Поживний та поліфенольний склад промислового полуничного прес-макухи

Анотація

Вступ

Полуниця (Фрагарія × ананаса Duch.) - один з найважливіших плодів, який пристосовується до різних умов зростання навколишнього середовища [1]. Плоди полуниці приваблюють не тільки своїм вишуканим смаком та свіжим ароматом, але й харчовими цінностями та антиоксидантними властивостями [2]. Їх комерційне виробництво для ринку свіжих фруктів та переробної промисловості значно зросло за останні роки, і в 2010 р. Світове виробництво полуниці становило 4,4 млн т [3]. Майбутнє виробництва та продажу полуниці є дуже перспективним. Польща з випуском 176 000 тонн є провідним виробником полуниці в Європі [3]. Полуниця займає важливе місце в польській промисловості заморожених фруктів та у промисловому виробництві полуничних концентратів [4].

Згідно з багатьма дослідженнями, велике споживання фруктів та овочів зменшує ризик розвитку багатьох цивілізаційних захворювань. Це частково пов’язано з наявністю речовин, що сприяють здоров’ю, у рослинних продуктах [5, 6]. Їх сприятливий вплив здійснюється за допомогою різних взаємодоповнюючих механізмів, що залучають низку біоактивних сполук, таких як дубильні речовини, флавоноїди та фенольні кислоти [7]. Полуниця, як відомо, є багатим джерелом поліфенолів, таких як еллаготаніни (ЕТ) [8, 9], проантоціанідини [4, 10, 11], антоціаніни [4, 12] та флавоноли (переважно кверцетин та глікозиди кемпферолу) [2, 13]. Вважається, що елаготаніни є найважливішими поліфенолами полуниці. Вони є високомолекулярними ефірами моносахаридів, як правило, β-d -глюкози та кількох залишків гексагідроксидифенієвої кислоти (HHDP). На думку багатьох дослідників, основним елаготаніном, який ідентифікується в плодах полуниці, є сангвіїн Н-6; проте дослідження Врховсека та співавт. [14] на основі ЯМР-спектроскопії довів, що сполукою є агримоній, а не сангвіїн Н-6. Помилка була результатом однакового спектру мас двох сполук та відсутності стандартів відомої, задокументованої структури. Агрімоніїн - це елаготанін, присутній також в інших частинах рослин, тобто в листі [15] та квітках [16].

Якісний та кількісний склад ЕТ у полуниці на сьогоднішній день до кінця не визначений [7, 17]. Еллаготаніни та їх метаболіти мають ряд оздоровчих якостей, включаючи противірусні, антибактеріальні, антиоксидантні, антимутагенні та антиканцерогенні властивості [18, 19]. Раніше вважалося, що зміцнювальна активність поліфенольних сполук зумовлена їх сильними антиоксидантними властивостями. Однак сьогодні багато даних свідчать про те, що поліфеноли відіграють важливу роль як сигнальні молекули, що беруть участь у модуляції сигнальних шляхів, впливаючи тим самим на клітинну функцію та експресію генів, на додаток до їх прямого впливу на травну систему [17, 20, 21].

Промислова переробка фруктів супроводжується великою кількістю побічних продуктів, які при переробці можуть забезпечити важливе джерело речовин, що становлять додану вартість у багатьох продуктах [22]. Промисловий полуничний пресовий макуха, який залишається після обробки соку, становить близько 4% від маси сировини [23]. Фруктовий коржик є цінним джерелом оздоровчих речовин, особливо харчових волокон та поліфенолів [2, 24, 25].

На сьогоднішній день проводились дослідження з метою визначення вмісту і складу поліфенольних речовин у м’якоті та насінні полуниці, часто названих сім’янками, суничних пюре без насіння [23, 26], а також насіння, вилученого з пресового макухи [27]. Однак даних щодо вмісту поліфенолів у промисловому полуничному пресовому макусі, який є відходом при виробництві полуничного соку, немає. Таким чином, у цій роботі представлено дослідження поживного та поліфенольного складу промислового полуничного прес-макухи та його безнасіннєвої фракції.

Матеріали та методи

Рослинний матеріал

Матеріалом для дослідження послужив свіжий промисловий полуничний пресований пиріг із сучасного заводу з переробки фруктів у регіонах Мазовії в Польщі. Прес-корж отримували із типового концентрованого полуничного соку з використанням фруктової суміші сортів «Sega Sengana», «Polka», «Honeoye», «Kama» та «Dukat». Сорти поширені в промислових посівах в Польщі.

Методи

Визначення білка

Чотири повторення вимірювань вмісту білка у зразках були зроблені згідно офіційної методики AOAC 920.152, за методом Кельдаля [28]. Результати наводяться як% білка на суху речовину (ДМ) пресованої макухи.

Жир визначали методом Сокслета з петролейним ефіром за офіційною методикою AOAC 930.09 [29]. Всі зразки аналізували у двох примірниках. Результати виражаються як% жиру на DM пресованої макухи.

Попіл (загальний і нерозчинний у кислотах)

Загальний попіл визначали за офіційною методикою AOAC 940,26 [30]. Нерозчинний у кислоті попіл визначали за офіційною методикою AOAC 941.12 [31]. Всі зразки аналізували чотири рази. Результати виражаються як% золи або нерозчинної у кислоті золи на DM пресованого макухи.

Загальна кількість харчових волокон

Загальну кількість харчових волокон (TDF) визначали методом ферментативної ваги за офіційним методом AOAC 985,29 [32]. Результати виражаються як% на DM пресованої макухи.

Розчинні тверді речовини

Визначення розчинних твердих речовин (SS) матеріалів проводили за методом ISO 2173: 2003 [33] за допомогою цифрового рефрактометра PR-32a (Atago, Токіо, Японія). Для кожної вибірки було зроблено два повторення вимірювань, і результати наведені у відсотках (%).

Цукри

Цукор глюкозу та фруктозу визначали методом ВЕРХ, описаним у попередній роботі [34].

Визначення елаготанінів, флавонолів та антоціанів

Екстракцію поліфенолів проводили, як описано раніше [35], у три етапи із застосуванням 70% розчину ацетону. 500 мг меленого матеріалу поміщали в 7-мл пробірку, виливали на неї 4 мл розчинника, а потім перемішували за допомогою вихру і соніфікували протягом 15 хв. Після соніфікації розчин центрифугували (4800g) і перелили в колбу. Вищевказану процедуру повторювали двічі, і екстракти поєднували. Ацетон відганяли з екстрактів, використовуючи вакуумний роторний випарник, і сухий залишок розчиняли в 2 мл 70% гліцерину. Еллагітаніни в розчинах гліцерину піддавали кислотному гідролізу наступним чином: 150 мкл 2 М трифтороцтової кислоти (Sigma-Aldrich, Сент-Луїс, Міссурі, США) додавали до 1 мл екстракту. Гідроліз проводили при температурі 95 ± 1 ° С протягом 6 год. Розчини до і після гідролізу розбавляли метанолом, проводили наступний хроматографічний аналіз.

Вміст вільної елагової кислоти, агримоніїну та інших поліфенолів (антоціанів та флавонолів) визначали у розчинах гліцерину перед гідролізом. 0,5 мл вищевказаного розчину розбавляли в 5 мл метанолу і піддавали ВЕРХ-аналізу. Вміст загальної елагової кислоти визначали після гідролізу кислоти методом ВЕРХ із тими ж умовами, що і для вільної елагової кислоти. Суму еллаготанінів, розраховану як мономер галоїл-біс-HHDP-глюкози, враховували множенням різниці між загальною та вільною елаговою кислотою на 1,55 коефіцієнта. Фактор походить від частки елагової кислоти в молекулі мономеру.

Для хроматографічного аналізу був використаний хроматограф Smartline (Кнауер, Берлін, Німеччина), оснащений блоком дегазатора, двома насосами, змішувальною камерою, автосборником, колонковою піччю та детектором PDA. Розділення проводили на колонці Phenomenex Gemini 5u C18 110A (250 × 4,60 мм; 5 мкм). Колону витримували при 35 ° С. Елюенти A містять 0,05% фосфорної кислоти у воді, а елюенти B - 0,05% фосфорної кислоти в ацетонітрилі. Швидкість потоку становила 1,25 мл/хв. Градієнтна програма була такою: 0–5 хв 4% В; 5–12,5 хв 4–15% В; 12,5–42,5 хв. 15–40% В; 42,5–51,8 хв 40–50% В; 51,8–53,4 хв 50–55% В; і 53,4–55 хв. 4% В. Об’єм введеної проби становив 20 мкл. Умови виявлення були такими: 280 нм (стор-кумарова кислота, кемпферол-3-О-β- d - (6 ″ -E-стор-кумароїл) -глюкопіранозид, агримонійін), 360 нм (елагова кислота, глікозиди кверцетину та кемпферолу, кверцетин, кемпферол), 520 нм (антоціани). Дані були зареєстровані програмним забезпеченням для хроматографії ClarityChrom (Knauer, Берлін, Німеччина).

Стандартні криві, виготовлені з елагової кислоти, кверцетин-3-О-глюкозид, кемпферол-3-О-глюкозид, кверцетин, кемпферол, пеларгонідин-3-О-глюкозид, кемпферол-3-О-β- d - (6 ″ -E-стор-кумароїл) -глюкопіранозид (KpCG) (Екстрасинтез, Жене, Франція), стор-Були використані кумарова кислота (Sigma-Aldrich, Steinheim, Німеччина) та агримонійін. Вміст похідних кверцетину визначали як суму глікозидів кверцетину та аглікону кверцетину, де глікозиди розраховували як кверцетин-3-глюкозид. Похідні кемпферолу визначали як суму глікозидів та кемпферолу, де глікозиди розраховували як кемпферол-3-глюкозид. Окремо розраховували вміст KpCG на основі зовнішнього стандарту. Антоціани розраховували як пеларгонідин-3-глюкозид. Стандарт Agrimoniin витягували з полуничного пресового макухи та очищали за допомогою препаративної хроматографії.

Екстракція та очищення агримоніїну

ЯМР-аналіз агримоніїну

1-ЯМР-спектр агримоніїну реєстрували в 0,55 мл гексадейтерованого ацетону (99,9% CD3COCD3, Мерк, Німеччина) при 25 ° C на ЯМР-спектрометрі Bruker Avance III HD 500, оснащеному 5-мм багатоядерним зворотним зондом BBI з z-градієнт, працює на частоті 500,18 МГц (1 год. 90 ° ширина імпульсу = 8,0 мкс). Спектр протонів внутрішньо посилався на залишковий сигнал протонованого ацетону δ Н 2,05 проміле. Порівняння спектрів ЯМР основного еллаготаніну, виділеного з полуничного прес-макухи, та агримоніїну, що характеризується Vrhovsek et al. [14] представлено в таблиці 1. Призначення ЯМР 1Н для обох речовин є однаковими, що підтверджує, що агримонійін є основним елагітаніном полуниці. Збільшення ЯМР-спектру агримоніїну (у тому ж діапазоні, що представлений Vrhovsek et al. [14]) показано на рис. 1.

Спектр ЯМР 1Н в ацетоні-d6 агримоніїну

ВЕРХ-аналіз флаванолів (сума проантоціанідинів та катехінів)

Статистика

Всі результати були статистично проаналізовані за допомогою одностороннього дисперсійного аналізу та пост-hoc тесту Дункана зі статистичною значимістю стор ≤ 0,05. Щоб проілюструвати різницю у вмісті досліджуваних компонентів між SPC та ESF, кластерний аналіз проводили методом k-середньої кластеризації. Статистичний аналіз проводився за допомогою програми Statistica версії 7 (StatSoft, Талса, США).

Результати і обговорення

Поживна та поліфенольна композиція полуничного прес-макухи (SPC)

Основний хімічний склад промислових полуничних коржів, отриманих з одного переробного підприємства протягом трьох послідовних сезонів збору врожаю, наведено в таблиці 2.

Поліфенольний склад SPC сезонів 2010, 2011 та 2012 наведено в таблиці 2; хроматограми визначених компонентів представлені на рис. 2. Незважаючи на багато досліджень полуниці, знання щодо поліфенольного складу її промислових побічних продуктів досі є незадовільними. Немає літературних даних щодо загальних поліфенолів у промисловій прес-макусі. Існує лише декілька досліджень поліфенольного складу насіння та відходів побічних продуктів полуничного пюре без насіння [23]. У свою чергу, Oszmiański et al. [10], який вивчав промислове виробництво концентрованого полуничного соку, зосередився лише на варіаціях сировини та поліфенолів у соку на різних стадіях процесу. Основними поліфенольними групами в SPC є флаваноли (проантоціанідини та катехіни), які складають 56% загальної кількості поліфенолів, та еллагітаніни, які складають майже 40% поліфенолів у прес-макусі. Таким чином, дубильні речовини, як конденсовані, так і гідролізуються, становлять 96% від загальної кількості поліфенолів у прес-коржі. Флавоноли, тобто глікозиди кверцетину та кемпферолу, є наступною найпоширенішою групою поліфенолів, що становить майже 4% від загальної кількості поліфенолів.

ВЕРХ-хроматограма (280 нм, 360 нм, 520 нм) поліфенольних сполук в SPC

Тонка лінія–ВЕРХ-FD-хроматограма продуктів розщеплення проантоціанідинів від SPC. Жирна лінія -ВЕРХ-FD-хроматограма перед флороглюцинолізом проантоціанідинів з SPC

Кемпферол-3-О-β- d - (6 ″ -E-p-кумароїл) -глюкопіранозид (KpCG) є переважаючим флавонолом у SPC (44–96 мг/100 г РР), і він виявив значні відмінності між трьома досліджуваними сезонами. Рівні глікозидів кверцетину в полуничному пресовому макусі коливаються від 18,4 до 37,9 мг/100 г пероральної ваги. Вміст глікозидів кемпферолу, крім KpCG, становить 10,2–39,7 мг/100 г печінки, тоді як прес-корж з 2010 року має значно нижчі рівні глікозидів флавонолу, включаючи кверцетин та глікозиди кемпферолу та KpCG, порівняно з прес-коржами з 2011 по 2012 рік.

Вміст антоціанів у прес-макусі становить лише 0,2% від загальної кількості поліфенолів, тоді як у плодах вони становлять 13–45% від загальної кількості поліфенолів [4, 11]. Залежно від сезону, досліджувані пресові коржі містять від 47 до 87 мг антоціанів на 100 г DW. Низький рівень антоціанів у пресових коржах обумовлений тим, що вони знаходяться у вакуолях і видаляються під час високоефективного витягування соку. За даними Oszmiański et al. [10], 90% антоціанів передається з плодів у сік під час промислового виробництва концентрованого полуничного соку.

Поживний та поліфенольний склад ESF

Полуничний прес-макуха (КЗП) - це зневоднений побічний продукт пресування та витяжки води з м’якоті плодів, який значною мірою позбавлений клітинного соку та гідрофільних речовин. SPC можна розділити на м’якоть та насіння. Значні втрати маси та розчинної речовини в процесі виробництва соку відбуваються здебільшого в м’якоті, і лише в незначній мірі в насінні. Насіння має твердий і непроникний перикарп; з цієї причини вони зберігають свої компоненти, особливо жири, білки та полісахариди. Тому безнасінну фракцію пресового макухи називають виснаженою м'якоттю полуниці (ESF). Як і пресовані коржі з інших ягід, SPC - це суміш цих двох компонентів (насіння та ESF), які відрізняються між собою морфологією, хімічним складом та використанням [27, 34]. У цій роботі в лабораторних масштабах ми отримали в середньому 60% ESF (з розміром частинок у Таблиці 3 Вміст основних поживних компонентів (г/100 г ДВ зразка), енергетична цінність (ккал/100 г ДВ зразка) ), фенольні сполуки (мг/100 г DW зразка), молярна частка складових флаванолів та середнє значення DP проантоціанідинів у ESF з сезонів 2011 та 2012

Матеріал був отриманий від двох підприємств з переробки фруктів та овочів (позначені як А та В). Зразки від компанії А були з сезонів 2011 та 2012 років, а від компанії В - лише з сезону 2012 року. Аналізовані фракції ESF характеризуються високим рівнем TDF, коливаючись від 52 до 62% сухої маси; вони також містять від 19,3 до 21,5% білка і від 3,1 до 3,5% жиру. Встановлено, що загальний рівень золи у цих фракціях значно варіюється (від 4,3 до 8,9 г/100 г). Всі зразки 2012 року містять значно більше золи порівняно з 2011 роком, що свідчить про те, що цей диференціюючий фактор залежить від умов врожаю. Високе та нерівномірне забруднення фракцій ESF піском є головним недоліком цього матеріалу, який збирається із ґрунту, та обмежує використання ESF для споживання. Середня енергетична цінність ESF становить 276 ккал/100 г DW і трохи нижче, ніж SPC (309 kcal/100 g DW). Вміст розчинних речовин, а також глюкози та фруктози був значно вищим у зразку 2011 року. Відмінності в рівнях вуглеводів, ймовірно, зумовлені різною ефективністю виділення соку з пресованої макухи та вилучення останнього.

Вміст поживних речовин та поліфенолів у полуничному пресовому макусі та його безнасіннєву фракцію аналізували статистично, використовуючи кластерний аналіз k-означає. Дані, що використовуються для аналізу, були стандартизовані. На рисунку 4 показані результати кластерного аналізу з двома кластерами. Статистичний аналіз підтвердив різницю між SPC та ESF, тобто один кластер містив SPC, тоді як інший ESF. Діаграма представляє відмінності між кластерами на основі відстані між точками, що представляють досліджувані речовини (відстань між точками вздовж Y вісь). Великі відстані між точками підтверджують значну диференціацію матеріалів щодо досліджуваних речовин. З діаграми чітко видно, що SPC та ESF суттєво різняться за вмістом таких речовин, як білки, жири, агримоніїн, глікозиди кверцетину, KpCG та флаваноли.

Кластерний аналіз матеріалів для полуничного пресового макухи з використанням k-означає кластеризації; кластер 1 — полуничний пресовий пиріг (Майдан SPC), кластер 2 — виснажена м’якоть полуниці (коло ESF); QD похідні кверцетину, KD похідні кемпферолу