Оптимизация условий мицеллярно-ферментативной экстракции пектина из плодов боярышника ( Crataegus monogyna Jacq.)

Новикова А. Е. ^a

Скрыпник Л. Н. ^a

Аффилиация

a Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, Калининград, Россия

Все права защищены ©Новикова и др. Это статья с открытым доступом, распространяемая на условиях международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0. (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), позволяет другим распространять, перерабатывать, исправлять и развивать произведение, даже в коммерческих целях, при условии указания автора произведения.

Получена 11 Июня, 2021 | Принята в исправленном виде 02 Июля, 2021 | Опубликована 29 Декабря, 2021

DOI: http://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-733-742

Аннотация

Введение. Большая часть коммерчески доступного пектина выделяется из яблок и цитрусовых. Некоторые виды дикорастущих плодов, в том числе боярышника, отличаются высоким содержанием пектиновых веществ, характеризующихся ценными нутрицевтическими свойствами. Целью исследования стало изучение, моделирование и оптимизация процесса мицеллярно-ферментативной экстракции пектина из плодов боярышника.
Объекты и методы исследования. Мицеллярно-ферментативную экстракцию из плодов боярышника проводили с использованием 1 % раствора поверхностно-активного вещества Полисорбат-20 и смеси ферментов – целлюлазы и ксиланазы (в соотношении 4:1). Для оптимизации параметров экстракции использовали методологию поверхности отклика с дизайном эксперимента по статистическому плану Бокса-Бенкена. Температуру, время экстракции и модуль варьировали на трех уровнях: 20, 40 и 60 °C, 120, 180 и 240 мин, 15, 30 и 45 мл/г. Влияние параметров на выход пектина оценивали с помощью квадратичной математической модели в виде полиномиального уравнения второго порядка.
Результаты и их обсуждение. Рассчитаны уравнения регрессии и поверхности отклика, позволяющие предсказывать выход пектина при заданных параметрах экстракции с вероятностью 98,14 %. Установлены оптимальные условия мицеллярно-ферментативной экстракции пектина: температура – 41 °С, время – 160 мин, модуль – 32 мл/г. Расчетный выход пектина в оптимальных условиях составил 14,9 %, экспериментальный – 15,2 ± 0,4 %. Содержание галактуроновой кислоты в выделенном пектине составляло 58,5 %, степень этерификации – 51,5 %. Полученный пектин отличался высокой комплексообразующей способностью по отношению к ионам меди (564 мг Cu²⁺/г), свинца (254 мг Pb²⁺/г) и кобальта (120 мг Co²⁺/г).
Выводы. Использование мицеллярно-ферментативной экстракции позволяет выделять из плодов боярышника пектин, который может использоваться как в пищевой промышленности, так и для разработки продуктов функционального назначения.

Ключевые слова

Боярышник, пектин, галактуроновая кислота, этерификация, экстракция, тяжелые металлы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Bioactive compounds from date fruit and seed as potential nutraceutical and functional food ingredients / S. Maqsood [et al.] // Food Chemistry. 2020. Vol. 308. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125522.
Therapeutic potential of natural antioxidants / K. V. Ramana [et al.] // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2018. Vol. 2018. https://doi.org/10.1155/2018/9471051.
Durazzo A., Lucarini M. Editorial: The state of science and innovation of bioactive research and applications, health and diseases // Frontiers in Nutrition. 2019. Vol. 6. https://doi.org/10.3389/fnut.2019.00178.
Abelmoschus esculentus (L.): Bioactive components’ beneficial properties – focused on antidiabetic role – for sustainable health applications / A. Durazzo [et al.] // Molecules. 2019. Vol. 24. № 1. https://doi.org/10.3390/molecules24010038.
Molecules from nature: Reconciling biodiversity conservation and global healthcare imperatives for sustainable use of medicinal plants and fungi / M.-J. R. Howes [et al.] // Plants People Planet. 2020. Vol. 2. № 5. P. 463–481. https://doi.org/10.1002/ppp3.10138.
In vitro and in vivo evaluation of antioxidant properties of wild-growing plants. A short review / R. C. Fierascu [et al.] // Current Opinion in Food Science. 2018. Vol. 24. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2018.08.006.
Characterization of hawthorn (Crataegus spp.) genotypes by SSR markers / M. Güney [et al.] // Physiology and Molecular Biology of Plants. 2018. Vol. 24. № 6. P. 1221–1230. https://doi.org/10.1007/s12298-018-0604-6.
Hawthorn (Crataegus spp.): An updated overview on its beneficial properties / A. Nazhand [et al.] // Forests. 2020. Vol. 11. № 5. https://doi.org/10.3390/f11050564.
Cloud A., Vilcins D., McEwen B. The effect of hawthorn (Crataegus spp.) on blood pressure: A systematic re-view // Advances in Integrative Medicine. 2020. Vol. 7. № 3. P. 167–175. https://doi.org/10.1016/j.aimed.2019.09.002.
Physicochemical characterization, antioxidant activity, and phenolic compounds of hawthorn (Crataegus spp.) fruits species for potential use in food applications / A. Alirezalu [et al.] // Foods. 2020. Vol. 9. № 4. https://doi.org/10.3390/foods9040436.
Primary, secondary metabolites and molecular characterization of hawthorn (Crataegus spp.) genotypes / A. Gurlen [et al.] // Agronomy. 2020. Vol. 10. № 11. https://doi.org/10.3390/agronomy10111731.
Emerging concepts in the nutraceutical and functional properties of pectin – A Review / F. Naqash [et al.] // Car-bohydrate Polymers. 2017. Vol. 168. P. 227–239. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.03.058.
Physicochemical characterisation of hawthorn pectins and their performing in stabilising oil-in-water emulsions / J. C. Cuevas-Bernardino [et al.] // Reactive and Functional Polymers. 2016. Vol. 103. P. 63–71. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2016.03.024.
Extraction and isolation of pectin rich in homogalacturonan domains from two cultivars of hawthorn berry (Crataegus pinnatifida) / L. Roman [et al.] // Food Hydrocolloids. 2021. Vol. 113. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106476.
An overview of the traditional and innovative approaches for pectin extraction from plant food wastes and by-products: Ultrasound-, microwaves-, and enzyme-assisted extraction / M. Marić [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2018. Vol. 76. P. 28–37. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.03.022.
Skrypnik L., Novikova A. Response surface modeling and optimization of polyphenols extraction from apple pomace based on nonionic emulsifiers // Agronomy. 2020. Vol. 10. № 1. https://doi.org/10.3390/agronomy10010092.
Pistachio green hull pectin: Optimization of microwave-assisted extraction and evaluation of its physicochemi-cal, structural and functional properties / M. Kazemi [et al.] // Food Chemistry. 2019. Vol. 271. P. 663–672. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.07.212.
Efficient extraction of pectin from sisal waste by combined enzymatic and ultrasonic process / Y. Yang [et al.] // Food Hydrocolloids. 2018. Vol. 79. P. 189–196. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.11.051.
Тамова М. Ю., Починок Т. Б., Булыгина Г. С. Оценка связывающей способности различных пектинов по отношению к ионам меди и кобальта // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2002. Т. 267–268. № 2–3. С. 23–24.
Мыкоц Л. П., Романцова Н. А., Гущина А. В. Изучение сорбционной способности пектина, выделенного из плодов калины обыкновенной, по отношению к ионам свинца // Фундаментальные исследования. 2013. № 3–1. С. 197–200.
Box–Behnken design based statistical modeling for the extraction and physicochemical properties of pectin from sunflower heads and the comparison with commercial low-methoxyl pectin / X. Peng [et al.] // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. № 1. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60339-1.
Elsayed N., Hammad K. S. M., Abd El-Salam E. A. E.-S. Plum (Prunus domestica L.) leaves extract as a natural antioxidant: Extraction process optimization and sunflower oil oxidative stability evaluation // Journal of Food Pro-cessing and Preservation. 2020. Vol. 44. № 10. https://doi.org/10.1111/jfpp.14813.
Box-Behnken design based multi-response analysis and optimization of supercritical carbon dioxide extraction of bioactive flavonoid compounds from tea (Camellia sinensis L.) leaves / J. P. Maran [et al.] // Journal of Food Science and Technology. 2015. Vol. 52. № 1. P. 92–104. https://doi.org/10.1007/s13197-013-0985-z.
Dao T. A. T., Webb H. K., Malherbe F. Optimization of pectin extraction from fruit peels by response surface method: Conventional versus microwave-assisted heating // Food Hydrocolloids. 2021. Vol. 113. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106475.
Dynamic modelling of pectin extraction describing yield and functional characteristics / N. M. Andersen [et al.] // Journal of Food Engineering. 2017. Vol. 192. P. 61–71. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2016.08.006.
Extraction temperature is a decisive factor for the properties of pectin / J. Chen [et. al.] // Food Hydrocolloids. 2021. Vol. 112. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106160.
Rapid enzymatic method for pectin methyl esters determination / L. Łękawska-Andrinopoulou [et al.] // Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2013. Vol. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/854763.
Ptichkina N. M., Markina O. A., Rumyantseva G. N. Pectin extraction from pumpkin with the aid of microbial enzymes // Food Hydrocolloids. 2008. Vol. 22. № 1. P. 192–195. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2007.04.002.

Как цитировать?

Новикова А. Е., Скрыпник Л. Н. Оптимизация условий мицеллярно-ферментативной экстракции пектина из плодов боярышника (Crataegus monogyna Jacq.) // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 4. С. 733–742. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-733-742.

О журнале

Скачать