Сравнительная оценка показателей антиоксидантной активности некоторых видов многолетних луков

Внастоящее время известно около 800 видов растений, принадлежащих роду Allium, однако среди них популярность получили лишь отдельные виды: A. cepa, A. sativum, A.porrum, а также многолетние луки: A. ursinum, A. fistulosum, A. ampeloprasum, A. nutans и A. schoenoprasum. Значительная часть видов используется исключительно в декоративных целях (A. moly, A. oreophilum, A. erubescens, A. aflatunense, A. ampeloprasum) (Иксанова, 2013). Популярность многолетних луков среди населения разных стран мира определяется как высокой антиоксидантной активностью (АОА), имеющей огромное значение для человека осо- бенно в весенний период, так и декоративностью, обеспечивающей неповторимое сочетание окрасок, начиная от белой, розовой и заканчивая синей. Данные биохимических показателей таких луков ограничены лишь отдельными видами (Lencova et al., 2016), получившими широкое использование в значительном числе странах мира, например, черемша (Barla et al., 2014). Декоративные виды в этом отношении изучены крайне фрагментарно (Исканова, 2013).

Целью настоящей работы было осуществление сравнительной оценки пищевой ценности отдельных видов многолетних луков, выращенных в условиях Нечерноземной зоны России.

Материалы и методы

Восемь видов многолетних луков: ветвистый Á . ram ό sum , голубой A. caeruleum , краснеющий A. erunescens , косой, сибирский A. obliquum , Моли A. moly , афлатунский A. aflatunense , горнолюбивый A. oreophilum и черемша A. ursinum – выращивали на экспериментальных полях ФГБНУ ФНЦО в 2016-2017 годах. Почва дерново-подзолистая, тяжело суглинистая, рН 6-8, содержание гумуса – 2,05%, Р₂0₅ – 450 мг/кг, К₂0 – 357 мг/кг, щелочно-гидролизуемый азот – 108 мг/кг почвы, рН – 6.8, сумма обменных оснований – 95,2%. Посев проводили в 1 декаде апреля в кассеты 8х8 см. Высадку рассады в открытый грунт осуществляли во 2 декаде мая на гряды по схеме 40х8 см, размещение рендомизиро-ванное. Вносимый уровень NPK удобрений составил N₁₈₀P 80 K 120 д.в./га. Повторные подкормки аммиачной селитрой осуществляли через 10 и 25 суток после высадки рассады из расчета 25 кг/га. В середине июня дополнительно вносили комплексное удобрение – азофоску из расчета 45 кг/га.

Листья растений собирали в начале июля. После сбора урожая листья промывали холодной водой, подсушивали фильтровальной бумагой и гомогенизировали. Содержание витамина С, нитратов, полифенолов и уровень антиоксидантной активности устанавливали на свежем материале. Содержание сухого вещества регистрировали гравиметрическим методом. Cодержание селена (Se) устанавливали на образцах, высушенных при 20°С.

Содержание антиоксидантов и АОА устанавливали общепринятыми методами (Голубкина и др., 2018): витамина С – визуальным титрованием реактивом Тиллманса, полифенолов – спектрофотометрически с использованием реактива Фолина, уровень АОА экстрактов листьев – титрованием с использованием перманганата калия, фотосинтетических пигментов – спектрофотометрически, Se – флуорометрически.

Уровень нитратов регистрировали на иономере Expert-001 (Econix, Россия) с использованием ион селективного электрода. Содержание водорастворимых соединений устанавливали с помощью портативного кондуктометра TDS-3.

Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием критерия Стьюдента с помощью компьютерной программы Excel.

Результаты и обсуждения

Исследуемые виды декоративных луков значительно различаются по вегетативной массе, составляя интервал от 0,2 кг/м2 (моли) до 1,6 кг/м2 (черемша) (рис.1). Именно эти виды наиболее сильно выделяются по урожаю и определяют наибольшую пищевую значимость – черемша и декоративность – лук Моли.

Рис.1. Урожайность исследуемых видов многолетних луков.

Fig.1. Yield of perennial onion.

Антиоксиданты

Тем не менее, наиболее интересные показатели обнаружились при сравнении содержания в декоративных луках природных антиоксидантов. В самом деле, коэффициенты вариации в накоплении аскорбиновой кислоты, полифенолов, хлорофиллов а и b и каротина для 8 исследованных видов Allium колеблются от 13,8 до 104,1%. Огромные различия в содержании аскорбиновой кислоты в листьях луков позволяют выделить два вида: Моли и голубой, отличающиеся, с одной стороны, наименьшей листовой массой, с другой – наибольшим содержанием витамина С. Действительно, данные таблицы 1 показывают, что лук голубой по содержанию аскорбиновой кислоты близок к лидеру накопления витамина С среди растений – шиповнику и в 2 раза превосходит концентрацию аскорбиновой кислоты в луке овощном A. oleraceum (Исканова, 2012). Это первый установленный случай столь высокого уровня витамина С в травянистых растениях. Расчеты показывают, что всего 6.2 г свежих листьев A. caerulуum могут обеспечить суточную потребность человека в витамине С – 70 мг (рис.2). Среди представленных на рисунке 2 данных, для восполнения дефицита витамина С у человека необходимы существенно более высокие уровни потребления других видов лука.

Необходимо отметить, что аскорбиновая кислота играет ключевую роль в антиоксидантной защите растений в условиях неблагоприятных климатических условий и загрязнения окружающей среды, что предполагает высокий адаптационный потенциал A.caeruleum .

Рис.2. Уровни потребления различных видов многолетних луков, обеспечивающие суточную потребность в витамине С.

Fig. 2. Mass of perennial onion leaves providing adequate level of ascorbic acid consumption.

Полифенолы и уровень АОА

Существенно меньший разброс данных наблюдался по показателям АОА и накоплению полифенолов в исследуемых видах луков (25-29% и 42% соответственно (табл.1). Что касается АОА, то условия экстракции (80°С, 1 час) практически исключают оценку вклада аскорбиновой кислоты ввиду разрушения последней при нагревании. Экстракция водой, как правило, дает более низкие значения АОА, чем использование 70% спирта. В исследуемой коллекции исключение составляет лук косой, для которого уровень АОА более выражен для водного экстракта. С другой стороны, следует учитывать, что эти показатели следует рассматривать как независимые характеристики качества растений. Действительно, коэффициент корреляции между показателями АОА водного и спиртового экстрактов листьев луков составляет всего +0,69 (P<0,01), что существенно ниже, чем коэффициент корреляции между содержанием полифенолов и АОА спиртовых экстрактов +0,91(P<0,001)

Интересно отметить, что свойство растений рода Allium препятствовать свертыванию крови пропорционально как содержанию соединений серы, так и уровню аккумулирования полифенолов (Beretta et al., 2017), что указывает на перспективность использования в пищу

Таблица 1. Биохимические показатели листьев многолетних луков в расчете на сухую массу) Table 1. Biochemical characteristics of perennial onion (values are presented per dry weight)

Наиме-нование	Cухое вещество, %	АК мг/100 г	АОА* Мг ГК/г	АОА** мг ГК/г	ПФ, мг ГК/кг	Водораство -римые минералы, мг/кг	Нитраты, мг/кг	Хлорофилл, мг/г	Хлорофилл б, мг/г	Каротин мг\г
Állium ramόsum	9.5±0.1a	568±41a	4.7±0.2a	4.2±0.2a	3326±86a	69±6a	3242±106a	0.55±0.03a	0.38 ±0.02a	0.11±0.01ac
A.Caeruleum	9.8±0.2a	9980±75 b	4.2±0.3ac	5.8±0.4bc	8582±106b	31±3b	1276±96b	0.50±0.02a	0.35±0.02a	0.09±0.01a
A.oreophilum	10.6±0.1b	811±52c	2.6±0.2b	3.9±0.2a	2462±76c	62±5a	2538±97c	0.33±0.02b	0.21±0.01b	0.07±0.01b
A.aflatunense	11.7±0.1c	932±54d	2.9±0.3b	4.5±0.3ad	3820 ±82d	28±2b	1299±77b	0.35±0.02b	0.27 ±0.01c	0.10±0.01a
A.moly	13.3±0.2d	1068±76d	3.8±0.3c	5.0±0.3d	3083 ±74e	33±3b	1278±75b	0.64±0.03c	0.48 ±0.03d	0.13±0.01cd
A.obliquum	18.1±0.4f	773±57c	8.5±0.5d	1.5±0.1g	1392±55g	28±1b	1177±57b	0.71±0.03d	0.56 ±0.02e	0.15±0.01eg
A.ursinum	20.6±0.5h	786±56c	2.9±0.2b	6.4±0.3c	5604 ±109h	41±2c	2004±89e	0.96±0.04e	0.73±0.03f	0.25±0.02f
A.erubescens	21.4±0.5h	645±59a	2.4±0.2b	2.8±0.2e	2065±65j	32±2b	2187±90e	0.89±0.04e	0.59±0.02e	0.17±0.01g
M±SD	13.5±3.2	1933±2012	3.1±0.9	4.3±1.1	3866±1613	43.75±14.44	1958±700	0.59±0.16	0.43±0.12	0.13±0.018
CV, %	23.7	104.1	29.0	2.56	41.7	33.0	35.8	27.1	29.1	13.8

*Экстракция водой, **экстракция 70% спиртом

лука голубого с максимальным содержанием полифенолов. Оценка АОА описана для многих представителей рода Allium , однако сравнение АОА разных видов в одних и тех же экспериментальных условиях описано только для некоторых видов (Beretta et al., 2017; Stajnet et al., 2008).

Среди представленных в таблице 1 данных лидируют по содержанию полифенолов и уровню АОА лук голубой A. caeruleum и черемша A. ursinum . Являясь вторичными метаболитами растений, полифенолы обеспечивают устойчивость растений к воздействию патогенов и вредных насекомых (Lattanzio et al., 2006), являются наиболее мощными антиоксидантами растительного мира, обеспечивая повышение уровня антиоксидантной защиты человека, иммунитета и снижение рисков возникновения и развития кардиологических и онкологических заболеваний (Han et al., 2007). Известно, что полифенолы являются эффективными антиоксидантами благодаря способности улавливать активные формы кислорода. Род Allium широко используется человеком для этих целей и лечения различных заболеваний, связанных с оксидантным стрессом, в частности, сердечнососудистых и онкологических. Полифенолы участвуют в улавливании активных форм кислорода, ингибировании ферментов, участвующих в образовании супероксид аниона, хелатировании переходных металлов, участвующих в процессе образования свободных радикалов, и предотвращении перекисного окисления путем снижения содержания алкоксил и пероксил радикалов (Priecina&Karlina, 2013). В расчете на сухую массу содержание полифенолов в исследуемых видах убывало в ряду:

голубой лук > черемша > афлатунский > ветвистый > моли > горолюбивый > краснеющий > сибирский косой. Потребление 100 г свежих листьев лука голубого обеспечивает поступление в организм человека около 840 мг полифенолов, что составляет около 56% от общего уровня потребления полифенолов населением Японии (Taguchi Chie et al., 2015),

Фотосинтетические пигменты

Различия в интенсивности окраски листьев исследуемых луков довольно значительны, что является отражением различий в интенсивности биосинтеза фотосинти-ческих пигментов. Так, уровни накопления каротина составили интервал от 0,07 мг/100 г с.м. до 0,25 мг/100

г с.м, хлорофилла а: от 0,33 до 0,96 мг/100 г с.м.; хлорофилла b: от 0,21 до 0,73 мг/100 г с.м. В отличие от показателей содержания витамина С и полифенолов, концентрация фотосинтетических пигментов в луке голубом не самая высокая, первое место в этом плане занимают черемша и в несколько меньшей степени – лук краснеющий. Высокая АОА и способность накапливать значительное количество фотосинтетических ферментов черемшой отмечались ранее при исследовании 13 различных видов растений рода Allium (Stajner, Varga, 2003; Stajner et al., 2008), что находится в хорошем соответствии с результатами настоящего исследования. Наименьшие уровни накопления хлорофилла и каротина были выявлены для луков горнолюбивого и афлатунского.

Нитраты, водорастворимые минералы, селен

Биологическая активность лекарственных соединений, как известно, определяется не только содержанием сложных органических соединений антиоксидантного действия, но также нитратов, макро- и микроэлементов, включая природный антиоксидант Se.

Нитраты как известно, являются важным компонентом защиты организма от сердечно-сосудистых заболеваний (Weitzberg et al., 2013), в этом отношении лук вет-

Рис. 3. Содержание Se в многолетних луках (значения с одинаковыми индексами статистически не различаются, P>0,05). Fig. 3. Se content in perennial onion (values with similar indexes do not differ statistically, p>0.05).

Рис. 4. Взаимосвязь содержания селена в листьях многолетних луков и соотношением спирто- и водорастворимых антиоксидантов. Fig.4. Relationship between selenium and antioxidants in perennial onion leaves.

вистый представляется особенно значимым, накапливая в 1,5-2 раза больше нитратов, чем другие декоративные виды Allium . Интересно отметить в связи с этим, что именно лук ветвистый накапливает наибольшие уровни растворимых в воде минералов, и между этими показателями существует прямая корреляция (r=+0,91; P<001).

Оценка способности различных видов Allium накапливать микроэлемент Se представляется особенно важной в связи с тем, что луковые культуры, с одной стороны, устойчивы к высоким концентрациям микроэлемента, входя в состав группы вторичных аккумуляторов Se; с другой – представляют оромный практический интерес, поскольку основной химической формой Se в этих растених являются метилированные производные Se-содержащих аминокислот и пептидов (селенометил селеноцистеин и гамма-глутамил селенометил селеноцистеин), проявляющих мощный антиканцерогенный эффект. Кроме того, установлено, что Se, не являясь эссенциальным элементом для растений, тем не менее активно участвует в поддержании антиоксиднтного статуса (Голубкина, Папазян, 2006). По содержанию Se

• • Литература

  Голубкина Н.А., Кекина Е.Г., Молчанова А.В., Антошкина М.С., Надежкин С.М., Солдатенко А.В. Антиоксиданты растений и методы их определения. М.: Изд-во ФГБНУ ФНЦО, 2018. – 66 с.

Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. – М., Печатный город. – 2006.

Иксанова А.М. Оценка и отбор исходного материала для селекции многолетних луков в условиях нечерноземной зоны России. Автореферат дисс… к.с-х.н. М., 2013.

Barla G.F., P oroch-Seritan M., Sunduleac E., Ciorney S.E. Antioxidant activity and total phenolic content in Allium ursinum and Ranunculus Ficaria //J of Faculty of Food Engineering, Romania 2014. V.13 (4). P.349-353.

Han X., Shen T., Lou H. Dietary Polyphenols and Their Biological Significance// Int J Mol Sci. 2007. V.8(9). P.950–988.

Lattanzio V., Lattanzio V.M.T., Cardinali A. Role of phenolics in the resistance mechanisms of plants against fungal pathogens and insects//in Phytochemistry: Advances in Research, 2006. 23-67 ISBN: 81-308-0034-9 Ed. F Imperato

Lenkova M., Bystricka J., Toth T., Hrstkova M. Evaluation and comparison of the content of total polyphenols and antioxidant activity of selected species of the genus Allium //J Central Eur Agr. 2016. V.17(4). P.1119-1133.

Priecina, L., Karlina, D. Total Polyphenol, Flavonoid Content and Antiradical Activity of Celery, Dill, Parsley, Onion and Garlic Dried in Conventive and MicrowaveVacuum Dryer/2nd International Conference on Nutrition and Food Sciences. 2013. V.53. P.107-112.

Štajner D, Igić R, Popović BM, Malenčić D. Comparative study of antioxidant properties of wild growing and cultivated Allium species.//P hytother Res. 2008. V.22. P.113–117.

Stajner D., Varga I.S. An evaluation of the antioxidant abilities of Allium species// Acta Biologica Szegediensis. 2003. V. 47(1-4). P.103-106,

Taguchi Chie, Fukushima Yoichi, Kishimoto Yoshimi, Suzuki-Sugihara Norie, Saita Emi, Takahashi Yoshinari, Kondo Kazuo Estimated Dietary Polyphenol Intake and Major Food and Beverage Sources among Elderly Japanese//Nutrients. 2015. V.7(12). P.10269–10281.

исследуемые виды Allium располагаются в ряд: лук ветвистый > лук горнолюбивый > лук краснеющий > лук сибирский косой = лук афлатунский > лук моли > лук голубой > черемша.

Ввиду многочисленных исследований взаимосвязи уровней накопления Se растениями, антиоксидантной активности экстрактов растений и, в частности, содержанием полифенолов, представляло интерес исследовать взаимосвязь между этими показателями у многолетних луков. Такие взаимосвязи отсутствовали между Se – полифенолы и Se – АОА. Однако было установлено, что уровни накопления Se растениями имеют достоверную взаимосвязь с соотношением АОА спиртового и водного экстрактов (r=-0,80; P<0,01)(рис.4).

Исследуемые водные экстракты не содержат аскорбиновой кислоты ввиду использования повышенной температуры при экстракции в течение длительного времени. АОА спиртовых экстрактов растений рода Allium определяется, прежде всего, содержанием полифенолов (Beretta et al., 2017), что подтверждается высоким коэффициентом корреляции – +0,91. Поскольку полифенолы преимущественно растворимы в спирте, а серосодержащие соединения – в воде, то нaйденная закономерность указывает на взаимосвязь «Se – полифенолы – соединения серы» в условиях отсутствия обогащения растений Se.

Заключение

Таким образом, проведенное сравнение биохимических показателей некоторых видов многолетних луков показывает важную пищевую ценность отдельных видов декоративных луков и перспективность их использования для селекции на повышенное содержание антиоксидантов.

Рассматривая в совокупности полученные данные биохимических показателей, выделяются 4 вида декоративных луков:

• 1)    лук ветвистый с максимальным содержанием нитратов и Se и максимальным уровнем накопления водорастворимых минералов;

• 2)    лук голубой с аномально высоким содержание аскорбиновой кислоты и полифенолов;

• 3)    черемша – с максимальной АОА спиртовых экстрактов и наибольшим накоплением хлорофиллов а и b и каротина;

• 4)    луки краснеющий и черемша – с максимальным содержанием сухого вещества (рис.4).