Аннотация

При комплексной переработке плодов граната (Punica granatum L.) основное внимание уделяется экстракции полифенолов из кожуры. Однако кожура граната богата другими биологически активными водорастворимыми компонентами, процесс извлечения которых мало изучен. Целью работы являлись оценка степени извлечения гидрофильных веществ, таких как простые сахара, органические кислоты и полифенолы, из сырой кожуры и жома граната при разных экспериментальных условиях и подбор режимных параметров экстрагирования.
Объектом исследования были выбраны гранаты сорта Ириданалы (г. Геокчай, Азербайджан). Перед экстракцией комплекса гидрофильных веществ сырую кожуру и жом измельчали до состояния крупнозернистой кашицы. Экстракцию осуществляли методом мацерации при гидромодуле 1:2 и температуре 40 или 60 °C чистой водой и водными растворами этанола (10–14 об.%). Процесс велся 30, 60 или 90 мин в одну или две стадии с раздельным извлечением экстрактов от каждой стадии. В работе применяли стандартные и общепринятые физико-химические методы.
Установлено, что в 31,0 ± 2,0 г/100 г сухого вещества кожуры на гидрофильную фракцию приходится 85,32 %, а в 35,7 ± 2,8 г/100 г сухого вещества жома – 59,36 %. В результате экстракции чистой водой при гидромодуле 1:2 при подогреве смеси до 60 °C в течение 30 мин было извлечено всего 54,6 % сухих веществ от их начального содержания в сырой кожуре. Это связано с содержанием в кожуре граната гидрофильных коллоидов, которые способны впитывать воду и снижать выход экстракта. Оптимальной была экстракция в этих условиях водным раствором этанола с концентрацией этилового спирта 10–14 об.% в две стадии по 30 мин каждая. Благодаря коагулирующему действию этилового спирта на водорастворимый пектин удалось повысить степень экстракции водорастворимых веществ до 83,93 и 91,4 % от их начального содержания в сырой кожуре и сыром жоме соответственно. В результате такой экстракции из 1 кг сырого жома получено около 4 кг смешанного экстракта, после уваривания которого под вакуумом получено 260 г концентрата с содержанием сухих веществ 60 масс.%, в том числе 46,70 г/100 г простых сахаров, 4,73 г/100 г органических кислот, 3,70 г/100 г полифенолов и 10,10 мг/100 г витамина C.
Экстракция сырой кожуры и сырого жома гранатов водным этанолом (10–14 об.%) обеспечила максимальную степень извлечения гидрофильных веществ и облегчила отделение образовавшихся экстрактов. Однако использование крепких спиртовых растворов может увеличивать затраты на отгонку спирта из образовавшегося экстракта. Поэтому для устранения недостатков предложенного метода в перспективе следует рассмотреть экстракцию данного сырья чистой водой с добавлением пектолитического фермента.

Ключевые слова

Punica granatum L., кожура граната, водорастворимые вещества, полифенолы, моносахариды, экстрагирование, растворитель, степень экстракции

Вклад авторов

О. Н. Мусина – руководитель проекта, С. Г. Гафизов и Г. К. Гафизов – исполнители исследования.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявили об отсутствии конфликтов интересов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Научная работа была выполнена в рамках государственного заказа Министерства сельского хозяйства Азербайджанской Республики «Разработка технологии биологически активных комплексов из побочных продуктов производства гранатового сока».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Guiné RPF, Florença SG, Barroca MJ, Anjos O. The link between the consumer and the innovations in food product development foods. Foods. 2020;9(9). https://doi.org/10.3390/foods9091317
2. Horvat A, Behdani B, Fogliano V, Luning PA. A systems approach to dynamic performance assessment in new food product development. Trends in Food Science and Technology. 2019;91:330–338. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.07.036
3. El-Shamy S, Farag MA. Novel trends in extraction and optimization methods of bioactives recovery from pomegranate fruit biowastes: Valorization purposes for industrial applications. Food Chemistry. 2021;365. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130465
4. Kahramanoğlu I. Trends in pomegranate sector: Production, postharvest handling and marketing. International Journal of Agriculture, Forestry and Life Sciences. 2019;3(2):239–246.
5. Jithender B, Vyas DM, Abhisha S, Rathod PJ. Determination of physical and mechanical properties of pomegranate (Var. bhagwa) fruit and aril. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2017;6(10):879–885. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.610.105
6. Harscoat-Schiavo C, Khoualdia B, Savoire R, Hobloss S, Buré C, Samia BA, et al. Extraction of phenolics from pomegranate residues: Selectivity induced by the methods. Journal of Supercritical Fluids. 2021;176. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2021.105300
7. Turrini F, Malaspina P, Giordani P, Catena S, Zunin P, Boggia R. Traditional decoction and PUAE aqueous extracts of pomegranate peels as potential low-cost anti-tyrosinase ingredients. Applied Sciences. 2020;10(8). https://doi.org/10.3390/app10082795
8. Gullón P, Astray G, Gullón B, Tomasevic I, Lorenzo JM. Pomegranate peel as suitable source of high-added value bioactives: Tailored functionalized meat products. Molecules. 2020;25(12). https://doi.org/10.3390/molecules25122859
9. Das AK, Nanda PK, Chowdhury NR, Dandapat P, Gagaoua M, Chauhan P, et al. Application of pomegranate by-products in muscle foods: Oxidative indices, colour stability, shelf life and health benefits. Molecules. 2021;26(2). https://doi.org/10.3390/molecules26020467
10. Abid M, Yaich H, Cheikhrouhou S, Khemakhem I, Bouaziz M, Attia H, et al. Antioxidant properties and phenolic profile characterization by LC-MS/MS of selected Tunisian pomegranate peels. Journal of Food Science and Technology. 2017;54(9):2890–2901. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2727-0
11. El‐Hadary AE, Taha M. Pomegranate peel methanolic‐extract improves the shelf‐life of edible‐oils under accelerated oxidation conditions. Food Science and Nutrition. 2020;8(4):1798–1811. https://doi.org/10.1002/fsn3.1391
12. Kennas A, Amellal-Chibane H. Comparison of five solvents in the extraction of phenolic antioxidants from pomegranate (Punica granatum L.) peel. North African Journal of Food and Nutrition Research. 2019;3(5):140–147. https://doi.org/10.51745/najfnr.3.5.140-147
13. Kharchoufi S, Licciardello F, Siracusa L, Muratore G, Hamdi M, Restuccia C. Antimicrobial and antioxidant features of “Gabsi” pomegranate peel extracts. Industrial Crops and Products. 2018;111:345–352. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.10.037
14. Alexandre EMC, Silva S, Santos SAO, Silvestre AJD, Duarte MF, Saraiva JA, et al. Antimicrobial activity of pomegranate peel extracts performed by high pressure and enzymatic assisted extraction. Food Research International. 2019;115:167–176. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2018.08.044
15. Trigo JP, Alexandre EMC, Silva S, Costa E, Saraiva JA, Pintado M. Study of viability of high pressure extract from pomegranate peel to improve carrot juice characteristics. Food and Function. 2020;11(4). https://doi.org/10.1039/C9FO02922B
16. Zhai X, Zhu C, Li Y, Zhang Y, Duan Z, Yang X. Optimization for pectinase-assisted extraction of polysaccharides from pomegranate peel with chemical composition and antioxidant. International Journal of Biological Macromolecules. 2018;109:244–253. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.12.06
17. Lampakis D, Skenderidis P, Leontopoulos S. Technologies and extraction methods of polyphenolic compounds derived from pomegranate (Punica granatum) peels. A mini review. Processes. 2021;9(2). https://doi.org/10.3390/pr9020236
18. Charalampia D, Koutelidakis AE. From pomegranate processing by-products to innovative value added functional ingredients and bio-based products with several applications in food sector. BAOJ Biotechnology. 2017;3(1).
19. Rahnemoon P, Sarabi Jamab M, Javanmard Dakheli M, Bostan A, Safari O. Comparison of two methods of solvent extraction of phenolic compounds from pomegranate (Punica granatum L.) peels. Journal of Agricultural Science and Technology. 2018;20:939–952.
20. Гафизов Г. К. Экстрагирование кожуры плодов граната водными растворителями // Universum: технические науки. 2015. Т. 18. № 6.
21. Гафизов Г. К. Аппаратурно-технологическая схема водного экстрагирования кожуры от машинной очистки плодов граната // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2015. № 5–6. С. 24–30.
22. Fahmy H, Hegazi N, El-Shamy S, Farag MA. Pomegranate juice as a functional food: A comprehensive review of its polyphenols, therapeutic merits, and recent patents. Food and Function. 2020;11(7). https://doi.org/10.1039/D0FO01251C
23. Li BB, Smith B, Hossain MM. Extraction of phenolics from citrus peels: II. Enzyme-assisted extraction method. Separation and Purification Technology. 2013;48(2):189–196. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2005.07.019
24. Tamborlin L, Sumere BR, de Souza MC, Pestana NF, Aguiar AC, Eberlin MN, et al. Characterization of pomegranate peel extracts obtained using different solvents and their effects on cell cycle and apoptosis in leukemia cells. Food Science and Nutrition. 2020;8(10):5483–5496. https://doi.org/10.1002/fsn3.1831
25. Dhumal SS, Karale AR, Jadhav SB, Kad VP. Recent advances and the developments in the pomegranate processing and utilization: A review. Journal of Agriculture and Crop Science. 2014;1(1):1–17.
26. Способ получения липофильных комплексов, полифенолов и пищевых добавок из побочных продуктов производства гранатового сока: пат. 2712602C1 Рос. Федерация. № 2018139435 / Гафизов С. Г., Гафизов Г. К.; заявл. 07.11.2018; опубл. 29.01.2020; Бюл. № 4. 29 с.
27. Tan W-K, Lee S-Y, Lee W-J, Hee Y-Y, Abedin NHZ, Abas F, et al. Supercritical carbon dioxide extraction of pomegranate peel-seed mixture: Yield and modeling. Journal of Food Engineering. 2021;301. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110550
28. Harscoat-Schiavo C, Khoualdia B, Savoire R, Hobloss S, Buré C, Samia BA, et al. Extraction of phenolics from pomegranate residues: Selectivity induced by the methods. Journal of Supercritical Fluids. 2021;176. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2021.105300
29. Kushwaha SC, Bera MB, Kumar P. Extraction of polyphenols from fresh pomegranate peel using response surface methodology. Asian Journal of Chemistry. 2015;27(12):4320–4326.
30. da Fonseca Machado AP, Sumere BR, Mekaru C, Martinez J, Bezerra RMN, Rostagno MA. Extraction of polyphenols and antioxidants from pomegranate peel using ultrasound: influence of temperature, frequency and operation mode. International Journal of Food Science and Technology. 2019;54(9):2792–2801. https://doi.org/10.1111/ijfs.14194
31. Samsuri S, Li TH, Ruslan MSH, Amran NA. Antioxidant recovery from pomegranate peel waste by integrating maceration and freeze concentration technology. International Journal of Food Engineering. 2020;16(10). https://doi.org/10.1515/ijfe-2019-0232
32. Singh B, Singh JP, Kaur A, Singh N. Phenolic compounds as beneficial phytochemicals in pomegranate (Punica granatum L.) peel: A review. Food Chemistry. 2018;261:75–86. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.04.039
33. Kaderides K, Kyriakoudi A, Mourtzinos I, Goula AM. Potential of pomegranate peel extract as a natural additive in foods. Trends in Food Science and Technology. 2021;115:380–390. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.06.050
34. Indurkar SJ, Rathod VK. Aqueous two-phase extraction of punicalagin (α+β) from pomegranate peel by the response surface method. Separation Science and Technology. 2019;54(1):51–58. https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1488866
35. Bartnik DD, Mohler CM, Houlihan M. Methods for the production of food grade extracts. US Patent № 20060088627. 2006.
36. Sileyev KJ. Research design and methodology. In: Abu-Taieh E, El Mouatasim A, Al Hadid IH, editors. Cyberspace. IntechOpen; 2019. https://doi.org/10.5772/intechopen.85731
37. Idris AM, Atif AB, Mohd Adzim KR. Exhaustive extraction of compounds from pomegranate peel and flesh using solvents of varying polarity. Asian Journal of Medicine and Biomedicine. 2017;1(1):10–13.
38. Wissam Z, Ghada B, Wassim A, Warid K. Effective extraction of polyphenols and proanthocyanidins from pomegranate’s peel. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2012;4(3):675–682.
39. Hafizov SG, Qurbanov IS, Hafizov GK. Improving the biotechnology of pomegranate botanical extracts, taking into account the need to deepen the processing of raw materials. Journal of Biological Sciences. 2020;20(3):103–111. https://doi.org/10.3923/jbs.2020.103.111