Екатеринбург, Россия
с 01.01.2013 по настоящее время
Екатеринбург, Свердловская область, Россия
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. Объектами исследования выступали плоды облепихи урожая 2021 г. Исследованы содержание отдельных компонентов, обладающих антиоксидантной активностью, и антиоксидантная активность для четырех сортов облепихи, произрастающей в Алтайском крае и Свердловской области. Антиоксидантная активность плодов облепихи, выращенных на территории Свердловской области, на 15–27 % выше аналогичного показателя для плодов, выращенных в Алтайском крае. Общую АОА исследуемого сырья измеряли двумя электрохимическими методами: метод инверсионной потенциометрии и амперометрический (референтный) метод. Определение общей АОА рассматриваемыми методами показывает сходимые результаты, однако в случае применения амперометрического сенсора результаты определения АОА могут оказаться заниженными, поскольку методика предусматривает предварительную водную экстракцию веществ, обладающих АОА, что не позволяет учитывать вклад каротиноидов в итоговое значения АОА. В то же время потенциометрический метод позволяет нивелировать этот недостаток за счет регистрации изменений потенциала системы при окислении или восстановлении медиаторной системы K3[Fe(CN)6]/K4[Fe[CN)6], что делает его более универсальным. Также в работе были определены корреляционные зависимости между основными компонентами состава плодов облепихи и значением общей АОА. Наблюдается слабая корреляционная зависимость между содержанием аскорбиновой кислоты, суммой полифенольных веществ и общей АОА. Отмечена сильная корреляционная связь между содержанием процианидинов и общей АОА (r = 0,9976).
антиоксидатная активность, потенциометрический метод, амперометрический метод, облепиха, корреляция
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. Лудан В.В., Польская Л.В. Роль антиоксидантов в жизнедеятельности организма // Таврический медико-биологический вестник. 2019. Т. 22, № 3. С. 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. Ферментолиз сырья как фактор интенсификации процесса выделения фенольных веществ облепихового шрота / Е.Д. Рожнов [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2020. № 9 (162). С. 177–184.
4. Тринеева О.В. Методы определения антиоксидантной активности объектов растительного и синтетического происхождения в фармации (обзор) // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2017. Т. 22, № 3. С. 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. ГОСТ Р. 54037-2010. Продукты пищевые. Определение содержания водорастворимых антиоксидантов амперометрическим методом в овощах, фруктах, продуктах их переработки, алкогольных и безалкогольных напитках. М.: Стандартинформ, 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. Спектрофотометрический метод определения содержания каротинов, ксантофиллов и хлорофиллов в экстрактах семян растений / О. Булда [и др.] // Физиология растений. 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. Антирадикальная активность извлечений из дальневосточных растений, содержащих олигомерный проантоцианидиновый комплекс / В. Спрыгин [и др.] // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 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.
