Применение цветов кудзу для снижения токсичности пива

Чрезмерное потребление алкоголя отрицательно влияет на здоровье человека. В настоящее время весьма популярным алкогольным напитком является пиво, потребление которого в некоторых странах Западной Европы превышает 80 л на человека в год [7]. Появился даже такой термин, как пивной алкоголизм. Однако необходимо отметить, что в отличие от вина и крепких алкогольных напитков, например, водки, пиво содержит большое количество биологически активных веществ, среди которых фенольные соединения, незаменимые аминокислоты, горькие кислоты, макро- и микроэлементы, источниками которых являются солод, хмель и продукты метаболизма дрожжей. Некоторые из этих соединений благоприятно влияют на пищеварение. V. Singer с соавторами изучал влияние сусла, молодого пива (6 суток брожения) и пива после дображивания (6 недель) на выделение желудочного сока [16]. Было обнаружено, что молодое пиво и пиво после дображивания стимулирует выделение желудочного сока и гастрина, в то время как сусло не оказывало этого эффекта. Позже такой же эффект обнаружил S. Teyssen с соавторами [17]. Следует иметь в виду, что помимо биологически активных соединений пиво содержит алкоголь, массовая доля которого обычно составляет 4,0–4,8% V/V, а в некоторых сортах превышает 13%. Поэтому даже употребление небольшого количества напитка с повышенным содержанием алкоголя может негативно повлиять на здоровье человека.

Известно, что катаболизм этанола происходит в печени. Процесс идет в два этапа. На первом этапе происходит окисление этанола алкогольдегидрогеназой (АДГ) – ферментом, локализованным в основном в цитоплазме и митохондриях клеток печени. В ходе реакции образуются ацетальдегид и восстановленный кофермент НАДН [5]. Ген, кодирующий АДГ, является полиморфным. В зависимости от того, какой вариант гена кодирует алкогольдегидрогеназу, активность фермента может быть как высокой, так и низкой. В случае высокой активности фермента процесс окисления этанола до ацетальдегида происходит быстрее, в результате чего в организме человека накапливается больше ацетальдегида [12].

На втором этапе под действием фермента альдегиддегидрогеназы (АЛДГ) происходит окисление ацетальдегида до уксусной кислоты. Конечными продуктами катаболизма этанола являются углекислый газ и вода. Существуют два основных изофермента альдегиддегидрогеназы:

цитоплазматический и митохондриальный. В результате мутации образовалось два варианта митохондриальной альдегиддегидрогеназы: АЛДГ2 (1) и АЛДГ2(2). Фермент, кодируемый геном АЛДГ2(2), обладает более низкой активностью, чем фермент, кодируемый геном АЛДГ2(1). Если у человека преобладает мутировавшая изоформа АЛДГ2(2), то ацетальдегид окисляется медленнее, что объясняет повышенную чувствительность некоторых людей к алкоголю. Данный вариант метаболизма, когда образовавшийся на первом этапе ацетальдегид накапливается в большом количестве в организме и циркулирует в крови в высоких концентрациях, считается в какой-то мере защитой от алкоголизма, так как впоследствии накопившийся в крови ацетальдегид вызывает определенные симптомы интоксикации: покраснение лица, рвоту, тошноту.

У большинства людей все происходит наоборот. Из-за низкой активноcти АДГ первый этап окисления этанола до ацетальдегида идет медленно и этанол длительно не выводится из организма, в то время как второй этап происходит быстро благодаря высокоактивной альдегиддегидрогеназе (АЛДГ2(1). Получается, что ацетальдегид не накапливается в большом количестве в организме таких людей, из-за чего они меньше страдают от потребления алкоголя, что увеличивает риск развития алкогольной зависимости.

Наиболее эффективным методом лечения алкогольной зависимости является использование лекарственных препаратов. Широко известны три синтетических одобренных FDA препарата ( Food and Drug Administration ) для лечения алкоголизма: дисульфирам, налтрексон и акампросат, однако эффективность их незначительна [8, 19].

К альтернативным методам лечения алкогольной зависимости относится использование различных трав. Например, в Восточной медицине более 2500 лет для этой цели применяют растение кудзу ( Pueraria labota ) [4, 9]. Экстракт из корней или цветов кудзу является единственным натуральным препаратом, дающий положительный эффект при борьбе с алкоголизмом [10]. Выделены соединения, которые ответственны за данный эффект. Это относящиеся к изофлавонам вещества, такие, как пуэрарин, дайдзин, дайдзеин [22], а также обнаруженные в цветах кудзу каккалидон, иризолидон, текторидин [6].

В опытах с крысами использование выделенных из корней кудзу пуэрарина и дайдзина показало существенное снижение потребления алкоголя у подопытных животных [3, 15]. Подобный эффект был получен в клинических условиях. Так при дозировке пуэрарина 1200 мг/сут потребление пива опытной группы пациентов снизилось с 3,5 до 2,4 л/сут [14]. Lin и его коллеги установили снижение потребления алкоголя на 40–65% при пероральном приеме пуэрарина уже в дозировке 100–300 мг/кг/день [11].

Для достижения максимального эффекта от препаратов необходимо знать механизм действия того или иного соединения в первую очередь на активность АЛДГ2 (ALDH2). Исследования, проведенные с дайдзином показали, что механизм его действия заключается в увеличении соотношения активности митохондриальной моноаминоксидазы (МАО) и альдегиддегидрогеназы (ALDH2) [9]. По-видимому, и другие изофлавоны, входящие в экстракты из корней и цветов, имеют подобный механизм действия.

Анализ рынка препаратов из кудзу показал, что в настоящее время в основном используются экстракты из корня, стандартизированные либо по изофлавонам (например, NP1 –031), либо по пуэрарину (например, Kudzuvine Root Soft Gel ), либо по дайдзину (например, капсулы фирмы Nature, Herbs ). Однако не менее эффективны водные экстракты из цветов кудзу, причем рекомендуемая дозировка их почти в два раза ниже. Так, согласно Chinese medical herbology and pharmacology [6] следует в день применять экстракты из 10–20 г корней, в то время как для достижения такого же эффекта требуется экстракт из 3–12 г цветов.

Цель исследования – изучение влияния экстракта из цветов кудзу на снижение токсичности этанола и выявление возможности применения экстракта в пивоварении.

Материалы и методы

Экстракты готовили из цветов кудзу («Pueraria Lobata Flower») с содержанием сухих веществ 93,3%. (производитель plum flower brand).

Для приготовления экстракта цветы массой 4 г измельчали до размера частиц 3–5 мм и смешивали с дистиллированной водой. Общий объем раствора составлял 40 мл. Экстрагирование осуществляли при температуре 100 °С в течение 30 мин.

Определение концентрации алкоголя, при которой наблюдается снижение его токсичности при добавлении экстракта, проводили с помощью теста с дрожжами Saccharomyces cerevisiae , разработанного С.Г. Давыденко [1].

В качестве тест-культуры были использованы дрожжи Saccharomyces cerevisiae Y-3194. Концентрация дрожжей 2 суточной культуры составляла 2·10⁸ клеток/мл.

Питательная среда состояла из раствора глюкозы (40%), питательной среды YEPD (yeast extract peptone dextrose), дрожжевой суспензии и экстракта цветов кудзу, варьировали количество этанола и воды. Общий объем среды составлял 2 мл. Полученные образцы термостатировали при температуре 30 °С в течение 17 ч. По истечении этого времени определяли количество выделившегося диоксида углерода и подсчитывали мертвые клетки при помощи окрашивания их метиленовым синим (таблица 1).

Таблица 1.

Состав среды культивирования дрожжей при изучении влияния экстракта из цветов кудзу на токсичность этанола

Table 1.

The composition of the culture medium of yeast when studying the effect of the extract from kudzu flowers on the toxicity of ethanol

Образец Sample	H 2 O, ml	Этанол, 96%, мл | Ethanol, 96%, ml	YEPD	Экстракт из цветов, мл Flower extract, ml	Глюкоза (40%), мл Glucose (40%), ml	Дрожжевая суспензия, мл Yeast suspension, ml
Контроль Control	0,75	0,0	0,25	–	0,5	0,5
2	0,25	0,50	0,25	–	0,5	0,5
3	0,50	0,25	0,25	–	0,5	0,5
4	0,65	0,10	0,25	–	0,5	0,5
5	0,50	0,0	0,25	0,25	0,5	0,5
6	0,0	0,50	0,25	0,25	0,5	0,5
7	0,25	0,25	0,25	0,25	0,5	0,5
8	0,40	0,10	0,25	0,25	0,5	0,5

Для приготовления светлого пива приме-      гранулированный хмель (тип 45) сорта Saaz няли светлый солод по ГОСТ 29294–2014 (про-      (Чешская республика), дрожжи Y-3194.

изводитель – завод Суффле, Санкт-Петербург),

Физико-химические показатели пива (Р=11,0 ± 0,1) используемого для купажирования с экстрактом из цветов кудзу, приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-химические показатели пива

30 Концентрация, внесенного в образцы этанола, %

The concentration introduced into the samples of ethanol, %

Объем СО2 в контрольных образцах, мл

The volume of CO2 in control samples, ml

Объем СО2 в образцах с кудзу, мл

The volume of CO2 in the samples with Kudzu, ml Рисунок 1. Количество выделенного СО 2 после культивирования дрожжей на средах с разным содержанием этанола

Table 2.

Physico-chemical characteristics of beer

Показатели | Indicators	1-я варка | 1 brew
Этанол, % об | Ethanol, % vol	4,99–4,81
Этанол, масс.% | Ethanol, wt%	3,97–3,78
Действительная степень сбраживания (RDF), % | The real degree of fermentation (RDF), %	68,63– 68,21
Горечь, ед. ЕВС* | Bitterness, ЕВС	21–23
Цвет, ед. ЕВС | Colour, ЕВС	40–45

Результаты и обсуждение

Для исследования эффективности препаратов в медицинской практике сначала проводят опыты на животных. Однако существуют более дешевые способы, которые исключают опыты на животных. Одним из таких способов является применение в качестве тест-организ-мов дрожжей сахаромицетов. В частности, для испытания химических веществ на мутагенную и канцерогенную активность рекомендуется использовать дрожжи Saccharomyces cervisiae [2].

В данных исследованиях эффективность экстракта из цветов кудзу оценивали по количеству выделившегося в ходе брожения диоксида углерода (рисунок 1) и содержанию мертвых клеток в культуре при разном содержании этанола в среде культивирования.

• Figure 1.    The amount of CO 2 released after yeast cultivation on media with different ethanol content

Как видно из рисунка 1, количество образующегося углекислого газа было больше в образцах с экстрактом кудзу, что свидетельствует о более высокой физиологической активности дрожжей в этих образцах. Можно заметить быстрое снижение бродильной активности дрожжей с повышением концентрации этанола, причем наибольшая разница между контрольными и опытными образцами наблюдалась при концентрации этанола 5%, в то время как в других образцах с более высоким содержанием этанола эффект был незначительный. Установлено, что добавление экстракта снижает количество мертвых клеток в культуре дрожжей независимо от концентрации этанола в среде более чем в два раза (таблица 3).

Таблица 3.

Содержание мертвых клеток в средах с разным содержанием этанола

The content of dead cells in environments with different ethanol content

Table 3.

Концентрация этанола, % об The concentration of ethanol, % vol	Клетки, окрашенные метиленовым синим, % Cells stained with methylene blue, %
	Без добавления экстракта кудзу Without the addition of extract of kudzu	С добавлением экстракта кудзу With the addition of kudzu extract
0	2,45±0,02	3,11±0,06
5	26,00±0,09	12,68±0,03
12,5	39,76±0,05	17,93±0,04
25	48,29±0,12	23,03±0,13

Экстракт цветов вносили в пиво перед дображиванием согласно рекомендациям [6] из расчета 3 г цветов на 1 л пива. Дображивание (коллоидная стабилизация) длилось в течение 7

дней при температуре 4о С. По истечении этого времени была проведена дегустация пива (рисунок 2).

солодовый

herbal fruit

Вкусовой профиль пива без внесения экстракта из цветов кудзу

Taste profile of beer without the addition of extract from kudz flowers

- -X- - Вкусовой профиль пива с экстрактом из цветов кудзу Taste profile of beer with kudzu flower extract

Рисунок 2. Вкусовой профиль пива с внесением и без внесения экстракта из цветов кудзу

• Figure 2.    Taste profile of beer with and without extract from kudzu flowers

следует из приведенных профилло-во имело интенсивный травянистый существенным образом отличает по-напиток от контрольного образца добавления экстракта (рисунок 2). ючения влияния экстракта на сенсор-иль пива можно рекомендовать введе-нтратов кудзу в пиво после процесса и. В частности, такую технологию ал D.M. Peneter с соавторами [13], яние экстракта из кудзу на динамику ия пива опытной группы людей в США.

Заключение оде исследований было установлено льное влияние экстракта из цветов стойчивость дрожжей к этанольному как следствие, на их физиологическую . Кроме того, был сделан вывод, что экстракт из цветов кудзу целесообразно добавлять в алкогольные напитки. Установлено, что добавление экстракта изменяет сенсорный профиль пива, придавая ему травяной вкус и запах.