammatory Role of Fruits, Vegetables, Herbs, Spices and Cocoa in Humans // Current Pharmaceutical Design. 2016. V. 22, № 44. P. 6701–6715 (15).
3. Fermentoliz syr'ya kak faktor intensifikacii processa vydeleniya fenol'nyh veschestv oblepihovogo shrota / E.D. Rozhnov [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2020. № 9 (162). S. 177–184.
4. Trineeva O.V. Metody opredeleniya antioksidantnoy aktivnosti ob'ektov rastitel'nogo i sinteticheskogo proishozhdeniya v farmacii (obzor) // Razrabotka i registraciya lekarstvennyh sredstv. 2017. T. 22, № 3. S. 180–197.
5. Brainina K.Z., Zaharov A.S., Vidrevich M.B. Potentiometry for the determination of oxidant activity // Analytical methods. 2016. T. 8, № 28. P. 5667–5675.
6. GOST R. 54037-2010. Produkty pischevye. Opredelenie soderzhaniya vodorastvorimyh antioksidantov amperometricheskim metodom v ovoschah, fruktah, produktah ih pererabotki, alkogol'nyh i bezalkogol'nyh napitkah. M.: Standartinform, 2011.
7. Effects of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid combined to 6-Benzylaminopurine on callus induction, total phenolic and ascorbic acid production, and antioxidant activities in leaft issue cultures of Crataegusazarolus L. var. aronia / G. Chaabani [et al.] // Acta Physiologiae Plantarum. 2015. T. 37, № 2.
8. Antioxidan t activity, total phenolics and flavonoids contents: Should web an in vitro screening methods? / D. Granato [et al.] // Food Chemistry. 2018. T. 264. P. 471–475.
9. Content of Total Phenolics, Flavan-3-Ols and Proanthocyanidins, Oxidative Stability and Antioxidant Capacity of Chocolate During Storage / J. Lalicic-Petronijevic [et al.] // Food Technology and Biotechnology. 2016. T. 54, № 1. P. 13–20.
10. Spektrofotometricheskiy metod opredeleniya soderzhaniya karotinov, ksantofillov i hlorofillov v ekstraktah semyan rasteniy / O. Bulda [i dr.] // Fiziologiya rasteniy. 2008. T. 55, № 4. C. 604–611.
11. Oxygen free radical scavenging abilities of vitamins C and E, and a grapeseed proanthocyanidin extract in vitro / D. Bagchi [et al.] // Research communications in molecular pathology and pharmacology. 1997. T. 95, № 2. P. 179–189.
12. Antiradikal'naya aktivnost' izvlecheniy iz dal'nevostochnyh rasteniy, soderzhaschih oligomernyy proantocianidinovyy kompleks / V. Sprygin [i dr.] // Byulleten' fiziologii i patologii dyhaniya. 2002. № 11.
13. Bors W., Michel C., Stettmaier K. Electron paramagnetic resonance studies of radical species of proanthocyanidins and gallate esters // Archives of Biochemistry and Biophysics. 2000. T. 374, № 2. C. 347–355.
