rafał Wołosiak, Kamil cheda
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
WŁAściWOści prZeciWUtLeNiAJące BUrAKóW ćWiKŁOWycH i icH
prZetWOróW
Streszczenie: W pracy oznaczono zawartość składników aktywnych o działaniu przeciw- utleniającym (betalain oraz polifenoli), a także aktywność przeciwutleniającą buraków ćwikłowych w układach modelowych. Określono wpływ procesów przetwarzania (go- towanie i suszenie) na zawartość i aktywność przeciwutleniaczy. Dokonano także ana- lizy tych parametrów w przetworach uzyskanych z buraków (produkt mrożony, suszo- ny i koncentrat soku), dostępnych w handlu. Stwierdzono zróżnicowanie w zawartości przeciwutleniaczy w suchej masie badanego materiału (większe w przypadku betalain niż polifenoli). Przetworzone buraki charakteryzowały się zróżnicowaną zdolnością do che- latowania prooksydacyjnych jonów Fe(II) – od 30 do 240 mg Fe/100 g s.m. Ich aktyw- ność przeciwrodnikowa mieściła w granicach od 81 (koncentrat soku) do 154 mg Trolo- xu/100 g s.m. (produkt mrożony). Proces suszenia nie powodował degradacji składników antyoksydacyjnych, a gotowanie powodowało obniżenie ich aktywności o 17%. W ukła- dzie z kwasem linolowym największą aktywność przeciwutleniającą spośród produktów handlowych stwierdzono także w burakach mrożonych (94%), a najmniejszą w koncen- tracie i w warzywach surowych (74%).
Słowa kluczowe: burak ćwikłowy, polifenole, betalainy, aktywność przeciwutleniająca, gotowanie, suszenie, mrożenie.
Wstęp
Od wielu lat zwraca się uwagę na istotną rolę warzyw w diecie człowieka. Do- starczają one nie tylko licznych substancji odżywczych, lecz także są źródłem cennych dla organizmu związków nieodżywczych, w tym przeciwutlenia- czy. Przeciwutleniacze to grupa składników ważna dla zachowania homeosta- zy oksydo redukcyjnej organizmu. Ich znaczenie dla człowieka wciąż rośnie ze
względu na obecnie preferowany styl życia, towarzyszący mu stres, stosowanie używek czy też kontakt z wieloma obcymi i szkodliwymi dla organizmu substan- cjami chemicznymi. Do warzyw bogatych w związki o działaniu przeciwutlenia- jącym należą buraki ćwikłowe. Oprócz szeroko rozpowszechnionych w świecie roślin wtórnych metabolitów mających silne działanie przeciwutleniające, związ- ków fenolowych, buraki zawierają także szczególną klasę przeciwutleniaczy, barwniki zwane betalainami. Związki te łatwo rozpuszczają się w wodzie i szyb- ciej od innych substancji aktywnych mogą ulegać degradacji. Procesy przetwa- rzania żywności, w których często dochodzi do długotrwałego kontaktu tkanki z wodą i innymi rozpuszczalnikami i w których stosuje się działanie podwyższo- nej temperatury, mają istotny wpływ na zawartość, przemiany, a w konsekwencji aktywność przeciwutleniaczy w otrzymanych produktach. Dlatego też w bada- niach podjęto próbę określenia zawartości istotnych ze względu na swój poten- cjał przeciw utleniający polifenoli i betalain w surowych i poddanych typowym pro cesom przetwarzania burakach ćwikłowych, a także określenia wpływu tych proce sów na aktywność antyoksydacyjną badanych warzyw.
1. Materiał i metody badań
Badanym materiałem były korzenie buraka ćwikłowego zakupione na lokal- nym rynku. Materiał ten poddano badaniom w stanie surowym, po gotowaniu do miękkości (w 2% roztworze NaCl, 45 min) w postaci kostki o boku około 4 cm, a także po procesie suszenia prowadzonym w warunkach laboratoryjnych. W tym celu surowe korzenie buraków tarto na wiórki, a następnie suszono na tacach w suszarce owiewowej, w temperaturze 75°C do stałej masy. Ponadto w bada- niach wykorzystano dostępne w handlu produkty przetwarzania buraków: susz przemysłowy, zagęszczony sok i mrożonkę.
Materiał bezpośrednio po homogenizacji w młynku nożowym poddano eks- trakcji przy użyciu 80% metanolu [Rey i in. 2005] w stosunku 1:10 (m:v), wy- trząsając przez 2 h bez dostępu światła, po czym sączono. Uzyskane ekstrak- ty przechowywano w temperaturze – 20°C. Handlowy sok z buraków mieszano w odpowiednim stosunku z czystym metanolem, a dalej postępowano jak w wy- padku omówionych próbek.
Zawartość suchej masy oznaczono w homogenizowanym materiale metodą suszenia próżniowego w temperaturze 70°C [PN-ISO-1026:2000], a pozosta- łe oznaczenia wykonano przy użyciu uzyskanych ekstraktów. Zawartość związ- ków fenolowych ogółem oznaczono spektrofotometryczną metodą opisaną przez Georgieva i współautorów [2010], po reakcji z odczynnikiem Folina-Ciocalteu’a w obecności węglanu sodu. Zawartość barwników betalainowych określono spektrofotometryczną metodą Nilsena [PN-A-77805:1997]. Zdolność ekstraktów
do chelatowania prooksydacyjnych jonów żelaza(II) badano metodą spektrofo- tometryczną po wytworzeniu barwnego kompleksu niezwiązanych jonów żelaza obecnych w środowisku reakcji z ferrozyną [Lai, Chou i Chao 2001]. Aktyw- ność przeciwutleniającą wobec kationorodników ABTS oznaczono metodą Re i współautorów [1999]. Kationorodniki ABTS wytwarzano z syntetycznego sub- stratu w reakcji z nadsiarczanem potasu. Zdolność składników ekstraktów do ha- mowania reakcji autooksydacji kwasu linolowego prowadzono w układzie emul- syjnym (pH fazy wodnej 7,0), w temperaturze 37°C, katalizując reakcję poprzez dodatek hemoglobiny. Emulsję kwasu linolowego łączono z badanymi ekstrak- tami (80% metanolem w przypadku próbek kontrolnych) w stosunku 37:1 (v:v).
Powstałe podczas autooksydacji nadtlenki oznaczono spektrofotometrycznie, me- todą z tiocyjanianem żelaza [Kuo, Yeh i SunPan 1999]. Wartości uzyskane w po- szczególnych analizach przeliczono, wyrażając je na 100 g próbki poddanej eks- trakcji oraz na 100 g jej suchej masy, jedynie aktywność ekstraktów w układzie z kwasem linolowym wyrażano jako procentową zdolność hamowania powsta- wania nadtlenków w stosunku do próbki kontrolnej.
2. Wyniki i ich omówienie
Sucha masa badanych produktów zmieniała się w dużym stopniu, co wiąże się z ich zróżnicowanym stopniem przetworzenia (tabela 1). Zawartość suchej masy kształtowała się od 10% (burak gotowany) do 99% (susz handlowy). Susz uzy- skany metodą owiewową w warunkach laboratoryjnych miał mniejszą zawartość składników stałych od produktu handlowego, który był prawie pozbawiony moż- liwej do usunięcia wody. Dostępny na rynku zagęszczony sok z buraków miał po- dobną zawartość suchej masy do produktu mrożonego. Większa zawartość skład- ników stałych w produkcie mrożonym w stosunku do buraka surowego wiąże
tabela 1. Zawartość suchej masy, polifenoli ogółem i betalain ogółem w badanych próbkach
rodzaj próbki
buraka Sucha masa [g/100 g] Zawartość polifenoli ogółem [mg/100 g] Zawartość betalain ogółem [mg/100 g]
Surowy 10,5 ± 0,1 59,9 ± 2,0 130,2 ± 0,5
Gotowany 10,0 ± 0,1 46,6 ± 1,0 69,2 ± 0,5
Suszony 88,6 ± 0,3 583,0 ± 39,9 1109,8 ± 30,4
Sok handlowy 12,4 ± 0,2 51,0 ± 0,8 53,8 ± 0,9
Susz handlowy 98,7 ± 0,5 682,4 ± 18,9 1017,9 ± 12,3
Mrożony, handlowy 12,9 ± 0,1 98,6 ± 1,3 85,7 ± 1,7
Źródło: Badania własne.
się ze zróżnicowaniem składu surowca oraz możliwością wystąpienia ususzki za- mrażalniczej podczas wytwarzania i przechowywania mrożonki.
Zawartość związków fenolowych ogółem (tabela 1) mieściła się w szerokich granicach (~50–680 mg/100 g). Najmniejszą zawartością cechowały się buraki gotowane i sok handlowy, a największą – susz handlowy. Zawartość polifenoli uległa obniżeniu w wyniku gotowania buraków o ponad 20%, natomiast w bura- kach suszonych w warunkach laboratoryjnych wzrosła dziesięciokrotnie. Warto zauważyć, że susz handlowy wyraźnie przewyższał susz uzyskany w niniejszych badaniach pod względem zawartości omawianych związków.
Zawartość betalain była bardziej zróżnicowana od zawartości związków feno- lowych (~50–1100 mg/100 g). Najmniejsza zawartość betalain również wystą- piła w soku handlowym i produkcie gotowanym, a największą wykryto w suszu laboratoryjnym. Gotowanie badanych buraków spowodowało niemal dwukrotny spadek zawartości betalain, natomiast suszenie – niemal dziesięciokrotny wzrost.
W większości produktów oznaczona ilość betalain była większa niż polifenoli (w burakach surowych i obu suszach dwukrotnie). Tylko w handlowym produk- cie mrożonym stwierdzono mniejszą zawartość betalain. W przeciwieństwie do omówionej powyżej zawartości związków fenolowych susz uzyskany w labora- torium zawierał więcej betalain od produktu handlowego.
Składniki ekstraktu buraka ćwikłowego surowego odznaczały się znaczącą zdolnością do chelatowania jonów żelaza(II) – około 20 mg/100 g w przeliczeniu na ekstrahowany materiał (tabela 2). Wartość ta wzrosła w ekstrakcie otrzyma- nym z buraka po procesie gotowania warzywa, prawdopodobnie na skutek prze- mian związków prowadzących do uwolnienia ich bardziej aktywnych form oraz ułatwionej ekstrakcji składników z tkanki poddanej obróbce termicznej. Była ona także większa w produkcie suszonym, lecz w nieproporcjonalnym stopniu do omawianych wyżej parametrów. Biorąc pod uwagę produkty handlowe, najmniej- szą zdolnością chelatowania charakteryzował się sok (8 mg Fe/100 g), a najwięk-
tabela 2. Aktywność przeciwutleniająca składników badanych produktów
rodzaj próbki
buraka chelatowanie fe(ii) [mg fe/100 g]
Aktywność wobec ABTS•+
[mg trolox/100 g]
Zdolność ograniczania powstawania nadtlenków [%]
Surowy 19,9 ± 0,1 12,6 ± 0,5 73,7 ± 1,7
Gotowany 24,2 ± 0,6 9,9 ± 0,3 81,0 ± 2,7
Suszony 26,2 ± 0,6 105,9 ± 2,4 87,1 ± 2,4
Sok handlowy 8,0 ± 0,2 10,1 ± 0,1 73,8 ± 1,9
Susz handlowy 41,6 ± 0,5 139,0 ± 1,3 78,7 ± 3,3
Mrożony, handlowy 20,5 ± 0,1 19,9 ± 0,2 93,9 ± 1,2
szą – ekstrakt z suszu (42 mg/100 g). Susz handlowy wyraźnie przewyższał pod względem zdolności chelatowania analogiczny produkt uzyskany w laborato- rium. Ekstrakt z handlowego produktu mrożonego nie różnił się w istotny sposób pod względem zdolności chelatowania od ekstraktu z badanego buraka surowego.
Analizowane ekstrakty buraków ćwikłowych surowych charakteryzowały się umiarkowaną aktywnością przeciwrodnikową, mierzoną wobec syntetycznych kationorodników ABTS (tabela 2). Aktywność ta nieznacznie się obniżyła po go- towaniu (do wartości niemal identycznej jak uzyskana w przypadku soku zagęsz- czonego). Ekstrakt produktu mrożonego miał około dwukrotnie większą aktyw- ność, a suszy – około dziesięciokrotnie.
Zdolność ekstraktów do hamowania reakcji utleniania mierzono także w re- akcji autooksydacji kwasu linolowego, oznaczając ilość powstałych nadtlenków (tabela 2). Uzyskane aktywności charakteryzowały się dużo mniejszym zróżni- cowaniem niż parametry analizowane w omawianych wyżej doświadczeniach, leżały bowiem w granicach 74–94%. Najniższe wartości notowano dla ekstrak- tów z buraków surowych, soku i suszu handlowego, a najwyższą – dla ekstraktu z buraków mrożonych. Zastosowane w pracy procesy gotowania i suszenia bura- ków skutkowały niewielkim wzrostem aktywności, co było szczególnie znaczące w wypadku przetworu suszonego, o znacznym stopniu zagęszczenia składników suchej masy.
Aby sprawdzić wpływ procesów przetwarzania na zawartość i aktywność przeciwutleniaczy zawartych w korzeniach buraka ćwikłowego, wyniki wybra- nych doświadczeń wyrażono także w przeliczeniu na 100 g suchej masy produk- tów (tabela 3). Proces suszenia nie powodował degradacji oznaczanych przeciw- utleniaczy w odniesieniu do ekstraktów z buraka surowego – zawartość betalain pozostała niezmieniona, a oznaczona ilość polifenoli nieco wzrosła, prawdopo- dobnie na skutek uwolnienia ich z matrycy produktu pod działaniem podwyż- tabela 3. Wybrane parametry składu i aktywności przeciwutleniającej badanych produktów w przeliczeniu na ich suchą masę
rodzaj próbki buraka
Zawartość polifenoli
ogółem [mg/100 g s.m.]
Zawartość betalain ogółem [mg/100 g s.m.]
chelatowanie fe(ii) [mg fe/
/100 g s.m.]
Aktywność wobec ABtS•+
[mg trolox/
/100 g s.m.]
Surowy 567 ± 19 1234 ± 4 188,4 ± 1,0 120 ± 5
Gotowany 468 ± 10 695 ± 5 243,4 ± 6,0 100 ± 3
Suszony 658 ± 45 1252 ± 34 29,6 ± 0,7 119 ± 3
Sok handlowy 411 ± 6 434 ± 8 64,9 ± 1,6 81 ± 1
Susz handlowy 691 ± 19 1031 ± 12 42,2 ± 0,5 141 ± 1
Mrożony, handlowy 764 ± 10 664 ± 13 158,9 ± 1,2 154 ± 2 Źródło: Badania własne.
szonej temperatury, co skutkowało ułatwioną ekstrakcją. W produkcie handlo- wym odnotowano podobne wartości, można więc uznać, że warunki stosowane podczas takiego przetwarzania buraków ćwikłowych nie stanowią zagrożenia dla omawianych składników bioaktywnych. W wyniku gotowania buraków nastąpiła stosunkowo niewielka strata związków fenolowych oraz znaczna strata betalain (44%). Wskazuje to na większe znaczenie ekstrakcji przeciwutleniaczy do wody niż degradacji termicznej. Betalainy są lepiej rozpuszczalne w wodzie od poli- fenoli, a właśnie podczas gotowania odnotowano ich znaczniejsze straty. Co wię- cej, omawiany wyżej inny proces termiczny, suszenia, nie powodował degradacji badanych grup związków. Uzyskane dane pozwalają przypuszczać, że produkcja zagęszczonego soku z korzeni buraków skutkuje także znacznie większą utratą betalain (około 30% wartości stwierdzonej w warzywie surowym) niż polifenoli (około 70% tej wartości). Łatwiejszą degradację przeciwutleniaczy betacyjano- wych potwierdzają wyniki uzyskane w badaniach mrożonki, gdzie w wypadku betalain (a nie polifenoli) wykryto wartość mniejszą niż w burakach surowych.
Proces obróbki kulinarnej powodował wzrost zdolności wyekstrahowanych składników badanej tkanki roślinnej do chelatowania silnie prooksydacyjnych jo- nów żelaza (tabela 3). Co ciekawe, zmiany te były przeciwne wyżej omówionym przemianom betalain i polifenoli. Może to być spowodowane obecnością znacz- nych ilości innych składników cechujących się zdolnością chelatowania metali, lecz także ułatwioną ekstrakcją związków aktywnych oraz przemianami degra- dacyjnymi, skutkującymi zmniejszaniem się ilości przeciwutleniaczy przy jedno- czesnym spotęgowaniu możliwości wiązania jonów metali dwuwartościowych.
Produkty pozostałych procesów przetwarzania miały natomiast wyraźnie obni- żoną zdolność wiązania jonów żelaza (16–84% w stosunku do wartości wykrytej w ekstrakcie z warzywa surowego).
Aktywność wobec rodników ABTS zmieniała się w produktach przetworzo- nych podobnie do zawartości polifenoli w ekstraktach (tabela 3). Potwierdza to silna liniowa korelacja wiążąca te zmienne (r = 0,965, R2 = 93,2%, α = 0,01). Za- leżności takiej nie stwierdzono w wypadku betalain. Może to świadczyć o więk- szym wpływie związków fenolowych na właściwości przeciwutleniające bada- nego materiału, choć nie należy zapominać o podobnym mechanizmie reakcji z odczynnikiem Folina-Ciocalteu’a i kationorodnikami ABTS, co może prefero- wać oznaczone związki fenolowe przy próbach powiązania ilości przeciwutle- niaczy z tak oznaczaną aktywnością przeciwutleniającą. Co więcej, właściwo- ści przeciwutleniające betacyjanów mogą opierać się na innych mechanizmach niż zdolność do redukcji wolnych rodników. Pewnym potwierdzeniem tej tezy są wyniki doświadczenia z kwasem linolowym, gdzie wykorzystano bardziej złożo- ny proces oksydacyjny. W doświadczeniu tym zarejestrowano aktywności, któ- rych nie można jednoznacznie powiązać z żadną z oznaczonych w pracy grup przeciw utleniaczy.
podsumowanie
Proces suszenia buraków ćwikłowych nie ma wpływu na oznaczone w pracy związki biologicznie aktywne, polifenoli i betalainy, podczas gdy pozostałe pro- cesy, zmierzające do otrzymania zagęszczonego soku i mrożonki, mają wyraźnie większy wpływ na betalainy niż związki fenolowe. W wyniku gotowania nastę- puje utrata obu tych grup przeciwutleniaczy, przy czym w większym stopniu do- tyczy ona lepiej rozpuszczalnych w wodzie barwników betacyjanowych. Zmiany aktywności przeciwrodnikowej ekstraktów są zbliżone do przemian zawartości polifenoli. Najlepszą zdolność do wiązania jonów żelaza(II) miały składniki su- chej masy buraka gotowanego i surowego.
Bibliografia
Georgiev, V.G., Weber, J., Kneschke, E.M., Denev, P.N., Bley, T., Pavlov, A.I., 2010, Antioxidant Activity and Phenolic Content of Betalain Extracts from Intact Plants and Hairy Root Cultures of the Red Beetroot Beta vulgaris cv. Detroid Dark Red, Plant Foods for Human Nutrition vol. 65, 105–111.
Kuo, J.M., Yeh, D.B., SunPan, B., 1999, Rapid Photometric Assay Evaluating Activi- ty in Edible Plant Material, Journal of Agricultural and Food Chemistry vol. 47, 3206–3209.
Lai, L.S., Chou, S. T., Chao, W.W., 2001, Studies on the Antioxidative Activities of Hsian- -tsao Leaf Gum, Journal of Agricultural and Food Chemistry vol. 49, 963–968.
PN-A-77805:1997, Produkty warzywne. Zagęszczony sok z buraków ćwikłowych.
PN-ISO-1026:2000, Produkty owocowe i warzywne. Oznaczanie zawartości suchej sub- stancji w wyniku suszenia przy obniżonym ciśnieniu i zawartości wody w wyniku de- stylacji azeotropowej.
Re, R., Pellegrini, N., Proteggente, A., Pannala, A., Yang, M., Rice-Evans, C., 1999, Anti- oxidant Activity Applying an Improved ABTS Radical Cation Decolorization Assay, Free Radical Biology and Medicine vol. 26, 1231–1237.
Rey, A.I., Hopia, A., Kivikari, R., Kahkonen, M., 2005, Use of Natural Food/plant Extracts: Cloudberry (Rubus Chamaemorphus), Beetroot (Beta Vulgaris „Vulgaris”) or Willow Herb (Epilobium angustifolium) to Reduce Lipid Oxidation of Cooked Pork Patties, LWT vol. 38, 363–370.
ANtiOxiDANt prOpertieS Of BeetrOOtS AND tHeir prODUctS
Summary: Active compounds of antioxidant action (betalains and polyphenols) as well as antioxidant activity of beetroots in model systems were determined in the study. The influence of processing (cooking and drying) on the content and activity of antioxidants was determined. The same parameters were also analysed in beetroot products (frozen, dried and juice concentrate) available on the market. Differences in antioxidant con- tent in the material investigated (bigger in the case of betalains than polyphenols) were found. Those differences did not depend upon dry matter content. Processed beetroots were characterised by eightfold differences in the ability to chelate prooxidant Fe(II) ions – from 30 to 240 mg Fe/100 g d.m. Their antiradical activity was in the range of 81-154 mg Trolox/100 g d.m. The most spread were the market products – juice con- centrate showed minimum activity while maximum – frozen and dried beetroots. It was proved that the drying process did not cause a degradation of antioxidant compounds and cooking resulted in 17% loss of activity. Among the market products, the highest antioxi- dant activity towards linoleic acid was also found in frozen beetroots (94%), lower – in dried product (79%) and the lowest - in juice concentrate and raw vegetables (74%).
