Алко- и генопротекторные свойства напитка естественного брожения на основе меда Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 663.24.036: 638.16

Алко- и генопротекторные свойства напитка естественного брожения на основе меда

О. Б. Иванченко, канд. биол. наук, доц.; Е. В. Борисова

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий И. Н. Яковлева, асп.

АННИО «Институт медоварения (Санкт-Петербург)

Производство напитков естественного брожения, в том числе и пива, восходит из глубины веков. Специалисты относят их к одним из самых здоровых продуктов, которые употребляют в пищу. Это связано с натуральным сырьем и технологией пивоварения. Ассортимент пива сегодня значительно расширяется за счет введения в рецептуры новых компонентов и внедрения инновационных технологий. Однако вопрос о полезности и «вредности» спиртсодержащих напитков актуален и в настоящее время.

Чрезмерное потребление алкогольных напитков — одно из важнейших факторов возникновения и развития ряда заболеваний. Для взрослого человека опасное для жизни количество алкоголя (при приеме внутрь в течение короткого промежутка времени) составляет 200-400 мл, что соответствует концентрации спирта в крови 4-6 % (Widmark E. M. P.,1933). Частое употребление спиртсодержащих напитков — один из факторов риска развития хронического панкреатита, приводит к раздражению желудочно-кишечного тракта, расстройств пищеварения, ожирению печени и циррозу. Повышенное потребление спирта считается решающим фактором в возникновении опухолей печени при заболевании гепатитом В, а также опухолей молочной железы и прямой кишки. Этанол проявляет мутагенное (Hayes S., 1985) и тератогенное действие.

Один из путей решения этой проблемы — введение в состав крепких алкогольных напитков пищевых добавок, снижающих отрицательное

Ключевые слова:

генотоксичность, токсичность, напиток брожения, генопротекторная активность

действие алкоголя. Например, введение в состав водки детоксициру-ющих добавок на основе янтарной, фумаровой кислот и их солей, позволяющих снижать отрицательное действие алкоголя. Данные алкопротекторы ускоряют процесс окисления этанола, предупреждают привыкание к алкоголю, снижают похмельный синдром и интоксикацию организма [7].

Вместе с тем интерес населения и медиков к вину всегда был вызван научными и статистическими данными о так называемом «фран-цузком парадоксе», который заключается в том, что заболевания сердечно-сосудистой системы значительно ниже у лиц, ежедневно потребляющих невысокие дозы красного вина. Такие факты связывают с веществами различной природы, переходящими из сырья и проявляющими биологическую активность. К таким основным компонентам относят флавоноиды, в состав которых входят катехины, антоцианиды, флавонолы, фенолокислоты и др. Общее содержание фенольных соединений в вине обычно находится в пределах 1-4 г/л. Они обладают низкой токсичностью и согласно современным представлениям являются исключительно важными биологически активными веществами. Флавоноиды определяют Р-витаминную активность вин. Ряд фенольных соединений, входящих

в состав вин, оказывает антигипок-сическое, противовоспалительное, антиаллергическое, кардио- и гепа-топротекторное, противоопухолевое действия [6].

Подобные результаты исследований показаны и для пива. При производстве пива кроме основных продуктов брожения — спирта и углекислого газа — образуется целый ряд побочных продуктов, которые вносят существенный вклад в формирование его органолептических свойств, обусловливают влияние напитка на здоровье человека, а также дают возможность характеризовать пиво как функциональный продукт (Жанатаев с соавт., 2003). Пиво обладает выраженным биологическим действием: различные сорта пива проявляют антимутагенные и/или генопротекторные свойства [3].

Медовые напитки — мед, медовухи — наряду с квасом издавна считаются традиционным русским питьем. Мед, как один из самых легкодоступных видов углеводного сырья, в Древней Руси использовали в достаточно больших количествах. Одни из первых рецептур медоварения представлены в книге «РоссТйской хозяйственной винокуръ, пивоваръ, медоваръ, водочной мастеръ, квас-никъ, уксусникъ, и погребщикъ», изданной в 1792 г. В XX в. массовое производство медовых напитков прекратилось, и традиции медоварения вновь начали возрождаться только в последние десятилетия. Такие напитки обладают высокой пищевой и биологической ценностью благодаря наличию в их составе глюкозы, фруктозы, сахарозы, декстринов, протеинов, органических кислот, минеральных веществ, ферментов, витаминов, ароматических веществ и других биологически активных веществ меда. Введение меда в рецептуры не только повышает пищевую ценность продукта, но и позволяет обогатить их необходимыми человеку веществами, причем природного происхождения. В процессе естественного брожения медовые напитки дополнительно обогащаются продуктами обмена дрожжей, которые также снабжают напитки питательными веществами и формируют их органолептические характеристики [5].

Один из возрожденных народных напитков — «Мед хмельной» (коммерческое название «Хмельной мед

«Традиционный»), разработанный АННИО «Институт медоварения» и производимый предприятием ООО «Медоварус» (Санкт-Петербург). Это душистый хмельной слабоалкогольный напиток со вкусом меда, с ароматом трав и пряностей, получаемый только из природных компонентов. В его состав входят вода, мед натуральный, патока, сахар, солод, хмель, травы — душица, базилик, аир, зверобой, полынь и пряности — корица, имбирь, кардамон, кориандр, мускатный орех, гвоздика.

Учитывая рецептуры исследуемого напитка, состав, использование растительного дикорастущего сырья и меда, применяемые на предприятии инновационные технологии, представляется интересным изучение алкопротекторных свойств напитка и его генопротекторного действия.

Снижения токсичности этилового спирта в напитке. Действие напитков и снижение токсичности спирта в них оценивали по степени роста клеток дрожжей. В течение 7 ч инкубации ежечасно проводили подсчет клеток дрожжей в камере Горяева в каждом варианте опыта (рис. 1).

Как видно из представленных данных, сам напиток «Хмельной мед» стимулирует рост дрожжей. В первые часы (1,2 ч) роста в опыте с напитком клетки приспосабливаются к условиям среды — размножения клеток нет, но вещества напитка оказывают заметное положительное влияние на жизнедеятельность дрожжей, так как затем наблюдаются стимуляция размножения клеток

и прирост биомассы. Выживаемость через 7 ч по отношению к негативному контролю составляет 117 %, по отношению к спирту — 218 %.

Таким образом, компонентный состав напитка не только снимает токсическое действие спирта, но и стимулирует рост дрожжей, что говорит о его алкопротектор-ных свойствах и безопасном ежедневном употреблении в количестве 250-500 мл.

Изучение протекторных свойств в модифицированном ДНК-повреждающем тесте. В настоящее время наряду с развитием работ по оценке генетической безопасности пищевых продуктов активно изучаются вопросы применения в пищевых продуктах веществ, обладающих протекторными и антимутагенными свойствами. Целесообразность таких исследований очевидна, так как современная среда обитания агрессивна по отношению к человеку, она содержит большое количество мутагенов химической и физической природы, устранить которые невозможно. Один из путей борьбы с этим явлением — использование в пищевых продуктах соединений, способных снижать или устранять токсические и агрессивные эффекты средовых факторов [2].

Генопротекторные соединения — это соединения, снижающие повреждающее действие генотоксических агентов. Один из возможных путей снижения токсического действия — нейтрализация агента еще до его проникновения внутрь клетки. Другой вероятный способ — влияние на метаболизм клетки, в результате чего или блокируется его поступление внутрь клетки, или уменьшается взаимодействие с генетическими структурами, или происходит перехват свободных радикалов, или усиливается активность ферментов репарации [9].

Изучение генопротекторных свойств исследуемых напитков проводили в трех модификациях ДНК-повреждающего теста.

Первая модификация опыта: эксперимент основан на совместном инкубировании клеток тест-штамма E. coli в среде с исследуемым напитком и ДНК-повреждающим агентом, в качестве которого применяли фу-рацилин (100 мкг/мл).

В работе использовали тестерные штаммы Escherichia coli:

Wp — дикий тип, trp- (работают все системы репарации);

rec A- — нарушена постреплика-тивная репарация, общая рекомбинация, trp-;

uvr A- — нарушена эксцизионная репарация, trp-.

Измеряли начальную оптическую плотность D суспензии и после ин-

нач J

кубирования при 37 °С D Далее определяли интенсивность роста культуры в каждом варианте опыта AD. В экспериментах параллельно с мутантными штаммами обязательно засевали дикий тип W

Вторая модификация: бактерии тест-штамма предварительно обрабатывали исследуемым напитком (60 мин), затем бактерии центрифугировали и вносили в инкубационную смесь для культивирования вместе с ДНК-повреждающим агентом. Оптическую плотность измеряли также в начале опыта и в конце.

Третья модификация: бактерии тест-штамма предварительно инкубировали с фурацилином в питательной среде (60 мин), затем бактерии центрифугировали и инкубировали вместе с исследуемым напитком. Измеряли начальную оптическую плотность и после срока инкубации.

В начале экспериментов определяли, не обладает ли сам исследуемый напиток ДНК-повреждающим действием. Интенсивность роста культуры AD в каждом варианте опыта устанавливали по формуле

AD = D

D

Выживаемость мутантного штамма рассчитывали по формуле

X = (О ф 100 % К )/(К ф О ),

деф ' дик ' деф дик '

где Одеф — AD дефектного штамма в опыте; О — AD дикого штамма

дик

в опыте; К — AD дикого штамма

дик

в негативном контроле; К . — AD

деф

дефектного штамма в негативном контроле.

Процент выживаемости 96-100 % указывает на отсутствие ДНК-пов-реждающей активности, 86-96 % — активность слабая (пограничная), менее 85 % свидетельствует о выраженном ДНК-повреждающем эффекте [1].

Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

Как видно из полученных результатов, выживаемость клеток мутантного штамма гес А- составляет 52, а штамма uvr А- — 57,7 %, т.е. фурацилин проявляет сильную ДНК-повреждающую активность. Внесение спирта в питательную среду с клетками также угнетает их рост, но в меньшей степени. Выживаемость штаммов составляет 91 и 92 % для штаммов гес А-, uvr А- соответственно, что свидетельствует о слабой ДНК-повреж-дающей активности спирта. Выращивание клеток в присутствии напитка «Хмельной мед» не только не угнетает рост штаммов, но и стимулирует их рост. Выживаемость гес А- штамма составляет 103 %, а uvr А- штамма — 134,7 %. Отсутствие ДНК-повреждающей активности изучаемых напитков в тестах на микроорганизмах дает нам основание предположить подобное их действие и в отношении высших организмов, но для более объективной оценки их влияния на человека необходимо расширять спектр используемых методов и тестов.

Защитные свойства напитка изучали в трех модификациях теста, описанных выше. Возможность влияния его компонентов на агрессивный фактор, в данном случае фу-рацилин, или препятствования его проникновению и взаимодействию с ДНК изучали в первой модификации теста, когда известный ДНК-повреждающий агент фурацилин вносили в смесь вместе с напитком.

140 120

Фурацилин Спирт, 6% Хмельной мед Вариант опыта

| | ^ О] uvr

Рис. 2. ДНК-повреждающая активность напитка «Хмельной мед»

Таблица 1

Вариант опыта Среднее значение АО

W И rec A- uvr A-

Негативный контроль 0,234 0,170 0,135

Позитивный контроль (фурацилин) 0,042 0,016 0,014

Хмельной мед 0,630 0,470 0,505

Фурацилин+хмельной мед 0,130 0,019 0,016

Таблица 2

Вариант опыта Среднее значение АО

W rec A- uvr ^

Контроль (клетки без обработки) 0,166 0,148 0,140

Клетки, обработанные фурацилином 1 ч 0,035 0,022 0,026

Клетки (без обработки) с последующим воздействием напитка «Хмельной мед» 0,491 0,398 0,420

Клетки, обработанные фурацилином 1 ч, с последующим воздействием напитка «Хмельной мед» 0,089 0,043 0,042

Таблица 3

Вариант опыта Среднее значение АО

W rec A- uvr ^

Контроль (клетки без обработки) 0,128 0,137 0,148

Клетки (без обработки) с последующим воздействием фурацилина 0,095 0,04 0,030

Клетки, обработанные напитком «Хмельной мед» 0,161 0,162 0,170

Клетки, обработанные напитком «Хмельной мед» 1 ч, с последующим воздействием фурацилина 0,11 0,05 0,035

Рис. 3. Генопротекторная активность напитка «Хмельной мед» при совместном внесении в инкубационную смесь напитка и фурацилина

Результаты исследований представлены в табл. 1 и на рис. 3.

Как видно из представленных результатов исследований, напиток стимулирует рост клеток как дикого штамма, у которого хорошо работают все системы репарации, так и мутантных штаммов с нарушенными системами репараций. Вместе с тем можно предположить, что компоненты напитка будут влиять на работу систем репарации, так как выживаемость дикого штамма выше, чем мутантных.

В настоящее время выделяют соединения, которые активируют исправление повреждений ДНК, т. е.

влияют на скорость репарации. Это репарационные мутагены. Возможность активации эксцизионной репарации или рекомбинационной оценивали в сравнении со штаммом дикого типа. Эксперименты проводили в двух модификациях: клетки вначале обрабатывали фурацили-ном, т. е. вызывали повреждения ДНК, а в дальнейшем их вносили в исследуемый напиток (табл. 2); клетки вначале обрабатывали напитком, а затем воздействовали ДНК-повреждающим агентом (табл. 3).

Как видно из данных табл. 2, исследуемый напиток, так же как и в предыдущем опыте, стимулирует рост клеток как дикого, так и му-тантных штаммов. Обработка фу-рацилином клеток в течение 1 ч вызывает изменения в ДНК и гибель части клеток. Необходимо заметить, что в дальнейшем повреждения ре-парируются, т.е. восстанавливаются как в варианте опыта, когда клетки в дальнейшем обрабатываются напитком, так и без него. Однако интенсивность восстановления в опыте с напитками более выражена. «Хмельной мед» защищает клетки дикого типа более чем в 2 раза. Выживаемость дикого штамма по сравнению с клетками, которые обработали только фурацилином и не обрабатывали исследуемым напитком, меньше. Выживаемость тест-штаммов также повышается, но она меньше, чем выживаемость клеток дикого типа, что также свидетельствует о наличии в напитках соединений,

способных влиять на системы экс-цизионной и пострепликативной репарации, которые присутствуют в клетках штамма W .

р

В третьей серии экспериментов вначале в течение 1 ч обрабатывали клетки напитком, затем их отделяли, отмывали и подвергали далее контакту с фурацилином (табл. 3).

Как показывают результаты экспериментов, обработка клеток напитком даже в течение 1 ч помогает им справиться с последующим воздействием ДНК-повреждающего агента, т.е. вещества напитка защищают клетки. Однако необходимо заметить, что в данном случае воздействие на клетки дикого штамма не превышает показатели влияния на мутантные штаммы. Выживаемость дикого и мутантных штаммов повышается в среднем на равные величины, т.е. защита проявляется независимо от присутствия или отсутствия системы репарации в клетки. Например, при обработке напитком «Хмельной мед» выживаемость Wp-штамма повышается в среднем на 15 %, гесА--штамма — на 25, а uvr А- — на 16 % по сравнению с клетками, которые не были обработаны напитком.

В данных опытах в качестве ге-нотоксического агента использовали соединение нитрофуранового ряда — фурацилин. Механизмы защитного действия антимутагенов против различных соединений чаще всего индивидуальны. Вместе с тем, полученные результаты по активации репарационных систем под действием компонентов напитка по-

зволяют нам говорить об универсальности данного механизма, так как эти системы репарации есть в клетках организмов различного уровня организации (от бактерии до млекопитающих), и при возникновении повреждений в ДНК они принимают участие в исправлении. При употреблении в пищу исследуемых напитков вместе с другими продуктами питания, которые могут содержать в своем составе геноток-сические вещества, компоненты напитка будут защищать организм от их воздействия и помогать клеткам справляться с возникающими нарушениями.

Таким образом, исследуемый напиток естественного брожения на основе меда «Хмельной ме д «Традиционный» имеет сложный поликомпонентный состав, и входящие в его состав вещества естественного происхождения обладают алкопротекторными свойствами и проявляют генопротекторную активность. Создание пищевых продуктов, обогащенных генопро-текторными компонентами, имеет большие перспективы не только для профилактики с целью снижения мутационного груза популяции, но также и потому, что антимутагены различного механизма действия рассматриваются как агенты, предупреждающие индукцию и развитие злокачественных новообразований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абилев С. К., Порошенко Г. Г. Ускоренные методы прогнозирования мутагенных

и бластомогенных свойств химических соединений//Итоги науки и техники ВИНИТИ. Токсикология. 1986. № 14.

2. Дурнев А. Д. Мутагены и антимутагены в продуктах питания//Генетика. 1997. Т. 33. Вып. 2. С. 165-176.

3. Жанатаев А. К., Кобелев К. В., Орещен-ко А. В., Дурнев А. Д. Пиво как функциональный продукт и его влияние на здо-ровье//Хранение и переработка сельхоз-сырья. 2003. № 4. С. 24-32.

4. Кобелев К. В., Жанатаев А. К., Орещен-ко А. В., Дурнев А. Д. Влияние различных сортов ячменного пива на спонтанный и индуцированный диоксидином мутагенез в клетках млекопитающих//Хранение и переработка сельхозсырья. 2003. № 4. С. 37-40.

5. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива/Пер. с нем. — СПб.: Профессия, 2003.

6. Макаров В. Г., Макарова М. Н, Селезнева А И. Изучение механизма антиокидантного действия витаминов и флавоноидов//Во-просы питания. 2005. Т. 74. № 1. С. 10.

7. Романова Н. К., Симонова Н. Н, Костина Л. А Пищевые добавки с алкопротекторными свойстами//Пищевая промышленность. 2007. № 11. С. 26-27.

8. Рос^йской хозяйственной винокуръ, пивоваръ, медоваръ, водочной ма-стеръ, квасникъ, уксусник, и погреб-щикъ. — СПб.: Императорская типографiя, 1792.

9. Тарасов В. И. Молекулярные механизмы репарации и мутагенеза. — М.: Наука, 1982.

10. Hayes S Ethanol-induced genotoxici-ty//Mut. Res. 1985. № .143. P. 23-27.

11. Widmark E. M. P Die Maximalgrenzen der Alkoholkonsumption//Biochem. Z. 1933. № . 259. P. 285-293. &

27-29 мая 2009 г.

\ЪБ-семинар «Сырьевая база для солодовенного и пивоваренного производств»

BERLIN Организаторы: Берлинский НИИ пивоварения (VLB) при поддержке АО «Бай Ва АГ»

Основные темы

^ Селекция пивоваренного ячменя ^ Технологии возделывания

пивоваренного ячменя ^ Средства защиты растений и применяемые удобрения

^ Анализ качественных

параметров ячменя и солода ^ Оптимизация технологических процессов солодоращения

^Требования современного солодовенного и пивоваренного производств к качеству пивоваренного ячменя

Регистрацию участников семинара проводит ООО «Арт-Агро»: Россия, 152020, Ярославская обл., г. Переславль-Залесский, ул. Трудовая, д. 1. Тел. +7 (48535) 389-06. Факс +7 (48535) 388-61. E-mail: [email protected]