ВЛИЯНИЕ ГЛИЦЕРИНА НА ЭКСТРАГИРОВАНИЕ АНТОЦИАНОВЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

И.В. Переверткина, А.Д. Волков, В.М. Болотов Воронежская государственная технологическая академия, пр. Революции, 19, Воронеж (Россия)
Исследовано влияние состава водно-глицеринового растворителя на экстрагирование антоциановых пигментов из высушенных выжимок ягод и лепестков розы. Увеличение концентрации антоцианов в экстрактах темных сортов ягод в 2 раза с возрастанием содержания глицерина объяснено образованием хелатных комплексов посредством водородной связи.

Окраска многих растений обусловлена содержанием в них флавоноидных красителей. В частности, присутствие антоциановых пигментов (АЦ) придает растениям красный, синий и фиолетовый цвета. АЦ являются производными катиона флавилия, содержащего от трех до шести гидроксильных групп, которые могут быть метилированы. Структурная формула антоцианидинов приведена ниже. Строение некоторых антоцианидинов приведено ниже:

Антоцианидин R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
Цианидин –OH –OH –H –OH –OH –H –OH
Дельфинидин –OH –OH –OH –OH –OH –H –OH
Петунидин –OH –OH –OCH3 –OH –OH –H –OH
Мальвидин –OCH3 –OH –OCH3 –OH –OH –H –OH
Пеонидин –OCH –OH –H –OH –OH –H –OH
Розинидин –OCH3 –OH –H –OH –OH –H –OCH3

Антоцианидины (агликоны) из-за своей структуры плохо растворимы в воде, поэтому в растениях они существуют в водно-растворимой форме в виде гликозидированных производных. Изучено строение более двух десятков природных АЦ [1, 2]. Окраска АЦ зависит от рН среды и строения молекулы красителя: чем больше в молекуле метильных групп, тем более преобладает красная окраска, чем больше гидроксильных групп – тем более преобладает темносиняя окраска.

Экстракты АЦ из растительного сырья используют в пищевой промышленности как натуральные красители для окрашивания продуктов питания. В отличие от многих синтетических красителей они нетоксичны, имеют естественный цвет, характерный для натуральных пищевых продуктов, а также обладают высокой антиоксидантной активностью [3, 4]. Экстрагирование АЦ обычно проводят подкисленными водными и водно-спиртовыми растворами [4–6]. С целью интенсификации процесса экстрагирования красящих веществ в настоящей работе в качестве экстрагента был изучен водно-глицериновый растворитель. Выбор трехатомного спирта – глицерина – обусловлен его структурой, способной к сольватации полифенольных соединений за счет образования комплексов посредством водородной связи. Кроме того? глицерин нетоксичен, имеет высокую температуру кипения, поэтому не летуч и менее пожароопасен, чем этанол.

Проведена экстракция АЦ из высушенных выжимок ягод черноплодной рябины (Aronia Melanocarpa), красной смородины (Ribes rubrum), винограда сорта «Изабелла» (Vitis labrusca × V. vinifera) и лепестков красной розы (Rosa spp.). Экстракцию проводили водным и водно-глицериновыми растворителями. Массовая доля глицерина в смесях с водой составляла 10, 20, 30, 40, 50%. Все растворители содержали НСl с массовой долей 1%. Измельченное сырье обрабатывали растворителем из расчета 25 см3 растворителя на 1 г сырья при 60–65 °С в течение 1 ч. Концентрацию красителя определяли фотоэлектроколориметрическим методом (λ = 490 нм, кювета 10 мм) [5].

Методом планарной хроматографии проведен анализ свежих водноглицериновых (1 : 1) антоциан-содержащих экстрактов из лепестков красной розы и выжимок ягод винограда. Хроматографический анализ антоциансодержащих экстрактов осуществляли на бумаге Filtrak 11. В качестве растворителя применяли смеси: н-бутанол – уксусная кислота – вода в объемном соотношении 4 : 1 : 5 (верхний слой) (БУВ) и уксусная кислота – концентрированная соляная кислота – вода (15 : 3 : 82) (УСВ).

Максимальное количество красящих веществ содержали экстракты красной розы ~4 г/л, минимальное – экстракты красной смородины ~0,1 г/л. Концентрация АЦ в экстрактах розы и красной смородины от состава растворителя в пределах экспериментальной ошибки (±3%) не зависела. Содержание красящих веществ в экстрактах черноплодной рябины и винограда зависело от состава растворителя: с увеличением массовой доли глицерина от 10 до 50%, концентрация АЦ в экстрактах возрастала более чем в два раза и изменялась в интервале от 0,4 до 1,3 г/л (рис.).

Зависимость концентрации красящих веществ (с) в экстрактах от сырья и содержания глицерина в экстрагенте (ω): 1 – красная роза; 2 – виноград; 3 – черноплодная рябина; 4 – красная смородина

Эффект метилирования действует
Увеличение экстрагирующей способности водно-глицеринового растворителя с увеличением содержания глицерина для темных сортов ягод можно объяснить особенностью строения содержащихся в них АЦ. Как было отмечено выше, в темных сортах ягод преобладают АЦ, содержащие преимущественно гидроксильные группы, такие как цианидин, дельфинидин, петунидин и др. В их молекулах фенольные гидроксилы находятся у соседних атомов углерода (структура пирокатехина или пирогаллола), что позволяет им образовывать с глицерином хелатные комплексы посредством водородной связи. Это приводит к увеличению экстракции АЦ с увеличением содержания глицерина в экстрагенте. В отсутствии в молекулах АЦ гидроксилов у соседних атомов углерода сольватирующая способность глицерина нивелируется. Так, увеличение содержания глицерина в водноглицериновом растворителе не влияет на экстракцию пигментов красной смородины и розы, в структуре которых преобладают АЦ с метилированными гидроксильными группами (например мальвидин, пеонидин, розинидин и др.) и возможности сольватации АЦ посредством хелатообразования у глицерина нет (см. табл.).

Ранее проведенные исследования показали, что увеличение числа гидроксильных групп в структуре АЦ снижает значение Rf в бутанольных (БУВ) и водных (УСВ) растворителях как для агликонов, так и для гликозидов. наоборот – больше метильных групп, больше Rf в этих растворителях [1].
Для подтверждения различия в строении АЦ красной розы и винограда их экстракты были проанализированы методом планарной хроматографии в тех же подвижных фазах. Установлено, что пигментный состав розы представлен преимущественно АЦ, значения Rf которых в 1,5–2 раза больше – 0,28 в (БУВ) и 0,38 в (УСВ), чем винограда – 0,14 в (БУВ) и 0,23 в (УСВ). Следовательно, антоцианы красной розы более метилированы, чем синего винограда. Преобладание же полифенольной структуры АЦ в винограде повышает экстрагирование АЦ с увеличением содержания глицерина в экстрагенте в результате более эффективной сольватации.

Таким образом, при извлечении АЦ из темноокрашенного растительного сырья наиболее эффективен водно-глицериновый экстрагент с массовой долей глицерина 50%. Так как цвет темноокрашенных плодов вызван пигментами, в структуре которых преобладают АЦ, содержащие гидроксилы у соседних атомов углерода, то их экстрагирование возрастает с увеличением содержания в экстрагенте многоатомного спирта со структурой α-гликоля в результате образования хелатных комплексов посредством водородной связи между молекулами растворителя и АЦ.

Список литературы
1. Таничев С.С. Антоцианы в плодах и овощах. М., 1980. 302 с.
2. Болотов В.М., Нечаев А.П., Сарафанова Л.А. Пищевые красители: классификация, свойства, анализ, применение. СПб., 2008. 240 с.
3. Прида А.И., Иванова Р.И. Природные антиоксиданты полифенольной природы (антирадикальные свойства и перспективы использования) // Пищевые ингридиенты. Сырье и добавки. 2004. №2. С. 76–78.
4. Саввин П.Н., Болотов В.М. Исследование антиоксидантных свойств желейного мармелада // Химия растительного сырья. 2008. №4. С. 177–179.
5. Харламова О.А., Кафка Б.В. Натуральные пищевые красители. М., 1979. 191 с.
6. Патент №2228344 (РФ). Способ получения антоцианового красителя из растительного сырья / А.П. Один, А.Д. Хайрутдинова, В.М. Болотов // БИ. №13, 10.05.2004.