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.