Возможность использования ультразвукового воздействия для регулирования функциональных свойств пророщенного зерна Avena sativa L.

Цельное зерно овса (Avena sativa. L.) , имеющий долгую историю потребления, является источником многих незаменимых нутриентов. Основные биологически активные вещества зерна овса включают – полифенольные соединения, фитоэстрогены, органические кислоты, стерины, витамины и минеральные вещества, что и определяет потенциальную эффективность использования в виде цельных злаков при разработке функциональных продуктов питания.

Технологии проращивания зерна в последние годы активно используются в производстве продуктов функционального и специализированного назначения. При этом многочисленными исследованиями доказано, что в процессе проращивания зерна создаются наблюдается накопление биологических веществ обладающих высокой степенью полезности для организма человека.

Интерес к зерну овса как к источнику полезных нутриентов для здорового питания человека сформировался давно, однако в последние годы наблюдается повышенный интерес к данной культуре за счет формирования новых сегментов продуктов питания, ярким примером являются растительные напитки на основе зерновых культур. В научной литературе появляются новые данные о диетических свойствах зерна овса, высоком содержании в нем полифенолов, особенно авенантрамидов, и отдельных флавоноидов, обладающих антиоксидантным действием [1–3, 6, 11].

Большую часть полифенолов овса составляют фенольные кислоты, в частности феруловая кислота, содержание которой более значительно чем п-гидроксибензойной и дигидроксибензойной кислот, а также кофейная, п-кумаровая, ванилиновая, синаповая, галловая и сиринговая кислоты.

Авенантрамиды представляют собой группу уникальных низкомолекулярных гидроксициннамоилантранилатных алкалоидов, обнаруженных только в овсе. В исследованиях на животных и людях сообщалось, что они обладают антипролиферативными, антиоксидантными, противовоспалительными и антиатерогенными свойствами [4–7, 10–13].

Среди флавоноидов овса наибольшим содержанием характеризуются кверцетин, апигенин, кемпферол и лютеолин – сильные антиоксиданты, обладающих выраженным полезным действием на организм человека.

Следует отметить, что в отличие от других злаков зерна овес имеет толстый слой клеточной стенки в субалейроновой области [7, 10, 15, 18] и содержание многих питательных веществ не равномерно распространено по эндосперму, а смещено в сторону алейронового слоя [8, 10–12], что в свою очередь, определяет необходимость поиска эффективных технологических решений для их использования при производстве пищевых продуктов.

В ходе проращивания происходят естественные биохимические процессы, во время которых синтезируемые ферменты способствуют разрушению многих сложных трудноусвояемых комплексов зерна, делая питательные вещества доступными для развития растения и способствуя, таким образом, интенсификации накопления значительного количества биологически активных соединений. Кроме того, пищевая ценность пророщенного овса в значительной степени повышается благодаря увеличению уровня доступности многих из этих соединений для организма человека.

Наиболее значительные изменения происходят в крахмале, который амилазами расщепляется до простых сахаров, однако степень изменений, зависит от различных условий прорастания, прежде всего температуры, влажности, продолжительности процессов замачивания и проращивания [6, 14–18].

В процессе прорастания эндогенные ферменты синтезируются или активируются в отношении разложения крахмала, накопления редуцирующих сахаров, растворимых сахаров, олигосахаридов и других веществ. Исследования Сей и др. показали, что общая активность амилазы овса при проращивании увеличивается [7, 9, 10, 18].

В то же время в процессе синтеза новых соединений может снижаться концентрация некоторых ингибиторов питательных веществ, в частности фитиновая кислота гидролизуется за счет повышения активности фитазы, что в свою очередь способствует высвобождению фосфата, инозита и минеральных веществ [7–8, 10, 17, 18].

Изменение количества и состава полифе-нольных веществ при проращивании овса может привести к значительным изменениям его антиоксидантных свойств, поэтому в рамках реального производства, важное значение приобретает поиск интенсификации процессов проращивания зерна и создание условий, наиболее благоприятных для активации накопления биоактивных соединений.

Цель работы – оценка влияния процесса прорастания на накопление полифенолов, флавоноидов и изменение антиоксидантных свойств зерна овса.

Материалы и методы

Объектами исследования являлось зерно овса непророщенное и пророщенное при различных условиях. Технология проращивания заключались в предварительной выдержке зерна в воде в течение 24 часов и последующем проращивании на воздухе в течение 24 и 48 часов.

Подготовка воды для выдержки зерна перед проращиванием заключалась в ее ультразвуковой обработке комбинацией вариантов по мощности (189, 252 и 315 Вт соответственно 30; 40; 50% от паспортного значения мощности прибора) и времени обработки (1, 2 и 3 минуты).

Для обработки использовали ультразвуковой низкочастотный генератор «Волна-Л» (модель УЗТА – 0,63/22-ОЛ) с рабочим элементом погружного типа. Воздействие осуществлялось низкочастотным ультразвуком: частота – (22 ± 1,65) кГц, интенсивность – не менее 10 Вт/см².

Обработке в указанных режимах (при различной мощности и времени воздействия) подвергалась вода при постоянном перемешивании и контроле температуры в системе не выше (40 ± 5) °C, затем в обработанную воду вносили зерно овса и оставляли на 24 часа на вымачивание. Затем зерно извлекали и оставляли на проращивание на воздухе в течение одних и двух суток.

Таким образом, получены следующие образцы исследования:

Контроль – овес непророщенный сорта «Эффектив»;

Образцы 1 и 2 – овес, выдержанный сутки в воде без ультразвуковой обработки, и затем пророщенный в течение 24 и 48 часов соответственно;

Образцы 3–5 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 189 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 24 часов;

Образцы 6–8 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 189 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 48 часов;

Образцы 9–11 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 252 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 24 часов;

Образцы 12–14 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 252 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 48 часов;

Образцы 15–17 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 315 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 24 часов;

Образцы 18–20 – овес, выдержанный сутки в воде, предварительно обработанной УЗ мощностью 315 Вт в течение 1, 2 и 3 минут соответственно, и затем пророщенный в течение 48 часов.

В исследуемых образцах определяли следующие показатели:

─ общую антиоксидантную емкость. Определяли методом DPPH (мг TEAC/г) по модификации [19]. Использовали раствор 2,2 – дифенил-1-пикрилгид-разила (DPPH) (0,025 г. DPPH в 100 мл этанола). 0,5 мл экстракта исследуемых веществ смешивали с 3,6 мл раствора DPPH, инкубировали в темноте в течение 30 мин.

Поглощение измеряли с использованием спектрофотометра при 515 нм. В качестве стандарта использовали Trolox (6-гидрокси-2,5,7,8-тетраме-тилхроман-2-карбоновая кислота), результаты выражали в тролокс-эквивалентах антиоксидантной емкости (мг TEAC/г).

─содержание фенольных кислот. Определяли по методу Farmakopea. Для этого 0,5 мл экстракта образца смешивали с 0,5 мл 0,5 н. соляной кислоты, 0,5 мл 1 н. гидроксида натрия и 0,5 мл дистиллированной воды.

Поглощение определяли при 490 нм с использованием спектрофотометра. В качестве стандарта использовали кофейную кислоту, результаты выражали эквивалентно кофейной кислоте (мг CAE/г).

─содержание полифенольных соединений определяли по методу Синглтона с использованием реактива Фолина – Чокальтеу. Для этого 0,1 мл экстракта образца смешивали с 0,1 мл реактива Фолина – Чокальтеу, 1 мл 20% (мас/об.) карбоната натрия и 8,8 мл дистиллированной воды. Через 30 мин выдерживания в темноте определяли поглощение при 700 нм с использованием спектрофотометра. В качестве стандарта использовали галловую кислоту, результаты выражали в эквивалентах галловой кислоты (мг СAE/г).

Результаты и обсуждение

На первом этапе сравнивались результаты по влиянию времени проращивания на накопление активных веществ в зерновой массе и значения общей антиоксидантной емкости (рисунок 1).

АОА (DPPH)

3,5

2,5

Фенольные кислоты Phenolic acids

Полифенолы Polyphenols

Контроль (овес непророщенный) | Control (unsprouted oats)

Овес/ сутки проращивание/ без УЗ | Oats / day germination / without ultrasound

Овес/ 2 суток проращивание/ без УЗ | Oats / 2 days germination / without ultrasound

Рисунок 1. Соотношение содержания полифенолов, фенольных кислот и общей антиоксидантной емкости в образцах зерна Avena sativa L . при проращивании

Figure 1. The ratio of polyphenols, phenolic acids and total antioxidant capacity in Avena sativa L. while sprouting

Отмечается активное накопление полифенолов в зерне уже в первые сутки проращивания, массовая доля по сравнению с непророщенным образцом выше на 183%. Фенольные кислоты увеличиваются в зерне на вторые сутки проращивания, доля их на этот период превышала долю в непророщенном зерне на 33,14%.

В целом антиоксидантная активность возрастает на первые и вторые сутки проращивания на 34,3 и 41,2% соответственно. Аналогичный результат наблюдали Кауковирта-Норя и Скоглунд при исследовании влияния процессов замачивания и проращивания на повышение уровня авентрамидов в зерновой массе [7, 14–17].

Анализ результатов оценки содержания полифенолов и фенольных кислот в контрольном образце и образцах 1 и 2 показал значительные колебания по количеству указанных веществ (рисунок 2). Наиболее активно накапливаются полифенольные вещества в образцах Avena sativa L ., выдержанных предварительно в воде, обработанной ультразвуком мощностью 315 Вт в течение 2 минут, количество их составило при данном режиме обработки 2,811 мг CAE/г, что превысило значения для контрольного образца в 4,64 раза.

Рисунок 2. Содержание полифенолов и фенольных кислот в образцах зерна Avena sativa L ., пророщенных при различных условиях

Figure 2. Polyphenols and phenolic acids content in Avena sativa L . samples sprouted in various conditions.

Наиболее высокие значения общей антиоксидантной емкости установлены в образце овса, выдержанном в воде, обработанной ультразвуком мощностью 252 Вт в течение 2 минут, с последующим проращиванием в течение суток. При этих условиях антиоксидантная емкость составила 2,28 мг ТЕАС/г, что превышает значение, установленные для непророщенного зерна в два раза.

Математическая обработка на основе регрессионного анализа данных позволила установить зависимость, адекватно описывающую изменение показателя антиоксидантной емкости зерна при варьировании режимов ультразвуковой обработки воды, используемой для выдержки его перед проращиванием (рисунок 3).

Рисунок 3. Результаты моделирования процесса проращивания зерна Avena sativa L . в воде, обработанной ультразвуком y = -1,302×10 ^-5 х 1 ² – 0,322х 2 ² – 9,127×10 ^-4 х 1 х 2 + 0,012х 1 + 1,518х 2 – 1,522

Figure 3. The results of Avena sativa L. sprouting modelling in water treated with ultrasound

Математическая обработка результатов позволила установить оптимальный режим ультразвуковой обработки воды для проращивания, который с учетом физического смысла величин составил – 400 Вт в течение 2 минут, общая антиоксидантная емкость при этом составит 2,254 мг TEAC/г.

Заключение

Можно отметить большой интерес в научных исследованиях к зерновым продуктам, их полезности в качестве продуктов питания, а также к проращиванию зерна, как одному из способов интенсификации синтеза полезных соединений и повышению их биодоступности.

В последние годы наблюдается значительный рост потребления овса, что обусловлено высоким содержанием в нем полифенолов, особенно авенантрамидов, и отдельных флавоноидов, обладающих антиоксидантным действием. Научные исследования направлены на поиск путей активизации их накопления и повышению биодоступности для организма.

Проведенные нами исследования доказывают целесообразность применения ультразвукового воздействия в качестве интенсифицирующего фактора при проращивании зерна, и являются основой для дальнейших исследований.