Бийск, Алтайский край, Россия
Кемерово, Кемеровская область, Россия
Кемерово, Кемеровская область, Россия
Кемерово, Кемеровская область, Россия
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
В статье описываются новые технологические приемы экстрагирования активных компонентов с антибактериальной активностью из ягодного сырья Сибирского региона, приводятся результаты исследования содержания биологически активных веществ и динамика изменения антибактериальной активности в экстрактах смородины черной (Ribes nigrum L.) и облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.). Был проведен анализ комплекса биологически активных веществ в экстрактах ягодного сырья, обуславливающих бактерицидное действие. Выявлено определяющее действие и синергизм основных компонентов – флавоноидов, дубильных веществ и витамина С, входящих в комплекс фитобиотических экстрактов. Установлена ведущая роль фенольных соединений (флавоноидов, дубильных веществ, фенолокислот, гликозидов), обеспечивающих антибактериальную активность в отношении штаммов некоторых видов патогенной, условно патогенной и нежелательной микрофлоры. Выявлены закономерности извлечения полезных веществ в процессе экстрагирования в условиях ультразвуковой обработки ягодного сырья. Основываясь на изменении показателя оптической плотности экстрактов в ходе экстрагирования, установлены оптимальные параметры процесса: величина гидромодуля – 1:15, частота ультразвукового воздействия – 22 кГц. Опытным путем определена массовая доля экстрактивных веществ и активных компонентов, найдены значения коэффициентов извлечения для исследуемого ягодного сырья. Установлено, что более полно экстрагируются дубильные вещества и витамин С, по сравнению с флавоноидами. Изучено влияние ультразвуковой обработки на ускорение процессов извлечения. При обработке водно-спиртовых растворов ягодного сырья ультразвуковым воздействием интенсивностью 2 Вт/см2 и частоте 22 кГц продолжительность экстрагирования уменьшилась от 300 до 15–20 мин при достижении сопоставимых значений равновесных концентраций экстрактивных веществ, чем в контрольных образцах экстрактов без обработки.
Экстрагирование, экстракты, Ribes nigrum L., Hippophae rhamnoides L., фитобиотики, антибактериальные свойства
Введение
Современные тенденции развития перерабатывающего комплекса, а также общемировая нормативно-правовая практика ориентирует производителей на переход к производству продуктов, не содержащих вредных веществ, в том числе антибиотиков, пестицидов и консервантов, или на так называемую органическую продукцию. В России наблюдается увеличение потенциального спроса на органические продукты и сырье, в том числе растительного происхождения, составляющего по экспертным оценкам до 10–15 % от мирового объема [1].
Применение современных биотехнологических методов и разработок позволяет не только повысить показатели качества и безопасности продукции и сырья, но и улучшить физиологический и иммунный статус населения, а также в равной степени сельскохозяйственных животных и птицы. Актуальной задачей органического хозяйства является поиск и внедрение новых биологических препаратов, среди которых наиболее перспективными являются фитобиотики
– добавки растительного происхождения [1]. Основу фитобиотических препаратов составляют комплексы и субстанции, например, экстракты сухие и густые, ряд лекарственных растений, воздействие которых на пищеварение и общее состояние организма проявляется благодаря биологически активным веществам, таким как фитонциды, обуславливающие бактерицидное действие и повышающие сопротивляемость к инфекциям, а также гликозиды, эфирные масла и входящие в их состав терпеноиды, органические кислоты, дубильные и красящие вещества, витамины [2, 3].
Накопленный практический опыт использования лекарственно-технического сырья и продуктов его
переработки основан на исследовании фитонцидной активности компонентов и, прежде всего, на антимикробных и противовирусных веществах ряда растений, а также на совместном воздействии активных компонентов. Проектирование рецептур в пищевой промышленности и кормовых добавок в животноводстве ведется для повышения антиоксидантных и противовоспалительных эффектов, во многом обусловленных влиянием флавоноидных соединений растительного происхождения [2, 4, 5].
Современные исследования показывают перспективность разработок, направленных на расширение использования биологически активных соединений растительного происхождения в жизнедеятельности человека, в связи с достаточной изученностью действий отдельных активных компонентов сырья, доказанной их биологической активностью, а также доступностью для массового использования. Опыт фармацевтического производства показывает [6, 7], что болезнетворные микробы труднее адаптируются к действию фитонцидов высших растений, чем к антибиотикам из низших (микроскопические грибы). Это свидетельствует об актуальности использования лекарственно-технического сырья с высокой фитонцидной активностью как для повышения резистентности организма, так и для профилактики и лечения ряда заболеваний.
В исследованиях антиоксидантного эффекта флавоноидов выявлен механизм нейтрализации биологической активности свободных радикалов, определяющийся числом гидроксильных групп и их расположением в молекуле флавоноида. Значительное количество сравнительных исследований в различных странах предоставили неоспоримые доказательства благоприятного воздействия фенольных соединений растений.
Школьникова М. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2018. Т. 48. № 4 С. 121–130
Учитывая относительно низкую стоимость получения фитобиотических извлечений из растительного сырья, применение фармсубстанций является перспективным методом повышения эффективности жизнедеятельности [6].
Значительный объем фармсубстанций на основе натуральных экстрактов производится в странах Евросоюза («Sangrovit WS», Германия,
«AdiCox АР», Польша и др.). В тоже время в современных экономических условиях, в связи со сложной внешнеэкономической обстановкой, российским производителям невыгодно использовать импортные ингредиенты и готовые фармсубстанции. По этой причине появляется потребность в органической продукции отечественного (местного) производства. Кроме того, технологии и технологические приемы, обеспечивающие комплекс полезных качеств фитодобавок, являются в большинстве случаев коммерческими, запатентованными и передаются российским производителям по лицензионным договорам при условии продажи оборудования и материалов, ставя их в технологическую зависимость от глобальных корпораций.
Ягодное сырье используется в техно- логии производства пищевых продуктов с анти- оксидантными и антимикробными эффектами [8, 9]. Интерес к смородине черной (Ribes nigrum L.) и облепихе крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) не случаен. Он связан с широким спектром исследований их биологической активности целевых компонентов, что позволяет применять их в производстве фармсубстанций, чаще всего в виде жидких или густых экстрактов. Получение ценного комплекса биологически активных веществ основано на процессах экстрагирования ягодного сырья с использованием как традиционных, так и новых высокоэффективных методов [10].
Перспективным методом интенсификации процессов экстрагирования растительного сырья, обеспечивающего повышение извлечения целевых компонентов, является обработка сырья ультразвуковым (УЗ) воздействием [11]. Для большинства групп растительного сырья в результате эмпирических исследований изучены определяющие параметры процесса извлечения, такие как вид растворителя, значение гидромодуля, температурные режимы, размеры сырья, продолжительность и другие факторы. В тоже время на фармацевтических предприятиях и в агропромышленном комплексе экстрагирование активных компонентов сырья производится по традиционным и весьма продолжительным методам, например, мацерацией. Актуальной задачей переработки сырья является достижение наиболее полного извлечения целевых компонентов без ухудшения качества растворов. Использование УЗ обработки сырья при экстрагировании не только сокращает продолжительность процесса, но и позволяет уменьшить в растворе количество балластных веществ, таких как клетчатка и
пектиновые вещества. Однако при УЗ воздействии для различных систем существует пороговая интенсивность УЗ колебаний, при превышении которой проявляются эффекты деструкции растительных и биологических компонентов, что приводит к потере активных веществ. Продолжительность обработки ягодного сырья может быть определена только опытным путем. Это делает актуальным поиск рациональных технологических приемов и режимов обработки экстрагируемого сырья, нахождение их оптимальных параметров для обеспечения сохранности фитокомпонентов ягодного сырья Сибирского региона.
Актуальной задачей для агропромышленного комплекса является разработка технологии и изучение свойств фитобиотических фармсубстанций с антибактериальной активностью, основу которых составляют экстракты местного лекарственно-технического сырья, обладающего антибактериальной и антивирусной активностью по отношению к микроорганизмам различной таксономической принадлежности.
Целью исследования является обоснование новых технологических приемов получения фитобиотических фармсубстанций с высокой антибактериальной активностью к некоторым видам патогенной, условно-патогенной и нежелательной микрофлоры на основе экстрактов местного ягодного сырья и нахождение оптимальных параметров процессов экстрагирования в условия УЗ обработки. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- проанализировать химический состав ягодного сырья Сибирского региона для определения перечня веществ с наиболее выраженной антибактериальной активностью;
- исследовать изменение содержания биоактивных компонентов, обуславливающих антибактериальную активность ягодного сырья, в процессах получения экстрактов;
- обосновать новые технологические приемы получения фитобиотических фармсубстанций, обеспечивающие сохранность природных биоактивных компонентов в процессах экстрагирования, при найденных оптимальных параметрах процессов.
Объекты и методы исследования
Подбор ягодного сырья с антибактериальной активностью базируется на его химическом составе. В связи с этим в ходе анализа действующих веществ, показаний к использованию растений для лечения и профилактики инфекционных состояний различной природы и локализации, а также доступности, возобновляемости и стоимости растительного сырья Сибирского региона, в частности обширной группы ягодного, в качестве объектов исследования отобрано растительное сырье, обладающее выраженными антибактериальными свойствами: смородина
Shkolnikova M.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2018, vol. 48, no. 4, pp. 121–130
черная (Ribes nigrum L.) и облепиха крушиновидная
(Hippophae rhamnoides L.).
Ягоды смородины черной (Ribes nigrum L.) содержат от 2,5 до 4,5 % органических кислот (лимонная, яблочная, винная, янтарная), аскорби- новую кислоту (от 80 до 400 мг %), сахара (от 8 до 17 %), пектины (0,5–0,9 %), клетчатку (2,4–3,5 %), каротиноиды. В состав фенольных соединений ягод входят катехины (78–550 мг %), флавонолы (рутин, кемпферол, кверцетин, кверцитрин, гиперозид и др.; суммарно в пересчёте на рутин 60–230 мг %), антоцианы (цианидин, дельфинидин и др.; 120–300 мг %) и лейкоантоцианы (лейкоцианидин, лейкодельфинидин и др.; 300–2400 мг %), феноло- кислоты (салициловая, хлорогеновая, протокате- ховая, производные кумаровой кислоты), халконы. Наибольшее содержание аскорбиновой кислоты и фенольных соединений накапливается в недозрелых ягодах. Установлено, что из кожицы ягод можно извлечь примерно 0,01 % эфирного масла [10–15].
Обширными природными возобновляемыми ресурсами являются ягоды облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.), имеющие уникальный химический состав. Основным биологически активным компонентом является масло, содержащееся в мякоти ее плодов, семенах, листьях и даже коре. Масло – естественный концентрат каротинов, токоферолов, филлохинонов, фитостеролов, полиненасыщенных жирных кислот (ω-3, ω-6 и ω-7), фосфолипидов, витаминов и других биологически активных веществ. Масло – готовый лечебный препарат, обладающий разносторонними терапевтическими свойствами, в том числе доказан- ной антибактериальной активностью, и лишенный нежелательных побочных действий. Содержание масла в мякоти плодов облепихи, культивируемой на Алтае, колеблется от 4,4 до 7,2 мг/100 г свежих плодов в зависимости от сорта и года сбора урожая [16–18].
При проведении исследования использованы стандартные методы по ГОСТ 24027.2-80 «Сырьё лекарственное растительное. Методы определения влажности, содержания золы, экстрактивных и дубильных веществ, эфирного масла». Микробиологические показатели определялись по ГОСТ ISO 7218-2015 «Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Общие требования и рекомендации по микробиологическим исследованиям».
Идентификация и количественное определение флавоноидов и дубильных веществ в экстрактах проводились методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по Р 4.1.1672-03
«Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище».
Результаты исследований по измерениям в пятикратной повторности обрабатывались методами математической статистики с использованием прикладных компьютерных программ и являются достоверными.
Результаты и их обсуждение
С целью анализа действующих веществ, обуславливающих антибактериальные свойства, изучен и проанализирован химический состав исследуемого растительного сырья в соответствии требованиям нормативных документов по доброкачественности, безопасности и выявлении количественного содержания, которые обуславливают антибактериальную активность биологически активных веществ. Для определения стабильности химического состава изучаемого ягодного сырья и его пригодности для производства фитобиотических препаратов проводилось исследование сырья в системе мониторинга в период с 2013 по 2017 гг. В комплексе экстрактивных веществ опытным путем определялось содержание фенольных веществ (флавоноидов и дубильных), витамина С (табл. 1).
Данные таблицы 1 показывают, что анализируемое сырье содержит значительное количество БАВ-фитонцидов, таких как флавоноиды, дубильные вещества, аскорбиновая кислота. Представленные данные определяют возможность использования исследуемого растительного сырья в качестве возможных компонентов добавок с антибактериальным эффектом. Кроме того, следует принимать во внимание, что синергизм содержащейся в исследуемых растениях аскорбиновой кислоты и флавоноидов определяется способностью последних снижать окислительно-восстановительный (Red-Ox) потенциал аскорбиновой кислоты, а также блоки- ровать ионы токсичных металлов, катализирующих окисление аскорбиновой кислоты с образованием прочных хелатных комплексов. Ещё более мощный синергетический эффект достигается при комбинировании сырья, содержащего каротиноиды (в частности для облепихи крушиновидной), аскорбиновую кислоту и биофлавоноиды. Это обеспечивает присутствие как водорастворимых, так и жирорастворимых антиоксидантов, а, значит, биологический эффект (антимикробная активность) будет равносильно проявляться во внеклеточном пространстве (аскорбиновая
Таблица 1 – Содержание биологически активных компонентов в сухом веществе ягодного сырья (n = 5, M ± m)
Table 1 – The content of biologically active components in the dry matter of berry raw materials (n = 5, M ± m)
|
Вид сырья |
Массовая доля, % |
|||
|
экстрактивных веществ |
флавоноидов |
дубильных веществ |
аскорбиновой кислоты |
|
|
Ribes nigrum L. |
41,6 ± 3,5 |
9,25 ± 0,03 |
5,40 ± 0,13 |
4,28 ± 0,25 |
|
Hippophae rhamnoides L. |
39,4 ± 3,3 |
5,14 ± 0,03 |
6,20 ± 0,40 |
3,20 ± 0,25 |
Школьникова М. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2018. Т. 48. № 4 С. 121–130
Таблица 2 – Антибактериальная активность ягодного сырья (n = 5, M ± m)
Table 2 – The antibacterial activity of berry raw material (n = 5, M ± m)
2,0
|
Оптическая плотность раствора |
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
|
1 |
|
2 |
|
3 |
0 5 10 15 20 25
Продолжительность экстрагирования, мин.
|
||||||||||||||||||||||||
2 – 1:15
3 – 1:20
кислота и биофлавоноиды) и в мембране клетки (жирорастворимые витамины) [9, 16, 19].
Исследование антибиотических свойств ягод позволяет говорить о ведущей роли фенольных соединений (флавоноидов, дубильных веществ, фенолокислот, гликозидов и др.) в обеспечении антибактериальной активности к некоторым видам патогенной, условно патогенной и нежелательной микрофлоры (табл. 2).
Как следует из приведенных данных (табл. 2), извлечения из ягод черной смородины показали антибактериальную активность в результате торможения зоны роста в чашках с посевным материалом в отношении микроорганизмов: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi и Shigella flexneri; у облепихи крушиновидной обнаруженна антимикробная активность в отношении Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus и Helicobacter pylori.
Технология получения фитобиотических фармсубстанций из растительного сырья предполагает получение растворов БАВ ягодного сырья. Для увеличения выхода БАВ при производстве экстрактов из сырья используются различные приемы интенсификации. Одним из действенных является ультразвуковое кавита- ционное воздействие, ускоряющее массообменные процессы и увеличивающее выход БАВ [11]. В ранее проведенных исследованиях установлено, что для процессов экстрагирования ягодного сырья использование водно-этанольных экстрагентов позволяет более полно извлекать такие БАВ, как флавоноидные соединения [11]. Параметры УЗ воздействия с частотой в 22 кГц выбраны из условия уменьшения гидродинамического сопротивления на границе фазового перехода в системе твердое тело – жидкость при интенсивности 2 Вт/см2, ограничивающей влияние эффектов кавитационных процессов, при которых начинается проявление
нежелательных явлений, например, переход в
Рисунок 1 – Изменение оптической плотности экстрактов смородины черной (Ribes nigrum L.) при УЗ обработке
Figure 1 – Changes in the optical density of black currant extracts
(Ribes nigrum L.) during ultrasonic treatment
оперативно оценивать общее содержание БАВ и получить информативное описание суммарного перехода активных компонентов по степени изменения оптической плотности экстракта. По ранее отработанным параметрам в работе [20] ягодное сырье измельчалось (средний размер частиц 6 мм), мезга заливалась экстрагентом (водный раствор этанола 40 % об.). Далее, система подвергалась УЗ обработке при постоянной температуре 35 °С. Отбор проб раствора для контроля оптической плотности производился дискретно (интервал 5 минут) до наступления равновесного состояния, соответствующего макси- мальным фиксированным значениям показателя оптической плотности экстракта. Изучен процесс извлечения БАВ экстрактов ягодного сырья при варьировании значения гидромодуля (1:10, 1:15, 1:20). Экстракционные кривые представлены на рисунках 1 и 2.
Из анализа кривых (рис. 1, 2) следует, что величина гидромодуля в большей степени влияет на общий выход растворимых веществ в раствор. Для мезги ягод смородины черной (Ribes nigrum L.)
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
Оптическая плотность раствора |
1,2
0,8
0,4
0,0
0 5 10 15 20 25
Продолжительность экстрагирования, мин.
раствор балластных веществ [20].
Для получения качественной картины влияния
1 – 1:10
2 – 1:15
3 – 1:20
УЗ обработки на кинетику экстрагирования проведены исследования по выявлению зависимости изменения оптической плотности растворов от продолжительности процесса. Использование фотоколометрического метода анализа позволило
Рисунок 2 – Изменение оптической плотности экстрактов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.)
при УЗ обработке
Figure 2 – Changes in the optical density of sea buckthorn extracts
(Hippophae rhamnoides L.) during ultrasonic treatment
Shkolnikova M.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2018, vol. 48, no. 4, pp. 121–130
оптическая плотность раствора в среднем больше на 11 % (при значении гидромодуля 1:10), чем при параметре, равном 1:15. Графики на рисунке
1 показывают, что равновесие в экстрагируемой системе наступает при продолжительности процесса 15 мин (гидромодуль 1:10) и 20 мин (гидромодуль 1:15 и 1:20). Для экстрактов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) данная тенденция сохраняется. При величине гидромодуля 1:10 оптическая плотность, в среднем, выше на 10–12 % при достижении максимального равновесия
|
Оптическая плотность раствора |
0,9
0,6
0,3
0
|
1 |
|
2 |
|
3 |
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Продолжительность экстрагирования, час.
в системе.
Для подтверждения предположения об
1 – 1:10
2 – 1:15
3 – 1:20
интенсификации процесса извлечения при УЗ воздействии проведены исследования по экстрагированию ягодного сырья по традиционному способу (мацерацией) при аналогичных параметрах процесса без обработки. Полученные обобщенные результаты показаны на рисунках 3, 4.
Результаты анализа кривых оптической плотности контрольных образцов экстрактов смородины черной (Ribes nigrum L.) без обработки (рис. 3) показывают, что сопоставимые значения равновесных концентраций экстрактивных веществ в растворе (изменение интенсивности окраски) достигаются при продолжительности экстрагирования более 5 часов (300 мин). Для экстрактов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) кривые на рисунке 4 достигают экстремума при продолжительности от 1 до 2 часов. Сравнивая кривые на рисунках 1, 2, полученные при УЗ обработке, и кривые на рисунказ 3, 4, полученные при экстрагировании методом мацерации, можно проследить значительное увеличение показателя оптической плотности. Полученные данные подтверждают возможность повышения скорости извлечения активных компонентов растительного сырья при УЗ обработке и хорошо согласуются с данными, полученными в работе [20].
Количественный анализ и оценка степени извлечения БАВ из сырья проводились с исполь- зованием экстракционно-спектрофотометрических
Рисунок 4 – Изменение оптической плотности экстрактов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.)
без УЗ обработки
Figure 4 – Changes in the optical density of sea buckthorn extracts
(Hippophae rhamnoides L.) without ultrasonic treatment
методов. В результате определено содержание БАВ-фитонцидов (таблица 3), экспериментальные данные которой дополнены рассчитанными по методике [12] коэффициентами извлечения α.
Из представленных в таблице 3 данных видно, что значение коэффициента извлечения экстрактивных веществ в контрольных образцах одинаковое для ягод смородины и облепихи. Это
Таблица 3 – Содержание биологически активных веществ в экстрактах ягодного сырья
Table 3 – The content of biologically active substances in the berry extracts
|
Оптическая плотность раствора |
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Продолжительность экстрагирования, час.
1 – 1:10
2 – 1:15
3 – 1:20
Рисунок 3 – Изменение оптической плотности экстрактов смородины черной (Ribes nigrum L.) без УЗ обработки
Figure 3 – Changes in the optical density of black currant extracts
(Ribes nigrum L.) without ultrasonic treatment
Школьникова М. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2018. Т. 48. № 4 С. 121–130
свидетельствует о их родственном химическом составе и близкой кислотности ягод, которая является одним из факторов, способствующих растворимости ряда БАВ (дубильных веществ, аскорбиновой кислоты, флавоноидов). При этом, по сравнению с флавоноидами, более полно экстрагируются из ягодного сырья дубильные вещества и аскорбиновая кислота. Степень перехода флавоноидов можно увеличить, если использовать раствор с большей концентрацией этанола, что объясняется более высокой растворимостью дубильных веществ и аскорбиновой кислоты в воде (особенно горячей) и в водных растворах этанола (при низкой концентрации спирта). Флавоноиды, те из них, которые обладают Р-витаминной активностью (рутин, кверцетин, эпикатехин, гесперидин и др.), относятся к водорастворимым соединениям. Флавоноид- агликоны, в большей степени, являются гидрофобными, чем гидрофильными соединениями. Растворимость кверцетина, у которого в молекуле пять гидроксильных групп, в воде весьма ограничена. Лютеолин и кемпферол, молекулы которых имеют только на одну гидроксильную группу меньше, чем молекула кверцетина, в воде уже практически нерастворимы. Несколько лучше растворяются в воде флавоноид-гликозиды. Анализ полученных данных показывает, что для извлечения водорастворимых соединений дубильных веществ и аскорбиновой кислоты следует считать оптимальной концентрацией экстрагента – раствор этанола
40 % об., что связано с лучшей растворимостью БАВ в воде, особенно в кислой среде по сравнению с экстрагированием флавоноидов.
Анализируя процесс получения экстрактов с использованием УЗ воздействия, согласно данным таблицы 3, можно отметить тенденцию увеличения значений коэффициентов извлечения как экстрактивных веществ в целом, так и БАВ в частности. Данное явление можно объяснить механическим воздействием ультразвука на растительную ткань вследствие чего процесс перехода водорастворимых компонентов из мезги в экстракт значительно интенсифицируется. В результате кавитации за счет образования и схлопывания пузырьков воздуха происходит механическое разрушение клеточных структур и коэффициент диффузии увеличивается. Это ускоряет процесс перехода экстрактивных веществ в растворитель за счет их вымывания. Возникающие конвективные течения и гидродинамические потоки, способствуют интенсивному перемешиванию биомассы и растворенных в цитозоле клетки биологически активных веществ в результате чего ускоряется процесс извлечения.
Выводы
В ходе исследований изучены и обоснованы новые технологические приемы получения фитобиотических фармсубстанций на основе экстрактов ягодного сырья Сибирского региона. Получены новые данные по изменению показателей качества фармсубстанций ягод смородины черной (Ribes nigrum L.) и облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.). Для изученного сырья с использованием методов высокоэффективной жидкостной хроматографии исследовано содержание биологически активных веществ и динамика изменения антибактериальной активности. Установлен синергизм основных компонентов сырья – флавоноидов, дубильных веществ и аскорбиновой кислоты, входящих в комплекс фитобиотических экстрактов, и их влияние на антибактериальную активность в отношении штаммов некоторых видов патогенной, условно патогенной и нежелательной микрофлоры.
Исследованы технологические приемы интенсификации процессов получения жидких водно-спиртовых экстрактов ягодного сырья в условиях ультразвуковой обработки при частоте УЗ воздействия 22 кГц и интенсивности 2 Вт/см2 при варьировании значениями гидромодуля растворов. Основываясь на данных по изменению оптической плотности экстрактов в ходе процесса извлечения, получена качественная картина суммарного перехода биоактивных компонентов сырья в раствор и построены кинетические кривые извлечения.
Проведен сравнительный анализ процессов экстрагирования по традиционной технологии методом мацерации и в условия УЗ обработки. Установлено, что продолжительность экстраги- рования при величине гидромодуля 1:15, уменьшилась с 300 мин до 15–20 мин при достижении сопоставимых значений равновесных концентраций экстрактивных веществ в сравнении с контрольными образцами растворов без обработки Опытным путем выявлено изменение качествен- ного и количественного состава экстрактивных веществ, активных компонентов. Найдены значения коэффициентов извлечения для исследуемого ягодного сырья. Установлено, что, по сравнению с флавоноидами, более полно экстрагируются из ягодного сырья дубильные вещества и аскорбино- вая кислота. Рекомендовано для извлечения водорастворимых соединений дубильных веществ и аскорбиновой кислоты считать оптимальной концентрацией экстрагента – раствор этанола 40 % об., обеспечивающую лучшую растворимостью БАВ
в воде.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1. Мистратова, Н. А. Анализ зарубежного опыта производства и реализации органической продукции сельского хозяйства / Н. А. Мистратова, А. В. Коломейцев, М. А. Янова // Вестник КрасГАУ. - 2018. - Т. 137, № 2. - С. 162-165.
2. Фитобиотики в кормлении сельскохозяйственных животных / О. А. Багно, О. Н. Прохоров, С. А. Шевченко [и др.] // Сельскохозяйственная биология. - 2018. - Т. 53, № 4. - С. 687-697. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.4.687rus.
3. Оценка воздействия на кишечную микрофлору птицы веществ, обладающих антибиотический, пробиотическим и анти-Quorum Sensing эффектами / Г. К. Дускаев, Е. А. Дроздова, Е. С. Алешина [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2017. - Т. 211, № 11. - С. 84-87. DOI: https://doi.org/10.25198/1814-6457-211-84.
4. Замбулаева, Н. Д. Исследование антиоксидантных и антимикробных свойств биопротекторов из отходов соковых производств как ингредиентов для обогащения продуктов питания / Н. Д. Замбулаева, С. Д. Жамсаранова // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2018. - Т. 8, № 1. - С. 51-58. DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-1-51-58.
5. Богданова, О. А. Антимикробные свойства растительных экстрактов для безалкогольных напитков / О. А. Богданова, Т. Н. Иванова, Е. В. Сибирская // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. - 2014. - Т. 24, № 1. - С. 103 107.
6. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина / Ю. С. Тараховский, Ю. А. Ким, Б. С. Абдрасилов [и др.]. - Пущино : Sуnchrobook, 2013. - 310 c.
7. Wildman, R. E. C. Handbook of nutraceuticals and functional foods / R. E. C. Wildman. - GRS Press, 2007. - 542 с.
8. Еркенова, М. Н. Исследование антимикробных и антиоксидантных свойств растительных экстрактов [Электронный ресурс] / М. Н. Еркенова, М. К. Мурзахметова, А. Н. Аралбаева // Студенческий. - 2017. - № 1. - С. 5-12. - Режим доступа: https://sibac.info/journal/student/1/70626. - Дата обращения: 08.12.2018.
9. Базарнова, Ю. Г. Исследование содержания некоторых биологически активных веществ, обладающих антиоксидантной активностью, в дикорастущих плодах и травах / Ю. Г. Базарнова // Вопросы питания. - 2007. - Т. 76, № 1. - С. 22-26.
10. Bakin, I. A. Choice of fruit and berry raw materials for extracts based on field marketing research / I. A. Bakin, A. S. Mustafina, L. A. Aleksenko // European Science and Technology: materials of the VII international research and practice conference. - Munich, 2014. - Vol. 1. - P. 180-186.
11. Research of process of extraction of biologically active substances (BAS) from plant raw materials in the conditions of ultrasonic extraction / E. V. Averyanova, V. N. Khmelev, S. N. Tsyganok [et al.] // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM 2017 / Novosibirsk State Technical University. - Novosibirsk, 2017. - P. 255-259. DOI: https://doi.org/10.1109/EDM.2017.7981751.
12. Аверьянова, Е. В. Теоретические и практические аспекты использования растительного сырья Алтайского края в производстве функциональных продуктов питания / Е. В. Аверьянова, М. Н. Школьникова. - Бийск : Алтайский государственный технический университет, 2015. - 195 с.
13. Калякина, С. А. Биологические и биохимические особенности новых черноплодных и зеленоплодных сортообразцов смородины чёрной как перспективных источников лекарственного сырья: aвтореф. … канд. с.-х. наук: 06.01.05 / Калякина Саида Абидиновна. - Мичуринск, 2008. - 23 с.
14. Мясищева, Н. В. Изучение биологически активных веществ ягод черной смородины в процессе хранения / Н. В. Мясищева, Е. Н. Артемова // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - Т. 30, № 3. - С. 36-40.
15. Петрова, С. Н. Состав плодов и листьев смородины черной Ribes nigrum (обзор) / С. Н. Петрова, А. А. Кузнецова // Химия растительного сырья. - 2014. - № 4. - С. 43-50.
16. Analysis of Lipophilic and Hydrophilic Bioactive Compounds Contentin Sea Buckthorn (Hippophaë rhamnoides L.) Berries / M. Teleszko, A. Wojdyło, M. Rudzińska [et al.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2015. - Vol. 16, № 63. - P. 4120−4129. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b00564.
17. Ershova, E. Biochemical characteristics of Altai seabuckthorn varieties / E. Ershova // Seabuckthorn (Hippophae L.): A multipurpose wonder plant Vol. IV: Emerging trends in research and technologies / V. Singh, B. Yang, S. Choudhary [et al.]. - New Delhi : Daya Publishing House, 2014. - P. 297-307.
18. Sea buckthorn: Monograph / Yu. A. Koshelev, L. D. Ageeva, E. S. Batashov [et al.]. - Biysk : Polzunov Altai State Technical, 2015. - 401 p.
19. Школьникова, М. Н. Методологические аспекты формирования и оценки качества многокомпонентных напитков на основе растительного сырья: дис. … д-ра техн. наук: 05.18.15 / Школьникова Марина Николаевна. - Кемерово, 2012. - 438 с.
20. Бакин, И. А. Влияние комплексных технологических приемов обработки на экстрагирование ягодного сырья / И. А. Бакин, А. С. Мустафина, П. Н. Лунин // Известия вузов. Пищевая технология. - 2016. - Т. 353-354, № 5-6. - С. 24-27.
