Антирадикальные свойства селенобогащенных проростков зерновых культур

Селен является одним из важнейших микроэлементов, необходимых для нормального функционирования организма человека с уникальными биологическими функциями, одной из которых является антиоксидантная защита от действия свободных радикалов. Селен входит в активный центр ферментов системы антиоксидантно-антиради-кальной защиты организма, метаболизма нуклеиновых кислот, липидов, гормонов (глутатионпероксидазы, йодотиронин-дейододиназы, тиоредок-синредуктазы и др.). Недостаток селена в организме вызывает развитие ряда заболеваний (некроз печени, болезни Кешана, Кашина-Бека), в основе которых лежит нарушение механизмов нейтрали- зации свободнорадикальных процессов [Barciela J. et al., 2008; Mangiapane, Pessione, Pessione, 2014]. Неорганические соединения селена, такие как селенит натрия, могут вызывать аллергические реакции и обладать токсичностью, что ограничивает их применение [Amini, Mahabadi, 2018]. В растениях селен преобладает в форме селенметионина, что определяет перспективу использования селенобо-гащенных растительных объектов в качестве доступного источника микроэлемента.

Зерновые культуры вносят большой вклад в суточный рацион человека. Проростки зерновых культур являются функциональным продуктом питания, содержащим высокую концентрацию витаминов, белков, ферментов и антиоксидантов. Состав семян меняется во время прорастания: так,

изменяется количество белковых фракций, доля азотсодержащих фракций смещается в сторону меньших белковых фракций, олигопептидов и свободных аминокислот. Вследствие этих изменений биологическая ценность белка проростков возрастает [Marton et al., 2010].

Последние исследования указывают на значительную роль селенобогащенных проростков в профилактике раковых заболеваний и повышении антиоксидантного статуса населения [Sangronis, Machado, 2007].

Так, установлено, что экстракт селенсодержащих проростков брокколи стимулирует в 3.7–5.0 раз активность клеточных ферментов [Li et al., 2008]. Изучена активность глутатионпероксидазы в печени при употреблении селенобогащенных проростков тыквы и редиса [Yoshida et al., 2007a, 2007b].

Объект и методы исследования

В наших исследованиях использованы зерновки пшеницы, овса и ржи, предназначенные для проращивания в домашних условиях и употребления в пищу человеком в качестве источника биологически активных веществ. Зерновки пшеницы, овса и ржи замачивали на 24 ч. в водных растворах селенита натрия в концентрации 0.001, 0.005, 0.01, 0.05%. Затем зерновки отмывали от раствора селенита натрия и проращивали в дистиллированной воде 7 дней. Контрольные зерновки пшеницы проращивали в дистиллированной воде. На 3-и сут. определяли энергию прорастания, на 7-е сут.– всхожесть, длину корней и проростков пшеницы. Проводили микроскопические срезы зерновок на 3-и сут. с использованием микроскопа Микромед-1 и цифровой камеры LevenhukM500 Base.

Для определения содержания полифенолов и антирадикальной активности из проростков зерновых культур готовили экстракты. Для этого 1 г проростков растирали в ступке пестиком, добавляли 10 мл 70%-ного этилового спирта и настаивали 30 мин. Полученный экстракт центрифугировали 20 мин., супернатант использовали в дальнейшем исследовании.

Одним из методов определения антиоксидантного действия является обнаружение антиради-кальной активности (АРА) с участием стабильного свободного радикала N,N-дифенил-N’-пикрил-гидразила (ДФПГ) (C 6 H 5 ) 2 N–N•–C 6 H 2 (NO 2 ) 3-2,4,6 . (рис. 1.).

Антирадикальную активность экстрактов проростков зерновых культур определяли спектрофотометрически по кинетике восстановления стабильного радикала ДФПГ (С=1.7×10-4 моль/л в 95%-ном этаноле) растительным экстрактом при длине волны 517 нм в течение 30 мин. с помощью программы кинетического анализа Kin5400 (спек- трофотометр ПЭ-5400 УФ (Россия), длина кювет 1.0 см).

Рис. 1 . Схема взаимодействия радикалов R^• с ДФПГ [Панкратов, Цивилева, Цымбал, 2019]

В кювету добавляли в равном соотношении экстракт и раствор ДФПГ, в кювете сравнения находился раствор экстракта и 95% этанола, контролем являлся раствор ДФПГ [Тринеева, 2017]. Определение антирадикальной активности экстрактов производили по формуле

% ингибирования ДФПГ = (А0 –Ах)×100%/(А0), где А0–оптическая плотность ДФПГ в отсутствие растительного экстракта (контроль);    Ах– оптическая плотность исследуемого растительного экстракта с ДФПГ.

Содержание суммы фенольных соединений определяли спектрофотометрически (λ=750 нм) в экстрактах 3-х и 7-ми суточных проростков зерновых культур по взаимодействию с реактивом Фо-лина-Чокальтеу в щелочной среде в пересчете на галловую кислоту [Mondal, Hossain, Islam, 2017]. Экспериментально установленный удельный показатель галловой кислоты взаимодействия с реактивом Фолина-Чокальтеу в щелочной среде принимали равным 47. Эксперименты проводили в трехкратной повторности и обрабатывали статистически с использованием Microsoft Excel.

Результаты исследований

Установлено, что при замачивании зерновок в течение 24 ч. в растворе селенита натрия концентрации 0.05% проявляется ингибирующий эффект (до 53% в сравнении с контролем) на энергию прорастания пшеницы, ржи и овса.

При визуальной оценке зерновки окрашиваются в характерный кирпично-красный цвет элементарного селена, а при проведении микроскопии в клетках зародыша семени обнаруживаются гранулы элементарного селена, что указывает на аккумулирование токсично высокой дозы селена зерновками пшеницы (рис. 2).

Подобный эффект наблюдается при обработке селенсодержащим препаратом зерновок кукурузы [Полубояринов, Голубкина, 2015].

Более низкие концентрации селенита натрия (0.001, 0.005%) оказывают нейтральное или слабо-стимулирующее действие на энергию прорастания зерновых культур.

Результаты линейных измерений 7-суточных проростков зерновых культур подтверждают инги- бирующее действие селенита натрия в концентрации 0.05% на ростовые процессы (табл. 1).

Рис. 2 . Гранулы элементарного селена в клетках 3-суточных зерновок пшеницы, обогащенных в течение 24 ч. селеном из 0.05% раствора селенита натрия

На проростки пшеницы оказывает наиболее выраженное стимулирующее действие селенит натрия в концентрации 0.005%, увеличивая длину корней на 25.8% и длину проростков на 7.7% в сравнении с аналогичными показателями у контрольных проростков. Селенит натрия в концентрации 0.05% ингибирует ростовые процессы проростков пшеницы: на 3.5% в корнях и на 10.7% в надземной части.

На проростки ржи наибольший стимулирующий эффект селенита натрия проявляется в концентрациях 0.001 и 0.005% (до 12% в надземной части, до 35% ‒ в корнях). Ингибирующее действие селенита натрия концентрации 0.05% проявляется только на надземной части проростков на 15.6%.

Концентрация 0.001% селенита натрия стимулирует ростовые процессы проростков овса на 20% в надземной части и на 12.3% ‒ в корнях.

Более высокие концентрации селенита натрия ингибируют рост проростков овса, что указывает на высокую чувствительность культуры к накоплению селена.

При определении антирадикальной активности обнаружено, что 3- и 7-суточные проростки зерновых культур обладают примерно равной антиради-кальной активностью в узких пределах 70‒80% при существенно различающемся уровне содержания полифенолов, что указывает на вклад других биологически активных веществ в антирадикаль-ную активность проростков. Следует отметить, что используемые в эксперименте концентрации селенита оказывают положительное действие на суммарное содержание полифенолов и антирадикаль-ную активность экстрактов 3-суточных проростков ржи.

Суммарное содержание фенольных соединений в проростках ржи при действии селенита натрия в концентрации 0.005% увеличивается на 15.7% в сравнении с контролем. При этом антирадикальная активность возрастает на 5.1% (табл. 2).

Таблица 1

Линейные измерения 7-суточных проростков пшеницы, ржи, овса, обогащенных селеном из растворов селенита натрия различной концентрации в течение 24 ч. (см±с)

Варианты опыта	Пшеница		Овес		Рожь
	Колеоптиль	Корни	Колеоптиль	Корни	Колеоптиль	Корни
Контроль	13.12±0.95	7.39±0.66	7.26±0.91	4.30±0.72	8.83±1.44	2.46±0.46
0.001% Na 2 SeO 3	13.54±0.84	8.24±0.84	8.73±0.59	4.83±1.03	9.31±0.90	3.33±0.80
0.005% Na 2 SeO 3	14.29±0.81	9.3±0.80	6.96±0.66	4.09±0.69	9.91±1.24	2.48±0.50
0.01% Na 2 SeO 3	14.16±0.67	8.32±0.79	6.71±0.68	4.38±0.78	7.17±1.27	2.48±0.62
0.05% Na 2 SeO 3	11.72±0.84	7.13±0.74	4.98±1.02	2.74±1.30	7.45±1.36	2.67±0.42

Таблица 2

Содержание суммы фенольных соединений в пересчете на галловую кислоту (%) и антирадикальную активность (%) в проростках зерновых культур 3-суточных, обогащенных селеном из растворов селенита натрия различной концентрации в течение 24 ч.

Варианты опыта	Рожь		Пшеница		Овес
	Сумма фенольных соединений	АРА	Сумма фенольных соединений	АРА	Сумма фенольных соединений	АРА
Контроль	0.249±0.048	80.2	0.188±0.010	76.8	0.147±0.002	64.9
0.001% Na 2 SeO 3	0.233±0.017	81.5	0.190±0.017	79.8	0.139±0.005	68.5
0.005% Na 2 SeO 3	0.288±0.022	85.3	0.191±0.003	88.7	0.158±0.006	64.4
0.01% Na 2 SeO 3	0.281±0.010	84.9	0.162±0.005	73.9	0.156±0.009	79.3

В проростках пшеницы при обогащении селеном в концентрации 0.005% антирадикальная активность возрастает на 11.9%. Проростки овса характеризуются сравнительно низкими уровнями содержания фенольных соединений и антиради- кальной активности, однако концентрация 0.01% селенита натрия стимулирует антирадикальную активность на 14.4%.

Кинетику поглощения ДФПГ экстрактами исследовали на 3-суточных селенсодержащих про- ростках зерновых культур (рис. 3).

Рис. 3 . Кинетика антирадикальной активности 3-суточных проростков зерновых культур, обогащенных селеном из растворов селенита натрия различной концентрации в течение 24 ч.

Установлено, что в реакции поглощения ДФПГ экстрактом проростков ржи выход на «плато» происходит в первую минуту (АРА 80.2%), а с экстрактом проростков овса выход на «плато» происходит в течение 30 мин. наблюдаемой реакции, до-

стигая лишь 64.9%. В реакции с экстрактом проростков пшеницы АРА составляет 76.8%.

Экстракты пшеницы медленнее поглощают ДФПГ в селенсодержащих вариантах опыта, но достигают больших показателей в сравнении с контролем. В кинетике реакции с экстрактами пшеницы имеется «пик» в первую минуту реакции, что, по всей видимости, указывает на формирование временных комплексов поглощения ДФПГ.

Концентрация 0.01% селенита натрия стимулирует выход на «плато» реакции поглощения ДФПГ экстрактом проростков овса и увеличивает антира-дикальную активность проростков.

При сравнении кинетики антирадикальной активности селенсодержащих проростков ржи установлено, что селенит натрия замедляет выход на «плато» реакции в сравнении с контролем, но показатель антирадикальной активности становится выше.

Заключение

Таким образом, проростки зерновых культур обладают различной антирадикальной активностью и селен аккумулирующей способностью. Проростки овса наиболее чувствительны к воздействию селена, проявляют сравнительно слабые ан-тирадикальные свойства и содержат меньшее количество фенольных соединений. Обогащение низкими концентрациями селенита натрия проростков пшеницы и ржи позволяет повысить их антирадикальную активность и содержание суммы фенольных соединений, что указывает на их перспективность в разработке функционально активных продуктов с содержанием селена.