Какие ингредиенты в экстракте черного риса?

Черный рис является особым типом риса, который богат питательными веществами, включая различные микроэлементы и антоцианины. Согласно компендиум Materia Medica, черный рис оказывает влияние на питание инь и почек, укрепление селезенки и нагревание печени, улучшение зрения и поощрение кровообращения. В народной культуре черный рис имеет репутацию «ценного почётного риса» и «медицинского риса» [1]. Современные исследования доказали, что черный рис имеет различные биологические виды деятельности, такие как антиокисление, противовоспаление, профилактика сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний [2].

Эти биологические функциональные виды деятельности тесно связаны с пигментными компонентами, содержащимися в черном рисе. Между тем, поскольку люди уделяют больше внимания своему здоровью, черный рис, который часто потребляется людьми, и пигменты в нем также получили внимание исследователей. В настоящее время проводится все больше исследований по вопросам идентификации компонентов экстракта черного риса, процесса экстракции, разделения и очистки, а также стабильности. Поэтому в настоящем документе рассматриваются результаты исследований, касающихся анализа состава, экстракции, разделения и очистки, а также стабильности пигментов черного риса, с тем чтобы получить полное представление о свойстве пигментов черного риса и содействовать развитию и глубокой переработке черного риса в области продовольствия и здоровой пищи.

1 методы отделения, идентификации и определения компонентов экстракта черного риса

1.1 отделение и идентификация компонентов экстракта черного риса

Основной компонент программыЭкстракт черного риса- это антоцианин. Поскольку антоцианин неустойчив к теплу, свету и другим условиям, он также затрудняет его отделение и идентификацию. В настоящее время наиболее широко используемым методом идентификации компонентов экстракта черного риса является жидкая хроматография-тандем масс-спектрометрия.

Солнце вухуан и др. использовали инфракрасную спектроскопию и высокопроизводительную жидкую хроматографию тандема масс-спектрометрии для разделения и идентификации пигментных компонентов ультразвукового экстракта черного риса. Согласно первичному и вторичному спектрам массы разделенных веществ, было установлено, что экстракт содержит два компонента антоцианина, а именно цианидин -3- глюкозид и пеонидин -3- глюкозид, массовая доля которых составляет соответственно 15,20% и 39,60% [3]. Парк и др., используя экстракт черного рис в качестве объекта исследования, использовали высокопроизводительную жидкую хроматограмму и ультрафиолетовую видимую спектрофотометрию для идентификации пигментных компонентов черного рис, таких как цианидин -3- глюкозид, антоцианин -3- глюкозид, мальвинидин -3- глюкозид, гераниол -3- глюкозид, среди которых содержание сентарейдин -3- глюкозид было самым высоким, составляя 95% по относительному содержанию [4].

Mikihlemori et al. использовали высокопроизводительную жидкостную хроматографическую фотодиодовую детекцию и электрораспылительную масс-спектрометрию для идентификации пигментных компонентов черного риса и доказали, что основными компонентами были цианидин -3- глюкозид и цианидин -3- галактозид с относительным содержанием 91,13% и 4,74%, соответственно [5]. Чжан мингвей и др. изолированы, очищены и идентифицированы четыре антоцианина из черного риса: мальвин, пеларгонидин 3,5- диглюкозид, цианидин 3- глюкозид и цианидин 3,5- диглюкозид. Из них гераниум - 3,5 - диглюкозид и кукуруза - 3,5 - диглюкозид являются компонентами, которые не были идентифицированы предыдущими поколениями [6].

Таким образом, пигментный состав черного риса состоит из различных компонентов антоцианина. Компонент, идентифицированный исследователями-кукуруза -3- глюкозид, который также является компонентом с самым высоким содержанием.

1.2 метод определения экстракта черного риса

В настоящее время основными методами определения экстракта черного риса являются спектрофотометрия, высокопроизводительная жидкостная хроматография, жидкостная хроматография-массовая спектрометрия тандем. Преимущество метода жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии тандем заключается в сепарации и идентификации, со многими преимуществами, такими как высокая эффективность, скорость и чувствительность. Однако оборудование, используемое в этом методе, является более дорогостоящим, а технические требования к эксплуатации и техническому обслуживанию являются более высокими. Жидкостная хроматография и спектрофотометрия более пригодны для обычных предприятий и других учреждений.

Йин лонгбин и др. использовали цианидин -3- глюкозид в качестве стандартного вещества для определения метода обнаружения антоцианиновых веществ в черном рисе с помощью высокоэффективной жидкой хроматографии. Длина обнаруживаемой волны была определена в 275 нм, а мобильная фаза состояла из метанола и воды (содержащей 1% формовой кислоты), которые были пропущены градиентом. Метод имеет хорошую линейность (R= 0,9998) в диапазоне концентрации антоцианина от 0,0052 до 0,052 мг/мл, со средней скоростью восстановления 99,72%, осд 0,9100, и минимальным пределом обнаружения 0,1 нг/мл [7].

Еще в 1982 году осава использовала метод разности рн для определения содержания антоцианина в пище. Используя цианидин -3- глюкозид в качестве эталонного вещества, он установил метод определения антоцианина, используя тот факт, что структурное преобразование антоцианиновых компонентов в различных условиях pH является функцией pH, а значения поглощения различны на одной и той же длине волны [8]. Чжоу шукун и др. использовали этот метод для определения содержания пигмента черного риса. Используя цианидин -3- глюкозид в качестве исходного вещества, они измеряли максимальную абсорбцию экстрактов черного риса при pH 1.0 и 4.5 и рассчитывали концентрацию пигмента черного риса на основе молекулярного веса и коэффициента вымирания цианидин -3- глюкозида [9].

В процессе экстракции и очистки экстракта черного риса исследователи предпочитают простые и быстрые методы измерения. Чжан йинлян, го Мэй и у супин, в частности, использовали спектрофотометры для определения степени экстракции пигментов черного риса. После надлежащего разбавления пробы поглощающая способность измерялась на максимальной длине поглощающей волны, а значение поглощающей способности использовалось для оценки результатов экстракции или очистки [10-12].

2 стабильность экстракта черного риса

Стабильность компонентов антоцианина зависит от таких факторов, как свет, температура и окислители. Антоцианин чувствителен к температуре, и длительное нагревание приведет к образованию бесцветной структуры халконона и исчезает. Антоцианин может быть преобразован из состояния земли в состояние возбуждения сильным облучением светом, что делает его более подверженным реакциям деградации [13]. В настоящее время компоненты экстракта черного риса определены как компоненты антоцианина. Поэтому исследователи изучили стабильность антоцианина черного риса в таких условиях, как свет и тепло, чтобы уточнить условия хранения и применения пигментов черного риса.

2.1 влияние тепла и света на стабильность экстракта черного риса

Цзян синьлонг использовал изолированный и очищенный экстракт пигмента черного риса в качестве объекта исследования, и доказали, что тепловая и фотодеградация антоцианина черного риса соответствует кинетическому уравнению реакции первого порядка [13]. Ji Yunqi et al. нагретые растворы черного риса пигмента 70 и 100 соответственно, в течение 30 минут, и обнаружили, что поглощение 510 нм сократилось на 7,2% и 20%, соответственно [14]. Это свидетельствует о Том, что чем выше температура и чем дольше время нагрева, тем быстрее происходит термическое разложение антоцианина черного риса. Черный рис антоцианин помещался в условиях постоянной температуры 24 градуса и pH 3,0, а затем подвергался воздействию естественного света внутри помещений (средняя сила света 10001x), сильного солнечного света (средняя сила света 450001x) и тёмных условий в течение 10 дней. Скорость разложения составила 0,01184 / ч, 0,01639 / ч и 0,0035 / ч с периодами полураспада 58,54, 42,29 и 197,80 ч, соответственно [13]. Можно видеть, что пигмент черного риса относительно низок с точки зрения жары и светостойкости и что его сохранению способствуют низкие температуры и тёмные условия.

2.2 влияние ультразвукового поля на стабильность экстракта черного риса

Чжоу шукун и др. изучали влияние ультразвука на стабильность экстракта черного риса. Были изучены последствия первоначальной концентрации, pH, ультразвуковой частоты, ультразвуковой мощности и температуры реакции на деградацию пигментов черного риса. Благодаря кинетическому анализу реакции химические реакции пигментов черного риса в ультразвуковой и неультразвуковой среде соответствуют закону реакции первого порядка. В ультразвуковом поле энергия активации составила 37697,94 КДЖ/моль, а преэкспоненциальный фактор - 3800,55 с -1. В неультразвуковой среде энергия активации 39531,41 КДЖ/моль, а преобразователь 2887,07 с -1. Сравнение показывает, что ультразвук может уменьшить энергию активации и увеличить количество эффективных молекулярных столкновений, что делает реакцию разложения более вероятной. Видно, что количество эффективных молекулярных столкновений пигмента черного риса в ультразвуковом поле увеличивается, а энергия активации уменьшается, что повышает вероятность возникновения реакции [9].

2.3 влияние кислотности и щелочности на стабильность пигмента

Экстракт черного риса показывает разные цвета в различных кислотных растворах, а его стабильность также отличается, что соответствует природе антоцианинов. Когда рн раствора черного риса пигмента < 4 пигмент красный; Когда pH раствора черный рис пигмент 5 до 7, черный рис пигмент фиолетовый. Цзэн хуицин и другие продемонстрировали, что в кислотных условиях и при температуре 40 градусов пигмент чёрного риса устойчив к витамину с, низким концентрациям консервантов и различных ионов металла Na1+, Mg2+, Ca2+ и Zn2+. В щелочных условиях относительно длительные периоды высоких температур, окислители, такие как H2O2, ионы металла Fe3+, высокие концентрации бензоиновой кислоты и ультрафиолетового излучения влияют на стабильность пигмента черного риса [15].

2.4 факторы, влияющие на ионы металлов

Исследования, проведенные Mila и другими, показали, что ионы металлов оказывают селективное цветоусиливающее воздействие на пигменты черного риса. Когда в растворе присутствует Zn2+ или Mg2+, раствор является красным; При наличии Fe2+ раствор является черным фиолетовым; При наличии Ca2+ раствор черным красным цветом; А когда присутствует Al3+, раствор фиолетовый. Цветоусиливающий эффект ионов металлов на пигменты связан с гидролизом ионов и хелатацией пигментов и ионов металлов. Этот механизм нуждается в дальнейшем изучении.

3 технология экстракции и очистки экстракта черного риса

3.1 экстракция растворителей

Технология экстракции растворителей является одним из наиболее широко используемых методов экстракции природных продуктов. Этот метод позволяет в основном выбрать соответствующий экстракционный растворитель на основе химических свойств целевого компонента в сырье и принципа аналогичного растворения, избегая, насколько это возможно, распада нецелевых компонентов. Широко используемые методы экстракции включают мацерацию, обезглавливание и рефлюкс. Экстракция экстракта черного риса осуществляется главным образом методом мацерации, а в качестве экстракционного растворителя используется этаноловый раствор соответствующего pH. У супин и др. использовали этанол в качестве растворителя, что способствует экстракции антоцианина черного риса методом мацерации. Получены оптимальные условия экстракции, а именно: 50% этанола, степень шлифования 50 сеток, соотношение жидкости к материалу 1:5, время межевания 30 мин, температура межевания 80 грац, pH 3 [12]. Го мей и др. использовали этанол в качестве растворителя и использовали метод экстракции для экстракции антоцианина черного риса. На основе однофакторных и ортогональных экспериментов были определены основные факторы, влияющие на скорость экстракции пигментов черного риса: время экстракции > Соотношение жидкости и материала > Температура экстракции > Оптимальные условия экстракции: 95% этанола, соотношение жидкости к материалу 1:45 (г: мл), экстракция pH 3.0, температура экстракции 80°C, время экстракции 90 min [11].

3.2 ультразвуковая экстракция

Технология ультразвуковой экстракции использует "кавитационный эффект", механический эффект и тепловое воздействие ультразвука для ускорения диффузии и выпуска эффективных компонентов и достижения извлечения целевых компонентов. Этот метод применяется при экстракции различных натуральных продуктов, таких как флавоноиды, полифенолы и другие эффективные ингредиенты. Этот метод имеет преимущества низкой температуры экстракции, высокой эффективности и короткого времени.

Чжан цзянь и др. использовали ультразвуковой метод экстракции для извлечения антоцианина из черного риса. Определены оптимальные технологические условия: концентрация этанола 80%, время ультразвука 50 мин, соотношение жидкости к материалу 1:32, мощность ультразвука 250 вт, оптимальная дебиция 4,5 %. Это почти в три раза выше, чем уровень добычи традиционным методом Soxhlet [17]. Чжан чжихуй и др. использовали ультразвук для оказания помощи в извлечении антоцианина из черного риса. Оптимальные условия были определены с использованием содержания антоцианина, скорости уборки свободных радикалов DPPH и суммарной антиоксидантной емкости в качестве показателей оценки: ультразвуковой мощности 280W, времени экстракции 20мин, концентрации этанола 70%, соотношения твердых жидкостей (мг/мл) 1:20, температуры 50℃, в этих условиях скорость экстракции антоцианина составила 12,56мг/г, скорость экстракции свободных радикалов DPPH 54,41%, TAC 52,38 u/ мл [18].

3.3 метод микроволновой экстракции

Технология микроволновой экстракции использует энергию микроволновой радиации для нагрева экстракционного растворителя, при этом целевые компоненты рассеиваются и растворяются из пробы в растворитель. Этот метод имеет такие преимущества, как единообразное отопление, хорошая избирательность, сохранение растворителей, простота эксплуатации, хорошая воспроизводимость, энергосбережение и охрана окружающей среды. В последние годы технология микроволновой экстракции широко используется для извлечения эффективных компонентов из натуральных продуктов, а также имеет определенные преимущества.

Ma Ping и др. оптимизировали процесс экстракции чёрного риса с помощью микроволн. С использованием двухфакторного, двухуровневого ортогонального дизайна экспериментов было показано, что концентрация этанола и соотношение жидкости и материала оказывают значительное влияние на коэффициент извлечения.

Оптимальными условиями экстракции были определены концентрация этанола в 80%, соотношение жидкости к материалу 1:18 (м: в), время микроволновой экстракции 94с и урожайность антоцианина черного риса 4,97% [19]. Ван хуэй изучил микроволновой экстракцию компонентов пигмента черного риса, используя в качестве оценочного показателя абсорбцию экстракта антоцианина черного риса. Результаты показали, что в рамках эксперимента микроволновая мощность, соотношение жидкости к материалу и концентрация этанола оказали сильное влияние на поглощение экстракта черного риса антоцианина. Время микроволнового действия оказало слабое влияние на поглощение экстракта чёрного риса антоцианина, а скорость экстракции чёрного риса антоцианина была позитивно коррелирована с микроволновой мощностью и соотношением жидкости к материалу, а также негативно коррелировала с концентрацией этанола [20].

3.4 фермент гидролиз

Ферментативный гидролиз использует свойства ферментов. Правильный фермент может быть выбран для разрушения растительной ткани в относительно мягких условиях. Целлюлаза часто используется для извлечения активных ингредиентов из натуральных продуктов, потому что она может разрушить стенки растительных клеток и способствовать растворению целевых компонентов.

Лю юнджи и др., используя целлюлазу для извлечения антоцианина из подрубки черного риса, оптимизировали процесс извлечения с помощью однофакторных экспериментов и методов поверхностной реакции. Оптимизированные технологические условия: количество добавления фермента 2,0%, температура ферментативного гидролиза 38,7 градуса, время ферментативного гидролиза 128,8 мин, отношение материала к жидкости 1:10, время экстракции 40 мин, температура экстракции 50 градуса, концентрация этанола экстракционного раствора 80%, и в этих условиях скорость экстракции антоцианина в сорняках черного риса может достигать 21,9 мг/г (теоретическое значение) [21].

3.5 исследование процесса очистки экстракта черного риса

Наиболее изученными методами очистки экстракта черного риса являются технология отделения и очистки макропористых смол и технология отделения мембран. Хоу жаохуа сравнил адсорбционные смолы adсорбционных сортов ADS-5, ADS-7, ADS-F8, ADS-17, NKA-9, AB-8, S-8, D4020 и NKA 9 видов макропористых адсорбционных смол для очистки пигментов черного риса. На основе сопоставления адсорбционных и десорбционных свойств было установлено, что макропористовая смола AB-8 является идеальной смолой для очистки антоцианина черного риса. Наиболее подходящими условиями очистки являются: растворитель 80% этанола, расход потока проб 1,0вв/ч, расход потока десорбции 2,0вв/ч. После очистки смолой содержание антоцианина в экстракте составляет 22,59%, что выше, чем содержание антоцианина в сыром экстракте (3,448%) [22]. Хан хао и др. использовали технологию мембранной сепарации для очистки антоцианина черного риса.

Во-первых, для удаления жирорастворимых компонентов из экстракта черного риса была использована керамическая мембрана с молекулярной пороговой массой 1000 кг, а затем для концентрации обезжириваемого экстракта была использована спирально-ранимая мембрана 100д. Содержание сухого вещества в концентрате, полученное путем отделения и очистки черного риса антоцианина, составило 6,46 г /100 мл, а содержание сухого вещества в концентрате, полученное с помощью традиционной технологии испарения, — 6,56 г /100 мл. Цветные значения составили 2,71 и 1,93 г /100 мл, соответственно, содержание жира — 0,30 и 0,28 г /100 мл, соответственно. Можно видеть, что технология разделения мембран и очистки может повысить чистоту и качество антоцианина черного риса. После разделения мембран не теряется цветовая ценность, и в то же время это приводит к обезжириванию и опреснению, что доказывает, что технология разделения мембран может быть использована для очистки антоцианина черного риса [23].

4 Перспективы на будущее

Черный рис является ценным рисом в китае, и черный рис экстракт является хорошей натуральной пищевой добавкой, которая может быть использована в качестве пищевого ингредиента, пищевой окраски, антиоксидантов и т.д., для разработки различных полезных для здоровья продуктов питания, таких как напитки и хлеб, которые являются наиболее потребляемых продуктов питания людей. Deng Wenhui et al. использовали экстракционный концентрат черного риса в качестве сырья, в сочетании с сахарозой, лимонной кислотой и т.д., для разработки пигмента черного риса [24]. Однако в настоящее время мало что известно о применении экстракта и продуктов очистки черного риса антоцианин или о продолжении использования остатков после экстракции пигмента. Если эти два вопроса удастся решить более эффективно, то использование экстрактов черного риса и дальнейшая переработка черного риса получат дальнейшее развитие.

Справочные материалы:

[1] мин июн. Питательные свойства черного риса [J]. Хунань сельское хозяйство. 2013(9): 41.

[2] яо шулонг. Исследование влияния и механизма антоцианиновых компонентов черного риса на поглощение холестерина [D]. Восточно-китайский научно-технический университет. 2014.

[3] сун вухуан, джин линся, чжао кайбин и др. Высокопроизводительная жидкая хроматография-тандем масс-спектрометрия для состава и структурного анализа пигментов черного риса [J]. Физико-химическая экспертиза издание. 2012 г., 48(9): 1023-1026.

[4] Park Y S, Kim S J, Chang H I. изоляция антоцианина от черного риса (Heugjinjubyeo) и скрининг его антиоксидантной деятельности [J]. Корейский журнал микробиологии и биотехнологии. 2008, 36(1): 55 — 60.

[5] микихлемори, эюнко, алисон м. влияние приготовления на антоцининов в черном рисе (Oryza sativa L.japonica var.SBR) [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 2009,57 (5):1908-1914 годы.

[6] чжан минвей, го баоцзян, чжан руйфен и др. Отделение, очистка и структурная идентификация антиоксидантных активных ингредиентов в черном рисе [J]. Китайская сельскохозяйственная наука, 2006, 39(1): 153 — 160.

[7] ин лонгбин, ю санган, лю кипин и др. Определение компонентов антоцианина в черном рисе с помощью высокопроизводительной жидкой хроматографии [J]. Журнал ханчжоу нормальный университет (издание естественных наук), 2012, 11(1): 28-32.

[8] Osawa Y. Anthocyanins as food colors [м]. Нью-Йорк: научная пресса, 1982 год. 85-85.

[9] Zhou SK, Cao YP, Huang zhu. Исследование стабильности пигмента черного риса в ультразвуковом поле [J]. Пищевые добавки китая, 2015(3): 71-76.

[10] чжан йинлян, чжоу вэньцянь, чжэн цзяньцянь и др. Исследование по экстракции антоцианина из черного риса с ультразвуком и его антиоксидантными свойствами [J]. Журнал жэньчжоу университета легкой промышленности (издание естественных наук), 2013, 28(1): 16-20.

[11] го Мэй, ши юнся. Исследование процесса извлечения пигмента черного риса методом, растворимым в спирте [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2015, 36(8): 58 — 60.

[12] у супин. Исследование по вопросам экстракции и стабильности пигмента черного риса [J]. Китайские приправы, 2011, 36(12): 106-110.

[13] цзян синьлон. Исследование характеристик деградации антоцианинов черного риса [J]. Китайский журнал зерновых, масел и пищевых продуктов, 2013, 28(4): 27-31.

[14] Ji Y Q, Xu C Y, Zhang S P. исследование по оптимизации процесса экстракции и стабильности пигментов черного риса [J]. Переработка зерна, 2012, 37(2): 33 — 35.

[15] Zeng H Q, Zhang Y M, Jin H. исследование стабильности пигментов черного риса [J]. Исследования и разработки в пищевой промышленности, 2014, 35(19): 17 — 20.

[16] Mi, L., Xu, H., Li, J., et al. Экстракция и стабильность черного риса антоцианина. Журнал сельскохозяйственного университета внутренней монголии, 2011, 32(2): 263-265.

[17] чжан, дж., чжао, вт., бай, х., и др. Оптимизация ультразвуковой экстракции черных пигментов из черного риса методом ортогонального испытания. Наука о еде, 2010, 31(4): 39 — 41.

[18] чжан чжихуэй, ю гопин. Ультразвуковая экстракция антиоксидантных веществ из черного риса [J]. Наука и техника в пищевой промышленности, 2001(12): 338-342.

[19] ма пин, го сихуан, го зенван. Оптимизация процесса извлечения меланина из черного риса с помощью микроволн [J]. Продукты питания и оборудование, 2014, 30(5): 229-231.

[20] ван хуэй. Исследование влияния микроволновой экстракции меланина из черного риса [J]. Сельское хозяйство провинции гуандун, 2013(7): 92-94.

[21] лю юнджи, лю голин, хуан цянди и др. Исследование по оптимизации целлюлозно-клеточной экстракции антоцианина из черного риса методом поверхностной реакции [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2014, 35(10): 24-27.

[22] хоу чжаохуа, жай хуку, ван цзяньминь. Экстракция и очистка антоцианинов черного риса [J]. Наука о еде. 2010, 31(10): 53 — 59.

[23] хан хао, ли синшэн, чжан чжицзянь и др. Применение мембранной технологии в обезжиривании и концентрации пигментов антоцианина черного риса [J]. Наука о еде, 2012, 33(6): 297 — 300.

[24] Дэн вэньхой, ли синшэн, у саньцяо и др. Очистка пигмента черного риса и исследования по разработке спортивных напитков [J]. Наука и техника о продовольствии, 2013, 38(6): 109 — 113.