Антиоксидантная активность in vitro пряностей, используемых в питании человека

• Анна Викторовна Борисова
• Надежда Викторовна Макарова

Резюме

Пряности являются традиционным ингредиентом питания, содержащим антиоксиданты фенольной природы и другие фитонутриенты. Проанализировано 3 вида свежей зелени (укроп, петрушка, базилик), 2 вида лука, 11 видов сушеных пряностей (плоды ванили, молотая кора корицы, молотые плоды кардамона, молотый корень имбиря, молотый корень куркумы, семена мускатного ореха, молотая сушеная трава базилика, молотая сушеная трава майорана, молотая сушеная трава тимьяна, молотые плоды перца черного, листья лаврового листа).

Ключевые слова:антиоксидантная активность in vitro, пряности, фенольные вещества, окислительный стресс

Особенно широко изученным классом антиоксидантов являются фенольные соединения, называемые также флавоноидами [1-4]. Фенольные вещества относятся к группе вторичных метаболитов растений, содержащих в своем составе ароматическое кольцо и гидроксильную группу. Они участвуют в процессах дыхания, фотосинтеза, формирования клеточных стенок, трансдукции энергии света, адаптации и защиты растений от стрессовых воздействий, а также являются запасными соединениями. Фенольные соединения синтезируются только растениями, а человек и животные вынуждены получать эти микронутриенты только с растительной пищей. Растительным полифенолам свойственна высокая биологическая активность, и они все более успешно используются в медицине и фармакологии в качестве веществ, обладающих нейрорегуляторной, биостатической, иммуномодулирующей и противоопухолевой активностью [1, 5]. Высказывается предположение, что фенольные вещества способны предотвращать возникновение и развитие раковых и сердечно-сосудистых заболеваний, процессов преждевременного старения, вызываемых окислительным стрессом [6, 7].

Фенольные кислоты являются важнейшим классом фенольных веществ. Такие кислоты, как кофеиновая, феруловая, протокатеховая, ванилиновая, п-кумаровая, п-гидроксибензойная, галловая, хлорогеновая, обнаружены в различных фруктах и овощах [2, 8-10].

S. Dragland с сотрудниками исследовали химический состав пряностей и выяснили, что многие травы содержат больше фенольных веществ по сравнению с большинством фруктов, ягод и овощей. Из изученных высушенных пряностей орегано, шалфей, перечная мята, садовый тимьян и лимонный базилик содержали очень высокие концентрации антиоксидантов в пределах 75-138 ммоль/100 г; сладкий майоран, анис - в пределах 23-56 ммоль/100 г, кориандр - 1-18 ммоль/100 г [11].

Добавление в пищевые продукты пряностей (различные высушенные части растений: листья, корни, стебли, цветы, плоды, семена) придает интенсивный и характерный аромат свежим и готовым продуктам, вносит натуральные антиоксиданты. Положительное действие пряности в малых дозах оказывают на пищеварительный процесс. Придаваемый блюду тонкий индивидуальный аромат, характерный для каждой пряности, вызывает аппетит и помогает при дальнейшем переваривании пищи [12]. Пряности играют также важную роль при консервировании пищевых продуктов и продлении их срока годности. Установлено, что использование при приготовлении блюд пряностей, обладающих антиокислительными свойствами, снижает степень разрушения β-каротина [13].

Пряности как антиоксидантная добавка к пище могут применяться как в натуральном виде, так и в виде экстрактов и эфирных масел. Эфирные масла, полученные из гвоздики, корицы, мускатного ореха, базилика, душицы, тимьяна, проявляют противорадикальную активность в следующем порядке: гвоздичное >> коричное >> мускатное > базиликовое, орегановое >> тимьянное.

При нагревании до 180 °С мускатное масло проявляет значительно более высокую противорадикальную активность, но при этом изменяется химический состав самого масла. Все изученные эфирные масла защищали α-токоферол, находящийся в оливковом масле первого холодного отжима, от термической окислительной деструкции. Их активность уменьшается в следующем порядке: гвоздичное > тимьянное, коричное > базиликовое >> орегановое > мускатное [14]. Авторы сделали вывод, что все изученные масла могут эффективно применяться как антиоксиданты для контроля окисления липидов в пищевой промышленности.

Химический состав пряностей достаточно разнообразен. Так, исследование эфирного масла из черного перца [15] методом масс-спектрометрии показало, что основными компонентами масла являются кариофиллен (29,9%), лимонен (13,2%), β-пинен (7,9%), сабинен (5,9%). Идентификация фенольных соединений 19 видов наиболее употребляемых в Китае пряностей (имбирь, сычуаньский перец, лавровый лист, корица, фенхель, кумин, мускатный орех, анис, горчица, перец чили, куркума и др.) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [16] выявила наличие галловой кислоты, протокатеховой, хлорогеновой, кофейной кислоты, катехина, п-кумаровой, феруловой кислоты, рутина, нарингенина, нарингина, кверцетина, лютеолина, аригенина, каэмпферола, гесперидина, изорамнетина, галангина. Преобладающими в экстрактах всех исследованных пряностей были хлорогеновая кислота и рутин, наибольшей антиокислительной активностью (по методам DPPH, ABTS, FRAP) обладали имбирь и лавровый лист, содержащие максимальное количество фенольных соединений.

К преимуществам пряностей как антиоксидантных добавок к пищевым продуктам можно отнести и хорошую устойчивость их противоокислительных свойств при нагревании и изменении рН, что особенно важно при приготовлении пищевых продуктов с пряностями.

Исследования устойчивости экстрактов базилика и имбиря [17] показали, что экстракты устойчивы при повышенной температуре. Изменение рН сильнее влияет на сохранность противоокислительных свойств: экстракт базилика сохраняет устойчивость как в нейтральной, так и в кислой среде, а экстракт имбиря менее устойчив при пониженном рН.

Цель данной работы - изучение содержания фенольных веществ и флавоноидов, антиоксидантных свойств и сравнительная характеристика различных видов пряностей и пряных трав, реализуемых в торговой сети.

Материал и методы

В работе были исследованы следующие пряные травы и пряности: трава укропа сорта Обыкновенный (Anethum graveolens), петрушки сорта Обыкновенная (Petroselinum vulgare), базилика сорта Священный (Ocimum sanctum), луковицы лука (Аllium cеpa) сортов Ред Барон и Стригуновский из частного приусадебного хозяйства А.Ф. Шматова (Хворостянский район Самарской области); пряности торговой марки "Волшебное дерево": плоды ванили (Vanilla planifolia), молотая кора корицы (Cinnamomum verum), молотые плоды кардамона (Elettaria cardamomum), молотый корень имбиря (Zingiber officinale), молотый корень куркумы (Curcuma longa), семена мускатного ореха (Myristica fragrans), молотая сушеная трава базилика (Ocimum sanctum), молотая сушеная трава майорана (Origanum majorana), молотая сушеная трава тимьяна (Thymus serpyllum), молотые плоды перца черного (Piper nigrum), листья лаврового листа (Laurus nobilis).

Общее содержание фенольных веществ определяли колориметрическим методом [18] с помощью реактива Фолина-Чокальтеу. Методика основана на окислении фенольных групп спиртового экстракта исследуемого образца (2 г исследуемого образца экстрагируется 50% этанолом при 36 °С в течение 2 ч) реактивом Фолина-Чокальтеу в среде насыщенного карбоната натрия. Реакция протекает при температуре 20 °С в течение 30 мин, после чего измеряли коэффициент пропускания при 725 нм на УФ-спектрофотометре "Evolution 201" ("Thermo", США). Общее содержание фенольных веществ определяли по калибровочной кривой и выражали в мг галловой кислоты на 100 г исходного сырья (обозначено далее - ФВ, мг ГК/100 г ИС).

Общее содержание флавоноидов измеряли колориметрическим методом по интенсивности протекания реакции с растворами нитрита натрия и хлорида алюминия [19]. Коэффициент пропускания определяли при длине волны 510 нм. Общее содержание флавоноидов определяли по калибровочной кривой и выражали в мг катехина на 100 г исходного сырья (далее - Фл, мг К/100 г ИС).

Содержание β-каротина [17] определяли колориметрическим методом. Измеряли коэффициент пропускания спиртового экстракта исследуемого образца при 470 нм.

Содержание β-каротина определяли по калибровочной кривой и выражали в мг β-каротина на 100 г исходного сырья (далее - β, мг/100 г ИС).

Антирадикальную активность определяли по методу DPPH [18]. Методика основана на способности антиоксидантов исходного сырья связывать стабильный хромоген-радикал 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил (DPPH).

Реакция протекала в течение 30 мин в темноте при температуре 20 °С, после чего определяли коэффициент пропускания при 517 нм. Антирадикальную активность выражали в виде концентрации исходного экстракта в мг/мл, при которой происходило связывание 50% радикалов (далее - АРА, Е_С50, мг/мл).

Восстанавливающую способность изучаемых объектов определяли по методу FRAP [20], основанному на способности активных веществ восстанавливать трехвалентное железо. Реакция исходного спиртового экстракта с FRAP-реагентом (2,4,6-трипиридил-5-триазином) протекает при 37 °С в течение 4 мин. Коэффициент пропускания измеряли при длине волны 593 нм.

Восстанавливающую способность определяли по калибровочному графику и выражали в ммоль Fe₂₊/1 кг исходного сырья (далее - ВС, ммоль Fе₂₊/1 кг ИС).

Антиокислительную активность образцов определяли в системе линолевой кислоты [21]. Методика основана на способности антиоксидантов изучаемого сырья ингибировать процессы окисления линолевой кислоты при условиях, приближенных к состоянию в живой клетке. Процесс проводили в модельной системе при температуре 40 °С при рН 7,0 в течение 120 ч, после чего измеряли степень окисления по образованию гидроперекисей, реагирующих с растворами NH₄SCN и FeCl₂ в НС1, при длине волны 500 нм. Антиоксидантную активность выражали в процентах ингибирования окисления линолевой кислоты (далее - АОА, % инг.).

Опыты проводили в трехкратном повторе. Предельные отклонения от среднего рассчитывали с помощью программы MS Excel 2007. Относительная погрешность методов рассчитана в работах [17-21].

Результаты и обсуждение

При изучении химического состава и антиоксидантных свойств зелени укропа, петрушки, базилика, лука с фиолетовой и белой мякотью, 11 видов пряностей были получены данные, представленные в таблице.

Анализ данных показывает, что наибольшим содержанием фенольных веществ среди изученных пряных трав и лука отличается зелень укропа обыкновенного, а наименьшим - лук сорта Стригуновский. Содержание фенольных веществ в экстракте лука сорта Ред Барон ниже, чем в зелени, но выше, чем в луке сорта Стригуновский.

Самым высоким содержанием флавоноидов среди пряных трав отличается экстракт базилика священного, а меньшим - лук сорта Стригуновский.

Наибольшей антирадикальной активностью среди изученных пряных трав обладают укроп обыкновенный и базилик священный, а наименьшей - лук сорта Стригуновский.

Противоокислительные свойства наиболее выражены у экстракта петрушки (ингибирует окисление линолевой кислоты в системе на 74,6%). Высокие антиокислительные свойства также проявлены экстрактами укропа, лука красного сорта Ред Барон и желтого сорта Стригуновский (>50%). Антиокислительная активность менее 50% обнаружена у экстракта базилика священного.

По способности проявлять восстанавливающую способность в отношении ионов железа значимо отличается экстракт базилика священного. Меньшую восстанавливающую способность проявляют экстракты лука сорта Стригуновский, петрушки обыкновенной и лука сорта Ред Барон.

Наибольшей способностью улавливать свободный радикал DPPH обладают майоран, а также тимьян, базилик и корица, а наименьшей - кардамон. По показателю восстанавливающей способности отличаются следующие пряности: куркума, имбирь сушеный и лавровый лист. Антиокислительная активность в системе линолевой кислоты выше всего у экстрактов имбиря, а также кардамона и ванили.

Значительное превышение показателей антиоксидантных свойств сушеных пряностей по сравнению со свежими, на наш взгляд, объясняется тем, что в высушенном состоянии происходит концентрация фенольных веществ и флавоноидов. При практически полном отсутствии влаги в материале прекращаются или сильно замедляются процессы метаболизма фенольных веществ, которые активно протекают в свежих пряностях и луке при хранении. При метаболизме фенольные вещества, флавоноиды расходуются в окислительных реакциях и уменьшают общий антиоксидантный потенциал растения.

Таким образом, исследования антиоксидантной активности в модельных экспериментах in vitro пряных трав, лука и сушеных пряностей показали, что данные группы объектов содержат фенольные вещества, флавоноидов, обладают высокими противорадикальными, противоокислительными и восстанавливающими свойствами. Это может свидетельствовать о благоприятной роли в питании человека пряных трав, лука и пряностей. Однако при практическом применении пряностей их антиоксидантное действие может быть как усилено за счет синергизма с другими антиоксидантами и ферментными комплексами, так и ослаблено, причем возможно проявление прооксидантного эффекта.

Так, в работе Beddows и соавт. [22] была испытана способность экстрактов некоторых трав и пряностей (розмарина, тимьяна, куркумы, шалфея, орегано и тмина в дозе 200 мг/100 г) поддерживать сохранность токоферола в подсолнечном масле при нагревании до 85-100 °С.

Экстракты всех перечисленных растений замедляли окислительную порчу и оказывали защитный эффект на витамин Е. Однако при снижении концентрации в 2 раза экстракты кардамона и кориандра проявляли прооксидантный эффект. Поэтому требуется дополнительное изучение данных видов пряностей в различных пищевых системах для более точного прогнозирования качества пищевых продуктов, произведенных с их использованием [23].

Литература

1. Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты: сборник статей / под ред. Н.В. Загоскиной, Е.Б. Бурлаковой; Ин-т физиологии растений РАН. М. : Научный мир, 2010. 400 с.

2. Дубцова Г.Н., Негматуллоева Р.Н., Бессонов В.В., Байков В.Г. и др. Состав и содержание биологически активных веществ в плодах шиповника // Вопр. питания. 2012. № 6. С. 84-88.

3. Тутельян В.А., Лашнева Н.В. Биологически активные вещества растительного происхождения. Флавонолы и флавоны: распространенность, пищевые источники, потребление // Вопр. питания. 2013. № 1. С. 4-22.

4. Chaudhuri S., Pahari B., Sengupta P.K. Binding of the bioflavonoid robinetin with model membranes and hemoglobin: Inhibition of lipid peroxidation and protein glycosylation // J. Photochem. Photobiol . B. 2010. Vol. 98, N 1. P. 12-19.

5. Blech J. Dunger furs Gehirn // Spiegel. 2008. Vol. 52. P. 112-114.

6. Isnardy B., Brandstetter S., Elmadfa I. Ernahrungsphysiologische Qualitat von Gewurzen // Ernahrung/Nutrition. 2009. Vol. 33, N 9. P. 362-363.

7. Jungbauer A., Medjakovic S. Phytoostrogene in der Nahrung //Ernahrung/Nutrition. 2005. Vol. 29, N 10. P. 406-424.

8. Benzie I.F.F., Choi S.-W. Antioxidants in food: content, measurement, significance, action, cautions, caveats, and research needs // Adv. Food Nutr. Res. 2014. Vol. 71, N 1. P. 1-53.

9. Mattila P., Hellstrom P., Torronen R. Phenolic acids in berries, fruits, and beverages // J. Agric. Food Chem. 2006. Vol. 54, N 19. P. 7193-7199.

10. Wu J., Gao H., Zhao L., Liao X. et al. Chemical compositional characterization of some apple cultivars // Food Chemistry. 2007. Vol. 103, N 1. P. 88-93.

11. Bielenberg J. Gewurze und Heilkrauter als wichtige Quelle von Antioxidanzien // Arztezeitschrift Naturheilverfahren. 2006. Vol. 47, N 4. P. 219-222.

12. Reiner F. Sekundare pflanzenstoffe bei terminaler niereninsuffizienz // J. Med. 2006. Vol 3. P. 24-28.

13. Gayathri G.N., Platel K., Prakash J., Srinivasan K. Influence of antioxidant spices on the retention of β-carotene in vegetables during domestic cooking processes // Food Chemistry. 2004. Vol. 84, N 1. P. 35-43.

14. Tomaino A., Cimino F., Zimbalatti V., Venuti V. et al. Influence oh heating on antioxidant activity and the chemical composition of some spice essential oils // Food Chemistry. 2005. Vol. 89, N 4. P. 549-554.

15. Kapoor I.P.S., Singh B., Singh G., De Heluani C.S. et al. Chemistry and in vitro antioxidant activity of volatile oil and oleoresins of black pepper (Piper nigrum) // J. Agric. Food Chem. 2009. Vol. 57, N 12. P. 5358-5364.

16. Lu M., Yuan B., Zeng M., Chen J. Antioxidant capacity and major phenolic compounds of spices commonly consumed in China // Food Res. Int. 2011. Vol. 44, N 2. P. 530-536.

17. Junachote T., Berghofer E. Antioxidative properties and stability of ethanolic extracts of Holy basil and Galangar // Food Chemistry. 2005. Vol. 92, N 2. P. 193-202.

18. Sun T., Simon P.W., Tanumihardjo S.A. Antioxidant phytochemicals and antioxidant capacity of biofortified carrots (Daucus carota L.) of various colors // J. Agric. Food Chem. 2009. Vol. 57, N 10. P. 4142-4147.

19. Skerget M., Kotnik P., Hadolin M., Rizner Hras A. et al. Phenols, proanthocyanidins, flavones and flavonols in some plant materials and their antioxidant activities // Food Chemistry. 2005. Vol. 89, N 2. P. 191-198.

20. Chvatalova K., Slaninova I., Brezinova L., Slanina J. Influence of dietary phenolic acids on redox status of iron: ferrous iron autoxidation and ferric iron reduction // Food Chemistry. 2008. Vol. 106, N 2. P. 650-660.

21. Zin Z.M., Hamid A.A., Osman A., Saari N. Antioxidative activities of chromatographic fractions obtained from root, fruit and leaf of Mengkudu (Morinda citrifolia L.) // Food Chemistry. 2006. Vol. 94, N 2. P. 169-178.

22. Beddows C.G., Jagait C., Kelly M.J. Preservation of a-tocopherol in sunflower oil by herbs and spices // Int. J. Food Sci. Nutr. 2000. Vol. 51. P. 327-339.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)