Change in the content of phenolic compounds in semi-finished products from endive Cichorium endivia during low-temperature processing

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В пищевом рационе современного человека важная роль отводится зеленным культурам, которые отличаются высоким содержанием биологически активных веществ [1–5].

В почвенно-климатических условиях Северо-Западного региона Российской Федерации, в том числе в Ленинградской области выращиваются различные сорта цикория салатного (лат. Cichorium endivia) − селекционного продукта дикорастущего цикория, многолетнего растения из семейства Астровые (Asteraceae). В сельском хозяйстве выращивают три сорта салатного цикория − Эндивий, Эскариол и Витлуф: они различаются по урожайности, химическому составу и биологической ценности [6, 7]. Как ценная овощная культура салатный цикорий пользуется заслуженным признанием со времен Древней Греции и Рима. Этот салат популярен в ряде европейских стран, например во Франции, Бельгии, Нидерландах, где его выращивают в зимний период и импортируют в другие страны. В Российской Федерации промышленное значение имеет салатный цикорий Эндивий. Наличие гликозида интибина, макро- и микроэлементов калия, кальция, железа, марганца, меди, кобальта, магния, бария, алюминия, цинка, а также ряда витаминов (С, В1, В2, В6, РР, К) позволяет использовать эту разновидность салатного цикория для лечебного и диетического питания [6–12].

Продукты из салатного цикория рекомендуются людям, страдающим сахарным диабетом, от проблем с пищеварением, при малокровии, при диспепсии, заболеваниях печени, селезёнки, почек, для улучшения состава крови и как средство, успокаивающее нервную систему.

Во многих зеленых культурах, в том числе в цикории салатном, содержатся различные по структуре фенольные соединения, благотворно влияющие на здоровье человека, оказывая антиоксидантное, антиканцерогенное и кардиопротекторное действие [6–15]. Из мономерных соединений важное значение имеют фенолкарбоновые кислоты (ФКК), в частности оксибензойные, п-кумаровая, кофейная, хлорогеновая. Димерные соединения (флавоноиды) С₆–С₃–С₆ − самая обширная и распространенная группа фенольных соединений (ФС). Многочисленное семейство флавоноидов делится на 10 структурных групп, в зависимости от строения трехуглеродного мостика и степени его окисленности, что влияет на их антиоксидантные свойства. Из флавоноидов эффективными антиокислителями являются рутин, кверцитин, кверцитрин, кемпферол-7-гликозид и мирицетин. К ФС относится также обширная группа полимерных соединений (конденсированные дубильные вещества, лигнины, меланины, гуминовые кислоты). Они не растворимы в воде, не гидролизуются ферментами и не обладают Р-витаминной активностью [15, 16].

Зеленные культуры отличаются высоким содержанием свободной и слабосвязанной влаги и непригодны к длительному хранению в охлажденном состоянии [7, 17]. Для увеличения продолжительности хранения традиционно применяют сушку, что приводит к значительным потерям биологически активных веществ, в том числе фенольных соединений. Эффективность длительного хранения зеленных культур, снижение их потерь от фитопатологических и физиологических заболеваний, максимальное сохранение БАВ зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются сортовые особенности, агротехника выращивания, температурный и влажностный режимы [9, 10, 17].

Замораживание позволяет максимально сохранить пищевую ценность растительных продуктов [9, 13, 18].

В настоящее время нет исследований влияния замораживания и продолжительности хранения салатного цикория различных сортов на изменение содержания фенольных соединений.

Цель настоящей работы – изучить кинетику реакций окисления и гидролиза моно- и димерных фенольных соединений цикория салатного эндивий различных сортов в процессе замораживания и хранения, а также рекомендовать низкотемпературную технологию производства полуфабрикатов из исследуемых сортов с максимальным сохранением фенольных соединений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для исследования выбраны отечественные сорта салатного цикория – Кружево и Эльвира, а также итальянский сорт Корнетто К-56. Сумму фенольных соединений, содержание фенолкарбоновых кислот и флавоноидов определяли в свежем салатном цикории, после гомогенизации и замораживания полуфабрикатов, а также в процессе их хранения. В контрольных и опытных образцах определяли потерю клеточного сока при размораживании [19]. В работе выполнялись задачи выявить кинетические зависимости изменения содержания фенольных соединений от продолжительности хранения замороженных полуфабрикатов из цикория салатного, а также рассчитать константы скорости реакции (псевдопервого порядка) изменения содержания исследуемых веществ в процессе хранения.

Сорта выращены в коллекционном саду Павловской опытной станции станция ВИР Россельхозакадемии. Урожай собран в начале октября 2019 г.

Сорт Корнетто К-56: растения скороспелые, рано образуют цветоносные побеги и приступают к цветению. Край листа зубчатый, слабоволнистый. Куст средней высоты, раскидистый, с боковыми побегами, отходящими под углом в стороны. Сорт Кружево: растения позднеспелые. Прикорневые розетки крупные, с многочисленными листьями, средней плотности. Листья с удлиненной пластинкой, рассеченной на крупные, симметрично расположенные доли. Край зубчатый, слабо- и средневолнистый. Окраска зеленая. Сорт Эльвира: с многочисленными темно-зелеными удлиненными листьями розетки. Прикорневая розетка средней величины или крупная. Листья с широкой листовой пластинкой. Край листа зубчатый или двоякозубчатый, волнистый. Окраска зеленая [6].

Листья цикория салатного измельчали на гомогенизаторе со скоростью 800 об/мин в течение 30 с до пастообразного состояния, добавляя в качестве криопротектора и влагоудерживающего агента пектин в количестве, %: 1,0 (опыт 1), 2,0 (опыт 2), 2,5 (опыт 3) и 3,0 (опыт 4). Затем каждый образец помещали в полимерный контейнер по 200 г. Образцы замораживали при температуре –30 °С в условиях естественной конвекции до среднеобъемной температуры –18 °С и хранили при указанной температуре в течение 8 мес. Исследуемые образцы размораживали при температуре (4±1) °С в условиях естественной конвекции до +1 °С.

В свежем салатном цикории, после гомогенизации и замораживания полуфабрикатов, а также в процессе их хранения определяли сумму фенольных соединений, фенолкарбоновых кислот и флавоноидов по методике, изложенной в [19]. В свежем салате определяли влажность методом высушивания до постоянной массы при температуре 105 °С. В контрольных и опытных образцах сразу после замораживания определяли потерю клеточного сока при размораживании [19].

Эксперименты повторяли 2–5 раз, данные обрабатывали методами математической статистики с доверительной вероятностью 95% с использованием стандартных компьютерных программ. В таблицах 1–4 и на рисунке приведены средние арифметические значения исследуемых показателей в пересчете на сырую массу.

 

Таблица1. Изменение содержания суммы фенольных соединений при хранении замороженных полуфабрикатов, % / Table 1. Change in the content of the total phenolic compounds during storage of frozen semi-finished products, %

Сорт	До замораживания	После замораживания	Продолжительность хранения, сут
			60	120	180	210
Кружево Контроль Опыт	1,43±0,12	1,30±0,11 1,37±0,11	1,27±0,10 1,32±0,10	1,24±0,09 1,30±0,10	1,20±0,09 1,26±0,09	0,76±0,04 1,07±0,07
Эльвира Контроль Опыт	1,27±0,10	1,15±0,08 1,22±0,10	1,12±0,06 1,18±0,08	1,08±0,07 1,14±0,08	1,03±0,07 1,11±0,08	0,67±0,03 0,96±0,08
Корнетто К-56 Контроль Опыт	1,18±0,09	1,07±0,08 1,14±0,09	1,04±0,05 1,12±0,09	1,00±0,05 1,08±0,06	0,94±0,04 1,0±0,05	0,56±0,03 0,94±0,05

 

Таблица 2. Изменение содержания суммы флавоноидов при хранении замороженного полуфабриката, мг/100 г / Table 2. Change in the content of the total flavonoids during storage of a frozen semi-finished product, mg/100 g

Сорт	До замораживания	После замораживания	Продолжительность хранения, сут
			60	120	180	210
Кружево Контроль Опыт	624±26	496±19 587±24	480±19 568±22	460±19 563±21	415±17 527±19	360±15 494±17
Эльвира Контроль Опыт	567±23	448±17 522±22	418±16 544±21	404±16 508±20	366±16 476±19	297±9 423±16
Корнетто К-56 Контроль Опыт	514±21	382±15 485±19	374±15 478±18	353±14 463±18	316±12 436±16	264±10 383±15

 

Таблица 3. Изменение содержания фенолкарбоновых кислот при замораживании и хранении полуфабриката, мг/100 г / Table 3. Change in the content of phenolcarboxylic acids during freezing and storage of the semi-finished product, mg/100 g

Сорт	До замораживания	После замораживания	Продолжительность хранения, сут
			60	120	180	210
Кружево Контроль Опыт	384±14	297±12 356±14	292±11 352±14	274±11 342±12	226±9 307±11	167±6 238±8
Эльвира Контроль Опыт	324±13	246±9 304±12	241±9 296±11	224±9 283±11	200±8 260±11	158±5 208±8

 

Таблица 4. Константы скорости реакций псевдопервого порядка превращения фенольных соединений цикория салатного при замораживании и хранении / Table 4. Rate constants of pseudo-first-order reactions for the transformation of phenolic compounds in endive during freezing and storage

Условия хранения	КЗ,		τ, период суток
		0−120		120−180		180−210
	ΣФЛ	ΣФКК	ΣФЛ	ΣФКК	ΣФЛ	ΣФКК	ΣФЛ	ΣФКК
Кружево Контроль Опыт	0,459 0,122	0,513 0,151	0,062 0,034	0,067 0,033	0,17 0,11	0,32 0,18	0,47 0,21	1,12 0,84
Эльвира Контроль Опыт	0,471 0,165	0,550 0,127	0,086 0,023	0,078 0,059	0,16 0,10	0,18 0,14	0,70 0,39	0,78 0,74
Корнетто К-56 Контроль Опыт	0,593 0,116	0,615 0,174	0,065 0,038	0,078 0,052	0,18 0,10	0,27 0,16	0,59 0,43	1,23 0,92

 

Рисунок. Зависимость изменения потери клеточного сока в процессе размораживания полуфабрикатов из цикория салатного сортов Кружево и Корнетто-56 от массовой доли пектина. / Figure. Dependence of the change in the loss of cell sap in the process of defrosting semi-finished products from endive varieties Kruzhevo and Kornetto K-56 on the mass fraction of pectin.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влажность цикория салатного после сбора урожая сортов Кружево, Эльвира и Корнетто К-56 составила, %: 93,62±0,58; 88,12±0,44; и 91,87±0,46 соответственно. Высокое содержание свободной и слабосвязанной влаги в исследуемых сортах приводит к значительной потере клеточного сока при размораживании и, как следствие, к снижению содержания биологически активных веществ, в частности фенольных соединений.

Потери клеточного сока при размораживании контрольных образцов полуфабрикатов из цикория салатного сортов Эльвира, Кружево и Корнетто К-56 составили, %: 43,64±0,70; 39,47±0,29 и 41,36±0,21 соответственно (рисунок). Добавление в гомогенную массу салатного цикория при приготовлении полуфабрикатов в качестве структурообразователя пектина (высокомолекулярного соединения, состоящего в основном из остатков галактуроновой кислоты, связанных α-1-4-гликозидной связью), позволяет существенно снизить потери клеточного сока в процессе размораживания (см. рисунок).

В работе использовался низкоэтерифицированный пектин, степень метилирования 40…45 %, что позволяет поглощать воду независимо от кислотности среды и количества сахара.

Как иллюстрирует рисунок, потери клеточного сока при размораживании цикория салатного зависят от массовой доли пектина: они значительно снижаются при концентрации (2,0−2,5)% и отсутствуют при увеличении его содержания до 3,0% (в сортах Кружево и Эльвира одни и те же значения потери клеточного сока).

В дальнейших исследованиях содержание исследуемых фракций фенольных соединений определяли в контрольных (без пектина) и опытных образцах, содержащих 3,0% пектина, как непосредственно после замораживания полуфабрикатов, так и в процессе их хранения в замороженном состоянии.

В таблицах 1−3 приведены данные по изменению содержания суммы фенольных соединений (ΣФС), флавоноидов (ΣФЛ) и фенолкарбоновых кислот (ΣФКК) в полуфабрикатах из исследуемых сортов цикория салатного при замораживании и в процессе хранения в замороженном состоянии.

Как следует из представленных данных, сорта отличаются по содержанию ΣФС, ΣФЛ и ΣФКК. Максимальным содержанием этих соединений отличается сорт Кружево, минимальным − сорт Корнетто К-56. Значительные изменения ФС отмечены на стадии замораживания и в контрольных, и в опытных образцах. Однако в процессе хранения в течение 180 сут количество исследуемых ФС изменяется незначительно, а при дальнейшем хранении, особенно после 180 сут существенно уменьшается. Данные изменения, возможно, объясняются повышением активности фермента фенолоксидазы и, как следствие, окислением ФС. Однако процесс окисления протекает с различной скоростью в зависимости от структуры ФС, что подтверждается значениями констант скорости реакций окисления ФС.

Константы скорости реакций окисления ФС псевдопервого порядка в процессе хранения цикория салатного сорта Кружево составили: для ΣФКК и ΣФЛ − 0,064; 0,017; сорта Эльвира − 0,047: 0,034; сорта Корнетто К-56 – 0,049; 0,006 соответственно. Анализ значений констант показывает, что во всех сортах самая высокая скорость окисления характерна для фенолкарбоновых кислот.

Как следует из табл. 1, ΣФС в процессе замораживания сортов Кружево, Эльвира и Корнетто К-56 уменьшается на 9,1; 9,3 и 9,4%, а в процессе хранения в течение 7 мес. в замороженном состоянии изменяется незначительно, уменьшаясь на 8,7; 10,5 и 12,2% соответственно.

В таблицах 2−3 показано изменение содержания ΣФЛ и ΣФКК в свежих полуфабрикатах, после замораживания и в период хранения до 210 сут (с интервалом 60 сут).

В табл. 4 приведены данные по константам скорости реакции псевдопервого порядка превращения фенольных соединений цикория салатного сортов Кружево, Эльвира и Корнетто К-56 в свежем виде, а также при замораживании и хранении.

Таким образом, в процессе хранения полуфабрикатов из исследуемых сортов цикория салатного в замороженном состоянии сохраняются различные по структуре ФС, принадлежащие к моно- и димерным соединениям.

ВЫВОДЫ

В работе выявлены кинетические зависимости изменения содержания фенольных соединений от продолжительности хранения замороженных полуфабрикатов, изготовленных из цикория салатного сортов Кружево, Эльвира, Корнетто.

Рассчитаны константы скорости реакции (псевдопервого порядка) изменения содержания исследуемых веществ в процессе хранения.

Для снижения потерь клеточного сока при размораживании полуфабрикатов и для сохранения содержания фенольных соединений при хранении рекомендуется на стадии гомогенизации добавлять пектин в количестве 3,0% от массы гомогенизированного цикория салатного исследуемых сортов.

Показано, что в процессе хранения замороженных полуфабрикатов цикория салатного максимально сохраняются фенольные соединения и снижаются потери клеточного сока в сортах Эльвира и Кружево в течение 180 сут, в сорте Корнетто К-56 – 150 сут.

Замороженный полуфабрикат из гомогенизированного цикория салатного исследуемых сортов рекомендуется использовать в технологии производства низкокалорийных напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий для обеспечения населения Российской Федерации функциональными продуктами питания, способствующими укреплению здоровья человека и долголетию, в том числе за счет высокого содержания фенольных соединений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Финансирование. Статья не имеет спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с подготовкой и публикацией статьи.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

ADDITIONAL INFORMATION

Competing interests. The author declares no any transparent and potential conflict of interests in relation to this article publication.

Funding source. Article is not sponsored.

Contribution of authors. All authors made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication.

About the authors

Valentina S. Kolodyaznaya

ITMO University

Email: kvs_holod@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6339-4583
SPIN-code: 1446-2732

Dr. Sci. (Engin.), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Elena I. Kiprushkina

ITMO University

Email: eikiprushkina@itmo.ru
SPIN-code: 4424-6265

Dr. Sci. (Engin.), Associate Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga N. Rumiantseva

ITMO University

Author for correspondence.
Email: rumiantseva@itmo.ru
SPIN-code: 5293-4639

к.т.н.

Russian Federation, Saint Petersburg

Daria Yu. Mironova

ITMO University

Email: mironova@itmo.ru
SPIN-code: 9182-8188

к.т.н., доцент

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files