Комплекс полифенолов черники, сорбированных на гречневой муке, как функциональный пищевой ингредиент Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

МИКРОНУТРИЕНТЫ В ПИТАНИИ

Для корреспонденции

Петров Никита Александрович - аспирант, лаборант-исследователь лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Адрес: 109240, Россия, г. Москва, Устьинский проезд, д. 2/14 Телефон: (495) 698-53-71 E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9755-6002

Петров Н.А., Сидорова Ю.С., Перова И.Б., Кочеткова А.А., Мазо В.К.

Комплекс полифенолов черники, сорбированных на гречневой муке, как функциональный пищевой ингредиент

ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», Москва, Россия Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow, Russia

Ягоды черники, в состав которых входит комплекс полифенольных соединений, применяются в традиционной медицине при нарушениях углеводного обмена. Однако высокое содержание моно- и дисахаридов в соке существенно снижает возможности его использования в профилактическом питании лиц с нарушениями углеводного обмена. В связи с этим необходим поиск технологических подходов, направленных на получение функциональных пищевых ингредиентов с более высоким содержанием полифенолов и низким содержанием моно- и дисахаридов, для последующего включения в состав специализированных пищевых продуктов. Цель исследования - разработка технологического подхода к получению пищевой матрицы путем обогащения гречневой муки полифенольными соединениями, извлекаемыми из ягод черники.

Материал и методы. В работе представлен способ получения пищевой матрицы путем сорбции полифенольных соединений из водно-спиртового экстракта ягод черники на гречневой муке. Концентрацию общих полифенолов и антоци-анинов в экстракте и их содержание в пищевой матрице определяли спектро-фотометрическими методами. Содержание моно- и дисахаридов и профиль индивидуальных антоцианинов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Результаты и обсуждение. Доля сорбции на гречневой муке составила 45% общих полифенолов и 48% антоцианинов их содержания в исходном экстракте ягод черники. Профиль антоцианинов, сорбированных на пищевой матрице, существенно не отличался от профиля экстракта ягод черники. Результаты определения содержания моно - и дисахаридов свидетельствуют об отсутствии их сорбции из экстракта ягод черники на гречневой муке.

Заключение. Полученные результаты представляют значительный интерес, свидетельствуя о том, что сорбционный подход позволяет целенаправленно концентрировать полифенолы в составе пищевой матрицы с минимальным

Для цитирования: Петров НА., Сидорова Ю.С., Перова И.Б., Кочеткова А.А., Мазо В.К. Комплекс полифенолов черники, сорбированных на гречневой муке, как функциональный пищевой ингредиент // Вопр. питания. 2019. Т. 88, № 6. С. 68-72. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10066 Статья поступила в редакцию 06.08.2019. Принята в печать 19.11.2019.

For citation: Petrov N.A., Sidorova Yu.S., Perova IB., Kochetkova A.A., Mazo V.K. The complex of bilberry polyphenols, sorbed on the buckwheat flour as a functional food ingredient. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2019; 88 (6): 68-72. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10066 (in Russian) Received 06.08.2019. Accepted 19.11.2019.

The complex of bilberry polyphenols, sorbed on the buckwheat flour as a functional food ingredient

Petrov N.A., Sidorova Yu.S., Perova I.B., Kochetkova A.A., Mazo V.K.

количеством легкоусвояемых углеводов, что существенно повышает эффективность ее использования в качестве функционального пищевого ингредиента в составе диетических профилактических продуктов для лиц с нарушениями углеводного обмена.

Ключевые слова: функциональный пищевой ингредиент, черника, экстракт ягод, полифенолы, антоцианины, пищевая матрица

Blueberries, which contain a wide range of polyphenolic compounds, are used in traditional medicine for prevention and treatment of carbohydrate metabolism disorders. However, the high content of mono- and disaccharides in the juice significantly reduces the possibility of using in preventive nutrition by persons with impaired carbohydrate metabolism. In this regard, it is necessary to search for technological approaches aimed at obtaining functional food ingredients with a higher content of polyphenols and a low content of mono - and disaccharides, for subsequent inclusion in corresponding therapeutic foods. The aim of this study was to develop a technological approach to obtain a food matrix by enriching buckwheat flour with polyphenolic compounds extracted from blueberries. Material and methods. The work presents a method for producing a food matrix by sorption of polyphenolic compounds from an aqueous-alcoholic extract of blueberries on buckwheat flour. The concentration of total polyphenols and anthocyanins in the extract and their content in the food matrix was determined by spectrophotometric methods. The content of mono- and disaccharides and profile of individual anthocyanins was determined by HPLC.

Results and discussion. The sorption on buckwheat flour was 45% of the total polyphenol content and 48% of anthocyanin content in the initial blueberry fruit extract. The profile of anthocyanins sorbed on a food matrix did not differ significantly from the profile of blueberry extract. The results of determining the content of mono- and disaccharides indicate the absence of their sorption from the extract of blueberries on buckwheat flour. Conclusion. The results obtained are of significant interest, indicating that the sorption approach allows targeted concentration of polyphenols in the food matrix with a minimum amount of easily digestible carbohydrates, which significantly increases the efficiency of its use as a functional food ingredient in dietetic products for people with carbohydrate metabolism disorders.

Keywords: functional food ingredient, bilberry, bilberry fruit extract, polyphenols, anthocyanins, food matrix

Высокая частота проявлений метаболического синдрома, сахарного диабета 2 типа и сопутствующих клинических осложнений определяет актуальность разработки и создания широкого спектра новых функциональных пищевых продуктов, для которых имеются доказательства их эффективности при использовании в питании лиц с нарушениями углеводного и/или жирового обмена.

Традиция применения в народной медицине плодов и листьев черники для уменьшения симптомов нарушений углеводного обмена обосновывается содержанием широкого спектра полифенольных соединений и в первую очередь антоцианинов, гипогликемические и гиполипидемические свойства которых интенсивно тестируются в экспериментах in vivo и клинических нутрициологических исследованиях [1-3]. Многочисленные данные по полифенольному профилю плодов и листьев черники, полученные с использованием современных высокочувствительных и информативных аналитических методов, представлены в ряде оригинальных и обзорных публикаций [4, 5]. Использование сока или экстрактов плодов черники для профилактических или лечебных целей в значительной степени ограничено низкой биодоступностью полифенольных

соединений, что обусловливает необходимость поиска технологических подходов, направленных на получение функциональных пищевых ингредиентов с возможно более высоким содержанием полифенолов, для последующего включения в состав соответствующих специализированных пищевых продуктов [6]. Одним из таких способов является сорбция полифенолов на белковом матриксе, повышающая также их устойчивость к разложению при высоких температурах и низких значениях рН [7-9].

Цель данного исследования - разработка технологического подхода по получению пищевой матрицы путем обогащения полифенольными соединениями, извлекаемыми из ягод черники, гречневой муки.

Выбор гречневой муки в качестве матрицы, сорбирующей полифенолы, обусловлен ее применением в современной медицинской практике - включением в диету при ожирении, сахарном диабете, заболеваниях почек, для снижения уровня холестерина и общих липидов, укрепления стенок кровеносных сосудов [10].

Ягоды черники, широко распространенной на всей территории России, содержат комплекс полифеноль-ных соединений, таких как изокверцетин, гиперин, гуаджаварин, кверцитрин, астрагалин, изомирицитрин,

5-О-кофеоилхиновая кислота, 3-О-кофеоилхиновая кислота, метилциннамат, метилкафеат, а также их производные [11].

Материал и методы

Опытный образец гречневой муки был получен и охарактеризован нами ранее в работе [8] измельчением промышленной партии пищевой муки (ООО «Хлеб-зернопродукт», Россия), с использованием ножевой мельницы «GRINDOMIX GM 200» (Retsch, Германия) при 8000 об/мин в течение 10 мин. Массовая доля белка в образце составила 9,7%, углеводов - 70,0%, золы - 1,6%, влажность - 5,5%.

Получение водно-спиртового экстракта ягод черники. Ягоды черники (ООО «Вологодская ягода», Россия) были предварительно высушены на лиофильной сушке «ЛС-500» (ООО «ПРОИНТЕХ», Россия). Экстракт из сухих плодов черники получали, добавляя к навеске 10 г сухих ягод 990 см3 70% этанола, затем в течение 15 мин измельчали с использованием лабораторного комбайна «Bosch MUMXL 40G» (Robert Bosch Hausgerate GmbH, Германия). Полученную смесь центрифугировали при 3000 об/мин в течение 10 мин (центрифуга «Beckman J6B», AL-TAR, США). Супернатант количественно переносили в колбу для выпаривания и затем на роторном испарителе ИР1М3 (ОАО «Химлаборприбор», Россия) удаляли спирт до конечного объема 260 см3.

Получение пищевой матрицы, обогащенной полифенолами черники. Процесс сорбции полифенолов из экстракта ягод черники на гречневой муке вели при постоянном перемешивании инкубационной смеси, состоящей из экстракта ягод черники и гречневой муки в соотношении 10:1 на орбитальном шейкере «LOIP LS-110» (ООО РНПО «РусПрибор», Россия) и по окончании инкубации проводили центрифугирование полученной суспензии при 4000 об/мин в течение 20 мин. Супернатант отделяли от осадка методом декантирования. Осадок (далее пищевую матрицу) лиофильно высушивали.

Определение содержания общих полифенолов. Содержание общих полифенолов в мг-экв. галловой кислоты (мг-экв. г.к.) определяли в экстракте ягод черники и в составе пищевой матрицы спектрофотометриче-ским методом по Фолину-Чокальтеу [8], используя стандарт галловой кислоты (97,5%, Sigma, США). Для определения содержания полифенолов в пищевой матрице навеску 0,5 г помещали во флакон вместимостью 20 см3, полифенолы элюировали 8 см3 1% раствора ледяной уксусной кислоты в 80% этаноле в ультразвуковой

ванне «Сапфир - 2,8 ТТЦ» (ООО «Сапфир», Россия) в течение 5 мин при 55 °С. Смесь центрифугировали при 4000 об/мин в течение 10 мин и супернатант переносили в грушевидную колбу. Элюирование повторяли еще дважды. Элюаты объединяли, спирт выпаривали на роторном испарителе при 60 °С до достижения 15% от исходного объема объединенных элюатов. Полученный концентрат переносили в мерную колбу и доводили объем до 50 см3 дистиллированной водой (далее -элюат пищевой матрицы).

Определение содержания антоцианинов. Содержание и профиль индивидуальных антоцианинов определяли по ГОСТ 32709-2014. Суммарное содержание антоцианинов в пересчете на цианидин-3-глюкозид оценивали методом рН-дифференциальной спектро-фотометрии с помощью спектрофотометра «Shimadzu UV-1800» (Shimadzu Corporation, Япония) с диапазоном длин волн 190-1100 нм. Профиль индивидуальных ан-тоцианинов исследовали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием системы, состоящей из жидкостного хроматографа «Agilent 1100» (Agilent Technologies, США), дегазатора, бинарного насоса, термостата колонок, автосамплера, диодно-матричного спектрофотометрического детектора. Обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения «ChemStation for LC 3D Systems» версии B.04.03.

Определение содержания моно- и дисахаридов. Содержание глюкозы, фруктозы и сахарозы определяли методом обращенно-фазовой ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием, в качестве неподвижной фазы использовали колонку «Сепарон SGX NH2», подвижной фазы - смесь бидистиллированной воды (23%) с ацето-нитрилом (77%) [12].

Результаты и обсуждение

Гранулометрический анализ исходных образцов муки и полученных измельчением на лабораторной мельнице показал уменьшение медианных размеров частиц от 181,6±5,1 до 134,9±3,9 мкм соответственно [8].

В табл. 1 представлена концентрация полифенольных соединений в экстракте ягод черники и в пищевой матрице.

Доля сорбции на гречневой муке составила 45% общих полифенолов и 48% антоцианинов их содержания в исходном экстракте ягод черники. Содержание полифенольных соединений в пищевой матрице увеличилось в 1,3 раза по сравнению с содержанием полифенольных соединений в эквивалентном количестве свежих ягод черники.

Таблица 1. Концентрация общих полифенолов и антоцианинов в экстракте ягод черники и их содержание в пищевой матрице

Объект исследования Общие полифенолы Антоцианины

Свежие ягоды 6,0±0,1 мг-экв. г.к./г 3,4±0,1 мг/г

Экстракт ягод черники 1,68±0,04 мг-экв. г.к./см3 0,95±0,01 мг/см3

Пищевая матрица 7,6±0,3 мг-экв. г.к./г 4,6±0,1 мг/г

Профиль антоцианинов в экстракте ягод черники и в элюате пищевой матрицы представлен в табл. 2.

Концентрация фруктозы в экстракте составила 8,92± 0,89, глюкозы - 8,55±0,86 и сахарозы 0,26±0,03 мг/см3. Суммарную сорбцию углеводов оценивали по разности между их концентрацией в экстракте ягод черники и в супернатанте, получаемом после сорбции. Результаты этого определения свидетельствуют об отсутствии сорбции моно- и дисахаридов из экстракта ягод черники на гречневой муке. Эти данные представляет значительный интерес, свидетельствуя о том, что сорбционный подход позволяет целенаправленно концентрировать полифенолы в составе пищевой матрицы с минимальным количеством легкоусвояемых углеводов. Соответственно, получаемая пищевая матрица имеет низкий гликемиче-ский индекс, что существенно повышает эффективность ее использования в качестве функционального пищевого ингредиента в составе диетических профилактических продуктов для лиц с нарушениями углеводного обмена.

Выводы

1. Разработан достаточно простой технологический подход получения пищевой матрицы, обогащенной полифенолами плодов черники при минимально низком содержании моно- и дисахаридов.

2. Полученные результаты могут быть использованы при разработке функциональных пищевых ингредиентов в составе диетической профилактической продукции с низким гликемическим индексом, предназначенной для питания лиц с нарушениями углеводного обмена.

Финансирование. Поисково-аналитическая работа по подготовке рукописи проведена за счет средств

Сведения об авторах

Таблица 2. Профиль антоцианинов экстракта ягод черники и элюата пищевой матрицы

Антоцианин Содержание, % суммы антоцианинов

экстракт ягод черники элюат пищевой матрицы

Дельфинидин-З-галактозид 12,4 12,4

Дельфинидин-З-глюкозид 11,4 11,2

Цианидин-З-галактозид 15,9 16,0

Дельфинидин-З-арабинозид 6,8 8,0

Цианидин-З-глюкозид 1З,4 1З,8

Петунидин-З-галактозид 2,8 2,7

Петунидин-З-глюкозид 6,4 6,З

Цианидин-З-арабинозид 10,0 10,2

Пеонидин-З-галактозид 2,0 1,5

Петунидин-З-арабинозид 1,7 2,2

Мальвидин-З-галактозид 2,4 2,1

Пеонидин-З-глюкозид 5,5 5,5

Мальвидин-З-глюкозид 7,7 6,8

Мальвидин-З-арабинозид 1,6 1,2

субсидии на выполнение государственного задания в рамках Программы фундаментальных научных исследований (тема № 0529-2019-0055).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Благодарности. Авторы выражают благодарность научному сотруднику лаборатории метаболомного и проте-омного анализа ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» кандидату фармацевтических наук Е.В. Рылиной за проведение анализа по определению содержания простых углеводов в исследуемых образцах.

ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (Москва, Россия):

Петров Никита Александрович (Petrov Nikita A.) - аспирант, лаборант-исследователь лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9755-6002

Сидорова Юлия Сергеевна (Sidorova Yuliya S.) - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-2168-2659 Перова Ирина Борисовна (Perova Irina B.) - кандидат фармацевтических наук, старший научный сотрудник лаборатории метаболомного и протеомного анализа E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-5975-1376

Кочеткова Алла Алексеевна (Kochetkova Alla A.) - доктор технических наук, профессор, заведующая лабораторией пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9821-192X

Мазо Владимир Кимович (Mazo Vladimir K.) - доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-3237-7967

Литература

1. Bharat D., Cavalcanti R.R.M., Petersen C. et al. Blueberry metabo- 7. lites attenuate lipotoxicity-induced endothelial dysfunction // Mol. Nutr. Food Res. 2018. Vol. 62, N 2. doi: 10.1002/mnfr.201700601

2. Vendrame S., Zhao A., Merrow T., Klimis-Zacas D. The effects

of wild blueberry consumption on plasma markers and gene expres- 8. sion related to glucose metabolism in the obese Zucker rat // J. Med. Food. 2015. Vol. 18, N 6. P. 619-624. doi: 10.1089/jmf.2014.0065

3. Мазо В.К., Сидорова Ю.С., Шипелин В.А., Петров Н.А., Ко-четкова А.А. Полифенольные растительные экстракты: 9. влияние на нарушения углеводного и липидного обмена

у лабораторных грызунов // Пробл. эндокринол. 2016. Т. 62, № 4. С. 38-44. doi: 10.14341/probl201662438-44

4. Wu Y., Zhou Q., Chen X.Y. et al. Comparison and screening

of bioactive phenolic compounds in different blueberry cultivars: 10. Evaluation of anti-oxidation and a-glucosidase inhibition effect // Food Res. Int. 2017. Vol. 100, Pt 1. P. 312-324. doi: 10.1016/ j.foodres.2017.07.004 11.

5. Casedas G., Les F., Gomez-Serranillos M.P., Smith C., Lopez V. Anthocyanin profile, antioxidant activity and enzyme inhibiting properties of blueberry and cranberry juices: a comparative study // Food Funct. 2017. Vol. 8, N 11. P. 4187-4193. doi: 10.1039/ 12. c7fo01205e

6. Bohn T. Dietary factors affecting polyphenol bioavailability // Nutr. Rev. 2014. Vol. 72, N 7. P. 429-452. doi: 10.1111/nure.12114

Roopchand D.E., Grace M.H., Kuhn P. et al. Efficient sorption of polyphenols to soybean flour enables natural fortification of foods // Food Chem. 2012. Vol. 131, N 4. P. 1193-1200. doi: 10.1016/j.foodchem.2011.09.103

Petrov N.A., Sidorova Y.S., Sarkisyan V.A. et al. Complex of polyphenols sorbed on buckwheat flour as a functional food ingredient // Food Raw Materials. 2018. Vol. 6, N 2. P. 334-341. doi: 10.21603/2308-4057-2018-2-334-341

Мазо В.К., Петров Н.А., Саркисян В.А., Кочеткова А.А. Взаимодействие полифенолов пищи с белками: перспективы диетотерапии метаболического синдрома и сахарного диабета 2-го типа // Пробл. эндокринол. 2018. Т. 64, № 4. С. 252-257. doi: 10.14341/probl8774

Kreft M. Buckwheat phenolic metabolites in health and disease // Nutr. Res. Rev. 2016. Vol. 29, N 1. 30-39. doi: 10.1017/ S0954422415000190

Huang W., Yao L., He X. et al. Hypoglycemic activity and constituents analysis of blueberry (Vaccinium corymbosum) fruit extracts // Diabetes Metab. Syndr. Obes. 2018. Vol. 11. P. 357-366. doi: 10.2147/DMS0.S166728

Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище Р 4.1.1672-03. М. : Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 240 с.

References

Bharat D., Cavalcanti R.R.M., Petersen C. et al. Blueberry metabolites attenuate lipotoxicity-induced endothelial dysfunction. Mol Nutr Food Res. 2018; 62 (2). doi: 10.1002/mnfr.201700601 Vendrame S., Zhao A., Merrow T., Klimis-Zacas D. The effects of wild blueberry consumption on plasma markers and gene expression related to glucose metabolism in the obese Zucker rat. J Med Food. 2015; 18 (6): 619-24. doi: 10.1089/jmf.2014.0065 Mazo V.K., Sidorova Yu.S., Shipelin V.A., Petrov N.A., Kochet-kova A.A. Polyphenolic plant extracts: effects on disorders of carbohydrate and lipid metabolism in laboratory animals. Problemy endokrinologii [Problems of Endocrinology]. 2016; 62 (4): 38-44. doi: 10.14341/probl201662438-44 (in Russian) Wu Y., Zhou Q., Chen X.Y., et al. Comparison and screening of bio-active phenolic compounds in different blueberry cultivars: Evaluation of anti-oxidation and a-glucosidase inhibition effect. Food Res Int. 2017; 100 (Pt 1): 312-24. doi: 10.1016/j.foodres.2017.07.004 Cásedas G., Les F., Gómez-Serranillos M.P., Smith C., López V. Anthocyanin profile, antioxidant activity and enzyme inhibiting properties of blueberry and cranberry juices: a comparative study. Food Funct. 2017; 8 (11): 4187-93. doi: 10.1039/c7fo01205e Bohn T. Dietary factors affecting polyphenol bioavailability. Nutr Rev. 2014; 72 (7); 429-52. doi: 10.1111/nure.12114

10.

11.

12.

Roopchand D.E., Grace M.H., Kuhn P., et al. Efficient sorption of polyphenols to soybean flour enables natural fortification of foods. Food Chem. 2012; 131 (4): 1193-200. doi: 10.1016/j.food-chem.2011.09.103

Petrov N.A., Sidorova Y.S., Sarkisyan V.A., et al. Complex of polyphenols sorbed on buckwheat flour as a functional food ingredient. Food Raw Materials. 2018; 6 (2): 334-41. doi: 10.21603/2308-40572018-2-334-341

Mazo V.K., Petrov N.A., Sarkisyan V.A., Kochetkova A.A. The interaction of food polyphenols with proteins: prospects for diet therapy of metabolic syndrome and type 2 diabetes. Problemy endokrinologii [Problems of Endocrinology]. 2018; 64 (4): 252-7. doi: 10.14341/probl8774 (in Russian)

Kreft M. Buckwheat phenolic metabolites in health and disease. Nutr Res Rev. 2016; 29 (1): 30-9. doi: 10.1017/S0954422415000190 Huang W., Yao L., He X., et al. Hypoglycemic activity and constituents analysis of blueberry (Vaccinium corymbosum) fruit extracts. Diabetes Metab Syndr Obes. 2018; 11: 357-66. doi: 10.2147/ DMSO.S166728

Guidance on methods for monitoring the quality and safety of dietary supplements R 4.1.1672-03. Moscow: Federal'nyy tsentr gossanepidnadzora Minzdrava Rossii, 2004: 240 p. (in Russian)

1.

7.

2.

8.

9

4

6.