Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ STEVIA REBAUDIANA B.

Коренман Я.И. Мельникова Е.И. Нифталиев С.И. Боева С.Е.
Для извлечения дитерпеновых гликозидов и других физиологически ценных компонентов подсластителя натурального происхождения stevia rebaudiana bertoni применено экстрагирование ультрафильтратом творожной сыворотки. Для установления оптимальных параметров (температура, 0С; продолжительность экстрагирования, мин; соотношение объемов твердой и жидкой фаз; рН экстрагента) экстрагирования применяли «ридж-анализ», основанный на методе неопределенных множителей Лагранжа.
Одна из важнейших задач пищевой промышленности состоит в замене сахарозы на безвредные и безопасные для человека подсластители натурального происхождения [1, 2], что позволит уменьшить положительную динамику «болезней цивилизации» (сахарный диабет, ожирение, различные сердечно-сосудистые заболевания, кариес). Помимо формирования сладкого вкуса подсластители натурального происхождения придают функциональную направленность продуктам, приготовленным на их основе.

К таким подластителям относится парагвайское растение Stevia rebaudiana B. Сладость листьев стевии обусловлена наличием комплекса 8 дитерпеновых гликозидов - стевиозида, ребаудиозидов А, В, С, Д, Е, стевиолбиозида, дуклозида. Эквивалент сладости суммы дитерпеновых гликозидов, содержащихся в листьях стевии, достигает 300 единиц [3, 4].

Кроме сладких дитерпеновых гликозидов в листьях стевии содержатся флавоноиды, водорастворимые хлорофиллы и ксантофиллы, оксикоричные кислоты (кофейная, хлорогеновая), нейтральные водорастворимые олигосахариды, свободные сахара, 17 аминокислот, в т. ч. незаменимые, минеральные соединения, витамины А, С, Д, Е, К, Р, сапонины, клетчатка, дубильные вещества, микроэлементы, эфирное масло [1, 3, 4].

Комплекс этих соединений позитивно действует на организм человека, в том числе снижает энергетическую насыщенность пищевого рациона, уровень глюкозы и инсулина в крови, стимулирует иммунную защиту, улучшает функциональные возможности иммунной системы, обладает антиоксидантным, антикариесным и антибактериальным действием.

Для извлечения дитерпеновых гликозидов и других физиологически ценных компонентов стевии нами впервые применено экстрагирование ультрафильтратом творожной сыворотки. Ценность этого сырья обусловлена составом, в который входят лактоза, аминокислоты, низкомолекулярные биологически активные белковые вещества, молочная кислота, макро- и микроэлементы, жиро- и водорастворимые витамины. Применение ультрафильтрата в качестве экстрагента позволяет объединить ценные свойства творожной сыворотки и дефицитные нутриенты, входящие в состав листьев стевии.

К предварительно высушенным и измельченным листьям стевии добавляли экстрагент (рН 3,4 - 7,4), соотношение объемов твердой и жидкой фаз в интервале 1 : 6 - 1 : 12. Экстрагирование проводили при постоянном перемешивании (вибросмеситель) в течение 25 - 55 мин. Температура экстрагирования (30 - 50 0С) исключала разрушение витаминов, в том числе флавоноидов.

Задача исследования - оптимизация параметров экстрагирования физиологически ценных компонентов из листьев стевии ультрафильтратом творожной сыворотки с применением математических методов планирования эксперимента.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс экстрагирования физиологически ценных компонентов из листьев стевии, выбраны: X1 - температура, 0С; Х2 - продолжительность экстрагирования, мин; Х3 - соотношение объемов твердой и жидкой фаз; Х4 - рН экстрагента. Все факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Пределы изменения факторов приведены ниже:

Условия планирования

Предел изменения факторов

х1, °С

х2, мин

х3

х4

Основной уровень

40,0

40,0

1:8

5,4

Интервал варьирования

10,0

15,0

1:24

2,0

Верхний уровень

50,0

55,0

1:6

7,4

Нижний уровень

30,0

25,0

1:12

3,4

Верхняя «звездная точка»

60,0

70,0

5:24

9,4

Нижняя «звездная точка»

20,0

10,0

1:24

1,4

Выбор интервалов изменения факторов обусловлен особенностями процесса экстрагирования физиологически ценных компонентов из листьев Stevia Rebaudiana B. ультрафильтратом творожной сыворотки. Температура экстрагирования исключает разрушение витаминов, в том числе флавоноидов.

Критерий оценки оптимизации процесса экстрагирования - общее содержание сухих веществ в экстракте (Y).

Содержание сухих веществ в экстракте определяли методом высушивания навески (ГОСТ 3626-73) исследуемого продукта при температуре 102 - 105 0С в течение 120 мин.

Для построения математических моделей применено центральное композиционное ротатабельное униформ-планирование и выбран полный факторный эксперимент 22 (ПФЭ22). Порядок экспериментов рандомизировали с учетом таблицы случайных чисел, что исключало влияние неконтролируемых параметров на получаемые результаты [5, 6].

При обработке экспериментальных данных применяли следующие статистические критерии: проверка однородности дисперсий - критерий Кохрена; значимость коэффициентов уравнений регрессии - критерий Стьюдента; адекватность уравнений - критерий Фишера [5].

При статистической обработке экспериментальных данных получено уравнение регрессии, адекватно описывающее процесс экстрагирования под влиянием учитываемых факторов.

Задача оптимизации состоит в нахождении таких условий экстрагирования, которые в широком диапазоне изменения входных параметров обеспечивают максимальное содержание сухих веществ в экстракте (Y).

Для установления оптимальных условий экстрагирования физиологически ценных компонентов из листьев стевии ультрафильтратом творожной сыворотки применяли «ридж-анализ», основанный на методе неопределенных множителей Лагранжа [5].

Поиск наибольшего значения функции четырех переменных в узлах четырехмерной числовой решетки при заданных шагах изменения входных переменных и координат начала поиска позволил установить значения входных параметров Х1, Х2, Х3 и Х4, обеспечивающих максимальную величину Y: Х1 = 40 0С, Х2 = 40 мин, Х3 = 0,1 и Х4 = 4,4.

После экстрагирования физиологически ценных компонентов стевии ультрафильтратом творожной сыворотки полученный экстракт подвергали двухступенчатой очистке с применением колонки с активированным углем, катионитом и анионитом. В экстракте определяли дитерпеновые гликозиды сладкого вкуса (стевиозид, ребаудиозид А, ребаудиозид С, дулкозид), аминокислотный состав, флавоноиды, свободные сахара, минеральные соединения (макроэлементы - кальций, фосфор), витамины (В1, В2, Е), лактозу [7].

Определение дитерпеновых гликозидов сладкого вкуса проводили на жидкостном хроматографе «Цвет-4000» с автоматическим вводом пробы, устройством для фильтрации и дегазации растворов, инжектором «Rheodyne 9725» с объемом петли (PEEK 2195) 20 мкл и спектрофотометрическим детектором СПДФ-5. Хроматограммы обрабатывали с применением программного обеспечения «Цвет-Аналитик». Компоненты разделяли на колонках «Hypersil NH2» (APS-2, производитель - «Thermo electron corporation») с размером 250х4,6 мм, 5 мкм. Для защиты колонки в линию устанавливали предколонку «Widepore C 18» (4x3 мм). Дитерпеновые гликозиды разделяли в градиентном режиме при 45 0С, подвижная фаза - смесь деионизованной воды и ацетонитрила, объемная скорость 1,5 мл/мин. Длина волны детектирования 210 нм [8].

Аминокислотный анализ проводили методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105». Содержание кальция и фосфора определяли титриметрическим методом.

Содержание флавоноидов определяли фотометрически по образованию комплекса борной кислоты со свободными гидроксильными группами флавоноидов в присутствии лимонной кислоты (λ = 470 нм) в экстракте этилового спирта. Содержание сахаров устанавливали методом Дюбуа, основанным на появлении оранжевой окраски раствора при реакции альдегидной группы редуцирующих сахаров с фенолом в присутствии серной кислоты  (λ = 490 нм) [9].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Павлова Г.Н., Ерашова Л.Д., Алехина Л.А. Стевия - источник натурального подсластителя продуктов питания // Пищевая промышленность. - 1997. - № 5. - С. 8 - 9.
  2. Голубев В.Н., Гедрих М.Г., Русакова И.А. Ресурсосберегающая технология природного подсластителя пищевых продуктов - стевиозида //  Пищевая промышленность. -  1997. - № 5. - С. 10 - 11.
  3. Лисицин В.Н., Воловик Е.Л. Стевия - подсластитель или лекарственное растение? // Пищевая промышленность. -  1999. - № 11. -  С.40 - 41.
  4. Лисицын В.Н., Ковалев И.П. Стевия - источник здоровья и долголетия нации // Пищевая промышленность. - 2000. - № 5. - С. 38.
  5. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 200 с.
  6. Кучменко Т.А., Аристов И.В., Десятов Д.Б. Применение методов планирования многофакторных экспериментов в аналитической химии - Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 1999 - 99 с.
  7. Коренман Я.И., Светолунова С.Е., Мельникова Е.И., Нифталиев С.И. Пищевые компоненты стевии в экстракте на основе ультрафильтрата творожной сыворотки // Известия вузов. Пищевая технология. - 2006. - № 1. - С. 16 - 18.
  8. Коренман Я.И., Мельникова Е.И., Нифталиев С.И., Светолунова С.Е. Определение дитерпеновых гликозидов в экстракте на основе ультрафильтрата творожной сыворотки методом ВЭЖХ // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2006. - Т. 6, № 2. - С. 227 - 232.
  9. Зобкова З.С., Щербакова С.А. Новые методы контроля биохимического состава продуктов с компонентами нетрадиционного сырья // Молочная промышленность. - 2002. - № 7. - С. 11 - 13.

Библиографическая ссылка

Коренман Я.И., Мельникова Е.И., Нифталиев С.И., Боева С.Е. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ STEVIA REBAUDIANA B. // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – № 4. – С. 16-19;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=24751 (дата обращения: 21.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674