Перспективы применения пайзы саратовской селекции для производства продуктов функционального назначения

Отечественные ученые находятся в постоянном поиске сырья с функциональными свойствами для реализации идеи здорового образа жизни [1]. К просовидным злакам относится помимо проса обыкновенного ( Panicum miliaceum L. ) пайза ( Ecinochloa frumentaceae Link ). В настоящее время в ряде селекцентров РФ проводится работа по созданию новых сортов проса и других просовидных культур с улучшенными питательными и кормовыми свойствами зерна [1–26].

Пайза – растение многопланового использования. Ее можно возделывать на крупу, зерно, сенаж, зеленый корм и силос. Для устойчивого земледелия в засушливых условиях интерес к этим культурам увеличивается. Однако, несмотря на все отмеченные преимущества, площади посева этих культур незначительны и составляют в России не более 25 тыс. га (Кур-цева А. Ф., Варацинов С. Г., 2000). Расширение посевных площадей пайзы сдерживается отсутствием разработанных основных элементов технологии ее возделывания. Зерно просовидных культур не уступает пшенице и кукурузе по питательности, но значительно дешевле в производстве [24].

В работах О. Н. Корзун, Н. М. Кириленко (2011) описана технология возделывания пайзы, представлены некоторые результаты химического анализа [24]. Пайза – традиционно кормовая культура, поэтому практически отсутствуют исследования отечественных ученых по ее применению в технологии продуктов питания. Саратовская селекция расширяет перспективы использования регионального сырья в технологии мучных изделий. В Вавиловском университете Н. Н. Филоновой и др. (2020) оптимизированы технологические параметры помола зерна пайзы методом ортогонального планирования: для получения качественной муки из зерна пайзы параметры и режимы следующие: оптимальная влажность зерна – 14 %, а продолжительность отволаживания – 8 ч. Также Н. Н. Филоновой и др. (2019) разработаны способы производства паляницы, хлебных палочек и шпажек, предусматривающие внесение муки из зерна пайзы [22]. Как известно, потребитель в первую очередь обращает внимание на аромат изделий. Доказано, что использование пайзовой муки несущественно влияет на аромат изделий. При количественном сравнении летучих соединений в пробах следует отметить, что так как полуфабрикат хлеба подвергается более длительному брожению, чем полуфабрикат хлебных палочек, содержание спиртов и кетонов больше на 22 %, а по сравнению с хлебными шпажками, где отсутствует процесс брожения, их больше на 93 %, аналогичная картина и с кислотами. Однако при сравнении содержания отдельных компонентов в пробах, особенно кислородсодержащих соединений, их больше почти в два раза при отсутствии биологического способа разрыхления в хлебных шпажках. Для потребительской оценки такие изменения не существенны для тех образцов, в рецептуре которых содержание пайзовой муки не более 20 % и по органолептическим показателям признанные потребителями [19].

По данным Н. Н. Филоновой и др. (2022), содержание незаменимых аминокислот в зерне пайзы выше, чем в зерне пшеницы, уступает лишь по содержанию лейцина и изолейцина. При этом содержание антиоксидантов в хлебе с пайзовой мукой увеличилось на 28,6 %, в хлебных палочках - в 2 раза, в хлебных шпажках - в 3 раза, что обусловлено тем, что в составе зерна пайзы имеются такие антиоксиданты, как цинк, витамин Е [20].

По данным корейских ученых, пайза обладает полезными свойствами для здоровья человека и может быть полезной функциональной культурой [18].

Цель данной работы: исследование функциональных свойств зерна пайзы саратовской селекции для расширение ресурсного потенциала сырья для здоровьесберегающих технологий.

Материалы и методы исследования

Объекты исследования – продукты переработки пайзы сортов Росита и Готика, выведенные совместно селекционерами ФГБНУ «Российский НИИ сорго и кукурузы» и ФГБОУ ВО «Вавиловский университет». Зерно пайзы выращено в УНПО «Поволжье» Вавиловского университета, т. е. адаптировано к климату левобережья Саратовской области. Для сравнения в качестве контроля взяли зерно проса сорта Золотистая.

Исследования были проведены в Центре коллективного пользования «Симбиоз» учреждения Российской академии наук в Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов (ИБФРМ РАН, г. Саратов). Определение содержания железа, магния, цинка и калия по ГОСТ 32343-2013 (ISO 6869:2000). Массовую долю жира определяли по ГОСТ 29033-91, жирнокислотный состав - по ГОСТ 51483-99.

Исследование на токсичные элементы выполнялось в соответствии с ФР.1.31.2008.01733. Инверсионно-вольтамперометрический метод основан на зависимости тока, проходящего через ячейку анализатора с анализируемым раствором, от массовой доли элемента, содержащегося в растворе и функционально связанного с формой и параметрами приложенного к электродам поляризующего напряжения.

Исследование на радионуклиды выполнялось в соответствии с МУК 2.6.1.1194-2003. Метод предназначен для оценки соответствия радиационного контроля пищевых продуктов гигиеническим нормативам на допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в подготовленных пробах различных продуктов питания. Пробоподготовка включает в себя помол зерен семян пайзы.

Исследование на пестициды выполнялось в соответствии с МУ 2142-80. Метод основан на хроматографии хлорсодержащих пестицидов в тонком слое окиси алюминия, силикагеля в различных системах подвижных растворителей после экстракции из их исследуемых образцов и очистке экстрактов.

Результаты исследования и их обсуждение

В ранее проведенных исследованиях Н. Н. Филонова и др. (2019) установили, что зерно пайзы экологически безопасное сырье. Содержание радионуклидов, свинца, кадмия, ртути, мышьяка, микотоксинов, пестицидов не превышает требований безопасности. Зараженность, загрязненность вредителями хлебных запасов, вредные примеси не обнаружены [23].

Это обусловлено тем, что при возделывании пайзы в УНПО «Поволжье» гербициды не применялись, севооборот соблюдался, культивацию проводили своевременно, посевы располагались вдали от автомобильных трасс.

Белорусские ученые также доказали, что такие просовидные культуры, как чумиза и пайза, обладают сорбирующими свойствами: активно поглощают радионуклиды стронция и цезия. При этом практически не накапливают в зерне тяжелые металлы и яды. Поэтому они идеально пригодны в экологическом земледелии [24].

По результатам исследований содержания минеральных веществ методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ГОСТ 32343-2013 (ISO 6869:2000)) в зерне пайзы саратовской селекции содержание железа больше в 1,7 раза по сравнению с просом, которое является традиционной просовидной культурой, возделываемой в зоне Поволжья (рис. 1).

минеральные вещества

□ Росита □ Готика □ Просо

Рисунок 1 – Содержание минеральных веществ в просовидных культурах

Как видно из данных рисунка 1, сорта пайзы не уступают просу и по содержанию марганца, в сорте Росита содержание марганца выше на 62 %, в сорте Готика - на 8 %. Однако по фосфору, магнию, цинку и меди они уступают просу.

Тогда как, по данным корейских ученых в исследуемых сортах пайзы ( Echinochloa spp. ), которые были выращены в 2009 г. на экспериментальном поле Национального института растениеводства «Наука» (NICS), RDA, Мирьянг, Корея, в среднем содержится Mg (2,21±0,01 мг/100 г), Zn (1,43±0,01 мг/100 г), Ca (3,61±0,06 мг/100 г) и Fe (1,28±0,05 мг/100 г), что также подтверждает, что зерно пайзы может повысить пищевую ценность изделий и позиционировать сырье, как функциональное. Ученые все время в поиске такого сырья. В результате расширится ресурсный потенциал растительного сырья для производства продуктов питания функционального назначения [18].

По данным белорусских ученых, в зерне пайзы, выращенной в Гомельской области, содержится воды 12,8; протеина 10,3; жира 5,0; клетчатки 10,0; золы 3,3 и БЭВ 58,6 %, зерно богато фосфором и кремнеземом, содержит (мг/ 100 г) цинка 1,96, меди 1,19, йода 1,6 и брома 0,36 [24]. Тогда как, по нашим данным (см. рис. 1), в зерне пайзы саратовской селекции больше цинка, меди, железа, магния в 1,5 - 2 раза по сравнению с вышеуказанными данными. Следовательно, наше региональное сырье имеет высокий технологический потенциал.

Содержание насыщенных жиров в ежедневной диете в зависимости от физической активности индивидуума не должно превышать 6–10 % от общей калорийности дневного рациона. Избыток насыщенных жирных кислот в организме повышает уровень холестерина в крови, способствует развитию болезней сердца [1]. Кислоты Омега-9 – группа мононенасы-щенных триглицеридов, которые входят в структуру каждой клетки человеческого организма. Данные жиры служат профилактике инфарктов мозга и сердца, регулируя уровень холестерина в крови; регулируют углеводный обмен, улучшают память; имеют противовоспалительное действие [12]. Австралийские и шведские ученые изучили связь пентадекановой кислоты в сыворотке крови (15:0), биомаркера потребления молочных жиров, с частотой сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) и доказали, что наличие пентадекановой кислоты в ферментированных молочных продуктах снижает их риск [13].

В ходе работы исследовали жирнокислотный состав двух перспективных сортов пайзы саратовской селекции для определения их целевого назначения и были получены следующие данные: содержание жира в зерне сорта пайзы Росита выше на 43,5 % по сравнению с сортом Готика, на 47,9 % - по сравнению с просом (табл.).

Таблица

Жирнокислотный состав просовидных культур (%)

Наименование	Пайза Саратовской селекции
	Росита	Готика
Массовая доля жира	5,77±0,1	4,02±0,66
Каприловая кислота	0,06	0,02
Каприновая кислота	-	0,01
Лауриновая кислота	0,05±0,01	-
Миристолеиновая кислота	0,06±0,01	0,02
Миристиновая кислота	0,30±0,05	0,04
Пентадекановая кислота	0,01	0,02±0,02
Пальмитолеиновая кислота	0,17±0,09	0,05±0,01
Пальмитиновая кислота	12,23±0,45	6,76±3,46
Маргариновая кислота	0,08±0,03	0,02
Транс-9,12-октадекадиеновая/альфа-линоленовая/олеино-вая кислоты	58,31±5,84	33,91±12,57
Стеариновая кислота	27,57±5,03	16,78±8,75
Арахидоновая кислота	0,44	1,16±0,41
Цис-11-эйкозеновая/цис-11,14,17-экозатриеновая кислоты	-	0,81±0,43

Как видно из данных таблицы, содержание миристолеиновой и пальмитолеиновой жирных кислот в зерне сорта пайзы Росита больше в 3–3,5 раза по сравнению с сортом Готика.

Кислоты с конъюгированными двойными связями обладают антиканцерогенным действием, а также регулируют обмен липидов в организме. Такие кислоты вызывают огромный научный интерес во всем мире [13]. Однако содержание насыщенных жирных кислот, таких как миристиновая, меньше в зерне пайзы сорта Готика в 7,5 раза, пальмитиновой в 2 раза, стеариновой в 1,6 раза по сравнению с сортом Росита. Содержание транс-9,12-октадекадиено-вой кислоты, представляющей собой омега-6 жирную кислоту, в зерне пайзы сорта Росита выше на 71,9 % по сравнению с сортом Готика. Но в отличие от сорта пайзы Росита сорт Готика содержит цис-11-эйкозеновую/цис-11,14,17-экозатриеновую кислоту, являющуюся омега-9 жирной кислотой, помогающей стабилизировать холестериновые бляшки и уменьшить выраженность оксидативного стресса. Эйкозатриеновая кислота – редкая полиненасы-щенная жирная кислота n-3 природного происхождения, ингибирует агрегацию тромбоцитов, а также оказывает сосудорасширяющее действие [13].

Стоит отметить, что в зерне пайзы сорта Готика содержание арахидоновой икслоты в 2,6 раза больше по сравнению с сортом Росита. Как известно, арахидоновая вместе с доко-загексаеновой кислотой (относящиеся к длинноцепочечным жирным кислотам) являются ключевыми строительными блоками клеточных мембран мозга и сетчатки глаза. Арахидоновую кислоту относят к условно (частично) незаменимым жирным кислотам, поскольку она устраняет симптомы недостаточности линолевой кислоты в 10 раз активнее, чем сама линолевая кислота. Хромотограммы жирных кислот представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Хроматограмма стандартной смеси жирных кислот

По данным ученых Всероссийского НИИ зернобобовых и крупяных культур, в зерне пайзы сорта Красава содержание жира по сравнению с сортами саратовской селекции больше в два раза, но при этом в составе жира отсутствуют пальмитолеиновая и миристолеиновая жирные кислоты, а содержание насыщенных жирных кислот, таких как пальмитиновая и миристиновая больше в 2–10 раз [14].

Согласно рекомендациям Национального института здоровья США и японских национальных фондов, соотношение потребляемых n-6 и n-3 ПНЖК должно быть не выше 2:1–3:1, что рекомендуют и российские ученые ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» [17].

Заключение

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: практически обосновано, что сорта пайзы саратовской селекции - безопасное и перспективное сырье для производства продуктов функционального назначения, для расширения ассортимента растительного сырья для здоровьесберегающих технологий. Установлено, что содержание насыщенных жирных кислот в зерне пайзы сорта Готика меньше в 1,6–7,5 раза по сравнению с сортом Росита, но при этом содержание транс-9,12-октадекадиеновой кислоты, представляющей собой омега-6 жирную кислоту, в зерне пайзы сорта Росита выше на 71,9 % по сравнению с сортом Готика, который содержит цис-11-эйкозеновую/цис-11,14,17-экозатриеновую кислоту, являющуюся омега-9 жирной кислотой, помогающую стабилизировать холестериновые бляшки и уменьшить выраженность оксидативного стресса. Следовательно, каждый сорт пайзы может быть использован для производства определенной продукции для конкретной целевой аудитории.