Influence of shmari fruits (Arbutus pavarii) ripening stages on some physicochemical properties and antioxidant activity

Abstract

ABSTRACTThis study was conducted on four different ripening stages of shmari fruits included unripe, intermediate, ripe and post-ripe, divided by color into green, yellow, orange and red, which grow in the Al-Jabal Al-Akhdar - Libya, obtained from the natural reserve of the Lamloda area (Al-Zardah forest) east of Al-Bayda, samples were collected between October and December 2016, the research included a study of the physical properties of fruits including the color characteristics, fruit weight, fruit diameter, total soluble solids, total acidity and pH value. The chemical properties included studying approximate fruit analysis, estimating the sugar content, minerals, pigments and ascorbic acid, in addition to estimating total phenols, total flavonoids, phenolic acid qualitative analysis and antioxidant potency using DPPH testing, ABTS testing and reduction power testing. In this study, juice and jam were also derived from full-mature (post-ripe) fennel fruits compared to strawberry juice and jam and sensorially assessed using the 9-point hedonic scale. Physical properties results showed that the highest weight value of 100 fruits was for red fruits (425 g/100 fruits) with an average of 4.25 g, while the lowest green fruit value (239.67 g/100 fruits) was an average of 2.40. The diameter of 100 fruits ranged from 10-21 mm to an average of 14.04 mm as the lowest green fruit value, while the highest value of 100 fruits was recorded by red fruits, ranging from 15-25 mm with an average of 18.11 mm. For total soluble solids for green, yellow, orange, and red fruit, were 22.93, 25.06, 27.11, and 27.70 degrees Brix, respectively. The highest value of total acidity for yellow fruits (2.22%) while the lowest value for red fruits (1.72%), showed no significant differences (P > 0.05) between red and orange fruits, while orange fruits displayed the highest pH value (3.73) and the lowest yellow fruit value (3.64), showed no significant differences (P > 0.05) between orange and red iv fruits. The results of estimating color properties using Hunter Lab showed a variation in values between different ripening stages. Regarding to chemical properties results showed that the dry matter content of shmari fruits ranged from 31.38% in yellow fruit to 34.51% in red fruit, ash content varied from 2.18% to 2.88% where green fruits showed the highest content while orange fruits showed the lowest content. The differences were always significant (P ≤ 0.05) for the dry matter and ash content at different ripening stages. The crude protein and crude fat contents ranged from 2.68-3.52% and 1.73-2.52% dw, respectively. The findings of the statistical analysis showed no significant difference in crude protein values between yellow and red fruits and in crude fat values between orange and red fruits. Crude fiber and nitrogen-free extract values ranged from 20.61-28.25% and 62.49-72.47%, respectively, based on dry weight. The differences were always significant (P ≤ 0.05). The total carbohydrate content ranged from 62.12-72.04%, there were no significant differences (P > 0.05) in the values of total carbohydrates between yellow and red fruits. The content of reducing sugars ranged from 21.40% in green fruits to 59.75% in orange fruits, and the content of total sugars and non-reducing sugars ranged between 24.57-60% and 0.25-5.08%, respectively, on the basis of dry weight. The differences were always significant (P ≤ 0.05) in the content of reducing sugars at different ripening stages, whereas the results of the statistical analysis did not show significant differences (P> 0.05) between orange and red fruits in the values total sugars and non-reducing sugars. The results of the analysis of individual sugars using HPLC system showed that fructose sugar is the dominant sugar in shmari fruits, where the value ranged from 13.27-43.86%, followed by glucose sugar values ranging from 6.64-16.02%, and the values of glucose 1.52% and 0.77% for green and yellow fruits, respectively, the orange and v red fruits did not contain this sugar. The differences were always significant (P ≤ 0.05) of the individual sugars content at different ripening stages. The findings of the mineral elements analysis showed that potassium is the dominant element in the different ripening stages of shmari fruits with values ranging from 14328.61 to 16249.96 ppm, then calcium with values ranging from 2515.07 to 4963.28 ppm, followed by phosphorus and sodium was the least element among the major elements analyzed, the values of iron, zinc, copper and manganese ranged from 12.32 to 23.93, 1.69 to 13.84, 3.33 to 4.79 and 3.45 to 5.46 ppm respectively, the highest concentration of which was iron element followed by zinc and the least concentrated element copper. The content of anthocyanins ranged from 2.93 in green fruit to 31.21 mg/100 g dw in red fruit (expressed as cyanidine-3-glucoside), whereas the total content of carotenoids ranged from 9,91 in green fruit to 12.12 mg/100 g of fruit dry matter. Red fruit (consisting beta-carotene content of 2.58 to 4.92 mg/100 g substance and lycopene content of 5.41 to 7.90 mg/100 g dry matter). The total amount of chlorophyll ranged from 3.40 mg/100 g in yellow fruit to 13.25 mg/100 g dry matter in green fruit (consisting of 1.43 to 7.36 mg/100 g chlorophyll a content and chlorophyll b 1.98 to 5.88 mg/100 g dry matter). The total content of phenols ranged from 1507.59 in orange fruits to 2913.05 in green fruits (expressed as gallic acid equivalent per 100 g of dry matter), while the total content of flavonoids ranged from 409.68 to 901.38 (expressed as catechin equivalent per 100 g of dry matter). The results of statistical analysis showed no significant differences in ascorbic acid values between yellow and orange fruits. The results of the qualitative analysis using liquid chromatography -mass spectroscopy showed that the phenolic part contains derivatives of quinic acid (Quininc acid derivatives, Vanillic acid-hexoside, Naringenin derivative, Secoisolariciresinol hexoside, and Quercetin glucoside derivative). اجريت هذه الدراسة على اربع مراحل نضج مختلفة من ثمار الشماري ) Arbutus pavarii ( تضمنت الثمارغير الناضجة، متوسطة النضج، الناضجة، ومتقدمة النضج، قسمت حسب اللون الى الاخضر، الاصفر، البرتقالي، والاحمر على التوالي. جمعت الثمار من المحمية الطبيعية بمنطقة لملودة )غابة ال زردة( التي تقع شرق مدينة البيضاء، الجبل الاخض ر - ليبيا . وقد تم جمع العينات بين شهري اكتوبر وديسمبر 2016 ، وقد شمل البحث دراسة الخصائص الطبيعية للثمار متضمنة خصائص اللون، وزن ثمرة، قطر الثمار، المواد الصلبة الكلية الذائبة، الحموضة الكلية، ورقم الحموضة pH ، وكذلك الخصائص الكيميائية والتي تضمنت دراسة التحليل التقريبي للثمار، تقدير محتوى السكريات، العناصر المعدنية والصبغات وحمض الاسكوربيك بالإضافة الى تقدير الفينولات الكلية والفلافونيدا ت الكلية والتحليل النوعي للاحماض الفينولية والفاعلية المضادة للأكسدة باست خدام اختبار DPPH ، ABTS ، واختبار القوة الاختزالية. وتم ايضاً في هذه الدراسة تصنيع عصير ومربى من ثمار الشماري مكتملة النضج ) post-ripe ( ومقارنتها بعصير ومربى ثمار الفراولة وتقييمهما حسي ا باستخدام برنامج التقييم الحسي الهيدوني 9 - نقاط ) 9-point hedonic scale .) اظهرت نتائج الخصائص الطبيعية أن أعلى قيمة لوزن 100 ثمرة كانت للثمار الحمراء ) 425 جم/ 100 ثمرة( بمتوسط 4.25 جم للثمرة، بينما كانت اقل قيمة للثمار الخضراء ) 239.67 جم/ 100 ثمرة( بمتوسط 2.40 جم للثمرة، وتراوح قطر 100 ثمرة بين 10 - 21 مم بمتوسط 14.04 ملم كأقل قيمة للثمار الخضراء، بينما سجلت الثمار الحمراء أعلى قيمة لقطر 100 ثمرة تراوحت بين 15 - 25 ملم بمتوسط 18.11 ملم. فيما يخص المواد الصلبة الكلية الذائبة كانت النتائج على النحو التالي 22.93 ، 25.06 ، 27.11 ، و 27.70 درجة بركس لكل من الثمار الخضراء، الصفراء، البرتقالية، والحمراء، على التوالي. سجلت أعلى قيمة للحموضة الكلية للثمار الصفراء ) 2.22 %( وأقل قيمة للثمار الحمراء ) 1.72 %( ولم تكن هناك فروق معنوية بين الثمار البرتقالية والثمار الحمراء ( P > 0.05 (. سجلت الثمار البرتقالية أعلى قيمة لدرجة الآس الهيدروجيني ) 3.73 (، بينما أظهرت الثمار الصفراء أقل قيمة ) 3.64 (، لم تكن هناك فروق معنوية ) P > 0.05 ( بين الثمار البرتقالية والحمراء من ناحية، والخضراء والحمراء من ناحية اخرى. أشارت نتائج تقدير خصائص اللون باستخ دام جهاز Hunter Lab إلى أن هناك تفاوت في خصائص اللون بين درجات النضج المخ تلفة . فيما يخص الخصائص الكيميائية فقد تراوح محتوى المادة الجافة في الثمار مابين 31.38 % في الثمار الصفراء و 34.51 % في الثمار الحمراء، ومحتوى الرماد تراوح من 2.18 إلى 2.88 % حيث اظهرت الثمار الخضراء أعلى محتوى بينما كان أقل محتوى على مستوى الثمار البرتقالية، الفروق كانت دائما معنوية ) P ≤ 0.05 ( لمحتوى المادة الجافة والرماد عند درجات النضج المختلفة. تراوحت قيم البروتين الخام ما بين 2.68 و 3.52 %، وقيم الدهن الخام ما بين 1.73 و 2.52 %، ولم تظهرنتائج التحليل الاحصائي فروق معنوية ) P > 0.05 ( بين الثمار الصفراء والحمراء في قيم البروتين الخام، وبين الثمار البرتقالية والحمراء في قيم الدهن الخام. تراوحت قيم كل من الألياف الخام والمسخلص الخالي من النيتروجين ما بين 20.61 - 28.25 و 62.49 - 72.47 %، على التوالي، محسوبة على أساس الوزن الجاف. وقد كانت الفروقات دائما معنوية ) P ≤ 0.05 .) تراوحت قيم الكربوهيدرات الكلية بين 62.12 - 72.04 %، لم تكن هناك فروق معنوية ) P > 0.05 ) بين الثمار الصفراء والحمراء في قيم الكربوهيدرات الكلية. تراوح محتوى السكريات المختزلة من 21.40 % في الثمار الخضراء إلى 59.75 % في الثمار البرتقالية، وتراوح محتوى السكريات الكلية والسكريات غير المختزلة ما بين 24.57 - 60 % و 0.25 - 5.08 % على التوالي، على اساس الوزن الجاف. الفروق كانت دائما معنوية ) P ≤ 0.05 ( في محتوى السكريات المختزلة عند درجات النضج المختلفة، بينما لم تظهر نتائج التحليل الإحصائي فروق معنوية ) P > 0.05 ( فيما بين ا لثمار البرتقالية والحمراء في قيم كل من السكريات الكلية والسكريات غير المختزلة. أظهرت نتائج تحليل السكريات الفردية باستخدام جهاز كروماتوغرافيا السائل عالي الكفاءة أن سكر الفركتوز هو السكر السائد في ثمار الشماري حيث تراوحت قيمته ما بين 13.27 - 43.86 %، يليه سكر الجلوكوز بقيم تراوحت ما بين 6.64 - 16.02 %، وكانت قيم السكروز 1.52 % و 0.77 % لكل من الثمار الخضراء والصفراء، على التوالي، حيث لم تحتوي الثمار البرتقالية والحمراء على هذا السكر. وقد كانت الفروقات في محتوى السكريات الفردية دائما معنوية ) P ≤ 0.05 ( عند درجات النضج المختلفة . أظهرت نتائج تحليل العناصر المعدنية أن البوتاسيوم هو العنصر السائد في مراحل النضج المختلفة لثمار الشماري بقيم تراوحت من 14328.61 إلى 16249.96 جزء في المليون، يليه عنصر الك السيوم بقيم تراوحت من 2515.07 إلى 4963.28 جزء في المليون، ثم عنصر الفسفور، وقد كان عنصر الصوديوم هو العنصر الأقل ضمن العناصر الكبرى المدروسة، لم تكن هناك فروق معنوية ) P > 0.05 ( لمحتوى الصوديوم بين الثمار الخضراء والحمراء. كما سجلت عناصر الحديد والزنك والنح اس والمنجنيز قيم تراوحت من 12.32 - 23.93 ، 1.69 - 13.84 ، 3.33 - 4.79 و 3.45 - 5.46 جزء في المليون على التوالي، وقد كان أعلاها تركيزاً هو عنصر الحديد يليه عنصر الزنك وأقلها تركيزاً هو عنصر النحاس . تراوح محتوى الانثوسيانين ما بين 2.93 في الثمار الخضراء إلى 31.21 في الثمار الحمراء )محسوبة كسيانيدين - 3 -جلوكوسيد لكل 100 جرام مادة جافة(، بينما تراوح محتوى الكاروتينات الكلية من 9.91 في الثمار الخضراء إلى 12.12 ملجم/ 100 جم مادة جافة في الثمار الحمراء، وقد كان محتوى البيتا-كاروتين من 2.58 إلى 4.92 ملجم/ 100 جم مادة في حين تراوحت قيم الليكوبين من 5.41 إلى 7.90 ملجم/ 100 جم مادة جافة. تراوح محتوى الكلوروفيل الكلي من 3.40 ملجم/ 100 جم مادة في الثمار الصفراء إلى 13.25 ملجم/ 100 جم مادة جافة . تراوح محتوى الفينولات الكلية من 1507.59 في الثمار البرتقالية إلى 2913.05 مليجرام مكافيء ح امض الجاليك لكل 100 جرام مادة جافة في الثمار الخضراء، بينما تراوح محتوى الفلافونيدات الكلية من 409.68 إلى 901.38 مليجرام مكافيء الكاتيكين لكل 100 جرام مادة جافة حيث أظهرت الثمار الخضراء أعلى محتوى بينما كان أقل محتوى على مستوى الثمار البرتقالية. وقد كانت ا لفروقات بين درجات النضج المختلفة دائما معنوية ) P ≤ 0.05 (. تراوح محتوى حمض الاسكوربيك من 473.38 ملجم/ 100 جم في الثمار الخضراء إلى 872.88 ملجم/ 100 جم في الثمار الحمراء. لم تظهر نتائج التحليل الإحصائي فروق معنوية فيما بين الثمار الصفراء والبرتقالية في قيم حمض الاسكوربيك. أظهرت نتائج التحليل النوعي باستخدام كروماتوغرافي ا السائ ل - مطياف الكتلة أن الجزء الفينولي يحتوي على كل من Quinic acid derivatives, Vanillic acid-hexoside, Naringenin derivative, Secoisolariciresinol hexoside, Secoisolariciresinol hexoside and Quercetin glucoside derivative في جميع مراحل النضج المختلفة لث مار الشماري . تراوحت قيم الفاعلية المضادة للأكسدة ) EC50 mg/ml( باستخدام اختبار DPPH من 0.680 إلى 1.742 ملجم/ مل، وبإستخدام اختبار ABTS من 0.500 إلى 1.281 ملجم/ مل، واختبار القوة الإختزالية من 0.414 إلى 1.135 ملجم/ مل، وقد كانت الفروقات بين درجات النضج المختلفة دائما معنوية ) P ≤ 0.05 (. ارتبط محتوى الفينولات الكلية ارتباطا معنويا عاليا بقيم الفلافونويدات الكلية (r = 0.9922, P ≤ 0.001) ، بقيم اختبار DPPH ( r = 0.9851, P ≤ 0.0001 (، بقيم اختبار ABTS ( r = 0.9829, P ≤ 0.0001 (، وبقيم اختبار القوة الاختزالية ) r = 0.9832, P ≤ 0.0001 (، كما كما كانت العلاقة بين اختبار DPPH واختبار ABTS أيضا علاقة قوية عالية المعنوية ) r = 0.9950, P ≤ 0.0001 . ) اظهرت نتائج التقييم الحسي لعصير ومربى كل من ثمار الشماري والفر اولة قيم متقاربة على المقياس الهيدوني المتكون من 9 نقاط وكانت 7.26 و 6.32 لعصير كل من ثمار الشماري والفراولة على التوالي، 7.45 و 7.50 لمربى كل من ثمار الشماري والفراولة. لم تُظهر نتائج التحليل الإحصائي أي فروقات معنوية ) P > 0.05 ( في نتائج العصير والمربى للثمار .