Оценка in vitro биологической активности новых порошкообразных пищевых ингредиентов - продуктов безотходной переработки Allium sativum L.

Рожнов Евгений Дмитриевич; Школьникова Марина Николаевна; Чугунова Ольга Леонидовна; Банщикова Елена Евгеньевна; Лупанова Ирина Александровна

Резюме

Шелуха и шрот чеснока посевного на сегодня - малоизученные объекты, что ограничивает их рациональное использование и создание на их основе новых пищевых ингредиентов. Получение из ферментированных шрота и шелухи порошкообразных ингредиентов позволило бы не только решить проблему утилизации отходов, но и создать новые продукты с заданными функциональными свойствами.

Цель исследования - сравнительная оценка in vitro антимикробного и противовоспалительного потенциала порошкообразных пищевых ингредиентов, полученных из ферментированных луковиц, шрота и шелухи чеснока (Allium sativum L.).

Материал и методы. Изучали порошки из чеснока сорта "Добрыня" и отходов его переработки. Получены 3 типа образцов: зубчики, шрот и шелуха. Часть образцов подвергали тепловой ферментации (70 °C, 30 сут). Все материалы высушены и измельчены до размера частиц <0,25 мм. Общее содержание фенолов определяли методом Фолина-Чокальтеу, S-аллилцистеина и меланоидинов - спектрофотометрически; антиоксидантную активность оценивали по способности улавливать радикал дифенилпикрилгидразила (DPPH) и радикальный катион 2,2′-азино-бис-[3-этилбензтиазолин-6-сульфоновой кислоты] (ABTS⁺); антимикробную и противовоспалительную активность - с применением специфических ферментных тест-систем на основе глутатионредуктазы, каталазы и NO-синтазы. Все опыты проведены в 3-кратной повторности. Данные обработаны методами вариационной статистики с использованием критерия Тьюки (p<0,05).

Результаты. Установлено, что немикробная ферментация (70 °C, 30 сут) значительно повышает антиоксидантный потенциал продуктов переработки чеснока. Содержание фенольных соединений, S-аллилцистеина и меланоидинов в ферментированных луковицах и шроте увеличилось в 3-25 раз, что коррелировало с ростом активности по ABTS и DPPH. Ферментированные луковицы и шрот проявили выраженную противовоспалительную активность (ингибирование iNOS на 32-35%) и умеренное антимикробное действие (ингибирование каталазы до 34,5%). Наиболее сильное ингибирование каталазы показал порошок из свежего чеснока (56,6%). Подтверждена высокая биологическая активность ферментированного шрота чеснока - показатели (антиоксидантная, противовоспалительная активность) были сопоставимы с таковыми для ферментированных луковиц. Полученные данные подтверждают целесообразность перевода отходов переработки чеснока (шрота) в категорию функциональных ингредиентов с антиоксидантными, противовоспалительными и консервирующими свойствами.

Заключение. В условиях in vitro показана антимикробная и противовоспалительная активность порошков из черного чеснока и ферментированного шрота, что позволяет позиционировать их как функциональные ингредиенты.

Ключевые слова: чеснок посевной; шрот; немикробная ферментация; пищевые ингредиенты; биологическая активность; антимикробная активность; противовоспалительная активность

Чеснок посевной (Allium sativum L.) является одной из ключевых овощных культур в глобальном масштабе, играя значительную роль не только в кулинарии, но и в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности благодаря своему уникальному комплексу биологически активных веществ (БАВ) [1, 2]. Его потребление носит повседневный характер в большинстве домохозяйств. Однако в Российской Федерации сложилась парадоксальная ситуация: несмотря на наличие подходящих агроклиматических условий для возделывания культуры во многих регионах, до 80% объемов потребляемого чеснока импортируется. Основным поставщиком выступает Китай, который является безусловным мировым лидером по производству чеснока посевного, обеспечивая около 40% мирового урожая и занимая 60-70% в структуре российского импорта наряду с такими странами, как Египет, Иран и Узбекистан [1, 2]. При этом отмечается, что биохимические показатели импортируемой продукции, включая чеснок, часто уступают отечественным аналогам [3].

Дисбаланс между внутренним спросом и предложением усугубляет проблему сырьевой безопасности. Общая потребность российского рынка в чесноке оценивается приблизительно в 300 тыс. тонн в год, в то время как фактическое внутреннее производство, по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, за 2020 г. составляло лишь около 190 тыс. тонн [1, 2]. В связи с этим стратегически важным направлением становится не только наращивание объемов производства, но и минимизация сырьевых потерь на всех этапах цепочки добавленной стоимости.

Сырьевые потери чеснока можно условно разделить на 2 крупные категории. Во-первых, это послеуборочные потери, связанные с дыханием, транспирацией, поражением фитопатогенами и несоблюдением условий хранения, которые могут достигать 30-50% от валового сбора. Во-вторых, это технологические отходы, образующиеся в процессе промышленной переработки луковиц. К ним относятся шрот (до 15-20%) и шелуха (до 5-10%), совокупно составляющие до 25% от массы исходного сырья [4]. Долгое время эти побочные продукты рассматривались как малоценные или вовсе бесполезные, отправляясь на корм скоту или утилизацию. Однако современные исследования доказывают, что жмых и шелуха чеснока представляют собой ценные вторичные сырьевые ресурсы с высоким содержанием БАВ [5].

Шрот чеснока, остающийся после отжима, сохраняет значительную часть водорастворимых и связанных с клеточными стенками компонентов. Его химический состав отличается многообразием:

- сероорганические соединения - в первую очередь предшественники аллицина (аллиин) и его стабильные производные. Эти соединения обусловливают антимикробные, антиоксидантные и гиполипидемические свойства чеснока [6-8];

- фруктаны, такие как инулин и фруктоолигосахариды, которые являются запасными полисахаридами чеснока и относятся к пребиотикам, стимулирующим рост полезной микрофлоры кишечника [9];

- пищевые волокна, включающие целлюлозу, гемицеллюлозы и пектины. Шрот является богатым источником клетчатки, играющей важную роль в пищеварении [4];

- минеральные вещества (калий, кальций, селен, цинк и др.), которые концентрируются в шроте в процессе переработки [10];

- белки и аминокислоты, включая фермент аллииназу, которая может сохранять активность в сухом материале [11];

- сапонины и фенольные соединения, вносящие существенный вклад в антиоксидантную и противовоспалительную активность продукта [12, 13].

Шелуха чеснока, еще недавно считавшаяся балластным материалом, в настоящее время признается перспективным источником БАВ. Химический анализ демонстрирует, что по некоторым показателям, особенно по содержанию антиоксидантов, шелуха может превосходить саму луковицу. Это обусловлено наличием уникального комплекса полифенолов, включающего флавоноиды (кверцетин, нарингин, кемпферол) и фенольные кислоты, которые обусловливают мощную антиоксидантную активность (АОА) [14-16]. Кроме того, шелуха богата пищевыми волокнами (клетчаткой и пектинами), выполняющими пребиотическую функцию [14, 17, 18], а также эссенциальными минеральными веществами: калием, кальцием, магнием, железом и цинком [17-19]. Такой состав открывает широкие возможности для промышленного применения данных отходов в качестве функциональных пищевых ингредиентов, кормовых добавок или источников БАВ для фармации.

В последние годы особое внимание исследователей привлекает технология ферментации чеснока, известная как производство черного чеснока. Данный процесс представляет собой немикробную ферментацию, инициируемую путем длительного выдерживания сырья в контролируемых условиях: при температуре 50-80 °C и относительной влажности 70-80% в течение 14-90 сут [20-22]. В ходе этой термической обработки происходят биохимические трансформации:

- трансформация сероорганических соединений: нестабильный аллиин необратимо разрушается, снижается способность к образованию едкого аллицина. Вместо этого образуются стабильные биодоступные и не имеющие резкого запаха серосодержащие компоненты, прежде всего S-аллилцистеин (SAC) и S-аллилмеркаптоцистеин (SAMC), обладающие высокой антиоксидантной, гепатопротекторной и противоопухолевой активностью [23, 24];

- реакция Майяра: взаимодействие между редуцирующими сахарами и аминокислотами приводит к образованию меланоидинов - темно-коричневых высокомолекулярных полимеров, которые вносят значительный вклад в АОА продукта и отвечают за характерный темный цвет [25, 26];

- усиление антиоксидантного потенциала: многочисленные исследования подтверждают, что в процессе ферментации в 3-5 раз увеличивается общее содержание фенольных соединений и флавоноидов, что напрямую коррелирует с ростом АОА по сравнению со свежим чесноком [21, 22, 27].

В результате этих процессов ферментированный чеснок приобретает совершенно новые органолептические и функциональные свойства: темный цвет, мягкую, эластичную, кремообразную консистенцию, сложный аромат с тонами карамели, уксуса и сухофруктов, а также сладкий вкус без характерной остроты и резкого запаха [25]. Химический состав, биологическая ценность и механизмы формирования свойств черного чеснока из целых луковиц к настоящему моменту достаточно хорошо изучены и подробно описаны в научной литературе [23, 28].

В то же время шелуха и шрот чеснока остаются крайне малоизученными объектами, особенно в контексте их целенаправленной ферментации по аналогии с черным чесноком. Трансформация химического состава этих отходов в процессе термофильной обработки и, как следствие, изменение их биологической активности (антимикробной, противовоспалительной, антиоксидантной) практически не исследованы. Получение из ферментированных шрота и шелухи порошкообразных ингредиентов позволило бы не только решить проблему утилизации отходов, но и создать новые продукты с заданными функциональными свойствами. Это полностью соответствует мегатрендам современной нутрициологии, направленным на развитие ресурсосберегающих технологий, создание функциональных продуктов и обогащение рациона БАВ [29]. Преимущества порошкообразных форм, такие как снижение транспортных расходов и объема хранения, устойчивость к микробной порче, длительный срок годности, легкость дозирования и универсальность применения в различных пищевых системах, делают их особенно привлекательными для пищевой индустрии.

Однако рациональное использование ферментированных побочных продуктов переработки чеснока и создание на их основе новых пищевых ингредиентов ограничено недостаточной изученностью биологической активности шрота и шелухи, что и обусловило цель настоящей работы - провести сравнительную оценку in vitro антимикробного и противовоспалительного потенциала порошкообразных пищевых ингредиентов, полученных из ферментированных луковиц, шрота и шелухи чеснока (Allium sativum L.).

Материал и методы

Экспериментальные исследования выполнены на кафедрах технологии питания и биотехнологии и инжиниринга УрГЭУ. В Центре доклинических исследований ФГБНУ ВИЛАР в условиях опытов invitro изучена антимикробная и противовоспалительная активность образцов с применением специфических ферментных биотест-систем (СФБТС).

Объектом исследования были опытные образцы пищевых ингредиентов в виде порошка из продуктов и отходов переработки чеснока посевного озимого (Allium sativum L.) сорта "Добрыня" урожая 2023 г. (Алтайский край). Луковицы были откалиброваны по размеру (диаметром 45-55 мм) и не имели видимых механических повреждений и признаков заболеваний.

После очистки луковиц и разделения на зубчики на измельчителе Waring WCG75 (Waring, США) получали чесночную пульпу, которую высушивали до постоянной массы при температуре 40 °C в сушильном шкафу ШС-80-01 (ОАО "Смоленское СКТБ СПУ", РФ) и измельчали на лабораторной мельнице DM-6 (HT Machinery, Тайвань) до размера частиц менее 0,25 мм (образец Н-Л). Для получения шрота откалиброванные луковицы вместе с шелухой измельчали, экстрагировали водой при температуре 50±2 °С в течение 2 ч (гидромодуль 1:10). Далее массу прессовали при давлении 10 МПа в течение 15 мин на лабораторном гидравлическом прессе. Полученный шрот высушивали и измельчали аналогично образцу Н-Л, получая образец Н-Шр. Шелуху, оставшуюся после очистки луковиц чеснока, высушивали до постоянной массы, затем измельчали аналогично образцам Н-Л и Н-Шр, получая образец Н-Ш.

Немикробную ферментацию сырья проводили следующим образом: 3 типа образцов [целые очищенные зубчики чеснока (Л), шрот (Шр) и шелуху (Ш)] помещали в климатостат КС 200 СПУ (ОАО "Смоленское СКТБ СПУ", РФ) и выдерживали в течение 30 сут при температуре 70±2 °C и относительной влажности 75±5% [30]. После завершения ферментации образцы извлекали и высушивали при 40 °C до достижения влажности 5,0±0,5%. Высушенные ферментированные продукты измельчали в порошок на мельнице DM-6 и просеивали через сито с размером ячеек 0,25 мм. Таким образом, были получены 3 вида порошков: из ферментированных луковиц (Ф-Л), из ферментированного шрота (Ф-Шр) и из ферментированной шелухи (Ф-Ш).

Все полученные порошки хранили в герметичных фольгированных пакетах при +4 °C до проведения дальнейших анализов.

Водные экстракты порошков готовили путем растворения навески в дистиллированной воде (соотношение 1:10) при постоянном перемешивании на магнитной мешалке C-MAG HS 7 (IKA, ФРГ) в течение 60 мин при температуре 40 °C. После экстракции образцы центрифугировали при 4000 об/мин в течение 10 мин на центрифуге Liston C2201 (ООО "Листон", РФ). Супернатант отбирали и фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм. Полученные экстракты использовали для последующих биохимических анализов in vitro.

АОА экстрактов оценивали двумя независимыми методами для обеспечения достоверности результатов:

- способность улавливать радикальный катион 2,2′-азино-бис-[3-этилбензтиазолин-6-сульфоновой кислоты] (ABTS⁺) определяли по методу [31]. Результаты выражали в миллиграммах эквивалента тролокса на 1 г сухой массы порошка (мг TE/г);

- способность улавливать радикал дифенилпикрилгидразила (DPPH⁺) оценивали по методу [32]. Результаты выражали в мг TE/г.

Суммарное содержание фенольных веществ определяли методом Фолина-Чокальтеу [23], выражая результаты в миллиграммах галловой кислоты (GAE) на 1 г сухой массы порошка (мг GAE/г). SAC [33] и меланоидины [34] определяли спектрофотометрически с использованием спектрофотометра Shimadzu UV 1800 (Shimadzu, Япония).

В процессе исследования были использованы методы выявления антимикробной и противовоспалительной активности веществ с применением вторичной СФБТС на основе глутатионредуктазы и каталазы [35-37], а также первичной СФБТС на основе индуцибельной NO-синтазы (iNOS) [38].

Изучение антимикробной активности проводили с применением вторичной глутатионредуктазной и каталазной биотест-системы. Ферменты глутатионредуктаза, каталаза - высокоочищенные препараты (Merck KGaA, ФРГ).

Скорость глутатионредуктазной реакции определяли спектрофотометрически [39] по убыли поглощения при 340 нм за счет окисления никотинамидадениндинуклеотидфосфата эквимолярным количеством восстановленного глутатиона. Скорость каталазной реакции определяли спектрофотометрически [40] по убыли в процессе реакции перекиси водорода, образующей с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс. Измерения проводили на анализаторе для клинической химии Clima МС-15 при 24 °С (RAL Técnica раrа el Lаbоrаtоriо, S.A., Испания совместно с АО "ДИАКОН-ДС", РФ).

Противовоспалительную активность образцов определяли спектрофотометрически при 340 нм, используя программу кинетических исследований согласно [41].

Использованные в данной работе ферментные биотест-системы входят в состав "Биологической коллекции специфических ферментных биотест-систем in vitro (БК-СФБТС)" ФГБНУ ВИЛАР.

Все используемые химические реагенты (DPPH, ABTS, реактив Фолина-Чокальтеу, GAE, аскорбиновая кислота и др.) имели аналитическую чистоту.

Все эксперименты проводили в трех параллельных повторностях (n=3). Результаты представлены как среднее арифметическое ± стандартное отклонение (σ). Статистическую обработку данных проводили с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с последующим применением критерия Тьюки для множественных сравнений в программе Statistica 13.0 (TIBCO Software Inc, США). Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты и обсуждение

Проведенное комплексное исследование образцов выявило существенное влияние процесса немикробной ферментации по технологии получения черного чеснока на биохимический профиль различных фракций Allium sativum L. Согласно данным, представленным в табл. 1, наблюдается значительное увеличение антиоксидантного профиля исследуемых образцов, что согласуется с результатами, полученными другими авторами [20-22, 27], и одновременно выявляет специфические особенности, характерные для побочных продуктов переработки. Наиболее выраженное увеличение АОА зарегистрировано у образцов Ф-Л и Ф-Шр. Статистически значимое (p<0,01) повышение способности к связыванию катион-радикалов ABTS⁺ и стабильных радикалов DPPH⁺ для указанных образцов составило 4,0-4,3 раза по сравнению с их нативными аналогами, что полностью коррелирует с данными, представленными в работах других исследователей.

Так, в исследованиях J. Botas и соавт. [21] и K. Najman и соавт. [25] также отмечалось 3-8-кратное увеличение АОА в результате немикробной ферментации целых луковиц чеснока. Согласно данным H.K. Sasmaz и соавт. [20] и K. Najman и соавт. [22], наблюдаемое явление обусловлено комплексом биохимических превращений, включающих деградацию предшественников аллицина с последующим образованием стабильных серосодержащих антиоксидантов, таких как SAC, известного своими выраженными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, что также было показано нами в эксперименте (рис. 1).

Процесс ферментации инициировал статистически значимое (p<0,001) увеличение содержания SAC во всех исследуемых образцах. Максимальная концентрация данного метаболита зафиксирована в образцах Ф-Л, где отмечается 22,8-кратное увеличение по сравнению с уровнем в нативном аналоге. В образцах Ф-Шр содержание SAC возрастало в 23,6 раза, достигая значения 198,7 мг/100 г.

Параллельно существенный вклад в формирование антиоксидантного потенциала вносит интенсивное протекание реакции Майяра, сопровождающееся образованием меланоидинов (рис. 2) - высокомолекулярных гетерогенных полимеров, обладающих выраженной хелатирующей и радикал-связывающей способностью [25, 26]. В образцах Ф-Л и Ф-Шр зарегистрировано 12-15-кратное увеличение оптической плотности по сравнению с нативными аналогами. Указанная динамика полностью соответствует механизму реакции Майяра, которая протекает с высокой интенсивностью в температурном диапазоне 60-80 °C при наличии редуцирующих сахаров и аминокислот [20, 25].

Выявленная сильная положительная корреляция (r>0,96) между содержанием фенольных соединений (по методу Фолина-Чокальтеу) и значениями АОА позволяет предположить, что меланоидины и продукты карамелизации вносят значительный вклад в регистрируемые показатели, поскольку демонстрируют способность к восстановлению реактива Фолина-Чокальтеу.

Особый практический интерес представляет высокий антиоксидантный потенциал Ф-Шр, показатели которого достигают 70-75% значений, характерных для Ф-Л. Полученные данные свидетельствуют о перспективности рационального использования данного побочного продукта переработки. Шрот, традиционно рассматриваемый как отход производства, в результате контролируемой ферментации трансформируется в ценный источник БАВ. Результаты исследования согласуются с данными литературы, указывающими на сохранение в шроте водорастворимых компонентов [4], однако в нашем случае ферментация не просто сохраняет, но и потенцирует антиоксидантные свойства за счет активации описанных выше процессов. Это открывает новые возможности для разработки экономически эффективных функциональных ингредиентов на основе вторичного сырья, что соответствует принципам устойчивого развития и циркулярной экономики в промышленности.

Несмотря на статистически значимое увеличение всех анализируемых параметров у образцов Ф-Ш на 134-241% относительно нативного аналога (Н-Ш), их абсолютные значения остаются существенно ниже показателей Ф-Л и Ф-Шр. Обнаруженное несоответствие с отдельными источниками литературы, сообщающими о высоком содержании антиоксидантов, в частности флавоноидов (кверцетина, кемпферола), в чесночной шелухе [5], вероятно, обусловлено методологическими особенностями экстракции и, возможно, различиями в используемых для определения аналитических методах. В рамках настоящего исследования применяли стандартную водную экстракцию, в то время как для эффективного извлечения неполярных антиоксидантов из растительных матриц различные авторы рекомендуют использование органических растворителей, таких как этанол или ацетон [42]. Лигноцеллюлозная структура шелухи способна к прочному связыванию фенольных соединений, ограничивая их доступность для водных растворов. Вместе с тем тот факт, что Ф-Ш превосходит Н-Л по содержанию фенолов и АОА, указывает на определенный потенциал шелухи, который может быть реализован при оптимизации условий экстракции.

На основании комплексного анализа для углубленного изучения (оценки противовоспалительной и антимикробной активности) проведена селекция 4 ключевых образцов: Н-Л, Ф-Л, Ф-Шр и Ф-Ш. Нативная луковица (Н-Л) служила базовым контролем для оценки вклада ферментации; Ф-Л представляла собой референсный образец, демонстрирующий максимальный эффект от ферментации [21, 22, 25]; Ф-Шр является наиболее перспективным с практической точки зрения продуктом на основе отхода переработки, чьи свойства требуют детальной характеристики в биологических тест-системах; Ф-Ш была включена в исследование в качестве перспективного объекта, требующего дополнительного изучения для верификации гипотезы о наличии у него специфической активности, которая не всегда зависит от общего содержания полифенолов, определяемого методом Фолина-Чокальтеу. Актуальность исследования Ф-Ш обоснована устойчивой положительной динамикой даже в условиях водной экстракции.

Результаты определения прямого влияния образцов на скорость ферментативных реакций в условиях опытов in vitro для оценки антимикробной активности представлены в табл. 2. На подготовительном этапе был проведен подбор концентраций образцов исходя из допустимых значений оптических плотностей прибора - 3,3 мкг порошка на 1 мл инкубационной среды.

Согласно данным табл. 2, внесение порошков из ферментированных продуктов чеснока (Ф-Шр и Ф-Л) в инкубационную среду инициировало снижение скорости каталазной реакции соответственно на 11,2 и 34,5% относительно контроля (без препаратов). Параллельно наблюдалось снижение скорости глутатионредуктазной реакции на 9,4 и 18,7%, что коррелирует с наличием антимикробной активности у данных образцов [36]. Следует отметить, что ингибирующая активность препарата сравнения (порошок из луковиц свежего чеснока, Н-Л) проявлялась более выраженно: активность каталазы снижалась на 56,6%, а глутатионредуктазы - на 28,1% по отношению к контролю. Ф-Ш не оказывал статистически значимого влияния на активность исследуемых ферментов. Изучение непосредственного влияния БАВ образцов в рамках использованной СФБТС позволяет сделать вывод о наличии антимикробной активности при выявлении ингибирования каталазной и глутатионредуктазной реакций.

Антимикробная активность пищевых ингредиентов - это одно из ключевых функциональных свойств, имеющих высокую практическую значимость для промышленности. Оно обеспечивает безопасность и микробиологическую стабильность продуктов, соответствует трендам на натуральность и функциональность, а также отвечает потребительскому запросу на здоровое питание, что напрямую удовлетворяет ключевые требования рынка и производителей.

Полученные результаты согласуются с данными зарубежных исследований. Изучение влияния на активность каталазы и глутатионредуктазы демонстрирует селективное действие исследованных образцов. Наиболее выраженное ингибирование обоих ферментов зарегистрировано для Ф-Л, что свидетельствует о его значительном антимикробном потенциале. Приведенные результаты коррелируют с данными исследования J. Botas и соавт., выявившими высокую эффективность экстрактов луковиц черного чеснока в отношении штаммов микроорганизмов, выделенных из образцов биологического материала пациентов, полученных в ходе диагностики и лечения различных заболеваний, включая метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) [21]. Важно подчеркнуть, что в настоящем исследовании Ф-Шр также демонстрирует статистически значимое ингибирование каталазной активности, что подтверждает его ценность как вторичного сырья, обладающего биологической активностью.

Механизм антимикробного действия, по-видимому, связан с нарушением функционирования ключевых ферментов антиоксидантной защиты микроорганизмов. Ингибирование каталазы и глутатионредуктазы приводит к дисбалансу прооксидантно-антиоксидантной системы бактериальной клетки, накоплению активных форм кислорода (ROS) и последующему окислительному стрессу [43]. Примечательно, что препарат сравнения (свежий чеснок) проявлял более сильное ингибирование каталазы; вероятно, это обусловлено присутствием аллицина, известного своим мощным, но нестабильным антимикробным действием, как отмечено в работе [20]. При этом ферментированные образцы чеснока, несмотря на деградацию аллицина, сохраняли антимикробный эффект, что указывает на вклад иных механизмов. Так, для черного чеснока описано бактериостатическое действие и подавление биопленко­образования [21], что может свидетельствовать о более стабильном и продолжительном характере его антимикробной активности.

Отсутствие влияния Ф-Ш на активность каталазы и глутатионредуктазы коррелирует с его относительно низкой АОА, установленной на предыдущих этапах исследования, и указывает на необходимость оптимизации методов экстракции для полной реализации его возможных функциональных свойств. В рамках проведенного исследования с использованием СФБТС на основе каталазы и глутатионредуктазы не представляется возможным сделать вывод о наличии АОА образцов, поскольку ни один из них не индуцировал увеличения скорости обеих ферментативных реакций in vitro [39].

Результаты определения прямого влияния исследуемых образцов на скорость реакции, катализируемой индуцибельной NO-синтазой (iNOS) in vitro, представлены в табл. 3.

Согласно данным табл. 3, внесение в инкубационную среду Ф-Л приводит к снижению скорости iNOS-реакции в 1,4 раза относительно контроля. Ф-Шр ингибирует скорость iNOS-реакции в 1,5 раза, в то время как препарат сравнения (порошок из луковиц свежего чеснока, Н-Л) демонстрирует ингибирование в 1,4 раза, что свидетельствует о выраженной противовоспалительной активности указанных образцов [40].

Особого внимания заслуживает тот факт, что противовоспалительная активность Ф-Шр является статистически неразличимой (по критерию Тьюки, p<0,05) с данными по биологической активности ферментированной луковицы (Ф-Л). Это служит веским аргументом в пользу его использования в качестве экономически эффективного источника противовоспалительных соединений. Ингибирование iNOS напрямую связывает выявленную активность с модуляцией одного из центральных провоспалительных каскадов, что имеет существенное значение для профилактики и коррекции хронических воспалительных состояний. Ф-Ш не оказывает существенного влияния на скорость ферментативной реакции.

Полученные результаты находят подтверждение в данных зарубежных источников. В обзоре A.E. Stepien и соавт. [28] рассматривается биологическая активность черного чеснока, включая его противовоспалительные свойства. Авторы описывают основные эффекты, среди которых подавление синтеза провоспалительных цитокинов (фактор некроза опухоли α, интерлейкины 1β, 6), подавление активации ключевых воспалительных путей (Akt, mTOR, NF-κB, JNK, p38-MAPK), а также ингибирование ферментов iNOS и циклооксигеназы-2 (COX-2).

Таким образом, результаты исследования подтверждают, что немикробная ферментация представляет собой мощный инструмент повышения биологической ценности как основной продукции - продуктов переработки свежих луковиц чеснока, так и образующихся технологических отходов. Выявленные закономерности формируют основу для последующего изучения противовоспалительных и антимикробных свойств наиболее перспективных образцов, что будет способствовать разработке новых пищевых ингредиентов, в том числе функциональных.

Данные, демонстрирующие согласованность полученных результатов с описанными в литературе, обобщены в табл. 4.

Проведенные исследования in vitro выявили значимые различия во влиянии разных порошкообразных препаратов из ферментированного чеснока на ключевые ферментные системы, позволяющие оценивать их антимикробный и противовоспалительный потенциал.

Заключение

Сопоставление всех полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Экспериментально подтверждена гипотеза о высокой биологической активности ферментированного чеснока. Установлено, что в процессе ферментации происходит трансформация биоактивных соединений, результатом которой служит появление новых видов активности: умеренной антимикробной и выраженной противовоспалительной. Последняя, как было выявлено, реализуется через механизм ингибирования iNOS.
2. Ф-Шр подтвердил статус высокоперспективного объекта: противовоспалительная активность, сопоставимая с Ф-Л в тестах на ингибирование iNOS и умеренная в антимикробных тестах, обосновывает целесообразность использования ферментированного шрота в качестве функционального ингредиента. Проведенная сравнительная оценка позволяет утверждать, что Ф-Шр является высокоперспективным объектом для создания функциональных ингредиентов. Основанием для этого служит его выраженная способность к ингибированию iNOS (на уровне Ф-Л) и умеренная антимикробная активность, что в совокупности определяет практическую ценность данного побочного продукта.
3. Выявлена специфичность механизмов действия компонентов порошкообразных продуктов переработки чеснока. Отсутствие корреляции между АОА и способностью ингибировать iNOS и ферменты бактериальной защиты подчеркивает, что разные классы соединений (меланоидины, SAC, полифенолы) вносят вклад в различные виды биологической активности. Это объясняет, почему в данных ферментных тест-системах антиоксидантный эффект не проявился: использованная модель была направлена на выявление именно ингибирующего, а не стимулирующего действия на конкретные ферменты-мишени.
4. Определены приоритетные направления применения. Выраженная противовоспалительная активность Ф-Л и Ф-Шр указывает на их перспективность для создания функциональных продуктов, направленных на поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы и профилактику ассоциированных с воспалением заболеваний. Умеренная антимикробная активность позволяет рассматривать их в качестве натуральных консервантов для пищевых продуктов.

Таким образом, комплексный анализ in vitro позволил не только подтвердить биоактивный потенциал ферментированного чеснока, но и научно обосновать целесообразность перевода отходов его переработки (шрота) в категорию ценных вторичных ресурсов для пищевой и фармацевтической промышленности. Для полного раскрытия потенциала шелухи требуются дальнейшие исследования с применением методов, направленных на высвобождение связанных форм ее БАВ.

Литература

1. Жаркова С.В. Перспективные формы чеснока озимого для условий Западной Сибири // International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2024. Т. 1-2, № 88. С. 95-97. DOI: https://doi.org/10.24412/2500-1000-2024-1-2-95-97 EDN: KFFAXJ.
2. Жаркова С.В. Урожайность и ее изменчивость у сортов чеснока озимого в условиях юга Западной Сибири // International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2025. Т. 3-1, № 102. С. 173-178. DOI: https://doi.org/10.24412/2500-1000-2025-3-1-173-178 EDN: HGCQWK.
3. Середин Т.М., Агафонов А.Ф., Герасимова Л.И., Солдатенко А.В., Кривенков Л.В. Селекция чеснока озимого на качество продукции : монография / под ред. В.Ф. Пивоварова. 2-е изд., доп. Омск : Издательский центр КАН, 2020. 115 с. ISBN: 978-5-907156-41-8. EDN: SUSCBD.
4. Kallel F., Driss D., Chaari F., Belghith L., Bouaziz F., Ghorbel R. et al. Garlic (Allium sativum L.) husk waste as a potential source of phenolic compounds: Influence of extracting solvents on its antimicrobial and antioxidant properties // Ind. Crop. Prod. 2014. Vol. 62. P. 34-41. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.07.047
5. Sasi M., Kumar S., Kumar M., Thapa S., Prajapati U., Tak Y. et al. Garlic (Allium sativum L.) bioactives and its role in alleviating oral pathologies // Antioxidants. 2021. Vol. 10, N 11. Article ID 1847. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox10111847
6. Arulselvan K., Gayas Z., Uday V. Antibacterial activity of garlic extract against Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus: an in vitro study // J. South Asian Assoc. Pediatr. Dent. 2022. Vol. 5, N 1. P. 26-31. DOI: https://doi.org/10.5005/jp-journals-10077-3218
7. Shooriabi M. Effects of Allium sativum (Garlic) and its derivatives on oral diseases: a narrative review // J. Res. Dent. Maxillofac. Sci. 2021. Vol. 6, N 1. P. 36-44.
8. Saharan R., Pal P., Sachdeva S., Kumar S., Singh R. Garlic the wonder adjuvant in medicinal field // Eur. J. Biomed. Pharm. Sci. 2023. Vol. 10, N 4. P. 159-163. DOI: https://doi.org/10.2478/sjecr-2021-0081
9. Shalini R., Krishna J., Sankaranarayanan M., Antony U. Enhancement of fructan extraction from garlic and fructooligosaccharide purification using an activated charcoal column // LWT Food Sci. Technol. 2021. Vol. 148, N 5. Article ID 111703. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111703
10. Essa H.A., Shehata A.N., Abozaid A.M., Moawad R.K., Abdelmaguid N.M., Saleh O.S. et al. Chemical characteristics, mineral contents and color evaluation of fresh garlic cloves and dried garlic sheet // Egypt. J. Chem. 2023. Vol. 66, N 3. P. 323-331. DOI: https://doi.org/10.21608/ejchem.2022.135679.5974
11. Akbarbaglu Z., Zadeh A.N., Tayefe M., Zolqadri R., Ramezani A., Mazloomi N. et al. Biological conversion of red garlic (Allium sativum L) protein to bioactive peptides: ACE-DPP-IV inhibitory, and techno-functional features // Appl. Food Res. 2024. Vol. 4, N 2. Article ID 100551. DOI: https://doi.org/10.1016/j.afres.2024.100551
12. Prakash P., Shekhar S., Prasad K. Characterisation of Allium sativum bulb and its component for high end applications // J. Phys. Conf. Ser. 2023. Vol. 2663, N 1. Article ID 012023. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2663/1/012023
13. Azmat F., Imran A., Islam F., Afzaal M., Zahoor T., Akram R. et al. Valorization of the phytochemical profile, nutritional composition, and therapeutic potentials of garlic peel: a concurrent review // Int. J. Food Prop. 2023. Vol. 26, N 1. P. 254-269. DOI: https://doi.org/10.1080/10942912.2022.2163635
14. Singiri J.R., Swetha B., Ben-Natan A., Grafi G. What worth the garlic peel // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23, N 23. Article ID 15226. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms232315226
15. Hernández-Montesinos I.Y., Carreón-Delgado D.F., Ocaranza-Sánchez E., Ochoa-Velasco C.E., Suárez-Jacobo Á., Ramírez-López C. Garlic (Allium sativum) peel extracts and their potential as antioxidant and antimicrobial agents for food applications: influence of pretreatment and extraction solvent // Int. J. Food Sci. Technol. 2023. Vol. 58, N 12. P. 6794-6805. DOI: https://doi.org/10.1111/ijfs.16652
16. Zhivkova V. Determination of nutritional and mineral composition of wasted peels from garlic, onion and potato // Carpathian J. Food Sci. Technol. 2021. Vol. 13, N 3. P. 134-146. DOI: https://doi.org/10.34302/crpjfst/2021.13.3.11
17. Velciov A.B., Danci M., Cozma A., Lalescu V.-D., Rădulescu L., Popescu G.-S. et al. Evaluation of some nutritional compounds of garlic (Allium sativum L.) peel waste // Sci. Pap. Ser. B. Hortic. 2024. Vol. LXVIII, N 2. P. 604-613. Print ISSN: 2285-5653, CD-ROM ISSN: 2285-5661, Online ISSN: 2286-1580, ISSN-L: 2285-5653.
18. Velciov A.B., Popescu G.S., Cozma A. et al. Preliminary research on garlic peel powder as a source of essential mineral elements // J. Agroaliment. Proc. Technol. 2024. Vol. 30, N 1. P. 85-90. DOI: https://doi.org/10.52846/japt.v30i1.1565
19. Ivanova G.V., Kolman O.Ja., Yamskikh T.N., Ivanova A.N., Nikulina E.O. The ways of industrial food fortification with vitamins // IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2020. Vol. 421. Article ID 032038. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/3/032038
20. Sasmaz H.K., Uzlasir T., Selli S., Kelebek H. Black garlic: production process, bioactive compounds, and health effects // Food Chem. Int. 2025. Vol. 1. P. 24-30. DOI: https://doi.org/10.1002/fci2.70002
21. Botas J., Fernandes Â., Barros L., Alves M.J., Carvalho A.M., Ferreira I.C.F.R. A comparative study of black and white Allium sativum L.: nutritional composition and bioactive properties // Molecules. 2019. Vol. 24, N 11. Article ID 2194. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules24112194
22. Najman K., Sadowska A., Hallmann E. Influence of thermal processing on the bioactive, antioxidant, and physicochemical properties of conventional and organic agriculture black garlic (Allium sativum L.) // Appl. Sci. 2020. Vol. 10, N 23. Article ID 8638. DOI: https://doi.org/10.3390/app10238638
23. Afzaal M., Saeed F., Rasheed R., Hussain M., Aamir M., Hussain S. et al. Nutritional, biological, and therapeutic properties of black garlic: a critical review // Int. J. Food Prop. 2021. Vol. 24, N 1. P. 1387-1402. DOI: https://doi.org/10.1080/10942912.2021.1967386
24. Zhang Y., Liu X., Ruan J., Zhuang Y., Zhang J. Phytochemicals of Garlic: promising candidates for cancer therapy // Biomed. Pharmacother. 2020. Vol. 123. Article ID 109730. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2019.109730
25. Najman K., Król K., Sadowska A. The physicochemical properties, volatile compounds and taste profile of black garlic (Allium sativum L.) cloves, paste and powder // Appl. Sci. 2022. Vol. 12, N 9. Article ID 4215. DOI: https://doi.org/10.3390/app12094215
26. Maietti A., Marchetti N., Baraldo N., Fontana R., Tedeschi P. Black garlic powder as an ingredient to enhance the functional and sensorial properties of bread and its shelf life // Appl. Sci. 2025. Vol. 15, N 9. Article ID 5174. DOI: https://doi.org/10.3390/app15095174
27. Tahir Z., Saeed F., Nosheen F., Ahmed A., Anjum F.M. Comparative study of nutritional properties and antioxidant activity of raw and fermented (black) garlic // Int. J. Food Prop. 2022. Vol. 25, N 1. P. 116-127. DOI: https://doi.org/10.1080/10942912.2022.2026954
28. Stepień A.E., Trojniak J., Tabarkiewicz J. Anti-cancer and anti-inflammatory properties of black garlic // Int. J. Mol. Sci. 2024. Vol. 25, N 3. Article ID 1801. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms25031801
29. Позняковский В.М. Вызовы и стратегические мегатренды современной нутрициологии // Индустрия питания. 2024. Т. 9, № 2. С. 5-12. DOI: https://doi.org/10.29141/2500-1922-2024-9-2-1 EDN: CBXCZW.
30. Рожнов Е.Д., Школьникова М.Н., Казанцева А.С., Банщикова Е.Е. Определение условий немикробной ферментации чеснока (Allium sativum L.) для использования в составе пищевых систем // Вестник КрасГАУ. 2024. № 11. С. 208-214. DOI: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2024-11-208-214 EDN: ANPYOV.
31. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay // Free Radic. Biol. Med. 1999. Vol. 26, N 9-10. P. 1231-1237. DOI: https://doi.org/10.1016/S0891-5849(98)00315-3
32. Brand-Williams W., Cuvelier M.E., Berset C. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity // LWT Food Sci. Technol. 1995. Vol. 28, N 1. P. 25-30. DOI: https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
33. Chung L.Y. The antioxidant properties of garlic compounds: allyl cysteine, alliin, allicin, and allyl disulfide // J. Med. Food. 2006. Vol. 9, N 2. P. 205-213. DOI: https://doi.org/10.1089/jmf.2006.9.205
34. Li Y., Xiao S., Zhang Q., Wang N., Yang Q., Hao J. Development and standardization of spectrophotometric assay for quantification of thermal hydrolysis-origin melanoidins and its implication in antioxidant activity evaluation // J. Hazard. Mater. 2024. Vol. 476. Article ID 135021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135021
35. Патент 2181890 Российская Федерация. Способ выявления веществ, обладающих адаптогенными свойствами, in vitro / В.А. Быков, В.А. Дубинская, М.Ф. Минеева, Л.Б. Ребров, В.К. Колхир; заявитель и патентообладатель В.А. Быков (RU). № 2000113266/14; заявл. 22.05.2000; опубл. 10.05.2001, Бюл. № 13. 7 с.
36. Патент 2181891 Российская Федерация. Способ выявления веществ, обладающих противомикробными и противовирусными свойствами in vitro / В.А. Быков, В.А. Дубинская, М.Ф. Минеева, Л.Б. Ребров, В.К. Колхир; заявитель и патентообладатель В.А. Быков (RU). № 2000113267/14; заявл. 22.05.2000; опубл. 10.05.2001, Бюл. № 13. 7 с.
37. Патент 2181892 Российская Федерация. Способ выявления веществ, обладающих антиоксидантными свойствами, in vitro / В.А. Быков, В.А. Дубинская, М.Ф. Минеева, Л.Б. Ребров, В.К. Колхир; заявитель и патентообладатель В.А. Быков (RU). № 2000113268/14; заявл. 22.05.2000; опубл. 27.05.2002, Бюл. № 15. 8 с.
38. Стрелкова Л.Б., Кондакова Н.В., Дубинская В.А., Быков В.А. Индуцибельная NO-синтаза как ферментная биотест-система для выявления веществ с противовоспалительными свойствами in vitro // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2013. № 11. С. 75-80. EDN: RPQAHJ.
39. Mannervik B. Measurement of glutathione reductase activity // Curr. Protoc. Toxicol. 2001. Chap. 7. Unit 7.2. DOI: https://doi.org/10.1002/0471140856.tx0702s00
40. Королюк М.А., Иванова М.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 1-8. EDN: SICXEJ.
41. Лупанова И.А., Ферубко Е.В., Курманова Е.Н., Семкина О.А., Асатуров Ю.В. Изучение противоязвенной, противовоспалительной и иммуномодулирующей активности полиэкстракта плодов Ziziphus Jujuba Mill // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2024. № 10. С. 3-10. DOI: https://doi.org/10.29296/25877313-2024-10-01 EDN: FGUXDJ.
42. Thakur P., Dhiman A., Kumar S., Gautam N. Effect of different pre-treatments and drying technologies on garlic powder: changes in bioactive, physicochemical, antimicrobial and techno-functional properties // J. Food Meas. Charact. 2025. Vol. 19. P. 3662-3676. DOI: https://doi.org/10.1007/s11694-025-03215-8
43. Borlinghaus J., Albrecht F., Gruhlke M.C.H., Nwachukwu I.D., Slusarenko A.J. Allicin: chemistry and biological properties // Molecules. 2014. Vol. 19. P. 12 591-12 618. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules190812591

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© ООО Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа». Использование текстового и иллюстративного материала данного издания для обучения любых систем искусственного интеллекта, включая машинное обучение и нейросети, запрещено без письменного разрешения правообладателя.