При низкой энергетической ценности фрукты являются источником целого ряда углеводов, органических кислот, макро- и микроэлементов, биологически активных веществ (БАВ), в частности витаминов и полифенольных соединений, необходимых как для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма, так и для профилактики большинства алиментарно-зависимых заболеваний, приводящих к снижению трудоспособности, развитию инвалидности и сокращению продолжительности жизни человека. Питание населения России характеризуется выраженно низким потреблением продукции садоводства [1], что приводит к недостаточности потребления БАВ, получаемых из растительной пищи. Баланс продовольственных ресурсов на российском рынке свидетельствует о том, что доля плодов и ягод отечественного производства не превышает третьей части всего реализуемого объема пищевой продукции этого вида. Для формирования сбалансированного рациона питания каждого гражданина страны в высшей степени актуальными задачами являются обеспечение физической и экономической доступности ассортимента импортозамещающей качественной и безопасной продукции садоводства, совершенствования промышленного сортимента. При этом среди селекционных признаков, наряду с устойчивостью растений к абиотическим и биотическим факторам, их скороплодностью и урожайностью, следует поднять на первые позиции приоритетные признаки, учитываемые при закладке насаждений, а также в селекционной работе; особенности плодовой и ягодной продукии, определяющие потребительский спрос: сохранность органолептических свойств; химический состав плодов (насыщенность необходимыми микронутриентами) для использования в индустрии здорового и диетического питания [2-4].
Цель исследования - выявить селекционно-технологические приоритеты по уровню содержания в плодах и ягодах макро- и микронутриентов для создания специализированной диетической профилактической и диетической лечебной пищевой продукции.
Задачи:
- выявить и ранжировать по приоритетности селекционно-технологические критерии сортов плодовых и ягодных культур с учетом обеспечения суточной нормы потребления макро- и микронутриентов для создания на их основе специализированной диетической профилактической и лечебной продукции;
- выделить сорта - источники комплекса макро- и микронутриентов из плодов и ягод для дальнейшего селекционного использования и конструирования специализированных пищевых продуктов.
Материал и методы
В качестве объектов исследования использованы плодовые и ягодные культуры, возделываемые на опытно-производственных участках ФГБНУ "ФНЦ им. И.В. Мичурина": 25 сортов яблони, 21 сорт груши, 14 сортов вишни, 5 сортов абрикоса, 10 сортов жимолости, 14 сортов земляники, 8 форм калины, 18 сортов малины, 13 сортов крыжовника, 10 форм облепихи, 12 сортов сливы, 8 сортов красной смородины, 12 сортов черной смородины [5].
Для оценки пищевой ценности различных плодов и ягод использованы данные по содержанию: массовой доли сахаров, в том числе моно- и дисахаридов; полифенольных соединений; флавоноидов, антоцианинов, гидроксикоричных кислот; натрия; калия; кальция; магния; железа; меди; цинка; органических кислот, ресвератрола; пицеида; витаминов С, РР, Е, В1, В2 и каротиноидов [5].
Для решения задач исследования были использованы методы статистической обработки и построения математических моделей с помощью пакета статистических программ Statistica 6.
Результаты и обсуждение
В работе по оценке и ранжированию сортов различных культур по химическому составу плодов и ягод использованы приведенные в методических рекомендациях МР 2.3.1.1915-04 "Рекомендуемые нормы потребления пищевых и биологически активных веществ" нормативные требования по уровню суточной потребности организма в пищевых и биологически активных веществах [6]. Полученные данные [5] указывают на то, что внутри одного вида плодов присутствуют значительные сортовые различия, отдельные сорта по выбранным БАВ способны в существенной степени восполнять эту потребность, а другие сорта той же культуры не обеспечивают даже минимального поступления этих эссенциальных веществ. В этой связи для каждой плодовой и ягодной культуры установлен перечень приоритетных показателей химического состава, по уровню содержания которых они выгодно выделяются среди других. В Техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС 022/2011 "Пищевая продукция в части ее маркировки" приведены сведения о пороговых значениях содержания ряда пищевых и биологически активных веществ, позволяющих классифицировать пищевую продукцию как продукт с низким содержанием, источник вещества или продукт с повышенным его содержанием. Применение данной системы градации с учетом обеспечения суточной нормы потребления в веществах представляет интерес для классификации продукции садоводства и дальнейшего использования этих критериев для ранжирования любых сортов по пищевой ценности.
В этой связи на основе анализа микронутриентного состава плодов и ягод мы предприняли попытку составить шкалу распределения приоритетов и определить границы низкого, среднего и высокого содержания, обозначив их в баллах (табл. 1).
Таблица 1. Шкала распределения сортов по уровню содержания пищевых и биологически активных веществ и показателей приоритетности в баллах
Table 1. The scale of the distribution of varieties by the level of food and biologically active substances and priority indicators in points
)
П р и м е ч а н и е. М - мужчины; Ж - женщины.
Согласно разработанной шкале распределения по 3-балльной системе оценки выявлены специфические для каждой культуры селекционные приоритеты (табл. 2). Эти данные позволяют подбирать культуры и сорта с наиболее высоким содержанием незаменимых веществ для взаимодополняющего комбинирования их в рационе питания в свежем виде, а также в рецептурах при создании пищевой продукции, по своему составу близкой к потребностям человека.
Установлено, что к категориям низкого приоритета (1 балл) у изученных культур относятся белок, витамины В1 (кроме жимолости) и В2, витамин Е (кроме облепихи), витамин РР, а также натрий, кальций и цинк. Большинство изученных объектов обладает средними показателями и является источником (2 балла) растворимых пищевых волокон, каротиноидов, флавоноидов, гидроксикоричных кислот и калия. Наиболее высокий приоритет у изученных культур (3 балла) выявлен по содержанию аскорбиновой кислоты и полифенольных соединений, в том числе антоцианинов.
Таблица 2. Распределение плодовых и ягодных культур по уровню приоритетности веществ в составе продукции
Table 2. Distribution of fruit and berry crops by the level of priority of substances in the composition
)
П р и м е ч а н и е. 1 - низкое содержание; 2 - среднее содержание; 3 - высокое содержание; * - приоритет проявляется по отдельным сортам.
N o t e. 1 - low content; 2 - average content; 3 - high content; the “*" mark indicates that priority is shown for individual varieties.
По среднему баллу изученные культуры ранжированы с убыванием значимости по приоритетным показателям от черной смородины (1,57 балла) до сливы (1,14 балла).
Учитывая, что химический состав плодовой и ягодной продукции существенно различается в зависимости от сорта, места и условий выращивания, полученные нами данные могут служить для ориентировочной оценки пищевой ценности продукции, произведенной в условиях отдельной почвенно-климатической зоны промышленного садоводства.
Макро- и микроэлементы. При изучении данных показателей (рис. 1 и 2) установлено, что плодовые и ягодные культуры характеризуются сравнительно низким содержанием натрия (0,6-49,2 мг/100 г) по отношению к суточной норме его потребления (1300 мг). Наиболее высокое содержание калия (более 375 мг/100 г) выявлено у сортов абрикоса: Лель, Графиня, Водолей, Ульянихинский; вишни: Саратовская малышка, Десертная Морозовой, Лебедянская, Жуковская; крыжовника: Белорусский сахарный, Краснославянский, Машека, Садко, Салют, Сливовый, Черномор; малины: Желтый гигант; сливы: Венгерка заречная, Сувенирная; черной смородины: Голубка, Нара, Перун, Сокровище, Ядреная и красной: Асора, Бьянка и Снежана. Наиболее высокое содержание магния (более 60 мг/100 г) установлено в плодах сортов яблони: Антоновка обыкновенная, Бо-лотовское, Вишневое, Свежесть, Московское ожерелье, Скала, Карповское, Янтарное ожерелье, Благовест, Рождественское, Жигулевское, Старт, Пепин шафранный; вишни - Саратовская малышка; малины: Метеор и Пересвет.
)
Рис. 1. Обобщенные данные 4-летних исследований по содержанию макроэлементов в плодах и ягодах исследуемых культур [M±m - число единиц наблюдения по каждому показателю (n): 4]. Пунктирной линией обозначено рекомендуемое суточное потребление макроэлемента
Fig. 1. Generalized data from 4-year studies on the content of minerals in fruits and berries of the studied crops [M±m - number of observation units for each indicator (n): 4]. The dotted line indicates the recommended daily intake of the minerals
)
Рис. 2. Обобщенные данные 4-летних исследований по содержанию микроэлементов в плодах и ягодах исследуемых культур [M±m - число единиц наблюдения по каждому показателю (n): 4]. Пунктирной линией обозначено рекомендуемое суточное потребление микроэлемента
Fig. 2. Generalized data of 4-year studies on the content of trace elements in fruits and berries of the studied crops [M±m - number of observation units for each indicator (n): 4]. The dotted line indicates the recommended daily intake of the trace element
Высоким содержанием железа характеризуются все изученные сорта калины (более 4,0 мг/100 г) и облепиха Трофимовская (1,8); меди (около 0,15 мг/100 г) -вишня: Превосходная Колесниковой, черная смородина - Багира, облепиха - Ботаническая любительская и крыжовник - Черномор. Полученные нами результаты согласуются с данными других авторов по исследованию минерального состава плодовой и ягодной продукции [7-9].
Белок. Среди изученных плодовых и ягодных культур наибольшее содержание белка обнаружено в плодах облепихи сортов Красноплодная (4,71%), Отрадная (3,15%), Воробьевская (2,43%). Семечковые культуры (яблоня и груша) содержат мало белка, в среднем 0,22 и 0,30% соответственно. Содержание белка в плодах косточковых культур (вишня, слива, абрикос) варьирует по сортам от 0,25 до 1,47%. У ягодных культур в сортовом разрезе данный показатель изменяется от 0,25 до 1,67%. Самое низкое среди них содержание выявлено в плодах крыжовника - 0,46% (0,28-0,68), самое высокое в черной смородине - 0,94% (0,61-1,42).
Углеводный состав. Обсуждая вопрос о составе и содержании углеводов в плодах и ягодах, необходимо учитывать значение гликемического индекса (GI) исследуемых культур. Это важный с точки зрения диетологии относительный показатель, характеризующий влияние углеводов в пищевых продуктах на изменение уровня глюкозы в крови. Значение GI в существенной степени определяет возможность и целесообразность использования пищевой продукции для детского, лечебного и диетического питания, особенно при нарушениях углеводного обмена [10, 11].
Согласно стандарту ISO 26642:2010 "Продукты пищевые. Определение гликемического индекса (GI) и рекомендации по классификации продуктов питания" различают низкий GI (≤55), средний GI (56-69) и высокий GI (≥70).
Нами предпринята попытка оценить содержание углеводов, в том числе пищевых волокон, сахаров, и ранжировать исследуемые культуры по уровню GI (glucose = 100) на пригодность для диетического питания. Значения GI плодовой и ягодной продукции приведены согласно данным, собранным Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. Исследование углеводного состава плодов и ягод проводилось нами в течение 4 лет.
Согласно полученным данным, содержание углеводов варьирует от 5,0 до 12,4 г в 100 г плодовой продукции (рис. 3). GI>55 характеризуются плоды абрикоса. У земляники садовой, груш, яблок, крыжовника и сливы гликемический индекс не превышает 40, а у малины, смородины красной, облепихи, жимолости, вишни, калины варьирует от 20 до 30. Самым низким GI (15) выделяются плоды черной смородины. В целом, согласно стандарту ISO 26642:2010 "Продукты пищевые. Определение гликемического индекса (GI) и рекомендации по классификации продуктов питания" [12], продукция изученных плодовых и ягодных культур, кроме абрикоса, характеризуется низкой гликемической нагрузкой GI (<55).
)
Рис. 3. Обобщенные данные по результатам 4-летних исследований: гликемический индекс (GI) и содержание углеводов в плодах и ягодах
Fig. 3. Generalized data based on the results of 4-year studies: glycemic index (GI) and carbohydrate content in fruits and berries
Наибольшее содержание сахаров (>10%) выявлено в плодах яблони сортов Благовест, Болотовское, Былина, Жигулевское, Звездочка, Кандиль Орловский, Карповское, Мартовское, Пепин шафранный, Рождественское, Янтарное ожерелье, Свежесть, Скала, Синап Орловский; груши: Елена, Красавица Черненко, Пава, Феерия, Чудесница.
При анализе соотношения моно- и дисахаридов в плодах установлено, что семечковые культуры (яблоня и груша) содержат больше фруктозы (5,7 и 5,1%), чем косточковые (вишня - 4,0%, слива - 1,4%, абрикос - 0,9%) и ягодные культуры (жимолость - 1,8%, земляника -2,6%, калина - 0,6%, крыжовник - 1,2%, малина - 2,4%, облепиха - 2,6%, красная смородина - 3,4%, черная смородина - 4,6%).
В плодах сливы и абрикоса выявлено повышенное содержание сахарозы 3,9 и 5,6%, а в плодах жимолости, калины, крыжовника содержание глюкозы в 2-4 раза превышает содержание фруктозы. В ягодах земляники, красной смородины и черной смородины найдено небольшое количество мальтозы - <0,1%. Содержание пищевых волокон в средних значениях по культурам варьирует от 1,1 до 4,6%, в сортовом диапазоне - от 0,8 до 5,9%.
Высоким содержанием пищевых волокон характеризуются плоды облепихи (4,6%), черной смородины (4,3%). Также выявлены источники пищевых волокон (>3 г/100 г), среди которых особенно выделяются изученные сорта малины (кроме сорта Маросейка), красной смородины, черной смородины и облепихи, груши (Первомайская, Новелла, Эсмеральда), крыжовника (Гроссуляр, Сливовый).
Относительно высоким содержанием растворимых пищевых волокон - более 70% от суточной нормы потребления (2 г) - обладают сорта яблони (Болотовское, Звездочка, Лобо, Веньяминовское, Старт, Синап Орловский, Скала, Валюта), груши (все, кроме сортов Аллегро и Лада), ремонтантные сорта малины (Жар-птица, Брянское диво, Рубиновое ожерелье, Полька), облепихи (Красноплодная, Ломоносовская, Отрадная, Самородок, Трофимовская, Ходненская, Янтарная ягода), черной смородины (все, кроме Лабильной и Орловской серенады), красной смородины (Виксне, Асора, Нива, Снежана, Голландская красная) и крыжовника (Гроссуляр, Малахит, Сливовый, Черномор).
Органические кислоты. Количество органических кислот в зависимости от культуры и сорта в наших исследованиях варьирует в пределах 0,4-3,5%. Высоким уровнем лимонной кислоты (>2000 мг/100 г) характеризуются плоды сортов черной смородины: Перун, Экзотика, Ядреная, Орловская серенада, Багира, Нара и Голубка; красной смородины: Голландская красная, Бьянка и Снежана. Яблочной кислотой богаты (>1400 мг/100 г) плоды сортов вишни: Комсомолка, Рубиновая, Саратовская малышка, Прима, Превосходная Колесниковой, Ха-ритоновская, Лебедянская, Шоколадница, Тургеневка, Морозовка; крыжовника: Машека, Садко, Серенада, Черномор; облепихи: Ботаническая любительская, Ломоносовская, Ходненская; сливы: Этюд, Венгерка заречная, Грация, Ренклод Мичуринский, Евразия-21, Светлячок; калины - Шукшинская. Содержание салициловой кислоты в плодах малины варьирует от 11,0 мг/100 г (Пересвет) до 19,2 мг/100 г (Метеор).
Минорные биологически активные вещества. Согласно данным литературы [13-15], фрукты и ягоды богаты аскорбиновой кислотой, содержат токоферолы, витамины группы В. Как отмечают авторы исследований, наибольшее содержание аскорбиновой кислоты установлено в сортах черной смородины (150 мг/100 г). В результате проведенных исследований нами установлено, что наиболее высоким содержанием витамина С (в 100 г) обладают плоды черной смородины (171,1 мг), а также сравнительно высокой - облепихи (81 мг), жимолости (40,2 мг), земляники (40,0 мг), красной смородины (35,9 мг), калины (37,6 мг), крыжовника (30,4 мг), малины (27,6 мг), отдельные сорта яблони (более 21,5 мг): Скала, Мартовское. Наибольшим уровнем никотиновой кислоты (0,60 мг/100 г) отличаются плоды сортов малины: Пересвет, Маросейка, Мираж, Патриция и калины: Красный коралл, Таежные рубины, Ульгень, Шукшинская; у остальных содержание не превышало 0,30 мг/100 г. Сравнительно высоким содержанием витамина В2 (0,06 мг/100 г) характеризуются плоды абрикоса и малины. Наибольшим уровнем витамина Е (а-токоферола) отличаются плоды облепихи (10,5 мг/100 г), что сильно их выделяет среди других культур.
В многолетних исследованиях показано, что полифенольные соединения оказывают положительный эффект на человеческий организм при профилактике некоторых хронических заболеваний [16], являющихся основными причинами смерти и инвалидности, таких как сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет 2 типа, некоторые виды рака или нейродегенеративных расстройств, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона [17]. В плодовой и ягодной продукции установлены высокие уровни накопления антоцианинов и фенольных кислот [18-21]. Высоким содержанием полифенольных соединений (в пересчете на галловую кислоту) обладают плоды изученных сортов жимолости (736 мг/100 г) и черной смородины: Нара, Маленький принц, Перун (689 мг/100 г). Высоким содержанием фла-воноидов характеризуются плоды вишни (214 мг/100 г), жимолости (250 мг/100 г), черной смородины (241 мг/100 г), калины (296 мг/100 г). В плодах отдельных сортов малины: Мираж, Патриция, Желтый гигант, Рубиновое ожерелье, - отмечено высокое содержание пицеида (1,3-3,1 мг/100 г); у сортов Рубиновое ожерелье, Жар-птица, Золотая осень, Скромница и Желтый гигант - ресвератрола (0,4-0,9 мг/100 г), флавоноидов, свойственных плодам винограда [22]. Наибольшим уровнем антоцианинов характеризуются плоды сортов жимолости Гжелка, Камчадалка, Герда (>300 мг/100 г) и черной смородины Экзотика и Перун (>150 мг/100 г). Высокое содержание каротиноидов (в пересчете на р-каротин) выявлено в плодах сортов облепихи Великан, Ломоносовская, Трофимовская (>15 мг/100 г). В результате проведенных исследований выявлены источники гидрок-сикоричных кислот среди плодовых и ягодных культур. Наиболее высоким уровнем их содержания характеризуются плоды сортов земляники Урожайная ЦГЛ, Праздничная, Ред Гонтлет, Привлекательная и Фейерверк (>25 мг/100 г), груши Ника, Северянка краснощекая, Яковлевская (около 10 мг/100 г) и яблони Пепин шафранный, Янтарное ожерелье (>10 мг/100 г).
Оценивая экспериментальные данные по химическому составу плодов и ягод всей совокупности сортов изученных культур, приведем процентное соотношение этих сортов, распределенных в соответствии со шкалой селекционных приоритетов в границах низкого, среднего и высокого содержания пищевых и БАВ (рис. 4).
)
Рис. 4. Соотношение сортов с низким, средним и высоким содержанием в плодах пищевых и биологически активных веществ
Ряд 1 - низкое содержание (1 балл); ряд 2 - среднее содержание (2 балла); ряд 3 - высокое содержание (3 балла).
Fig. 4. Percentage of varieties with low, medium and high content of food and biologically active substances in fruits
Row 1 - low content (1 point); Row 2 - average content (2 points); Row 3 - high content (3 points).
Установлено, что большинство изученных сортов характеризуется высоким содержанием органических кислот (лимонной и яблочной). Более 45% сортов обладает высоким содержанием витамина С. Высокое содержание полифенольных соединений характерно для более половины изученных сортов, а 1/4 являются их источниками. Высокое содержание антоцианинов выявлено у 45,8% сортов, флавоноидов и гидроксикоричных кислот - примерно у 25% сортов и лишь 2,9% сортов богаты железом. Источниками растворимых пищевых волокон являются 62% сортов, флавоноидов - примерно половина, калия - 13%, магния - 5,8% сортов и меди - 2,9%.
Таким образом, выделены комплексные источники и сорта с высоким содержанием незаменимых пищевых и БАВ для потребления в свежем виде и конструирования специализированных пищевых продуктов: плоды яблони (Пепин шафранный, Скала, Жигулевское); груши (Северянка краснощекая, Яковлевская, Эсмеральда); вишни (Саратовская малышка, Лебедянская); абрикоса (Погремок, Лель); земляники садовой (Дукат, Привлекательная, Праздничная); черной смородины (Перун,
Ядреная); красной смородины (Виксне); малины (Мираж, Жар-птица); крыжовника (Машека, Сливовый); жимолости (Герда, Гжелка); калины (Соузга, Искушение); облепихи (Красноплодная, Трофимовская).
Дальнейшие научные исследования на данную тему будут посвящены использованию предложенной в качестве селекционных приоритетов оценки химического состава плодов и ягод и выделенных комплексных источников для формирования уникальных пищевых матриц и подбора технологических процессов при создании линейки специализированных пищевых продуктов.
Выводы
1. Впервые предложена в качестве селекционного приоритета для создания продукции специализированного диетического профилактического и диетического лечебного питания оценка химического состава плодов и ягод с позиции наличия и уровня содержания в них макро- и микронутриентов и БАВ - сахаров, пищевых волокон, органических кислот, витаминов, каротиноидов, минеральных веществ, полифенольных соединений, в том числе флавоноидов, стильбенов (пицеида и ресвератрола), антоцианинов, гидроксикоричных кислот.
2. На основании детального исследования содержания макро- и микронутриентов определены важнейшие их источники из плодов и ягод - сорта яблони (Пепин шафранный, Скала, Жигулевское); груши (Северянка краснощекая, Яковлевская, Эсмеральда); вишни (Саратовская малышка, Лебедянская); абрикоса (Погремок, Лель); земляники садовой (Дукат, Привлекательная, Праздничная); черной смородины (Перун, Ядреная); красной смородины (Виксне); малины (Мираж, Жар-птица); крыжовника (Машека, Сливовый); жимолости (Герда, Гжелка); калины (Соузга, Искушение); облепихи (Красноплодная, Трофимовская).