Перспективы получения проростков семян луковых культур, обогащенных селеном

Введение

Впоследние годы все большее внимание уделяется пищевой ценности и применению проростков сельскохозяйственных растений как функциональных продук- тов с высоким содержанием природных антиоксидантов (Penas et al., 2008; Sangronis and Machado, 2007). Это в значительной степени связано с интенсивно развивающим- ся экологическим кризисом в мире, загрязнением окружающей среды, возрастанием оксидантного стресса, низким уровнем потребления овощей и фруктов в значительном количестве стран мира, включая Россию (Голубкина и др., 2012).

Среди различных сельскохозяйственных культур семена лука в настоящее время мало востребованы населением, несмотря на то, что они используются в ряде стран в качестве приправы к пище благодаря высокому содержанию полиненасыщенных жирных кислот, белков, витаминов, макро- и микроэлементов (Dini et al., 2008; Yalcin and Kavuncuoglu, 2014). Высокое содержание цистеина и других серосодержащих соединений определяет семена луковых культур как функциональные продукты питания, эффективные в борьбе с ожирением и предупреждении онкологических заболеваний (Yalcin and Kavuncuoglu, 2014). Установлено, что проращивание семян луковых культур в присутствии солей селена способствует интенсивному образованию метилированной формы селеноцистеина Se-Me-Se-Cys (Scientific opinion, 2007) (>96% от общего содержания селена), являющегося мощным природным антиканцерогенном (Sugihara et al., 2004). Именно Se-Me-Se-Cys среди различных производных селена обладает наиболее выраженным противораковым действием, причем это соединение характерно только для растений рода Allium и Brassica. Лабораторные исследования выявили несколько механизмов биологического действия Se-Me-Se-Cys. Это соединение восстанавливает регуляторные белки, связанные с циркадными биоритмами, обеспечивая нормализацию уровня мелатонина и эстрогеновых рецепторов, определяющих интенсивность процесса развития рака молочной железы (Zhang X., Zarbl, 2008; Fang et al., 2010). Установлено также, что селенометил селеноцистеин ингибирует ангиогенез (Bhattacharya et al., 2011, 2009; Li et al., 2009), замедляя рост злокачественых опухолей и усиливая эффективность использования противораковых препаратов (Bhattacharya et al., 2008). Так, в эксперименте на животных показано, что Se-Me-Se-Cys усиливает способность тамоксифена (эффективного препарата против рака молочной железы) ингибировать рост раковых клеток молочной железы, привитых на мышей (Li et al., 2009). Выявлен эффект синергизма Se-Me-Se-Cys c другими препаратами, используемыми при лечении рака молочной железы и предстательной железы (Bhattacharya et al., 2008; Bhattacharya, 2011; Cao et al., 2004). Многоплановость биологического действия Se-Me-Se-Cys проявляется также в способности этого соединения снижать экспрессию Bcl-2 белка, препятствующего протеканию апоптоза раковых клеток (Lee et al., 2009), приводя к быстрому разрушению последних (Pan et al., 2011). Доказано, что Se-Me-Se-Cys также предотвращает возникновение и развитие рака прямой кишки, предстательной железы, головы и шеи (Bhattacharya et al., 2011; Bhattacharya, 2011; Johnson et al., 2008; Lindshield et al., 2010; Wang L et al., 2009). С позиций практики использование природных источников селенометил селеноцистеина является предпочтительным по сравнению с разработкой химического синтеза и получением соответствующих БАДов, поскольку только в природных биологических системах максимально проявляется синергизм действия различных антиоксидантов, включая селен, и сводится к минимуму возможность токсикозов (Голубкина и др., 2012). Следует также отметить, что растения рода Allium относятся к группе вторичных аккумуляторов селена, что определяет их высокую устойчивость к высоким концентрациям микроэлемента, в отличие от большинства сельскохозяйственных культур, для которых повышенные концентрации селена часто оказываются токсичными (Pilon-Smits, 2010). Кроме того, установлено, что содержание селена в семенах растений рода Allium пропорционально уровню накопления в семенах масла (Golubkina and Caruso, 2017).

Целью настоящего исследования было установление меж- и внутривидовых особенностей биохимического состава проростков лука репчатого и многолетних луков без и на фоне обогащения проростков селеном.

Материалы и методы

В апреле 2018 года семена 4-х видов многолетних луков (косой, батун, алтайский, слизун) и 3-х сортов лука репчатого (Красное кружево, Примо и Черный принц) урожая 2017 года проращивали в чашках Петри в камере для роста растений GC-300TLH (Корея) при средней влажности воздуха 50% и температуре 20°С, используя: а) дистиллированную воду (контроль) или б) раствор селената натрия (10 мг селената натрия в 1 л воды). Повторность 4-х кратная. Получаемые проростки промывали дистиллированной водой и высушивали до постоянной массы при 70°С. Полученный продукт гомогенизировали и определяли показатели антиоксидантной активности: содержание полифенолов, селена и общую антиоксидантную активность.

Для определения уровня накопления полифенолов использовали колориметрический метод Фолина-Чиокалтеу (Golubkina et al., 2017) на спектрофотометре Unico 2804 UV (США). Содержание полифенолов рассчитывали по калибровочной кривой, построенной по пяти концентрациям галловой кислоты (0-90 мкг/мл) в мг-эквива-лентах галловой кислоты на 1 г сухой массы (мг-экв ГК/г с.м.).

Уровень антиоксидантной активности устанавливали по методу Максимова и др. (2001) титрованием 0,01 N раствора KMn0₄ этанольным экстрактом образцов проростков. Восстановление KMnO₄ до бесцветного Mn⁺² в этой реакции отражает количество антиоксидантов, растворенных в 70% этаноле. Результаты выражали в мг-эквивалентах галловой кислоты/г с.м. Этот метод успешно использовался ранее для определения антиоксидантного потенциала Ocimum basilicum (Srivastava et al., 2015) и антиоксидантной активности сыворотки крови (Zhan et al., 2014).

Содержание селена устанавливали микрофлуорометрически по методу, описанному ранее для биологических тканей и жидкостей (Alfthan, 1984). Метод включает мокрое сжигание гомогенизированных образцов смесью хлорной и азотной кислот, последующее восстановление Se⁺⁶ до Se⁺⁴ действием 6 N HCl, и образование комплекса между Se⁺⁴ и 2,3-диаминонафталином. Расчет содержания селена осуществляли по величине флуоресценции пиазоселенола в гексане при λ эмиссии 519 нм и λ возбуждения 376 нм. В работе использовали трехкратную повторность каждого определения. Достоверность результатов устанавливали, используя референс-стандарт – образец лиофилизованной капусты белокочанной с регламентированным содержанием селена 150 мкг, кг с.м. (Институт питания, Россия).

Статистическую обработку результатов осуществляли с использование критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждения

Более высокая пищевая ценность проростков семян сельскохозяйственных растений по сравнению с нативными семенами определяется процессами гидролиза запасных белков, интенсивным биосинтезом антиоксидантов и образованием наиболее биологически активных водорастворимых форм селена (Zakarova et аl., 2010; Голубкина, Папазян, 2006). В этом отношении проростки семян следует рассматривать как функциональные продукты питания с повышенной антиканцерогенной активностью (Zakarova et аl., 2010).

Сравнение показателей антиоксидантной активности проростков лука репчатого и многолетних луков (табл.1) с аналогичными данными для взрослых растений (Golubkina and Caruso, 2018) показывает, что содержание полифенолов и уровень антиоксидантной активности (АОА) в среднем в 3-5 раз выше у проростков. Так, содержание полифенолов в луке репчатом составляет около 2 мг-экв ГКг/г сухой массы (Golubkina and Caruso, 2018), а АОА – около 4 мг-экв ГК/г с.м., в то время как у проростков эти показате-

Таблица. Содержание антиоксидантов в проростках семян растений рода Allium, обогащенных и не обогащенных селеном Table. Content of antioxidants in Allium seeds sprouts fortified and non fortified with selenium

Species, variety	Полифенолы, мг- экв. ГК/г с.м. Polyphenols mg-eq GA/g.d.w.		АОА,мг-экв. ГК/г с.м. AOA, mg-eq GA/g.d.w.		Селен Selenium
	Контроль Control	Селенат Selenate	Контроль Control	Селенат Selenate	Общий, мкг/кг с.м. Total,μg/kg d.w.	Водораст-вори-мые формы, % Water soluble, %
Многолетние луки Perennial
Алтайский A. altaicum	5.38±0.50adА	5.36±0.32aА	8.50±0.26aA	8.80±0.24aA	2841±267a	66.0
Косой A. obliquum	6.29±0.50dА	7.79±0.58bB	8.07±0.23aA	11.59±0.33bB	4288±160b	64.9
Слизун A. nutans	9.24±0.62bA	9.32±0.64cA	11.41±0.32bA	15.73±0.34cB	8681±914c	64.6
Батун A. fistulosum	7.99±0.60cA	10.79±0.80cB	12.30±0.30cA	15.60±0.34cA	11033±309d	65.3
Лук репчатый A.cepa
Примо Primo	4.78±0.31aA	4.91±0.30aA	8.02±0.25aA	8.81±0.23aB	4382±177b	65.3
Черный принц Cherniy prints	9.50±0.63bA	9.77±0.67cA	11.91±0.31bcA	16.11±0.35cB	8672±16c	66.8
Красное кружево Krasnoe krugevo	7.21±0.57cA	9.52±0.62cB	11.70±0.32bcA	14.73±0.30dB	10501±830d	65.4
M±SD	7.20±1.47	8.21±1.88	10.27±1.78	13.05±2.85	7200±2882	65.5±0.5
CV, %	20.4	22.9	17.3	21.8	40.0	0.8
Интервал концентрации Concentration range	4.78-9.50	4.91-10.79	8.02-11.91	8.80-16.11	4288-11033	64.6-66.8

Значения в столбцах с одинаковыми индексами, выделенными курсивом и в рядах с одинаковыми прописными индексами для каждого показателя статистически не различаются (P>0.05)

Values in columns with similar italics indexes and in lines with similar capital letters for each parameter do not differ statistically according to Duncan test (P>0.05)

ли находятся в интервале 4,8-9,2 мг-экв ГК/г с.м и 8,0-12,3 мг-экв ГК/г с.м. соответственно. При обогащении проростков селеном содержание полифенолов возрастает до 4,9-10,8 мг-экв ГК/г с.м, а АОА – до 8,8-16,1 мг-экв ГК/г с.м (табл.1).

Данные таблицы показывают, что проростки многолетних луков и лука репчатого мало различаются по содержанию полифенолов и антиоксидантной активности. Общей закономерностью как для обогащенных, так и не обогащенных селеном проростков является прямая корреляция между общим уровнем антиоксидантной защиты и содержанием полифенолов (рис.1).

Обращает внимание тот факт, что при сравнительно небольших уровнях антиоксидантной активности и содержания полифенолов в не обогащенных проростках (семена лука репчатого Примо, семена многолетнего лука Алтайский) биофортификация селеном достоверно не меняет эти показатели, в то время как для образцов с исходной высокой концентрацией антиоксидантов (семена лука репчатого Красное кружево и многолетнего лука сли-

Рис.1. Взаимосвязь между антиоксидантной активностью и содержанием полифенолов в проростках растений рода Allium, обогащенных (r=+0.97; P<0.001)

и не обогащенных селеном (r=+0.85; P<0.004)

Polephenol content, mg-eq GA/g d.w,

• Fig.1.    Relationship between AOA and polyphenol content in Allium seeds sprouts fortified (r=+0.97; P<0.001) and non fortified (r=+0.85; P<0.004) with selenium

  

  Рис.2. Взаимосвязь уровня обогащения селеном проростков и возрастание уровня полифенолов при прорастании семян (r=+0.95; P<0.001).

  
  

• Fig.2.    Relationship between selenium fortification level and increase in polyphenol content during seeds germination (r=+0.95; P<0.001).

зун) степень возрастания этих показателей при обогащении селеном оказывается значительной и составляет 3235% для полифенолов и 26-27% – для уровня общей антиоксидантной активности. Более того, содержание полифенолов в обогащенных селеном проростках оказывается пропорционально степени обогащения семян селеном (рис.2). Это явление, по крайне мере частично, может быть связано с известным фактом существования серосодержащих флавоноидов в растениях рода Allium (Fernandes et al., 2018), что предполагает возможность существования также соответствующих селеновых аналогов, поскольку селен активно замещает серу в биологических системах селена, полифенолов и уровень антиоксидантной активности в проростках семян которых достигает 10500-11000 мкг/кг, 9,5-10,8 мг-экв ГК/г и 14,7-15,6 мг-экв ГК/г соответственно. С другой стороны, обращает внимание, что доля водорастворимых форм селена в проростках луковых культур при обогащении есть величина постоянная и не зависит от концентрации селена и степени обогащения микроэлементом и составляет около 65,5% (табл.1). Столь высокий уровень водорастворимых форм селена в проростках луковых культур свидетельствует о значительной биологической активности получаемого продукта.

Рис.3. Взаимосвязь между содержанием селена и антиоксидантной активностью проростков растений рода Allium (r=+0.90; P<0.001)

Fig.3. Relationship between selenium content and AOA of Allium seeds sprouts (r=+0.90; P<0.001).

(Pilon-Smits, 2010).

Известно, что семена обладают способностью активно поглощать биологически активные соединения, обеспечивая процесс биофортификации. Так, при проращивании семян японского редиса в растворе витамина В12 (200 мкг/мл) содержание последнего в проростках возрастало до 1,5 мкг/г (Sato et al.,2004). Показано, что проростки семян сои можно обогатить витамином С (Kim, 1988). Работами японских исследователей показана эффективность повышения содержания селена в проростках при прорастании семян в условиях гидропоники (Sugihara et al., 2004; Yoshida et al., 2007a; 2007b; Hama et al., 2008). Семена луковых культур легко обогащаются селеном благодаря тому, что растения рода Allium относятся к группе природных аккумуляторов микроэлемента.

Выявленная прямая взаимосвязь между содержанием селена и АОА проростков (рис.3) позволяет выделить наиболее перспективные сорта для получения функциональных продуктов: Красное кружево и батун, содержание

Заключение

В целом обогащенные селеном проростки семян луковых культур (за исключением лука косого, алтайского и лука репчатого сорт Примо) отличаются высокими антиоксидантной активностью (от 14,7-17,1 мг-экв ГК/100 г с.м.), содержанием полифенолов (9,3-10,8 мг-экв ГК/100 г с.м.) и микроэлемента селена (8670-11000 мкг/кг с.м). Такие проростки не только являются источниками наиболее мощного антиканцерогенного производного селена (селенометил селеноцистеина) и антиоксидантов, но и обеспечивают от 12,4 до 15,7% суточной потребности в микроэлементе при потреблении 1 г высушенного порошка проростков. Следует отметить, что обогащение селеном проростков луковых культур обеспечивает увеличение антиканцерогенной активности продукта также за счет высокого содержания полифенолов, проявляющих мощную противораковую защиту в целом (Niedzwiecki et al., 2016) и в отношении рака молочной железу, в частности (Dayem et al., 2016).