Натуральный краситель из шелухи гречихи

Ключевые слова: шелуха гречихи, экстрагирование, натуральный краситель

Широко используемые в настоящее время синтетические красители имеют ряд преимуществ по сравнению с натуральными аналогами. Низкая стоимость производства, лучшая окрашивающая способность, широкий спектр цветов, отсутствие большого числа примесей, строго установленный химический качественный и количественный состав — это далеко не все свойства, позволившие синтетическим красителям захватить рынок. В то же время наблюдается и обратная тенденция, ряд красителей уже запрещен к применению, это в первую очередь связано с их негативным влиянием на здоровье человека. Синтетические красители не имеют пищевой ценности, их получение (и использование) зачастую связано с серьезным загрязнением окружающей среды. С ростом популярности «зеленых» и натуральных продуктов, внимание вернулось и к натуральным красителям.

Не менее важной проблемой является низкая степень переработки многотоннажных отходов растительного сельскохозяйственного сырья. Нерациональная утилизация и захоронение ежегодно увеличивающихся объемов сельскохозяйственных отходов приводят к тяжелым экологическим последствиям и негативно сказываются на дальнейшей эксплуатации почвы. В этом плане, государственные программы [1; 2] должны стимулировать рост и внедрение технологий направленных на всестороннее решение существующих проблем нерационального использования возобновляемых ресурсов.

Гречневая крупа, является традиционным для России продуктом, играющим немаловажную роль в детском и диетическом питании [3]. По производству гречневой крупы Россия входит в тройку стран-лидеров, конкурируя за первое место с Китаем [4; 5]. При переработке зерна гречихи образуется значительное количество шелухи гречихи — жесткой плодовой оболочки, не имеющей пищевой ценности. Ее доля составляет 20–25 % от массы зерна [6]. Отходы переработки гречихи так и не нашли широкого применения. Основными направлениями утилизации данного отхода являются использование в качестве наполнителя для подушек, упаковки для фруктов и хрупких товаров, топлива для котельных установок, кормовой добавки. Большая же часть отходов сжигается на полях или не перерабатывается. В то же время в исследованиях [7–13] показано, что шелуха гречихи содержит ряд окрашенных и биологически активных веществ, таких как полисахариды, полифенолы (в т. ч. флавоноиды), аминокислоты, липиды и белково-полисахаридные комплексы. Экстрактивные вещества из шелухи гречихи могут оказывать благотворное влияние на здоровье человека [14]. Значительное внимание уделяется веществам фенольной природы. Так например, в работе [13] показано, что экстракты шелухи гречихи, выделенные 80 % раствором ацетона, содержат рутин, кверцетин, изоориентин (для татарской гречихи) и рутин, витексин, изовитексин, ориентин, изоориентин, катехин и эпикатехина галлат (для гречихи посевной).

Исследована антиоксидантная активность различных экстрактов шелухи гречихи [13–17]. В зависимости от способа определения, извлечения и вида исходного сырья антиоксидантная активность может сильно отличаться. Однако все авторы сходятся во мнении, что она достаточная для применения в различных областях, в том числе в пищевой промышленности.

Традиционно для повышения выхода экстрактивных веществ из растительного сырья, применяют различные кислотные или щелочные реагенты для ускорения гидролиза извлекаемых или изолирующих (структурообразующих) веществ или растворители, обладающие более высокой селективностью. В существующих зарегистрированных технологиях [18–23] получения окрашивающих и биологически активных веществ из шелухи гречихи используются сложные экстрагенты на водной основе и углекислый газ. Предполагаемыми областями применения красителей из шелухи гречихи в зависимости от способа получения являются окрашивание пищевых и лекарственных продуктов, кожаных и шерстяных изделий, тканей, древесины.

Использование воды в качестве экстрагента и дополнительного внешнего воздействия позволит снизить нагрузку на окружающую среду при переработке данного отхода и упростит технологические операции по выделению красителя из экстракта, избавив от необходимости нейтрализации и удаления образовавшихся в результате солей.

В качестве интенсифицирующего воздействия для извлечения окрашивающих веществ может быть применено микроволновое излучение. Оно позволяет равномерно нагревать экстракционную смесь, а также оказывает положительное влияние на химические процессы, в том числе гидролизные, которые в той или иной мере всегда присутствуют при экстрагировании растительного сырья.

Нами предложена технология получения натурального красителя из шелухи гречихи экстрагированием водой в микроволновом поле [24] и определена антиоксидантная активность водных экстрактов [17]. Экстракты получали в микроволновой печи CEM MARS-5 при повышенных температуре и давлении. Содержание веществ, проявляющих антиоксидантную активность, определяли спектрофотометрически FRAP-методом [25] с использованием индикаторной окислительно-восстановительной системы Fe (III)/Fe (II) — o-фенантролин. Общее содержание веществ фенольной природы определяли спектрофотометрически по изменению окраски фенольного реагента Фолина [26; 27]. Оба метода исследования осуществляли на двухлучевом сканирующем спектрофотометре Shimadzu UV-1800.

Антиоксидантная активность растительных экстрактов обусловлена присутствием веществ фенольной природы, содержание которых, в зависимости от условий проведения процесса составляет 0,4–1,1 г/л в пересчете на фенол.

В результате проведенных нами исследований показано, что полученные водные экстракты обладают хоть и более низкой, по сравнению с описанной в литературе, антиоксидантной активностью, но достаточной для того чтобы представлять интерес для безотходной, «экологически чистой» технологии переработки шелухи гречихи. Краситель, выделенный из шелухи гречихи, является не только стойким и безопасным, но и полезным, так как обладает антиоксидантной активностью, которая в свою очередь оказывает положительное влияние на состояние здоровья человека.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Фонд содействия инновациям» (проект УМНИК № 8516ГУ/2015)

Литература:

1. Стратегическая программа исследований Технологической платформы БиоТех2030 // Научно-техническое некоммерческое партнерство «Технологическая платформа БиоТех2030». URL: http://biotech2030.ru/wp-content/uploads/2015/02/СПИ_22.04.15.pdf (дата обращения: 2.10.2017)
2. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года // Информационно-правовой портал ГАРАНТ.РУ. URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70068244 (дата обращения: 2.10.2017)
3. Гречневая каша // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гречневая_каша (дата обращения: 3.10.2017)
4. Зотиков В. И., Наумкина Т. С., Сидоренко В. С. Современное состояние и перспективы развития производства гречихи в России // Вестник ОрелГАУ. — 2010. — № 4. — С. 18–22.
5. Высоцкий Д. Современное состояние и основные тенденции рынка гречихи // АПК-Информ. URL: http://www.apk-inform.com/ru/exclusive/topic/1012951 (дата обращения: 3.10.2017).
6. Холодилина Т. Н., Антимонов С. В., Ханин В. П. Исследование возможностей повышения питательной ценности гречневой лузги // Вестник ОрелГАУ. — 2004. — № 10. — С. 153–156.
7. Земнухова Л. А., Колзунова Л. Г., Шкорина Е. Д. Экстрактивные вещества из отходов производства гречихи // Журнал прикладной химии. — 2007. — Т. 80. — № 6. — С. 1032–1036.
8. Земнухова Л. А., Шкорина Е. Д., Федорищева Г. А. Исследование состава неорганических компонентов шелухи и соломы гречихи // Журнал прикладной химии. — 2005. — Т.78. — № 2. — С. 329–333.
9. Коломиец Н. Э., Туева И. А., Мальцева О. А., Дмитрук С. Е., Калинкина Г. И. Оценка перспективности некоторых видов лекарственного растительного сырья с точки зрения их экологической чистоты // Химия растительного сырья. — 2004. — Т. 4. — С. 25–28.
10. Шкорина Е. Д. Состав и комплексная переработка отходов производства гречихи // дисс. … кандидата хим. наук: 03.00.16: защищена 06.11.2007. — Владивосток, 2007. — 157 с.
11. Апаева А. В., Ямансарова Э. Т., Куковинец О. С. Исследование экстракции флавоноидов из плодовых оболочек гречихи в различных условиях // Вестник Башкирского университета. — 2015. — Т. 20. — № 4. — С. 1223–1226.
12. Мягчилов A. B., Соколова Л. И., Дмитренок П. С. Выделение ситостеролина и витексина из шелухи гречихи посевной Fagopyrum sagittatum Gilib. (Polygonaceae) // Химия растительного сырья. — 2012. — № 3. — С. 89–92.
13. Lee L., Choi E., Kim C., Sung J., Kim Y., Seo D., Choi H., Choi Y., Kum J., Park J. Contribution of flavonoids to the antioxidant properties of common and tartary buckwheat // Journal of Cereal Science. — 2016. — Т. 68. — С. 181–186.
14. Guo X. D., Wu C. S., Ma Y. J., Parry J., Xu Y. Y., Liu H., Wang M. Comparison of milling fractions of tartary buckwheat for their phenolics and antioxidant properties // Food Research International. — 2012. — Т. 49. — № 1. — С. 53–59.
15. Гарифуллина Г. Г., Герчиков А. Я., Шафиков Н. Я., Султанаева С. Х. Эффективность природных антиоксидантов гречихи // Вестник Башкирского университета. — 2010. — Т. 15. — № 2. — С. 291–293.
16. Sun T., Ho C.-T. Antioxidant activities of buckwheat extracts// Food Chemistry. — 2005. — Vol. 90. — № 4. — P. 743–749.
17. Ключко Е. А., Заболотная А. М., Ануфриев А. В. Антиоксидантная активность водных экстрактов шелухи гречихи // Материалы Региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по естественным наукам, Владивосток, 15–30 апреля 2016 г. — Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2016. — С. 419–421.
18. Пат. ПМ 74630 РФ Линия производства красителя из лузги гречихи / М. В. Солуянова, В. Н. Шекуров; заявители и патентообладатели В. Н. Шекуров, М. В. Солуянова. — № 2008108240/22; заявл. 22.02.2008; опубл. 10.07.2008, Бюл. № 19.
19. Заявка на изобр. 94038111 РФ Способ получения красителя из отходов сельскохозяйственной продукции / З. Г. Арсланов, И. Б. Садыков, Р. Г. Бинеев; заявители З. Г. Арсланов, И. Б. Садыков, Р. Г. Бинеев — № 94038111/04; заявл. 10.10.1994; опубл. 10.08.1996
20. Пат. 2545349 РФ Способ получения гидролизата из шелухи гречихи в качестве замены какао-порошка для пряничных и кондитерских изделий / Л. В. Кушнаренко, Л. В. Лёвочкина; заявитель и патентообладатель ФГАО ВПО «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ). — № 2013154812/10; заявл. 10.12.2013; опубл. 27.03.2015 Бюл. № 9
21. Пат. 2086588 РФ Способ получения пищевого красителя из лузги гречихи / Ш. Н. Ибрагимов, В. Н. Шекуров, Б. А. Ефремов, А. С. Лазько, Л. А. Чеченев; заявитель и патентообладатель В. Н. Шекуров. — № 9595101265; заявл. 30.01.1995; опубл. 10.08.1997.
22. Пат. 2215761 РФ Способ получения пигмента-красителя из растительного сырья / Б. Н. Огарков, Л. В. Самусенок; заявитель НИИ биологии Иркутского государственного университета; патентообладатели Б. Н. Огарков, Л. В. Самусенок. — № 2000116048/13; заявл. 19.06.2000; опубл. 10.06.2002. Бюл. № 16
23. Пат. 2222995 РФ Способ получения биологически активных веществ из лузги гречихи / М. Н. Дадашев, А. М. Алиев, Р. А. Рустамов, Р. З. Гасанов; заявитель и патентообладатель Горный ботанический сад (институт) Дагестанского научного центра РАН. — № 2001131260/13; заявл. 19.11.2001; опубл. 10.02.2004. Бюл. № 20
24. Заявка на изобр. 2017120050 РФ Способ получения красителя из шелухи гречихи / В. А. Реутов, А. М. Заболотная, А. В. Ануфриев, Л. А. Лим; заявитель и патентообладатель ФГАО ВПО «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ). — № 2017120050; заявл. 08.06.2017
25. Темердашев З. А., Храпко Н. В., Цюпко Т. Г., Воронова О. Б., Балаба А. Н. Определение антиоксидантной активности пищевых продуктов с использованием индикаторной системы Fe (III)/Fe (II) — органический реагент // «Заводская лаборатория. Диагностика материалов». — 2006. — Т. 72. — № 11. — С. 15–19.
26. 5550 Тannin and Lignin // Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. — Washington D. C.: AWWA, WEF & APHA, 1999. — P. 988–992.
27. Kloster M. B. The Determination of Tannin and Lignin // Journal (American Water Works Association). — 1974. — Vol. 66. — № 1. — P. 44–46.