Особенности каротиноидного состава тыквы Конфетка, перспективы использования

Т ыква является неотъемлемым компонентом диетического питания, обеспечивающим поступле- ние в организм человека жизненно важных полисахаридов, прежде всего, пектина, а также витаминов и каротиноидов (Zhou et al., 2007). Особое значение продукты из тыквы имеют для детского питания (Голубкина и др., 2012). Каротиноиды, разнообразие которых в природе насчитывает более 400, представлены в тыкве преимущественно несколькими важнейшими формами, составляющими изомеры: бета- и альфа- каротин, лютеин и зеаксантин (Murkovic et al., 2002; Norshazila et al., 2014)(рис.1)

Зеаксантин Zeaxanthin

Рис.1 Важнейшие каротиноиды тыквы

Альфа- и бета-каротин являются предшественниками витамина А, входящего в состав зрительного пигмента родопсина периферической части сетчатки глаза и обеспечивающего сумеречное зрение. Наибольшее содержание лютеина и зеаксантина найдено в желтом пятне сетчатки, или макуле. Так же, как и альфа-, и бета-каротин, лютеин и зеаксантин обеспечивают антиоксидантную защиту сетчатки от оксидантного стресса, вызываемого УФ-излучением (Roberts, Dennison, 2015; Madhavan et al., 2018). Лютеин распределен по всей сетчатке, зеаксантин найден только в желтом пятне. Они действуют как сильные антиоксиданты, блокируя действие свободных радикалов, которые повреждают сетчатку и способствуют снижению зрения. Показано, что повышенное потребление ово- щей и фруктов, богатых лютеином и зеаксантином (Humphries, Khachik, 2003; Khachik et al., 1999; Seddon et al., 1994; Sommerburg et al., 1998), снижает риск развития старческой катаракты и дегенерации макулы (Mares-Perlman et al., 2001).

Установлен эффект синергизма между лютеином и зеаксантином, обеспечивающий повышенную антиоксидантную активность комплекса лютеин-зеаксантин по сравнению с индивидуальными каротиноидами (Roberts, Dennison, 2015).

В настоящее время выпускается целая серия биологически активных добавок к пище, содержащих лютеин и/или зеаксантин, такие как Макулин плюс (Хорватия), Нутроф Тотал (Франция), Ретинорм (Германия), Окувайт лютеин (Германия), Супер Зеаксантин и чистый лютеин (США), Лютеин Интенсив (Швейцария) и др. Такие препараты показаны для предотвращения развития макулярной дистрофии, при зрительном утомлении, связанном с работой за компьютером, чтением, вождением автомобиля, вынужденной работой в условиях сниженной освещенности, при воздействии повышенных уровней УФ-излучения, например, в условиях высокогорья и др., для лиц, использующих контактные линзы и очки, а также в период восстановления после нарушений функций органа зрения, связанных с повреждением целостности тканей глаза (Корнеева, 2019). Кроме того, каротиноиды тыквы используют в качестве пищевых красителей. Например, пищевая добавка E161h представляет собой Зеаксантин /wiki/Zeaxanthin).

Селекция тыквы в ФНЦО позволила создать несколько значимых сортов тыквы, таких как Конфетка, Москвичка, Россиянка, F1 Вега, Первенец ВНИИССОК, Грибовская Зимняя, Премьера и др. (Химич, Коротцева, 2013; Голубкина и др., 2012). Однако компонентный каротиноидный состав этих сортов до настоящего времени не был охарактеризован.

В этой связи интерес представляет не только содержание и компонентный состав каротиноидов в мякоти тыквы, но и распределение каротиноидов между мякотью, плацентой и кожурой. Общеизвестный факт более высоких концентраций каротиноидов и пектина в кожуре тыквы по сравнению с мякотью явился основанием разработки рецептур хлебобулочных изделий (Staichok et al., 2016), снеков (Norfezah et al., 2011) и бисквитов (Mishra, Sharma, 2019) с использованием порошка высушенной кожуры. В России тыква используется для приготовления сока и тыквенного пюре для детского питания. Кожура тыквы является не используемым отходом производства.

Целью настоящей работы явилось выделение, идентификация и количественная характеристика каротиноидов оранжевоплодной тыквы сорта Конфетка (C. maxima), распределение каротиноидов между мякотью, кожурой и плацентой, а также установление антиоксидантной активности выбранных частей плодов.

Материалы и методы

Условия и методики проведения исследований.

Тыкву сорт Конфетка выращивали на опытных полях ФГБНУ ФНЦО в 2020 году. Почвы дерново-подзолистые среднесуглинистые. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы перед высадкой рассады была следующей: содержание гумуса по Тюрину – 1,62%, рН – 6,1, гидролитическая кислотность – 1,32 мг-экв/100 г, сумма поглощенных оснований – 19,2 мг-экв/100 г, степень насыщенности основаниями – 93,6%, среднее содержание подвижного фосфора – 472 мг/кг, обменного калия – 167 мг/кг, минерального азота – 9 мг/кг.

Погодные условия в вегетационный период представлены в таблице 1.

метрически (спектрофотометр Unico, США) после хроматографического разделения с использованием количественной бумажной хроматографии на хроматографической бумаге Ватман 3А (Голубкина и др., 2020). В качестве референс-стандартов использовали образцы чистых лютеина, зеаксантина и бета-каротина (Sigma).

Уровень общей антиоксидантной активности и содержание полифенолов определяли на спиртовых экстрактах (70% этанол, 1 час при 80 ° С) согласно методике (Голубкина и др., 2020). В качестве референс-ста-дарта применяли галловую кислоту.

Содержание сахаров регистрировали цианидным методом (Кидин, 1970).

Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием статистической программы Excel.

Таблица 1. Температура воздуха и количество осадков за вегетационный период 2020 года Table 1. Air temperature and precipitation during vegetation period, 2020

Месяц Month	Температура, oС Temperature, oС	Осадки, мм, Precipitation, mm
Май May	11,2	160
Июнь June	18,7	159
Июль July	18,2	175
Август August	17,3	34
Сентябрь September	13,6	65

Посев семян осуществляли 6 июня в открытый грунт в лунки на расстоянии 1,0 м – между растениями и 90 см – между рядами. Внесение нитрофоски осуществляли в течение всего периода вегетации из расчета 5 кг на 10 м2 каждые 20 дней. Размеры делянки – 5 м2, повторность трехкратная. В процессе вегетации проводили регулярную прополку, рыхление и полив. Сбор урожая осуществляли 2 октября.

Для сравнения использовали плоды оранжевоплодной тыквы сорт Россиянка со средней массой плода 1345 г.

Пробоподготовка

Шесть плодов тыквы промывали проточной водой для удаления грязи, подсушивали, разрезали, разделяли мякоть, кожуру, плаценту и семена и взвешивали каждую составляющую. Толщина срезаемой кожуры составила 1 мм. Четвертую часть мякоти каждого плода и всю кожуру от выбранных плодов гомогенизировали.

Биохимические анализы

Содержание сухого вещества устанавливали гравиметрически высушиванием при 70 ° С до постоянного веса.

Содержание и состав каротиноидов устанавливали на свежих гомогенизированных образцах спектрофото-

Результаты и обсуждения

В последние годы все большее значение приобретает комплексная безотходная переработка овощной продукции с целью получения новых функциональных продуктов питания (Helkar et al., 2016; Torres-León et al., 2018; Faustino et a.l, 2019; Iriondo-De Hond et al., 2018). Для тыквы наиболее привлекательным в этом отношении является оценка и использование кожуры и плаценты плодов – компонентов, наиболее богатых каротиноидами и пектином, а также семян (Zhou et al., 2007).

В работе использовали ярко-оранжевые образцы тыквы сорта Конфетка небольшого размера, поскольку именно в этих условиях доля массы кожуры существенно больше, чем у крупноплодных образцов. В данном эксперименте доля мякоти, кожуры и плаценты составила соответственно 80,5%, 14,4% и 8% (табл.2). При этом наибольшее содержание сухого вещества, как и следовало ожидать, приходится на кожуру. Таким образом, соотношение сухой массы мякоти, кожуры и плаценты достигало 44.0 : 5.7 : 1. Исследование содержания сахаров в мякоти, кожуре и плаценте исследуемого сорта показало отсутствие значимых различий в уровне моносахаров между плацентой, мякотью и кожурой и между мякотью и кожурой в содержании дисахаров. Содержание дисахаров для мякоти и кожуры оказалось в среднем в 2 раза ниже, чем моносахаров. В то время

Таблица 2. Показатели массы, сухого вещества, содержания сахаров, нитратов и водорастворимых соединений мякоти кожуры и плаценты тыквы сорта Конфетка Table 2. Indicators of mass, dry matter, content of sugars, nitrates and water-soluble compounds of the pulp of the peel and placenta of pumpkin variety Konfetka

Показатель Parameter	Мякоть Pulp	Кожура Peel	Плацента Placenta
Масса, г Weight, g	1083±105a	193.2±18.1b	24.9±2.0с
Сухое вещество, % Dry matter, %	20.93±1.1a	28.80±1.0b	21.2±1.0a
Моносахара, % на сухую массу Monosugar, % on dry weight	22.5±1.5a	23.6±1.6a	19.8±1.2a
Дисахара, % на сухую массу Di-sugar, % on dry weight	10.7±0.8a	12.6±1.1a	6.0±0.4b

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно тесту Дункана при P<0.05

Values in lines with similar indexes do not differ according to Duncan test at p<0.05

Рис. 2. ТСХ каротиноидов мякоти (1),кожуры (2)и плаценты (3) тыквы сорта Конфетка

Хроматографическая бумага Ватман 3А,система гексан :ацетон,10:1

Fig.2. Carotenoids TLC ofpulp(1),peel(2)and placenta (3)ofKonfetka variety, chromatographicpaper Vatman 3A; system hexan :acetin,10:1

как уровень дисахаров в плаценте был в 3,3 раза ниже, чем моносахаров (табл.2).

Значительные различия в хроматографической подвижности бета/альфа каротина, лютеина и зеаксантина позволили количественно установить компонентный состав плаценты, кожуры и мякоти плодов тыквы (рис.2).

Исследование содержания каротиноидов и каротиноидного состава плодов выявила присутствие исключительно лютеина в мякоти, лютеина, зеаксанти-на и бета-каротина в кожуре и преобладание бета-каротина в плаценте (табл.3).

Известно, что бета-каротин является предшественником в биосинтезе лютеина и зеаксантина, что объясняет более высокое содержание этой формы в плаценте по сравнению с лютеином и зеаксантином.

Исследование в Польше на 9 сортах Cucurbita pepo, 6 сортах Cucurbita moschara и 8 сортах Cucurbita maxima (Kulczynski, Gramza-Michałowska, 2019 a,b) позволило авторам установить возрастание интенсивности накопления суммы каротиноидов и, в частности, лютеина и зеаксантина, в ряду и C. moschara < C. pepo < C. maxima. При этом в мякоти всех исследованных сортов присутствовали бета-каротин, лютеин и зеак-сантин. Российский сорт крупноплодной тыквы Россиянка также характеризовался присутствием всех трех каротиноидов в мякоти в концентрациях: 3,5 мг/100 г бета-каротина, 5,0 мг/100 г лютеина и 4,8 мг/100 г зеаксантина при сравнительно более низком содержании суммы каротиноидов в кожуре (68,1 мг/100 г.) по сравнению с сортом Конфетка (81 мг/100 г). Исследование интернет-ресурсов за последние 30

Таблица 3. Содержание каротиноидов, полифенолов и общая антиоксидантная активность тыквы сорта Конфетка Table 3. Carotenoids, phenolics and total antioxidant activity of Konfetka variety

Показатель Parameter	Мякоть Pulp	Кожура Peel	Плацента Placenta
Бета-каротин, мг/100 г β-carotene, mg/100 g	Следы traces	11.4±0.4 a	94.8±1.7 b
Лютеин, мг/100 г Lutein, mg/100 g	11.0±0.3 a	41.3±0.8 b	51.2±1.0c
Зеаксантин, мг/100 г Zeaxanthin, mg/100 g	Следы	28.3±0.7 a	10.2±0.5b
Сумма каротиноидов, мг/100 г Total carotenoid content, mg/100 g	11.0±0.7 а	81.0±4.5b	156.2±10.1c
АОА, мг-экв ГК/г с.м. AOA, mg GAE/g d.w.	15.4±1.0a	18.9±1.1b	18.4±1.1b
Полифенолы, мг-экв ГК/г с.м. Phenolics, mg GAE/g d.w.	11.0±0.7a	15.4±0.9b	15.0±0.9b

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно теcту Дункана при P<0.05

Values in lines with similar indexes do not differ according to Duncan test at p<0.05

лет по вопросу каротиноидного состава тыквы не позволило выявить ни одного сорта тыквы, способного накапливать исключительно лютеин. Наличие в мякоти сорта Конфетка исключительно лютеина открывает возможности налаживания собственного производства лютеина в стране без использования трудоемкого и вредного химического синтеза и создание отечественного фармацевтического препарата на основе чистого лютеина, используемого в настоящее время в профилактике и лечении макулярной дистрофии, борьбе с усталостью глаз, повышении остроты зрения, а также включаемого в состав детских молочных смесей в зарубежных странах (Корнеева, 2002). В России отсутствует как промышленное производство тыквы этого сорта, так и производство чистого лютеина, а также детских молочных смесей, обогащенных лютеином.

В целом, отличными источниками каротиноидов у сорта Конфетка являются также кожура и плацента, содержащие бета-каротин, лютеин и зеаксантин. Поскольку доля плаценты в данном сорте крайне низкая, то наибольший интерес представляет возможность переработки кожуры, которая может оказаться востребованной для использования в качестве пищевого красителя (Staichok et al., 2016).

Действительно, в пересчете на один плод суммарное содержание каротиноидов в кожуре достоверно выше, чем в мякоти (рис.3). Обращает также внимание высокое содержание сухого вещества в кожуре, что сводит к минимуму расходы на электроэнергию при высушивании материала. Так, если для высушивания мякоти требуется 3 дня при 70 ° С, то этот процесс для кожуры составляет всего 10 часов.

Известные литературные данные указывают на высокую антиоксидантную активность плодов тыквы, определяемую не только содержанием каротиноидов, но и уровнем накопления полифенолов (рис.4). Так, среди флавоноидов в тыкве идентифицированы рутин, кемпферол, изокверцетин, кверцетин, мирицетин и астрагалин (Kulczy´nski, Gramza-Michałowska, 2019a,b). Среди полифенолов тыквы присутствуют галловая, протокатеховая, 4-гидроксибензойная, ванилиновая, хлорогеновая кислоты и рутин (Kulczy´nski, Gramza-Michałowska, 2019a,b). Оценка общей антиоксидантной активности плодов тыквы сорта Конфетка показывает, что около двух процентов полифенолов содержится в плаценте и около 30% – в неиспользуемой кожуре.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в 100 г мякоти тыквы Конфетка содержится около 11

Fig.3. Carotenoid distribution between placenta, peel and pulp of pumpkin varietyKonfetka

Рис.4. Содержание полифенолов и общая антиоксидантная активность плаценты,кожуры и мякоти тыквы сорта Конфетка Fig.4. Phenolics contentand totalantioxidantactivity (AOA) ofplacen-ta,peeland pulpofpumpkin varietyKonfetka

мг лютеина при минимальной суточной потребности в этом антиоксиданте – 5-10 мг (Методические рекомендации, 2004). 10 г порошка кожуры этого сорта при использовании в пищевой промышленности способны повысить пищевую ценность хлебобулочных изделий (Staichok et al., 2016), обеспечивая 3,8 мг бета-каротина, 14,3 мг лютеина и 9,8 зеаксантина.

Заключение

Представленные результаты свидетельствуют о перспективности расширенного промышленного производства тыквы Конфетка и разработки технологии выделения чистого лютеина из мякоти, а также разработки технологии переработки кожуры этого сорта с целью применения в пищевой промышленности.

Об авторах:

Aboutthe authors:

Nadezhda A. Golubkina – Doc. Sci. (Agriculture),

Marina S. Antoshkina – Cand. Sci. (Agriculture), Senior Researcher Laboratory Analytical Department, e-mail: ,

Uliana D. Plotnikova – Researcher-assistant Laboratory

Sergei M. Nadezhkin – Doc. Sci. (Biology), head of Laboratory Analytical

Department, ,

Irina B. Korottseva – Cand. Sci. (Agriculture),

head of the laboratory of selection and seed production of pumpkin crops, ,