Оценка антиоксидантной активности свежих яблок разных помологических сортов после обработки ионизирующим излучением

Резюме

Введение на территории РФ в действие ГОСТ 33302-2015 "Продукция сельско­хозяйственная свежая. Руководство по облучению в целях фитосанитарной обработки", регламентирующего применение радиационной обработки для продления сроков годности и улучшения сохраняемости свежей сельскохозяйс­твенной продукции, требует от участников товарного рынка осмысления, в какой мере и при каких условиях данная технология позволит сохранить пище­вую ценность сельскохозяйственного сырья и отвечает требованиям безопас­ности в соответствии с Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 021/2011"О безопасности пищевых продуктов". В настоящее время отсутству­ет научно обоснованная регламентация доз облучения, которые позволили бы максимально сохранить пищевую ценность продукции, в том числе и антиоксидантную активность (АОА). Яблоки - самый доступный и широко распростра­ненный представитель плодовой продукции на потребительском рынке страны, отличающийся высоким содержанием антиоксидантов. Экспериментальный материал исследован ретроспективным методом. Для подтверждения факта облучения/необлучения осуществлена идентификация контрольных образцов яблок разных помологических сортов ("пинк леди", "гренни смит", "голден делишес", "глостер"), представленных на потребительском рынке, методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Результаты исследования под­тверждают, что содержание антиоксидантов обусловлено принадлежностью к определенному помологическому сорту и структурой самого плода (мякоть или сок без мякоти). АОА свежевыжатых (необработанных) соков в отличие от АОА собственно яблок имеет более низкие показатели и, соответственно, ниже для помологического сорта "пинк леди" на 13,8%, для сорта "гренни смит" - на 22,0%, для сорта "голден делишес" - на 22, 6%, для сорта "глостер" - на 23,0% соответственно. Исследовано влияние различных доз ионизирующего излучения на АОА свежих яблок потенциометрическим методом с использованием медиаторной системы K3[Fe(CN6)]/K4[Fe(CN6)]. Опытные образцы свежих яблок обрабатывали ионизирующим излучением с помощью линейного ускорителя электронов модели УЭЛР-10-10С2 дозами от 1 до 12 кГр. АОА опытных образцов свежих яблок помологического сорта "пинк леди" после облучения дозой 12 кГр по сравнению с необлученными образцами уменьшилась в 4,5 раза, в яблоках сорта "гренни смит" - в 2,9 раза, "голден делишес" и "глостер" - в 3,1 раза соответственно. При увеличении дозы облучения более 3 кГр происходит наибо­лее интенсивное уменьшение содержания антиоксидантов. Установлен высокий коэффициент корреляции между дозой облучения и содержанием антиоксидантов в опытных образцах яблок свежих разных помологических сортов - от 0,94 до 0,99. Полученные экспериментальные данные позволяют предложить ограничение дозы облучения до 3 кГр с целью сохранения антиоксидантного потенциала свежих яблок.

Ключевые слова:яблоки свежие, доза облучения, свободные радикалы, анти-оксиданты

Вопр. питания. 2018. Т. 87, № 3. С. 66-71. doi: 10.24411/0042-8833-2018-10033.

Избыточное накопление свободных радикалов в организме является одной из причин, вызыва­ющих преждевременное старение и развитие многих болезней человека. Концентрация свободных ради­калов в организме возрастает вследствие сниже­ния активности антиоксидантной системы человека, вызванного воздействием радиации, ультафиолетового (УФ) облучения, курения, алкоголя, лекарственных средств, постоянных стрессов и некачественного пи­тания [1].

В условиях урбанизации населения структура пище­вого рациона претерпевает существенные изменения и усиление дисбаланса макро- и микронутриентов раци­она, включая биологически активные вещества. Одним из важнейших компонентов адаптационного потенциала человека является система антиоксидантной защиты, которая находится в прямой зависимости от внешних факторов и в первую очередь от фактора питания [2]. Антиоксиданты являются природными или синтети­ческими веществами - ингибиторами окислительных процессов, происходящих в организме человека на кле­точном уровне, которые защищают мембрану клеток. Частично антиоксиданты вырабатываются в организме человека, частично поступают вместе с пищей. В этой связи правильное питание населения приобретает важ­нейшее социальное значение.

В соответствии с ГОСТ Р 52349-2005 "Продукты пи­щевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения" антиоксиданты как основной вид пребиотиков (наряду с ди- и трисахаридами, олиго- и поли­сахаридами, многоатомными спиртами, аминокислотами и пептидами, ферментами) обеспечивают при их сис­тематическом потреблении в составе пищевых продук­тов благоприятное воздействие на организм человека в результате повышения биологической активности нор­мальной микрофлоры кишечника.

Установлено, что растительные полисахариды (пектин, пектовая кислота) проявляют высокую биологическую активность [3], усиливая антиоксидантную активность (АОА) клеток и тканей за счет активации ферментных систем [4].

Потребление продуктов растительного происхожде­ния как источников комплекса антиоксидантов более эффективно, чем прием отдельных антиоксидантов, так как в этом случае достигается синергизм дейст­вия. Антиоксиданты, содержащиеся во фруктах, ово­щах и соках, играют важную роль для здоровья че­ловека [5]. Так, антиоксиданты яблок: аскорбиновая кислота, β-каротин, рутин, фенольные соединения -флавоноиды (кверцетин, процианидины, антоцианы, катехины, эпикатехины), хлорогеновая кислота, дубильные вещества, органические кислоты (яблочная, лимонная) -участвуют в основных физиологических процессах ор­ганизма человека [6-8].

В процессе хранения свежих яблок в результате ес­тественных физических, биохимических и химических процессов происходит ухудшение товарного вида, ак­тивизация окислительных процессов, гидролитический распад сложных органических соединений, что приво­дит к уменьшению содержания витаминов, органических кислот, дубильных веществ, флавоноидов. В процессе дыхания возможно увеличение температуры плодов, что способствует микробиологической порче. Яблоки также подвержены инфекционным заболеваниям, первичное заражение которыми происходит в основном на этапе вегетационного роста.

В общемировом масштабе потери свежих плодов и овощей составляют около половины всего выращен­ного урожая. Поэтому вопросы сохранности пищевых ресурсов играют большую роль. За рубежом апроби­рована и применяется технология обработки свежей сельскохозяйственной продукции ионизирующим излучением, позволяющая увеличивать сроки хранения в ре­зультате ингибирования фитопатогенной микрофлоры и задержки созревания плодов.

В Российской Федерации формируется националь­ная нормативная база по применению радиационной обработки пищевых продуктов. Так, с 2017 г. введен в действие ГОСТ 33302-2015 "Продукция сельскохо­зяйственная свежая. Руководство по облучению в целях фитосанитарной обработки", разрешающий применение радиационной обработки для продления сроков годности и лучшей сохраняемости свежей сельскохозяйственной продукции. Этот ГОСТ определяет типичный достаточно широкий диапазон поглощенных доз в пределах от 150 до 600 Гр, определяя возможность изменения указанных границ в зависимости от типа вредителей, подлежащих уничтожению, а также допустимой (без ухудшения ка­чества) дозы облучения для конкретного вида плодов с учетом сорта, региона произрастания, условий выра­щивания и сбора, времени от момента сбора до момента обработки ионизирующим излучением, но не регламен­тирует дозы облучения для каждого вида продукции, которые позволили бы максимально сохранить пищевую ценность сельскохозяйственной продукции.

Исследованиями [9-11] установлено, что оптималь­ные дозы облучения для сохранения пищевой ценности яблок находятся в пределах от 0,6 до 2 кГр. Показано, что эффективность обработки плодов и овощей при хра­нении в модифицированной газовой среде достигается после облучения дозой более 3 кГр [12].

Вместе с тем обработка свежих плодов ионизирую­щим излучением может привести к снижению пищевой ценности. При этом имеются данные об увеличении АОА при УФ-обработке яблок до 90 сут срока хранения [13].

С учетом имеющейся информации цель исследова­ний заключалась в изучении влияния разных доз облу­чения на содержание антиоксидантов в свежих яблоках разных помологических сортов.

Материал и методы

В качестве объекта исследования использованы яб­локи свежие разных помологических сортов: "пинк леди" (страна произрастания Республика Молдова), "гренни смит" (Республика Сербия), "голден делишес" (Азербайджанская Республика), "глостер" (Респуб­лика Сербия). Все исследуемые образцы представлены на потребительском рынке Екатеринбурга.

По каждому помологическому сорту были сформиро­ваны контрольные (необлученные) и опытные (облучен­ные разными дозами) группы образцов. В каждой группе было исследовано по 10 образцов.

Для установления факта облучения/необлучения кон­трольные образцы яблок были исследованы методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [14] со­гласно ГОСТ 31672-2012 "Продукты пищевые. Метод электронного парамагнитного резонанса для выявления радиационно-обработанных продуктов, содержащих целлюлозу" и ГОСТ 31652-2012 "Продукты пищевые. Метод электронного парамагнитного резонанса для выявления радиационно-обработанных продуктов, со­держащих кристаллический сахар" с использованием ЭПР-спектрометра серии Labrador Expert X-диапазона (НПО "Автоматика", РФ).

В ходе эксперимента исследуемые образцы опытных групп подвергали радиационной обработке линейным ускорителем электронов модели УЭЛР-10-10С2 в Цен­тре радиационной стерилизации ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина".

На следующем этапе определяли АОА яблок свежих до и после облучения потенциометрическим методом с помощью анализатора МПА-1 (ООО "Научно-произ­водственное внедренческое предприятие "ИВА"", РФ), в основу работы которого положен способ определения оксидантная активность/АОА в растворах с использова­нием медиаторной системы K3[Fe(CN6)]/K4[Fe(CN6)] [15]. АОА определяли по сдвигу потенциала как следствие изменения соотношения окисленной и восстановленной форм компонентов медиаторной системы.

Экспериментальный материал исследован ретрос­пективным методом. Исследования проводили в 5-крат­ной повторности. Результаты исследований обработаны методом вариационной статистики с использованием коэффициента Стьюдента.

Результаты и обсуждение

На I этапе опытным путем было установлено, что кон­трольные образцы всех помологических сортов яблок ранее не были облучены: отсутствовали характерные ЭПР-спектры при исследовании на ЭПР-спектрометре (см. рисунок).

В ходе исследования на следующем этапе опреде­ляли АОА контрольных образцов яблок разных помо­логических сортов, а также соковой продукции в виде сока свежевыжатого (необработанного), полученного из яблок контрольных образцов, путем добавления сока в электрохимическую ячейку анализатора, что приво­дило к изменению окислительно-восстановительного потенциала среды при взаимодействии антиоксидантов сока яблок с окисленным компонентом (K3[Fe(CN)6]) медиаторной системы.

По результатам полученных исследований установ­лено, что содержание антиоксидантов в яблоках поз­днего срока созревания зависит от сорта. Наиболее высокие показатели установлены в яблоках помоло­гического сорта "пинк леди" - 3,951±0,100 мМ-экв, наименьшее содержание - в яблоках помологического сорта "глостер" - 1,755±0,078 мМ-экв. Нами подтверж­дены ранее установленные факты существования оп­ределенной зависимости содержания антиоксидантов от сорта яблок [16-19]. Свежевыжатый (необработан­ный) сок отличается более низким содержанием антиоксидантов по сравнению с мякотью собственно яблок, что согласуется с данными литературы [20]. Наимень­шая разница по содержанию антиоксидантов в собс­твенно яблоках по сравнению со свежевыжатым соком установлена в помологическом сорте "пинк леди" (на 13,8%), который отличается изначально более высоким содержанием антиоксидантов, концентрация антиоксидантов соизмерима ниже в помологических сортах с изначально более низким содержанием антиоксидантов: в яблоках помологического сорта "гренни смит" -на 22,0%, в яблоках сорта "голден делишес" - на 22, 6%, в яблоках сорта "глостер" - на 23,0% (табл. 1).

В результате исследований АОА свежих яблок всех помологических сортов до и после облучения выявлено, что наибольшая АОА отмечена в необлученных образ­цах яблок.

Установлено, что с увеличением дозы облучения (с 3 до 12 кГр) статистически значимо снижается кон­центрация антиоксидантов в опытных образцах яблок всех помологических сортов: в яблоках сорта "пинк леди" - в 3 раза с высокой степенью корреляционной зависимости изменения АОА от дозы облучения, равной 0,94; в яблоках сорта "гренни смит" - в 2,3 раза (степень корреляции 0,98), в яблоках сорта "голден делишес" -в 2,4 раза (степень корреляции 0,99) и в яблоках сорта "глостер" - в 2,5 раза (степень корреляции 0,99) (р<0,05) (табл. 2).

Полученные результаты позволяют установить, что существует обратно пропорциональная связь между дозой облучения и концентрацией антиоксидантов в яблоках свежих разных помологических сортов. Интег­ральный показатель АОА учитывает общее содержание антиоксидантов, что согласуется с исследованиями ряда авторов [21]. Вероятностный процесс изменения АОА в облученных разными дозами яблок обусловлен сле­дующим: запущенный при облучении цепной свободнорадикальный процесс приводит к увеличению в об­лученных яблоках концентрации свободных радикалов. Антиоксиданты яблок, вступая во взаимодействие со свободными радикалами, ингибируют их воздействие, действуя по принципу поглотителей и уничтожая "лиш­ние" свободные радикалы с обрывом реакционных цепей: молекула антиоксиданта взаимодействует с ак­тивным радикалом и образуется малоактивный ради­кал, что и приводит к снижению АОА яблок.

Заключение

Анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы: подтверждены данные литературы о том, что содержание антиоксидантов различно в зави­симости от помологического сорта яблок, при этом полу­ченные результаты исследования АОА потенциометрическим методом сопоставимы с данными, полученными методом определения адсорбционной емкости по от­ношению к кислородным радикалам ("Oxygen Radical Absorption Capacity" - ORAC). Так, у яблок сорта "гренни смит" более высокие показатели - 3,951 мМ-экв при ис­следовании потенциометрическим методом и 2900 μTE/ 100 г при исследовании методом ORAC, у яблок сорта "голден делишенс" - более низкие показатели: соот­ветственно 1,927 мМ-экв и 2670 μTE/100г; АОА собс­твенно свежих яблок имеет более высокие показатели в отличие от свежевыжатых (необработанных) соков.

Опытным путем достоверно установлено, что обра­ботка ионизирующим облучением яблок свежих приво­дит к изменению АОА. Яблоки свежие сорта "пинк леди" с более высокой АОА в необлученных образцах более чувствительны к дозе облучения, что привело к резкому снижению содержания антиоксидантов в яблоках этого сорта (в отличие от других исследуемых помологичес­ких сортов) в 4,5 раза при облучении дозой 12 кГр по сравнению с необлученными образцами; наименьшее изменение АОА наблюдалось в сорте "гренни смит" -в 2,9 раза. Установлен высокий коэффициент корреля­ции между дозой облучения и содержанием антиоксидантов в образцах яблок свежих всех исследованных помологических сортов - от 0,94 до 0,99.

Проведенные исследования имеют важное теоре­тическое и практическое значение для формирова­ния банка данных оптимальных доз облучения све­жей сельскохозяйственной продукции и регламентации дозовой нагрузки. С целью сохранения антиоксидантного потенциала целесообразно ограничить дозу облучения яблок свежих до 3 кГр. Можно отметить, что с помощью потенциометрического метода установ­лена причинно-следственная связь между дозой облу­чения и АОА яблок свежих.

Литература

1. Шабров А.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. М. : Аввалон, 2003. 184с.

2. Тутельян В.А. О нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Вопр. питания. 2009. № 1. С. 5-14.

3. Сычев И.А., Калинкина О.В., Лаксаева Е.А. Биологическая актив­ность растительных полисахаридов // Рос. мед.-биол. вестн. им. акад. И.П. Павлова. 2009. № 4. С. 143-148.

4. Константинова Н. А., Соловьева Т.Ф., Беседнова Н.Н. и др. Фаго­цитоз стимулирующее действие полисахаридов, выделенных из культуры женьшеня // Антибиотики и химиотерапия. 1989. № 10 (34). С. 755-760.

5. Sardarodiyan M., Sani А.М. Natural antioxidants: sources, extraction and application in food systems // Nutr. Food Sci. 2016. Vol. 46, N 3. P. 363-373. doi: 10.1108/NFS-01-2016-0005.

6. Арзамасцев А.П., Шкарина Е.И., Максимова Т.В. и др. Оценка показателей антиоксидантной активности препаратов на осно­ве лекарственного растительного сырья // Хим.-фарм. журн. 1999. № 11. С. 17-20.

7. Симонова Н.В., Доровских В.А., Ли О.Н. и др. Коррекция окисли­тельного стресса природными антиоксидантами // Бюл. физио­логии и патологии дыхания. 2014. № 53. С. 84-88.

8. Чупахина Г.Н., Масленников П.В., Скрыпник Л.Н. и др. Антиоксидантные свойства культурных растений Калининградской области. Калининград : Балтийский федер. ун-т им. И. Канта, 2016. 145 с.

9. Безопасность и пищевая ценность облученной продукции. М. : Медицина, 1995. 209 с.

10. Moy J.H. Radurization and radicidation: fruits and vegetables // Preservation of Food by Ionizing Radiation / eds E.S. Josephson, M.S. Peterson. Boca Raton: CRC Press, 1983. Vol. 3. P. 83-108.

11. Romani R.J. Radiobiological parameters in the irradiation of fruits and vegetables // Adv. Food Res. 1996. Vol. 1. P. 57-103.

12. Петров А.Н., Шишкина Н.С., Карастоянова О.В. и др. Примене­ние ионизирующих излучений для оптимизации технологии холодильного хранения // Холодильная техника. 2015. № 11. C. 51-55.

13. Dias T.G., Boas A.C.V., Junqueira M.B.A. et al. Physicochemi-cal characterization, antioxidantactivity and total phenoliccontent in "Gala" apples subjected to different UV-Cradiationdoses // Acta Sci. Agron. 2017. Vol. 39, N 1. P. 67-73. doi: 10.4025/actasciagron. v39i1.30979.

14. Тимакова Р.Т., Романова А.С., Курдюмов А.В. и др. Оценка ради­ационной безопасности пищевых продуктов методом парамаг­нитного резонанса // Агропродовольственная политика России. 2016. № 9. С. 83-88.

15. Brainina Kh.Z., Ivanova A.V., Sharafutdinova E.N. et al. Potentiometry as a method of antioxidant activity investigation // Talanta. 2007. Vol. 71, N 1. P. 13-18.

16. Van der Sluis A.A., Dekker М., de Jageretal A. Activity and con­centration of polyphenolic antioxidants in apple: effect of cultivar, harvest year, and storage conditions // J. Agric. Food Chem. 2001. Vol. 49, N 8. P. 3606-3613.

17. Imeh U., Khokhar S. Distribuution of conjugated and free phenols in fruits: antioxidant activity and cultivar variations // J. Agric. Food Chem. 2002. Vol. 50, N 22. P. 6301-6306.

18. Karaman S., Tutem Е., Sozgen Baskan K. et al. Comparison of total antioxidant capacity and phenolic composition of some apple juices with combined HPLC-CUPRAC assay // Food Chem. 2010. Vol. 120, N 4. P. 1201-1209.

19. Быкова Т.О., Макарова Н.В., Азаров О.И. Химический состав и показатели антиоксидантной активности сортовых яблок Самарской области // Изв. вузов. Пищевая технология. 2016. № 2-3 (350-351). С. 21-24.

20. Валиулина Д.Ф. Биотехнология яблочного сока прямого отжи­ма функционального назначения: характеристика ресурсов, совершенствование технологии, свойства готовой продукции : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Самара, 2015.

21. Цюпко Т.Г., Петракова И.С., Бриленок Н.С. и др. Определение суммарного содержания антиоксидантов методом FRAP // Ана­литика и контроль. 2011. Т. 3, № 15. С. 287-298.