Источники биологически активных соединений: возможности применения какао-бобов в неразделенном виде для создания функциональных продуктов питания

EDN: SGHYVJ

источником минорных биологически активных компонентов пищи.

Согласно MP 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», общая потребность в минорных биологически активных веществах пищи для взрослого человека составляет примерно 2 г/сут [1]. При этом потребности по отдельным веществам существенно различаются. Для фенольных соединений, обладающих антиоксидантным действием, участвующих в регуляции защитно-адаптационного потенциала организма, уровни потребления колеблются от 2 мг/сут. для изофлавоноидов и стильбенов, до 200 мг/сут – для флаван-3-олов, гидроксикоричных кислот, конденсированных и гидролизуемых танинов. Эти фитохи-мические вещества активны в отношении вызывающих заболевания различных вирусов и подавляют их, воздействуя на вирусные инфекции на разных стадиях [2].

Флавоноиды являются продуктами вторичного метаболизма растений и могут входить в рацион человека. В результате исследований на животных и на людях in vitro и in vivo появились данные об их биологической активности. Флавоноиды можно классифицировать на флавонолы, флавоны, изофлавоны, флаваноны, флаванолы и антоцианидины. Флаванолы, такие как эпикатехин, катехин, галлокатехин, эпи-галлокатехин, эпигаллокатехин галлат, содержатся в какао [3].

Среди всех продуктов питания в пересчете на вес наибольшее количество флаванолов содержит какао [4]. Последнее включает несколько классов фенольных соединений, среди которых флавонолы (37%), проантоцианидины (58%) и антоцианы (4%). Флавонолы, и в частности флаван-3-олы, – наиболее изученные соединения в составе какао. Основными флаван-3-олами являются ( - )-эпикатехин и (+)-катехин, которые обладают антиоксидантной активностью 2,4–2,9 эквивалентов тролокса при использовании метода 2,2′-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) и 2,2 TE при использовании метода определения общей антиоксидантной способности, но при переработке в шоколад они могут эпимеризоваться в (+)-эпикатехин и ( - )-катехин [5].

В современном мире продолжается практика по выделению веществ, являющихся парафармацев-тиками, это касается и полифенольных соединений какао [6–9]. Это не всегда результативно, так как суммарные эффекты от воздействия на организм человека часто превышают эффекты от отдельно выделенных соединений. Именно этим и интересно действие какао-бобов и какао-продуктов на здоровье человека.

Биологическая активность какао зависит от биодоступности содержащихся в нем флавоноидов, на которую влияет их химическая структура. С 2005 по 2010 г. проводились обширные исследования по метаболизму флавоноидов какао, в результате которых отмечено, что мономерные флавоноиды всасываются в тонком кишечнике и быстро обнаруживаются в плазме и моче, а также лимфоидных органах, таких как тимус, селезенка и брыжеечные лимфоидные узлы, печени и яичках. Олиго- и полимеры флавонолов, которые не всасываются через кишечный барьер, метаболизируются кишечной микробиотой в различные фенольные кислоты с низкой молекулярной массой, которые становятся более биодоступ-ными и могут хорошо всасываться через слизистую оболочку толстой кишки, при этом некоторые из этих микробных метаболитов также обладают биологическими свойствами [4].

В 2020 г. проведено несколько исследований, которые показали, что мономерные флавонолы какао, катехин, эпикатехин и их микробные метаболиты, проникают через гематоэнцефалический барьер и локализуются в таких областях мозга, как гиппокамп, кора головного мозга, мозжечок и полосатое тело, что может приводить к их положительному влиянию на когнитивные способности [10].

Стоит отметить, что не только флавоноиды обладают потенциальной биологической активностью. В последнее время уделяется внимание и другим компонентам какао, таким как пищевые волокна и метилксантины, в частности теобромину. S. Shojaei-Zarghani и соавт. в исследовании оценивали химиопрофилактический эффект теанина и теобромина на рак толстой кишки у крыс. Получены результаты, доказывающие, что применение теанина и теобромина вместе и по отдельности привело к снижению количества раковых и предраковых образований, уменьшению объема опухолей и подавлению опухолевого роста за счет снижения активности сигнальных путей Akt/mTOR и JAK2/ STAT3 и повышения уровня супрессора опухолей Smad2 [11].

Интересным открытием является то, что ни какао, ни шоколад не вызывают увеличения веса или других антропометрических изменений, несмотря на то что обычно являются высококалорийной пищей. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (European Food Safety Authority) подтвердило, что флавонолы какао помогают поддерживать нормальное кровяное давление и эндотелийзависимую вазодилатацию, что способствует нормальному кровотоку [5].

Какао является перспективным сырьем для разработки продуктов с использованием его биоактивных компонентов, однако, прежде чем создавать новые продукты, необходимо проанализировать уже представленные на рынке.

Использование цельных какао-бобов для производства продукции с функциональными свойствами представляется более перспективным подходом по сравнению с применением разделенных компонентов какао (какао-порошка, какао-масла и какао-жмыха), поскольку в цельном продукте сохраняется природная матрица биологически активных веществ и их синергетический эффект, что обеспечивает более высокую биодоступность, антиоксидантную активность и питательную ценность конечного продукта. При разделении компонентов какао нарушается естественное соотношение полезных веществ, происходит частичная потеря антиоксидантов и снижается эффективность воздействия отдельных компонентов на организм, в то время как цельные бобы позволяют сохранить полный комплекс полифенолов, флавоноидов, витаминов и минералов в их оптимальном природном состоянии.

Цель – оценка потенциала цельных какао-бобов для создания функциональных продуктов питания с сохранением биоактивных свойств.

Материал и методы. Исследование проводили на базе Научно-производственного центра технологий здорового питания и кафедре фармацевтической технологии и биотехнологии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России.

Объектом исследования являлись сырые ферментированные какао-бобы сорта Форастеро из Кот-д’Ивуара (Гана), отобранные в хранилищах на предприятии ООО «Зеленые линии». Отбор проб осуществляли согласно ГОСТ ISO 2292–2014 «Какао-бобы. Отбор проб» [12]. Масса объединенной пробы составляла 2 кг.

Для анализа продукции из какао применяли расчетный метод MP 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» [1].

Характеристику какао-бобов по макронутриентам осуществляли по следующим показателям:

• –    исследования массовой доли влаги проводили согласно ГОСТ 32616–2014 «Какао-бобы. Определение содержания влаги (общепринятый метод)» (ISO 2291:1980) [13];

• –    содержание общего белка определяли общепринятым методом Кьельдаля на автоматическом анализаторе «Авто-2300» системы Kjeltec (FOSS, Швеция);

• –    массовую долю жира определяли рефрактометрическим методом, измеряя показатели преломления растворителя и раствора жира в растворителе при помощи рефрактометра;

• –    массовую долю сахарозы оценивали по ГОСТ 12571–2013 «Сахар. Метод определения сахарозы» [14].

Количественное определение ксантинов, флавонолов, гидроксикоричных производных и проци-анидинов проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым детектированием с использованием пятиточечных регрессионных кривых, построенных с помощью имеющихся стандартов. Кривые с коэффициентом R ²>0,9998 были признаны приемлемыми. Калибровку проводили при длине волны максимального поглощения в видимом ультрафиолетовом диапазоне с учетом поправки на молекулярную массу. В частности, коэффициент экстинкции каждого определяемого соединения сопоставляли с коэффициентом экстинкции конкретного стандарта, использованного для его калибровки. Массу в миллиграммах рассчитывали путем умножения массы, полученной в результате калибровки, на поправочный коэффициент, равный отношению молекулярной массы соединения к молекулярной массе стандарта, примененного для его калибровки. Так, ксантины были откалиброваны при 280 нм с использованием теобромина в качестве эталона, процианидины – при 280 нм с использованием гидрата катехина в качестве эталона, гидрок-сикоричные производные – при 330 нм с использованием кофейной кислоты в качестве эталона, флаванолы – при 350 нм с использованием кверцетина в качестве эталона. Количественное определение катехина и эпикатехина проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуоресцентным детектором с использованием калибровочной кривой из 5 точек ( R ²=0,9999) с применением стандартных растворов катехина гидрата.

Детектор флуоресценции был настроен следующим образом: длина волны возбуждения – 280 нм, длина волны излучения – 315 нм.

Для обработки и представления результатов химического анализа использовали лицензионное программное обеспечение Microsoft Word (Microsoft, США). Расчеты и статистическую обработку результатов химического анализа проводили с помощью лицензионного программного обеспечения Microsoft Excel. Регистрацию хроматограмм с заданными параметрами (скоростью потока, аналитической длиной волны, объемом пробы, температуры термостата) проводили посредством программы LabSolutions 5.106 (Shimadzu Corporation, Япония).

Результаты. Визуализация какао-бобов, предоставленных для исследования (рисунок).

Результаты исследования химического состава какао-бобов представлены в табл. 1.

Получены данные по содержанию метилксанти-нов и полифенолов в какао-бобах, которые отражены в табл. 2. Следует отметить достаточно высокое содержание веществ, которые относят к минорным биологически активным соединениям.

Обсуждение. Неразделенные какао-бобы представляют интерес для производства функциональных продуктов питания с антиоксидантным статусом, который обеспечивается за счет входящих в них по-лифенольных компонентов. Суточная потребность в таких минорных биологически активных соединениях, как полифенолы и фенольные соединения, составляет 700–800 мг/сут, что доказывает перспективность применения данного типа какао-бобов для разработки специализированных продуктов питания.

В ходе исследования L. Dugo и соавт. in vitro установлено, что полифенольный экстракт какао способствует секреции противовоспалительных цитокинов, снижая воспалительную реакцию в макрофагах М1, способствует противовоспалительному состоянию М2, вызывая фенотипическую перестройку в поляризованных макрофагах, и способствует окислительным процессам, влияя на метаболизм макрофагов [10].

Результативность применения полифенолов подтверждается исследованиями, которые проводились с участием 92 человек, инфицированных вирусом иммунодефицита человека, принимавших антиретровирусную терапию не менее 6 мес и достигших вирусной супрессии. A.A. Petrilli и соавт. показано,

Внешний вид какао-бобов

Химический состав какао-бобов, %

Таблица 1

Массовая доля	Значение
	среднее	референсное по ГОСТу
Влага	7,10±0,10	Не выше 8,0
Жир	54,08±0,05	Не ниже 54,0
Белок	13,56±0,15	Не ниже 12,0
Сахароза	4,16±0,20	Не ниже 3,2

Содержание метилксантинов и полифенолов в какао-бобах, мг/г

Таблица 2

Показатель	Количество
Теобромин	7,53±0,005
Катехин	0,18±0,002
Кофеин	2,11±0,015
Эпикатехин	1,15±0,003
Процианидины	5,62±0,012
Натуральные ксантины	7,93±0,001
Общее количество полифенолов	6,98±0,005

что у участников с ВИЧ, получающих 65 г шоколадной плитки, содержащей 36 г какао, что соответствует примерно 550 мг флавоноидов в день, возросла антиоксидантная способность организма, снизился уровень окисления липопротеинов низкой плотности и его содержание в крови и одновременно с этим повысилась концентрация липопротеинов высокой плотности. Стоит отметить, что для исследования применялись разработанные в Институте пищевых технологий Государственного университета Кампинаса (Бразилия) батончики, которые в дальнейшем были произведены в экспериментальном цехе JAF Inox Integrated Systems Cocoa to Chocolate (Сан-Роке, Бразилия) [9].

В ходе исследования B. Sarriá и соавт. 44 добровольца регулярно употребляли растворимый какао-порошок с высоким содержанием пищевых волокон или какао-порошок с высоким содержанием фенольных соединений и низким содержанием сахара (2,8%), после чего в их липидном профиле наблюдались положительные изменения, которые могут быть связаны с длительным присутствием в крови фенольных метаболитов. При употреблении какао-порошка с повышенным содержанием пищевых волокон также наблюдались противовоспалительный и гипогликемический эффекты, которые, вероятно, были вызваны метаболитами метилксантина и теобромина [15].

Заключение. Исследования какао-бобов показали высокое содержание биологически активных соединений, обладающих эффектом парафарма-цевтиков. Выявлено определенное содержание ряда биологически активных соединений, а именно ме-тилксантинов – 7,93 мг/г, полифенолов – 6,98 мг/г, процианидинов – 5,62 мг/г. Содержание теобромина – 7,53 мг/г, кофеина – 2,11 мг/г в пересчете на суммарное количество полифенолов составляет 698 на 100 г какао-бобов, что обеспечивает суточную потребность в таких минорных биологически активных соединениях, как полифенолы и фенольные соединения (700–800 мг/день). Таким образом, для обеспечения антиоксидантной функции достаточно употребление 15 г натуральных какао-бобов в сутки, что позволяет говорить о перспективе их применения в индустрии функциональных продуктов питания, предназначенных для профилактики заболеваний.

Вклад авторов. Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.