Effect of the temperature and storage time on polyphenol content

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
Nr 1058
CHEMIA SPO YWCZA I BIOTECHNOLOGIA, z. 73
2009
MARZENA MISIAK
ZBIGNIEW IRZYNIEC
Instytut Chemicznej Technologii ywno ci
Politechnika Łódzka
WPŁYW TEMPERATURY I CZASU
PRZECHOWYWANIA NA ZAWARTO
POLOIFENOLI I WŁA CIWO CI
PRZECIWUTLENIAJ CE LIOFILIZOWANEJ ARONII
Recenzent: dr hab. in . Lucjan Krala, prof. PŁ
Badano zmiany zawarto ci polifenoli i antocyjanów oraz właciwo ci przeciwutleniaj cych liofilizowanej aronii przechowywanej
w temperaturze 3, 23 i 40°C. Stwierdzono, e temperatura przechowywania wywiera silny wpływ na badane wyró niki. Wykazano, e
najkorzystniej jest przechowywa liofilizaty aronii w warunkach
chłodniczych (3°C).
1. Wprowadzenie
Ze wzgl du na wielokrotnie potwierdzone wła ciwo ci przeciwutleniaj ce,
zwi zane głównie z obecno ci polifenoli, owoce aronii wywieraj korzystny
wpływ na zdrowie konsumenta. Składniki owoców aronii wykazuj równie
wysok aktywno przeciwzapaln , przeciwwirusow oraz antyalergiczn [1].
1.1. Aronia ciemnoowocowa – charakterystyka oraz skład chemiczny
Aronia melanocarpa (ang. Chokeberry) jest krzewem z rodziny ró owatych,
posiadaj cym małe kuliste owoce, czarne jagody z bł kitnym woskowym nalotem.
Aronia jest wiatłolubna i bardzo wytrzymała na mrozy i susz . Owoce aronii s
bardzo odporne na psucie si w czasie przechowywania [2]. Stwierdzono, e jej
74
M. Misiak, Z. Irzyniec
owoce s najbogatszym ródłem polifenoli. Owoce aronii charakteryzuj si
cierpkim smakiem, spowodowanym obecno ci epikatechin oraz pochodnych
kwasu hydroksycynamonowego, z tego powodu nie jest spo ywana w stanie
surowym. Wymienione wy ej zwi zki powoduj , e aronia posiada bardzo du
aktywno
przeciwutleniaj c , pomimo ladowych ilo ci takich przeciwutleniaczy jak witamina C czy karotenoidy [3].
1.2. Polifenole – klasyfikacja oraz wyst powanie
Zwi zki polifenolowe mo na podzieli pod wzgl dem struktury podstawowego
szkieletu w glowego na:
• kwasy fenolowe,
• flawonoidy [4].
Polifenole wyst puj w owocach, kwiatach, li ciach, nasionach, korzeniach,
korze i cz ciach zdrewniałych ro lin. Zwi zki te wyst puj tak e w ziarnach
zbó , nasionach ro lin str czkowych i oleistych, ziemniakach, herbacie, kawie
i przyprawach ro linnych [5].
Antocyjany
Spo ród wszystkich zwi zków polifenolowych zawartych w aronii najwi ksze
znaczenie ma zawarto antocyjanów, naturalnych barwników. Antocyjany naledo obszernej grupy zwi zków, cechuj cych si obecno ci w cz steczce
dwóch pier cieni fenylowych poł czonych trójw glowym ła cuchem (C6-C3-C6),
tzw. flawonoidów [6].
Pod wzgl dem budowy chemicznej antocyjany przedstawia si ogólnie jako
kation flawyliowy, posiadaj cy w cz steczce ró ne podstawniki R3’, R5’ (grupy OH, - OCH3 lub -H) i R5 (grupy -O-glukoza, albo -OH), a przede wszystkim R3
(poł czenie glikozydowe z cukrami), charakteryzuj ce poszczególne antocyjany.
Antocyjany swoj ró norodno zawdzi czaj cukrowemu składnikowi,
którym najcz ciej jest glukoza, a rzadziej galaktoza, ramnoza, arabinoza, czy te
ksyloza. Mog wyst powa w postaci mono-, di-, triglikozydów. Dlatego te
antocyjany wyst puj ce w produktach naturalnych, posiadaj ró ne wła ciwo ci
[7,8]. Antocyjany s zwi zkami niestabilnymi, łatwo ulegaj przemianom, a tym
samym zmianom barwy (rys. 1).
Wpływ temperatury i czasu przechowywania na zawarto
poloifenoli…
R 3'
R 3'
OH
O
75
R 5'
+
OH
H
+
O
HO
R5'
R3
R3
R5
R5
Kation flawyliowy czerwony
Zasada chinoidowa niebieska
OH2
R 3'
R 3'
OH
OH
O
OH
OH
R 5'
O
HO
R 5'
R3
R3
R5
R5
Chalkon bezbarwny
Pseudozasada karbinolowa bezbarwna
Rys. 1. Schemat zmian strukturalnych antocyjanów [6]
Podczas przechowywania albo te w trakcie procesu technologicznego
otrzymywania produktów z aronii mo e nast powa rozkład antocyjanów,
głównie wywołany reakcjami nieenzymatycznego br zowienia. Barwniki antocyjanowe ulegaj zniszczeniu pod wpływem promieni słonecznych, enzymów
utleniaj cych i hydrolizuj cych oraz pod wpływem wielu innych czynników [9].
Antocyjany zaliczane s do grupy tzw. naturalnych substancji nieod ywczych
pochodzenia ro linnego. Ze wzgl du na intensywn barw znajduj szerokie
zastosowanie w przemy le spo ywczym, poniewa zwi kszaj atrakcyjno
wizualn produktów, np. ciast, deserów, czy te win. Stosowane s równie do
barwienia galaretek, kisieli i napojów. Wykorzystywane s równie w przemy le
farmaceutycznym oraz kosmetycznym [10].
2. Suszenie sublimacyjne
Suszenie sublimacyjne, inaczej nazywane liofilizacj , jest jedn z metod
utrwalania ywno ci. Liofilizacja polega na usuwaniu wody z zamro onego
uprzednio produktu poprzez sublimacj lodu, czyli przemian lodu w par
z pomini ciem stanu ciekłego. Jest to proces zło ony i wieloetapowy. Liofilizacja gwarantuje otrzymanie produktu o wysokich walorach jako ciowych [11].
76
M. Misiak, Z. Irzyniec
3. Materiał i metody bada
Materiałem do bada były owoce aronii, pochodz ce z plantacji w województwie łódzkim. Wysuszony materiał pakowano w woreczki z folii polietylenowej
po około 10 g. Opakowany surowiec dzielono losowo na trzy grupy do wiadczalne,
które przechowywano w temperaturze 3˚C, 23˚C, i 40˚C.
Ze wie ego surowca i ka dej partii aronii liofilizowanej pobierano losowo
w jednakowych odst pach czasu (po około 30 dób) po 3 próbki, w których
oznaczano:
• zawarto wody metod suszarkow [12];
• zawarto antocyjanów metod Fuleki’ego i Francis’a [13];
Metoda Fuleki’ego i Francis’a polega na pomiarach absorbancji ekstraktów
z badanego produktu rozcie czonych buforami o pH 1,0 i pH 4,5 przy długo ci
fali = 510 nm. Zawarto antocyjanów liczono ze wzoru:
TAcy = [100(5*ApH1,0 - ApH4,5)*n]/77,5
•
•
(1)
gdzie:
ApH1,0 – absorbanacja roztworu rozcie czonego buforem o pH 1,0,
ApH4,5 – absorbanacja roztworu rozcie czonego buforem o pH 4,5,
n – rozcie czenie próbki.
Ilo antocyjanów podawano w mg/100 g s.m.
sum zwi zków polifenolowych metod Folina-Ciocialteu [14];
Metoda Folina-Ciocialteu wykorzystuje redukcyjne wła ciwo ci zwi zków
polifenolowych. Odczynnik Folina-Ciocialteu zawiera w swym składzie kwas
fosfowolframowy oraz kwas fosfomolibdenowy. Substancje te po utlenieniu
fenoli przekształcaj si do tlenków odpowiednio wolframu i molibdenu.
Powstały barwny roztwór wykazuje maksymaln absorbancj przy długo ci
fali = 700 nm. Ilo polifenoli podawano w mg/100 g s.m. w przeliczeniu
na katechin , dla której sporz dzono krzyw wzorcow .
stopie zmiatania wolnych rodników DPPH, metod Yena i Chena [15];
Metoda polega na okre leniu stopnia redukcji stabilnych rodników DPPH
(1,1-difenylo-2-pikrylohydrazylu) przez antyoksydanty zawarte w ywno ci.
Zmiany wła ciwo ci przeciwutleniaj cych okre lono przez podanie ilo ci
ekstraktu badanej próby, która powodowała 50% redukcj wolnych rodników
DPPH (współczynnik IC50).
Wpływ temperatury i czasu przechowywania na zawarto
poloifenoli…
77
4. Wyniki i dyskusja
4.1. Zmiany zawarto ci antocyjanów
antocyjanów[mg/100gs.m.]
Badania wykazały, e zawarto antocyjanów w wie ych owocach aronii
wynosi 600 mg/100 g s.m. Stwierdzono, e w liofilizatach zawarto antocyjanów ulegała obni eniu w miar upływu czasu przechowywania. Udokumentowano,
e temperatura 3˚C znacznie spowalniała ten proces sprzyjaj c zachowaniu znacznie
wi kszej zawarto ci antocyjanów w liofilizatach w porównaniu z ich
przechowywaniem temperaturze wy szej (rys. 2). Na podstawie oblicze kinetycznych stwierdzono istotny wpływ czasu przechowywania na zawarto antocyjanów. Wykazano, e po 185 dobach przechowywania zawarto antocyjanów
zmalała o około 80% dla temperatury 3˚C oraz 90% dla pozostałych temperatur
przechowywania.
2000
3oC
y = 1678,7e-0,0133x
R2 = 0,7874
1800
1600
23oC
y = 1690,4e-0,014x
R2 = 0,8294
1400
40oC
1200
1000
800
600
y = 1215,5e-0,0114x
R2 = 0,6232
Zawarto
400
200
0
0
50
100
150
200
Czas [doby]
Rys. 2. Zmiany zawarto ci antocyjanów w czasie przechowywania
4.2. Zmiany zawarto ci zwi zków polifenolowych
Zawarto zwi zków polifenolowych w wie ych owocach aronii wynosiła
2500 mg/100g s.m.. Z danych literaturowych wynika, e zawarto zwi zków
polifenolowych w aronii mo e by 1,5-krotnie wy sza i wynosi nawet
3870 mg/100g s.m.[16]. Tak du e ró nice wyników mog by spowodowane
stosowaniem innych procedur analitycznych, np. przeliczeniem zawarto ci polifenoli na katechin , a nie na kwercetyn .
78
M. Misiak, Z. Irzyniec
polifenoli [mg/100gs.m]
Wyniki bada przedstawione na rys. 3 sugeruj , e w miar upływu czasu
przechowywania zawarto polifenoli w liofilizowanych owocach aronii obni a
si . Jednak e temperatura przechowywania nie wpływa istotnie na te zmiany.
Wykazano, e zawarto polifenoli w liofilizatach aronii zmalała w czasie przechowywania o około 30%, 50%, 60% odpowiednio dla temperatury 3°C, 23°C 40°C.
4000
3oC
23oC
3000
40oC
2000
y = 2742,8e-0,0021x
R2 = 0,2553
Zawarto
1000
y = 2948e-0,0021x
y = 3258,2e-0,0029x
2
R2 = 0,3199
R = 0,3508
0
0
50
100
150
200
Czas [doby]
Rys. 3. Zmiany zawarto ci zwi zków polifenolowych w liofilizowanych owocach
aronii w czasie przechowywania
4.3. Zmiany stopnia zmiatania wolnych rodników DPPH˙
Przeprowadzone analizy wykazały, e badane owoce aronii maj wysok
zdolno zmiatania wolnych rodników. Podczas przechowywania liofilizatów
aronii zaobserwowano spadek zawarto ci zwi zków polifenolowych i w konsekwencji
stopniowy wzrost współczynnika IC50, czyli ilo ci ekstraktu potrzebnej do zredukowania 50% wolnych rodników DPPH. Po upływie 185 dób przechowywania
warto współczynnika IC50 wzrosła o około 30%, 40%, 70%, odpowiednio dla
temperatury 3°C, 23°C oraz 40°C. Zale no funkcjonaln pomi dzy efektywno ci
zmiatania wolnych rodników a czasem przechowywania ustalono, badaj c kinetyk
tych zmian (rys. 4). Badania te wykazały istnienie korelacji mi dzy czasem
przechowywania a temperatur , na co wskazuj wysokie warto ci współczynników
determinacji (R2). Najszybciej malała zdolno zmiatania wolnych rodników
DPPH przez liofilizaty aronii przechowywane w temperaturze 3˚C. Szybko
spadku efektywno ci zmiatania wolnych rodników w funkcji czasu stosuje si do
reakcji pierwszego rz du. Czas połowicznej przemiany wynosi 94,5 doby, a stała
szybko ci reakcji 0,0047.
Wpływ temperatury i czasu przechowywania na zawarto
poloifenoli…
Współczynnik IC
50
[g s.m.*10 -6]
800
79
3oC
y = 328,21e0,0036x
R2 = 0,618
700
23oC
40oC
600
500
400
300
200
y = 401,27e0,0031x
R2 = 0,7125
100
y = 208,37e0,0034x
R2 = 0,6144
0
0
50
100
150
200
Czas [doby]
Rys. 4. Zmiany współczynnika IC50 w czasie przechowywania
5. Podsumowanie
Podsumowuj c wyniki bada wpływu temperatury i czasu przechowywania
na wła ciwo ci przeciwutleniaj ce liofilizowanej aronii, mo na stwierdzi , e
zarówno temperatura, jak i czas maj du e znaczenie. Analiza wyników oblicze
kinetycznych daje podstaw do stwierdzenia, e liofilizowane owoce aronii
powinny by przechowywane w warunkach chłodniczych (3˚C). Po sze ciu miesi cach przechowywania w tej temperaturze zawarto zwi zków polifenolowych
oraz efektywno zmiatania wolnych rodników w liofilizatach aronii zmniejszyła
si o około 30%. Temperatura pokojowa (23˚C) oraz wy sza (40˚C) jest mniej
korzystna. Po analogicznym okresie przechowywania efektywno zmiatania
wolnych rodników przez badane owoce zmniejszyła si a o 70%, a antocyjanów
o 90%.
6. Literatura
[1] K. Raj Narayana, M. Spiral Reddy, M.R. Chaluvadi, D.R. Kriszna: Bioflavonoids
classification, pharmacological, biochemical effects therapeutic potential. Indian
J. Pharmacol. 33, 2 -16, (2001).
[2] Borowska J.: Owoce i warzywa jako ródło naturalnych przeciwutleniaczy. Cz. I.
Przem. Ferm. Owoc.Warz. 5, 11-12, (2003).
80
M. Misiak, Z. Irzyniec
[3] Borowska J.: Owoce i warzywa jako ródło naturalnych przeciwutleniaczy. Cz. II.
Przem. Ferm. Owoc. Warz. 3, 94-96, (1995).
[4] Cie lik E.: Wyst powanie przeciwutleniaczy w owocach jagodowych. [w:] Przeciwutleniacze w ywno ci. Aspekty zdrowotne technologiczne molekularne i analityczne. Red.
Grajek W., WNT, Warszawa, s. 201-204, (2007).
[5] Maniak B., Targo ski Z.: Przeciwutleniacze naturalne wyst puj ce w ywno ci.
Przem. Ferm. Owoc. Warz. 40 (4), 7-9, (1996).
[6] Irzyniec Z.: Antocyjany. [w:] Technologia chłodnictwa ywno ci składniki pokarmowe i kontrola ich przemian. Red. S. Michałowski, PŁ, Łód , s. 148-155, (1995).
[7] Oszmia ski J.: Prozdrowotne polifenole w chorobach serca i naczy krwiono nych.
Przem. Ferm. Owoc. Warz., 7, 42-43, (2008).
[8] Kozłowska-Wojciechowska M.: Antyoksydanty – sprzymierze cy zdrowia. Wiad.
Ziel. 5, 8, (1985).
[9] Sikora J., Markowicz M.: Wła ciwo ci zwi zków biologicznie aktywnych zawartych
w owocach aronii czarnoowocowej (Aronia melanocarpa Elliot). Farm. Polska 64
(17), 780-785, (2008).
[10] Wilska-Jeszka J., Zaj c K.B.: Antocyjany naturalne barwniki dla przemysłu
spo ywczego. Cz. I. Budowa, wła ciwo ci i metody otrzymywania barwników antocyjanowych – przegl d wiadomo ci. Przem. Ferm. Owoc. Warz. 3, 21, (1991).
[11] Irzyniec Z., Klimczak J.: Suszenie sublimacyjne. [w:] Technologia chłodnictwa
ywno ci procesy i ich kontrola. Red. S. Michałowski, PŁ, Łód , s. 110-122, (1994).
[12] Irzyniec Z., Klimczak J.: Woda i aktywno wody. [w:] Technologia chłodnictwa
ywno ci składniki pokarmowe i kontrola ich przemian. Red. S. Michałowski, PŁ,
Łód , s. 75-76, (1995).
[13] Vernon L. Singleton, Rudolf Orthofer, Rosa M. Lamuela-Raventos.: Analysis of
Total Phenols and Other Oxidation Substrates and Antioxidants by Means of Folin –
Ciocialteu Reagent. Meth. Enzymol. 14, 155-158, (1999).
[14] Fuleki T., Francis F.I.: Quantitative methods for anthocyanins. 1. Extraction and
determination of total anthocyanin in cranberries. 2. Determination of total anthocyanin
and degradation index for Canberry juice. J. Food Sci. 33, 72-78, (1968).
[15] Yen G.C., Chen H.Y.: Antioxidant activity of various tea extracts in relation to their
antimutagenicity. J. Agric. Food Chem. 43, 27-32, (1995).
[16] Kalemba D., Góra J., Kurowska A.: Charakterystyka chemiczna owoców aronii
ciemnoowocowej. Przem. Ferm. Owoc.Warz. 12, 25-26, (1985).
Wpływ temperatury i czasu przechowywania na zawarto
poloifenoli…
81
EFFECT OF THE TEMPERATURE AND STORAGE
TIME ON POLYPHENOL CONTENT
AND ANTIOXIDANT PROPERTIES OF FREEZE DRIED CHOKEBERRIES
Summary
The research present changes of antioxidant properties of freeze − dried
chokeberries storaged in various temperatures. The temperature and storage time
have the pronounced effect on antioxidant properties. Storage in cooling conditions
(3˚C) is the most advantageously.
Institute of Chemical Food Technology
Technical University in Lodz