Известно, что отклонения в поступлении в организм биологически активных пищевых веществ непосредственно сказываются на его жизнедеятельности [11]. Для всесторонней оценки качества пищевых продуктов, помимо изучения общепринятых показателей, актуально определять их антиоксидантную активность (АОА), содержание прооксидантных факторов [10], а также концентрацию нерадиоактивных изотопов [4]. Такой подход позволит проводить сравнительный анализ и при необходимости обоснованную замену отдельных компонентов рациона питания с целью повышения эффективности алиментарной коррекции метаболических нарушений при различных патологических и особых физиологических состояниях. При этом ряд исследователей упускают из виду необходимость оценки содержания прооксидантных факторов, которые способны оказывать негативное воздействие на организм, поступая в составе некачественных пищевых продуктов, что обусловлено различной экологической загрязненностью некоторых географических регионов, а также спецификой возделывания сельскохозяйственных культур, применением специальных химических добавок для увеличения сроков их сохранности и тому подобными причинами. Вышесказанное может приводить к появлению у фитонутриентов прооксидантных свойств, поэтому систематическое поступление в организм таких пищевых веществ способно вызывать развитие дисбаланса в работе эндогенной прооксидантно-антиоксидантной системы и вести к уменьшению резервов системы неспецифической защиты организма [3].
Природные различия в содержании стабильных изотопов ряда биоэлементов (H, O, C, N, S) все чаще используются в биологии, экологии и медицине для изучения различных аспектов жизни человека и животных [15]. Это объясняется способностью определенных соотношений легких и тяжелых изотопов влиять на физиологическую активность организма и скорость метаболических процессов в тканях внутренних органов [2, 6, 7, 17], в том числе оказывать воздействие на частоту спонтанного возникновения мутаций в молекуле ДНК [20]. Существенное влияние на выраженность колебаний изотопного состава биологических жидкостей оказывают изменения в пищевом и питьевом рационах, что обусловлено процессами регуляции рынков сбыта сельскохозяйственной продукции. Последнее особенно актуально в условиях продолжающейся в настоящее время замены производителей пищевых продуктов из стран
Европейского союза на поставщиков из стран Азии и Южной Америки. Изменчивость концентрации стабильных изотопов может быть значительной даже у фруктов и овощей, выращенных в одной и той же стране, и определяется кроме региональных географических и климатических условий технологическими особенностями [14, 19, 23].
Учитывая вышеизложенное, целью работы стало изучение изотопного D/H состава и комплексная оценка АОА и прооксидантных свойств свежевыжатых соков из овощей и фруктов, выращенных в различных географических регионах и потребляемых населением Краснодара.
Материал и методы
Объектом исследования были свежевыжатые соки из овощей и фруктов, приобретенные в оптово-розничной сети города Краснодара, в количестве 10 проб для каждого изученного наименования. Всего были проанализированы показатели свежевыжатых соков из 8 видов овощей и фруктов от 28 производителей из 14 стран (Россия, Египет, Аргентина, ЮАР, Пакистан, США, Турция, Израиль, Азербайджан, Италия, Испания, Польша, Марокко, Нидерланды), что позволило провести сравнительный анализ изотопного D/H состава, изменения показателей АОА и содержания прооксидантных факторов в зависимости от географического региона происхождения продукции. Также исследовали изотопный D/H состав воды в ряде регионов юга России: из скважины г. Ессентуки (1, глубина 1500 м), из скважины 934 г. Горячий ключ (2, глубина 495 м), ледниковой воды (с горы Муcса-Ачитара, пос. Домбай) и воды, взятой из артезианской скважины (Краснодарский край, г. Краснодар, глубина 800 м).
Определение концентрации дейтерия (D) в свежевыжатых соках и воде проводили по методике [1] с помощью спектрометра ядерного магнитного резонанса "JEOL JNM-ECA" 400MHz ("Jeol", Япония) на базе Центра коллективного пользования "Диагностика структуры и свойств наноматериалов" ФГБОУ ВПО "Кубанский государственный университет" (Краснодар), при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-1568.2014.4. Концентрацию дейтерия в исследованных объектах выражали в соответствии с основным международным стандартом SMOW (Standard mean ocean water), содержание дейтерия которого, представленное в виде стандартного дельта-обозначения (δD, в промилле), составляет 0,0‰.
Определение суммарной АОА свежевыжатых соков проводили амперометрически с использованием анализатора антиоксидантной активности "Яуза-01-ААА" (ОАО НПО "Химавтоматика", РФ) по методике [13] (результаты выражали в нАхс).
Свежевыжатые соки непосредственно перед исследованием разводили в элюенте (2,2 мМ раствор H3PO4) в соотношении 1:100. Прооксидантные показатели оценивали по максимуму (МВХЛ) и площади вспышки хемилюминесценции (ПХЛ), индуцируемой внесением 0,3% пероксида водорода, которую определяли на хемилюминометре "Lum-5773" (МГУ, РФ) с использованием лицензионного программного обеспечения PowerGraph 3.3, при поддержке государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 1269).
Статистическую обработку данных осуществляли методами вариационной статистики с использование свободного программного обеспечения - системы статистического анализа R (R Development Core Team, 2008), достоверными считали различия при р<0,05.
Результаты и обсуждение
В ходе анализа полученных результатов было установлено, что наиболее существенные показатели АОА характерны для свежевыжатых соков из мандарина, апельсина, граната (табл. 1). Особенно стоит отметить высокие значения АОА у сока из граната одного из турецких производителей, которые в 2,1 и 5,8 раза превосходили аналогичные показатели соков из граната производителей из Израиля и Азербайджана (p<0,05). В то же время у одного сока из апельсинов, выращенных в Турции (2), показатели АОА превосходили подобные значения другого свежевыжатого сока из турецких апельсинов в 2,7 раза, что указывает на значимость не только климатогеографических факторов, но и существенную роль технологий получения растительной продукции, способной приводить к отличиям АОА одинаковых классов фитонутриентов в несколько раз, даже в пределах одного и того же региона их культивирования.
)
Необходимо указать, что не всегда имелась строгая корреляция между показателями АОА овощных и фруктовых соков и солнечной активностью, так, показатели АОА свежевыжатого сока из груши российского производства превосходили значения АОА у грушевых соков из плодов, полученных из Аргентины, ЮАР и США, соответственно на 21,1, 30,4 и 32,7% (p<0,05), что указывает на определенное влияние на АОА сока индивидуальных особенностей выращиваемого сорта.
Стоит отметить и тот факт, что АОА у соков из некоторых овощей была сопоставима или даже превышала антиоксидантный потенциал многих изученных фруктовых соков. Среди них можно выделить сок из томата (Марокко), АОА которого уступала только аналогичным значениям гранатового сока (Турция, см. табл. 1).
Кроме того, показатели АОА сока капусты польского происхождения были сравнимы, например, со значениями у фрешей из египетских апельсинов и пакистанских мандаринов. Для свежевыжатых соков из растительной продукции российского производства характерны показатели АОА, в целом сопоставимые с параметрами АОА соков из овощей и фруктов, выращенных за рубежом.
В ряде случаев, прежде всего у соков из овощных культур, показатели АОА отечественных соков превосходили в десятки раз значения АОА фрешей из продукции некоторых импортных поставщиков, в том числе АОА сока из капусты российского производства была в 7,6 раза выше АОА сока из капусты голландских производителей.
При оценке прооксидантных свойств свежевыжатых соков следует отметить практически полное отсутствие факторов с прооксидантной направленностью только у 36% изученных соков (показатели МВХЛ и ПХЛ менее 0,1%), в том числе у грушевого и яблочного соков из продукции российского производства (см. табл. 1). Обращает на себя внимание существенное содержание прооксидантов в свежевыжатых соках, нередко отличающихся при этом достаточно высокими показателями АОА: сок граната (Турция), соки из капусты (Россия, Польша), томатов (Россия, Турция, Марокко), что может косвенно указывать на использование специальных технологий выращивания таких овощей и фруктов с применением препаратов, направленных, например, на ускорение их созревания, но вместе с тем способных вызывать развитие дисбаланса в работе прооксидантно-антиоксидантной системы. МВХЛ и ПХЛ овощных соков в большинстве случаев в разы превышали аналогичные показатели фрешей из фруктов. Следует отметить, что ПХЛ у сока из картофеля, выращенного в России, была на 103,1 и 115,2% ниже, чем у соков, полученных соответственно из картофеля израильского и египетского производства (p<0,05).
В целом полученные данные о показателях хемилюминесценции свежеотжатых соков косвенно указывают на более высокую химическую безопасность, подтверждаемую меньшим содержанием соединений, способных индуцировать свободнорадикальное окисление, и, следовательно, лучшими экологическими показателями [8] отдельных отечественных овощей (картофель) и фруктов (груша, яблоко) в сравнении с рядом аналогичных импортных продуктов растительной природы. При этом невысокая АОА пищевых продуктов и повышенные показатели прооксидантных факторов могут вызывать развитие алиментарнозависимых заболеваний, ухудшая состояние здоровья населения [12]. Данные литературы о количественном содержании в разнообразных видах пищи растительного происхождения индивидуальных соединений с антиоксидантными свойствами или суммарных показателей АОА фитонутриентов нередко существенно различаются, что объясняется различиями географических районов произрастания овощей и фруктов, климатическими условиями, особенностями хранения и транспортировки их к потребителю и прочими факторами.
При изучении изотопного состава свежевыжатых соков установлено, что самое высокое содержание дейтерия было в грушевом соке (Аргентина), тогда как наименьшая концентрация дейтерия отмечена у сока из картофеля египетского производства (см. табл. 1). При этом практически отсутствовали различия в изотопном D/H составе у соков из томата, граната и апельсинов турецких производителей: диапазон изменений концентрации дейтерия у них составил от -221 до -214‰, что указывает на сходные климатические условия и технологии выращивания растительной продукции в этой стране. Кроме того, полученные данные, прежде всего для соков из овощей и фруктов турецких производителей, позволяют рекомендовать изотопные D/H исследования для альтернативного подтверждения их географического происхождения совместно с изучением концентрации других стабильных изотопов, и в первую очередь тяжелых нерадиоактивных изотопов кислорода (17О, 18О [21]).
Корреляционный анализ не выявил достоверных взаимосвязей между показателями АОА и содержанием дейтерия в продукции растительного происхождения.
Достаточно значительные колебания по содержанию дейтерия отмечены у соков из овощей и фруктов, выращенных в Египте (δD соков составила от -358 до -175‰), Польше (δD соков составила -354 до -180‰) и России (δD соков составила -323 до -186‰). Последнее может быть связано с особенностями производства, в том числе используемыми источниками воды для орошения растительных культур в этих регионах. В связи с этим для подтверждения такого предположения был исследован изотопный D/H состав в пробах воды из различных регионов юга России (табл. 2).
)
При этом установлено, что в зависимости от источника воды соотношение легких и тяжелых нерадиоактивных изотопов водорода может значительно отличаться в разных географических регионах, особенно существенные различия выявлены между ледниковой водой и водой, полученной из скважин (ΔδD составила от 103 до 128‰). Поэтому изменение содержание дейтерия в продукции растительного происхождения будет зависеть и от источника водоснабжения (поверхностный или подземный), с помощью которого осуществляется орошение растительных культур. Также определенное влияние на колебание концентрации дейтерия в растениях способны оказывать климатические факторы, прежде всего атмосферные осадки, обеспечивающие формирование специфического гидрологического режима на каждой территории.
Необходимо отметить, что существенно более низкое содержание дейтерия выявлено в свежевыжатых соках из картофеля и капусты пр сравнению с другими фруктовыми и овощными соками.
В ряде работ ранее были представлены данные о способности сниженных концентраций дейтерия в крови и тканях внутренних органов изменять функциональную активность системы неспецифической защиты [5, 9, 18], поэтому потребление пищевых продуктов и воды с более низким уровнем дейтерия может повышать неспецифическую резистентность организма. В связи с этим определение изотопного D/H состава фитонутриентов, наряду с оценкой их АОА и уровня прооксидантных факторов, является дополнительным критерием качества изготавливаемой пищевой продукции растительного происхождения. Все это позволяет рассмотреть в перспективе возможности применения данных по исследованию изотопного состава пищевых продуктов, например, для идентификации производителя или при разработке нормативов потребления пищевых продуктов с различным изотопным составом [16, 22].
Заключение
Таким образом, комплексная оценка АОА и прооксидантных свойств фруктовых и овощных соков позволит не только определять наличие у них потенциально полезных эффектов, но и вести косвенную оценку химической безопасности и качества производимой продукции. В ходе исследования показано, что АОА отечественных яблок и груш превосходит аналогичные показатели большинства импортируемых образцов. Полученные данные о показателях хемилюминесценции свежевыжатых соков косвенно указывают на более высокую безопасность потребления некоторых отечественных овощей (картофеля) и фруктов (груши, яблока) в сравнении с рядом аналогичной зарубежной продукции растительной природы, что следует учитывать в условиях активно проводимой в Российской
Федерации политики импортозамещения. Исследование изотопного D/H состава фитонутриентов может позволить не только определять происхождение растительной продукции, но и создавать условия для потребления населением продуктов с меньшей концентрацией тяжелого нерадиоактивного изотопа водорода. В работе показаны достоверные различия изотопного D/H состава поверхностных и подземных вод, что необходимо учитывать при выборе источника орошения сельскохозяйственных угодий с целью получения растительной продукции с большим содержанием легких изотопов. При изучении изотопного D/H состава отмечено существенно более низкое содержание дейтерия в свежевыжатых соках из картофеля и капусты по сравнению с другими фруктовыми и овощными соками.
Литература
1. Барышев M.Г., Басов A.A., Болотин C.H., Джимак C.C. и др. Оценка антирадикальной активности воды с модифицированным изотопным составом с помощью ЯМР-, ЭПР- и масс-спектроскопии // Известия РАН. Сер. физическая. 2012. T. 76. № 12. C. 1507-1510.
2. Басов A.A., Барышев M.Г., Джимак C.C. и др. Влияние воды с модифицированным изотопным составом на показатели свободнорадикального окисления in vivo // Фізіологічний журнал. 2013. T. 59. № 6. C. 50-57.
3. Басов А.А., Быков И.М. Изменение антиоксидантного потенциала крови экспериментальных животных при нутриционной коррекции окислительного стресса // Вопр. питания. 2013. Т. 82. № 6. С. 75-81.
4. Басов А.А., Быков И.М., Барышев М.Г. и др. Концентрация дейтерия в пищевых продуктах и влияние воды с модифицированным изотопным составом на показатели свободнорадикального окисления и содержание тяжелых изотопов водорода у экспериментальных животных // Вопр. питания. 2014. Т. 83. № 5. С. 43-50.
5. Джимак C.C., Барышев M.Г., Басов A.A., Тимаков A.A. Влияние воды cо cниженным cодеpжанием дейтеpия на изотопный cоcтав лиофилизиpованныx тканей и моpфофункциональные показатели оpганизма у кpыc из pазныx поколений // Биофизика. 2014. T. 59, вып. 4. C. 749-756.
6. Киркина А.А., Лобышев В.И., Лопина О.Д. и др. Изотопные эффекты малых концентраций дейтерия воды в биологических системах // Биофизика. 2014. T. 59, вып. 2. С. 399-407.
7. Лисицын A.Б., Барышев M.Г., Басов A.A и др. Воздействие воды со сниженным содержанием дейтерия на организм лабораторных животных при различном функциональном состоянии неспецифических защитных систем // Биофизика. 2014. T. 59, вып. 4. C. 757-765.
8. Пивоваров В.Ф., Добруцкая Е.Г. Экологическая безопасность овощной продукции. Проблемы селекции // Картофель и овощи. 2010. № 3. С. 22-23.
9. Сапин М.Р. Григоренко Д.Е., Федоренко Б.С. Отдаленные последствия воздействия воды, очищенной от дейтерия, на лимфоидную ткань селезенки мышей в пострадиационный период // Вестн. лимфологии. 2010. № 3. С. 40-45.
10. Тутельян В.А., Лашнева Н.В. Биологически активные вещества растительного происхождения. флавонолы и флавоны: распространенность, пищевые источники, потребление // Вопр. питания. 2013. Т. 82. № 1. С. 4-22.
11. Тутельян В.А., Спиричев В.Б., Суханов Б.П., Кудашева В.А. Микронутриенты в питании здорового и больного человека. М. : Колос, 2002. 424 с.
12. Удинцев С.Н., Жилякова Т.П. Современные методы повышения пищевой ценности сельскохозяйственной продукции // Вестн. Томского гос. ун-та. Биология. 2012. № 2. С. 81-91.
13. Яшин А.Я. Инжекционно-проточная система с амперометрическим детектором для селективного определения антиоксидантов в пищевых продуктах и напитках // Рос. хим. журн. 2008. Т. LII. № 2. С. 130-135.
14. Bontempo L., Ceppa F., Ziller L. et al. Comparison of methods for stable isotope ratio (δ13C, δ15N, δ2H, δ18O) measurements of feathers // Methods Ecol. Evol. 2014. Vol. 5, Issue 4. P. 363-371.
15. Bowen G.J. A Faster water cycle // Science. 2011. Vol. 332, Issue 6028. P. 430-431.
16. Bowen G.J., Winter D.A., Spero H.J. et al. Stable hydrogen and oxygen isotope ratios of bottled waters of the world // Rapid Comm. Mass Spectrom. 2005. Vol. 19, Issue 23. P. 3442-3450.
17. Fernandes de Lima V.M., Hanke W. Modulation of CNS excitability by water movement. The D2O effects on the non-linear neuron-glial dynamics // J. Biophys. Chem. 2011. Vol. 2, N 3. P. 353-360.
18. Gyongyi Z., Budan F., Szabo I. et al. Deuterium depleted water effects on survival of lung cancer patients and expression of Kras, Bcl2, and Myc genes in mouse lung // Nutr. Cancer. 2013. Vol. 65, N 2. P. 240-246.
19. O’Brien D.M., Wooler M.J. Tracking human travel using stable oxygen and hydrogen isotope analyses of hair and urine // Rapid Comm. Mass Spectrom. 2007. Vol. 21. P. 2422-2430.
20. Pedersen L.G., Bartolotti L., Li L. Deuterium and its role in the machinery of evolution // J. Theor. Biol. 2006. Vol. 238. P. 914-918.
21. Podlesak D.W., Bowen G.J., O’Grady S. et al. δ 2H and δ 18O of human body water: a GIS model to distinguish residents from nonresidents in the contiguous USA // Isotopes Environ. Health Stud. 2012. Vol. 48, Issue 2. P. 259-279.
22. Soto D.X., Wassenaar L.I., Hobson K.A. Stable hydrogen and oxygen isotopes in aquatic food webs are tracers of diet and provenance // Funct. Ecol. 2013. Vol. 27, Issue 2. P. 535-543.
23. West J.B., Bowen G.J., Cerling T.E., Ehleringer J.R. Stable isotopes as one of nature’s ecological recorders // Trends Ecol. Evol. 2006. Vol. 21, N 7. Р. 408-414.