CC BY
27
Научно-практическая роль соединений селена в технологии пивоварения
Ю.И. Шишков
ГУ ВНИИпивобезалкогольной и винодельческой промышленности (Москва)
В организме человека эволюционно развиты системы защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды (радиация, ультрафиолетовое облучение, промышленные выбросы, табачный дым и т.д.), играющих роль оксидантов, а также от активации эндогенных механизмов генерации активных метаболитов кислорода, приводящих к развитию так называемого окислительного стресса — важного патогенного фактора многих заболеваний. Доказано, что с недостаточностью селена в организме связано около 75 различных патологий и болезненных симптомов. В условиях окислительного стресса имеет место напряжение антиоксидантной системы защиты организма, которое обусловливает необходимость незамедлительной коррекции его селенового статуса для уменьшения кумулятивных эффектов от оксидантного повреждения. Это может быть достигнуто через поступление в организм пищевых продуктов, в которых он может находиться как в неорганической, так и органической формах.
По причине относительной дешевизны и высокой биодоступности до настоящего времени широко применяют неорганические соединения селена (селениты, селенаты). Однако согласно последним рекомендациям российских и американских нутрици-ологов, неорганические формы селена рекомендуется использовать только в медицинских целях и только для лиц с ярко выраженным дефицитом селена, что связано с особенностями биотрансформации его органических и неорганических форм.
Усвоение селеноорганических веществ (селенометионина, селеноцисте-ина) несколько растянуто во времени, не приводит к резкому увеличению содержания селена в плазме, что обусловлено формированием ими в организме так называемого «селенового депо». Неорганические соединения селена (селениты, селенаты) не способны формировать подобное депо и находятся непосредственно в плазме крови. В связи с этим они используются для быстрой коррекции дефицита селена с целью полного восстановления актив-
ности фермента глутатионпероксида-зы, содержащей в активном центре селен в виде селеноцистеина [1, 2].
Селенит натрия имеет существенные недостатки, ограничивающие его применение в продуктах питания, особенно напитках. Это связано, во-первых, с тем, что селенит натрия обладает сильным вяжущим вкусом и специфическим неприятным запахом. Во-вторых, защитный эффект №^е03, содержащего Se+4, в присутствии аскорбиновой кислоты полностью нивелируется вследствие высокой его реакционной способности и склонности к восстановлению до элементарного селена Seo, не проявляющего биологической активности. Его восстановлению также способствуют соли двухвалентных металлов, например меди и железа. Соли шестивалентного селена — селенаты, например №^е04, более устойчивы к восстановлению, чем селениты. При этом селенит натрия более токсичен, чем селенаты, а тем более селеноор-ганические соединения. Органические соединения этого микроэлемента (се-ленометионин, селеноцистеин) не реагируют с аскорбиновой кислотой и не подвергаются восстановлению под влиянием ионов металлов.
На эти факты не было обращено должного внимания авторами работы [3] при выборе соединения селена для оценки его влияния на эффективность сбраживания пивного сусла. В качестве объекта исследований ими был выбран селенит натрия, который вносили в 11%-ное охмеленное сусло в дозах 100 и 150 мкг/л. Для сбраживания сусла были использованы дрожжи низового брожения (штаммы 8 АМ и 11), которыми в количестве 5 мл/л с титром клеток 12-106 кл/л засевали сусло. Контролем служило сусло без селенита натрия.
Из рассмотрения результатов этого сравнительного эксперимента следует, что в условиях брожения сусла с добавкой селенита натрия отмечается повышение продуктивности дрожжей. Так, например, при внесении в сбраживаемое сусло 100 мкг/л селенита натрия количество дрожжевых клеток по
сравнению с контролем увеличилось на 33,3 %, а при 150 мкг/л — на 70,8 %. При этом основные физико-химические показатели опытного и контрольного пива были практически одинаковыми, но в то же время содержание селена в опытных образцах было 48,08 мкг/л против 2,01 мкг/л в контроле.
Однако в цитируемой работе нет ответа на очень важные вопросы: как изменяется органолептика пива при сбраживании сусла, обогащенного селенитом натрия; какая была рабочая концентрация селенита натрия при сбраживании сусла, поскольку не учитывалось его восстановление аскорбиновой кислотой и ионами меди и железа, находящимися в сусле; сколько селенита натрия было ассимилировано дрожжами; не указывается, в активной или неактивной форме находится селен в пиве, что не позволяет ответить на вопрос: насколько увеличивается биологическая ценность пива, способствующая защите организма человека от токсического действия алкоголя?
Экспериментальные данные о влиянии селена на рост и развитие дрожжей очень скудны, однако возможность заметного его влияния на их физиоло-го-биохимическую активность весьма вероятна, что подтверждается результатами работы [4], в которой изучали влияние различных селеноорганиче-ских форм и селената натрия №^е04 на этот показатель клеток. В качестве объекта исследований были использованы дрожжи Sach. сarlbergiensis, раса S-львовская, которые выращивали в аэробных условиях на 12%-ном охмеленном сусле, обогащаемом селенатом натрия, аскорбатом селена, цитратом селена и производным селеноцистеина. В сусло, обогащенное соединениями селена в интервале концентрации от 2 до 80 мкг/л (по селену), вносили иноку-лят дрожжей в количестве 5 % от объёма питательной среды. Дрожжи выращивали в качалочных колбах на качалке при 220 мин-2. Продолжительность культивирования дрожжей — 18 ч при 25±1°С. Влияние соединений селена на физиолого-биохимическую активность дрожжей оценивали по накоплению дрожжей в культуральной жидкости (см. таблицу).
Из анализа этих экспериментальных данных следует, что различные формы селена неадекватно влияют на физиолого-биохимическую активность дрожжей, но при этом во всех вариантах опыта зависимость продуктивности клеток от концентрации различных соединений селена имела экстремальный характер.
Эффективность влияния различных соединений селена была практически одинакова, и по сравнению с контро-
2007
8
Вариант опыта Доза соединения селена в сусле, мкг/л (по Se) Количество клеток в культуральной жидкости, млн кл./мл
Контроль Без селена 175
Селенат натрия 10 177,3
20 182
30 175,2
Аскорбатселена 10 178
20 184,7
30 176,3
Цитрат селена 10 177,8
20 183,1
30 175,6
Производное селеноцистеина 2,0 181
10 185,5
20 196
40 201,3
65 211
70 80 190 183
лем максимальная продуктивность дрожжей увеличилась на 4-5,5 % при концентрации селена 20 мкг/л. Дальнейшее повышение дозы этих соединений селена в сусле сопровождается ингибированием роста и развития клеток. Исключение составляло производное селеноцистеина. Его влияние на продуктивность дрожжей было более выраженное и проявлялось в широком диапазоне концентраций, находящихся в интервале от 2 до 80 мкг/л. Максимальный эффект достигается при обогащении сусла производным селеноци-стеина с дозой 65 мкг/л, при которой продуктивность дрожжей повышается приблизительно на 21%.
Круг природных антиоксидантов весьма широк и особое место в нём занимает система глутатиона, ключевой фермент которой — селенозависимый фермент — глутатионпероксидаза с активным центром, включающим се-леноцистеин. В нативном виде он неустойчив и поэтому в эксперименте было использовано производное селе-ноцистеина, приготовленного по способу [5]. При получении производного селеноцистеина одновременно с ним образуется другой сильнейший анти-оксидант — глутатион. Считается, что роль глутатиона заключается также в защите SH-групп внутриклеточных ферментов от окисления и блокирования ионами тяжелых металлов и другими ядами. С другой стороны, глутатион (наряду с липоевой кислотой, коэнзи-мом А, тиоредоксином) относится к числу тиоловых кофакторов — переносчиков ацильных групп. Роль SH-группы в глутатионе и других тиоловых кофакторов во многих отношениях аналогична роли SH-групп цистеиновых
остатков, выполняющих каталитические функции в активных центрах некоторых ферментов.
Заслуживают также внимания данные, приведенные в [1], согласно которым глутатион восстанавливает активность глутатионпероксидазы после взаимодействия ее со свободным радикалом.
Известно, что дрожжи подвержены диссоциации, т.е. расщеплению однородной популяции на варианты, отличающиеся от исходной формы стойкими изменениями ряда признаков: генетических, физиолого-биохимических и морфологических. Первые фенотипические изменения при диссоциации происходят в клеточной оболочке (в размере и составе клеточной стенки; в насыщенности жирных кислот липидов, входящих в мембрану). Указанные различия диссоциантов приводят к изменению их многих физиологических и биохимических свойств: изменяется скорость поступления веществ в клетку, а следовательно, скорость роста; изменяется выделение метаболитов из клетки; изменяется текучесть мембран, что сопровождается изменением активности ферментов, локализованных в мембране; у диссоциантов различается устойчивость к действию физико-химических факторов среды. Следовательно, диссоциативные переходы играют большую роль в создании гетерогенности у популяций дрожжей.
Выделенные из электрофоретиче-ского аппарата разделенные варианты клеток исследованной популяции дрожжей после размножения применяли для наработки посевного материала с целью его последующего использования в экспериментах по определению концентрации селена, при которой наблюдается максимальная продуктивность дрожжей. Обнаружено, что одна и та же концентрация селеноорганического соединения в зависимости от физиологического состояния клетки проявляет эффект инверсии, т.е. для варианта популяции, характеризующегося низкой физиолого-биохимической активностью клеток, селен проявляет прооксидант-ные свойства, в то время как для вариантов клеток популяции с высоким этим показателем селен является анти-оксидантом. Аналогичное действие селеноорганических соединений наблюдали в модельных экспериментах на животных. В более поздних модельных экспериментах на животных было обнаружено, что селеноорганические соединения, особенно добавленное в пиво производное селеноцистеина, не изменяют его органолептические свойства и самое главное — проявляют ярко выраженные свойства алкопротекторов.
Зафиксировано, что добавление в пиво производного селеноцистеина уси-
ливает стресс-устойчивость животных по сравнению со стандартным пивом, которое обладает седативным действием. Кроме того, обнаружено, что это соединение селена защищает печень, тимус и селезенку от токсического воздействия алкоголя пива [6, 7].
Из общих моментов, характеризующих влияние различных форм селена на дрожжи, следует отметить, что эксперименты по оценке эффективности влияния на дрожжи проводили как в анаэробных [4], так и аэробных условиях [5]. Абсолютные величины продуктивности дрожжей, полученных в анаэробных условиях с применением селенита натрия, были выше продуктивности дрожжей, зарегистрированных в аэробных условиях с применением производного селеноцистеина. Однако общая закономерность зависимости физиолого-био-химической активности дрожжей от селена осталась одна и та же. Между тем есть все основания предполагать, что аэробные условия и использование производного селеноцистеина предпочтительнее для жизнедеятельности дрожжей, чем анаэробные условия и селенит натрия.
Из приведенных данных вытекает необходимость самого строго контроля за природой применяемого соединения селена, а также принятия мер по недопустимости использования его соединений в концентрациях, которые могут оказать отрицательное влияние на ход технологического процесса производства пива, а иногда и представлять опасность для здоровья человека.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тутельян В.А., Княжев В.А., Хотимченко С.А., Голубкина Н.А., Кушлинский Н.Е., Соколов Я.А. Селен в организме человека. Метаболизм, антиоксидантные свойства, роль в канцерогенезе. — М.: Изд. РАМН, 2002.
2. Маюрникова Л.А., Шигина Л.А., Гореликова Г.А. Дефицит селена и пути его коррекции в организме человека//Пиво и напитки. 2005. № 1. С. 34-36.
3. Лузан В.Н., Червонная С.С., Усачёва О.А. Производство пива, обогащенного селе-ном//Пиво и напитки. 2006. № 4. С. 26-27.
4. Шишков Ю.И., Плахов С.А., Лазарев В.Н., Ружицкий А.О. Селен — хемиопревентор в продуктах питания, пиве и напитках//Пиво и напитки. 2002. № 2. С. 38-41.
5. Шишков Ю. И. Способ увеличения биологической ценности продуктов питания. Пат. № 2266683 РФ. Бюл. № 36.
6. Шишков Ю.И. Поддержание антиоксидант-ных систем организма — защита его от токсического действия алкоголя // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2003. № 4. С. 19-20; 2004. № 1. С. 23-24.
7. Шишков Ю.И. Биохимический механизм действия новых алкопротекторов // Пиво и напитки. 2003. № 3. С. 39-42. &
1 • 2007
9
