CC BY
50БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 637.07; 637.522
Применение природного нафтохинона в продуктах питания животного происхождения
Д. Л. КЛАБУКОВА, канд. биол. наук
ОАО Институт «Прикладной биохимии и машиностроения» (ОАО «Биохиммаш»), Москва
Н. Г. МАШЕНЦЕВА, д-р техн. наук, профессор РАН; В. А. БУДАЕВА Московский государственный университет пищевых производств
Введение. Множество эпидемиологических и доклинических исследований свидетельствует, что пищевые компоненты являются важными факторами риска развития рака и поведения опухолей. Отдельные биологически активные компоненты пищи играют роль при модификациях связанных с раком генетических путей, в достижении или изменении критически важных молекулярных мишеней.
26 октября 2015 г. Международное агентство но изучению рака (МАИР) Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) дало оценку канцерогенное -ти красного мяса и переработанного мяса. Рабочая группа из 22 экспертов из 10 стран классифицировала красное мясо как вероятно канцерогенное для человека (группа 2А), основываясь на ограниченных данных. Эта ассоциация наблюдается преимущественно для колоректального рака, но корреляции также отмечены для рака поджелудочной железы и рака предстательной железы. Переработанное мясо классифицировано как канцерогенное для человека (группа 1) на основе достаточных доказательств, что потребление переработанного мяса вызывает рак ободочной и прямой кишки у людей [ 1, 2].
Кроме того, в последнее время в отрасли мясопе-реработки возрастает число исследований и патентов, посвященных изысканию способов снижения остаточного нитрита натрия в готовом продукте, поскольку он является источником канцерогенных нитрозоаминов [3].
Так, одним из натуральных красных пигментов является шиконин [5,8-диокси-2-(4-метил-1-окси-пент-3-енил)-1,4-нафтохинон]. Этот нафтохинон представляет собой вторичный метаболит растений семейства Boraginaceae и может быть получен биотехнологическим способом в культуре клеток представителей семейства, например воробейника крас-нокорневого (ЬШюьрегтит егу^ггогЫюп).
Клетки растений не выделяют синтезируемые ими вторичные метаболиты в окружающую среду, а запасают их в вакуолях и органеллах, что затрудняет их выделение. Шиконин выделяют из биомассы путем экстракции в органических растворителях, например хлороформ. Отбор наиболее продуктивных линий является достаточно простым, поскольку содержащие пигмент клетки имеют ярко-красную окраску. Биосинтез в культуре клеток позволяет сохранить естественную популяцию лекарственного
растения и обеспечить контролируемое качество и выход вторичного метаболита.
Шиконин используется в пищевой и парфюмерной промышленности как краситель и консервант, а также в качестве антимикробной и ранозаживляю-щей субстанции в препаратах медицинского назначения. Исследования препарата нафтохинона в опытах in vitro показали наличие бактериостатической активности в отношении грамположительных и грам-отрицательных бактерий родов Staphylococcus, Streptococcus, Proteus, Enterococcus, Helicobacter, Bacillus, Pseudomonas и др., в том числе антибиотикорезистент-ных штаммов [4]. Препарат обладал выраженным фунгистатическим эффектом, ингибируя рост грибов родов Microsporum, Trichophyton и Candida [5, 6].
А в связи с возрастающим бременем онкологических заболеваний на первый план выходят противоопухолевые свойства шиконина, благодаря которым использование его может быть перспективным в борьбе с некоторыми злокачественными новообразованиями [7].
Материалы и методы. Для разработки рецептур и технологий продуктов питания с натуральным красителем использовали мелкокристаллический порошок шиконина темно-красного цвета без запаха и вкуса, полученный из биомассы клеток воробейника крас-нокорневого (Lithospermum erythrorhizon, штамм ВК-39). Для проведения исследования порошок шиконина растворяли в 96% этиловом спирте.
Оценка влияния шиконина на качественные характеристики пищевых продуктов включала изучение комплекса органолептических, физико-химических, микробиологических показателей готового колбасного изделия и напитка на молочно-соковой основе.
Контрольный образец мясного продукта, выработанный по классической технологии и рецептуре колбасы «Докторской» (ГОСТ Р 52196—2011), содержал 71 мг нитрита натрия на кг сырья. Опытный образец вареной колбасы содержал 29 мг/кг нитрита натрия, 42мг/кг шиконина, которые вносились на стадии технологического процесса куттерования фарша.
Снижение дозы нитрита натрия с 71 мг/кг до 29 мг/ кг сырья и введения шиконина в количестве 42 мг/кг сырья не приводит к превышению допустимой TP ТС 029/2012 нормы (50 мг/кг) остаточного содержания нитрита натрия в готовых изделиях.
Состав контрольной и опытной рецептур молочного продукта приведен в табл. 1.
Рецептуры молочно-сокового напитка
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Таблица 1
Содержание на 100 г продукта, г
Компонент Контрольная рецептура Опытная рецептура
Обезжиренное молоко 70 70
Сок вишневый 20 20
Сахар-песок 4 4
Гуммиарабик 0,5 0,5
Ароматизатор 1 1
Вода 4,5 4,29
Спирт этиловый — 0,2
Шиконин — 0,01
Оценка дегустаторов Таблица 2
Оценка, балл
Параметры Контрольный образец Опытный образец
Консистенция 7 7
Вкус 9 10
Внешний вид 8 9
Цвет 9 9
Запах 10 10
В ходе анонимной дегустации пробанды оценивали представленные образцы продуктов по 5 показателям: внешнему виду, консистенции, запаху, вкусу и цвету.
Определение цветометрических характеристик (L, а, Ь) проводилось спектроколориметром «Спект-ротон». Прибор измеряет следующие показатели цвета CIELab (1976 г): светлота L, краснота а*, желтизна Ь* и др.
Титруемую кислотность молочного продукта определяли по ГОСТ Р 54669—2011 потенциометрическим методом.
Микробиологические показатели определяли в соответствии с TP ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Определение количества мезофиль-ных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) и бактерий группы кишечных палочек (БГКП) проводили по ГОСТ Р 53430=2009. Определение патогенных бактерий, в том числе рода Salmonella, проводили по ГОСТ P 52814-2007 (ИСО 6579:2002).
Результаты. Добавление раствора шиконина в мясной фарш позволило снизить содержание остаточного нитрита натрия в 2 раза с 0,0048 + 0,00002% до 0,0023 ±0,00002%.
Опытный продукт имел высокую органолептиче-скую оценку, показано в табл. 2 и на рис. 1.
Стабильный ярко-розовый цвет опытного образца подтвержден спектральными исследованиями цветовой гаммы продукта, результаты которых показаны в табл. 3. Изучение цветовых характеристик показало принципиальную возможность снижения
Рис. 1. Образцы выработанных вареных колбас
Таблица 3
Цветовые характеристики вареных колбас
Образцы Светлота, L Краснота, а Желтизна, b
Контрольный образец 62,1 8,4 12,2
Опытный образец 60,1 10,2 11,4
уровня введения нитрита натрия за счет внесения шиконина.
На физико-химические и структурно-механические показатели внесение шиконина не повлияло. Содержание влаги составило 61,68±0,52 и 59,47±0,50 %; содержание жира 7,98 ± 0,16 и 8,94 ± 0,16; содержание белка 27,7 + 0,31 и 28,74±0,30 %; рН 6,22 и 6,20; напряжение среза 40,105 + 3.54 и 40,093 + 3,40 Нм"2; работа резания 315,2± 13,1 и 315,1 ± 12,9 Дж/м~2 в контрольном и опытном образцах соответственно.
При исследовании микробиологических характеристик мясных продуктов обнаружено снижение общего микробного числа и количества БГКП на два порядка вследствие антимикробных свойств шиконина.
Внесение пигмента в рецептуру молочно-сокового напитка придало продукту стойкий розовый оттенок, что показано в табл. 4 и на рис. 2, а также ингибиро-вало развитие нежелательной микрофлоры.
Напитки по контрольной и опытной рецептурам отвечали следующим физико-химическим показателям: активная кислотность составила 5,51; титруемая кислотность 18 + 2 °Т; массовая доля сухих веществ 13,5%.
Вывод. Таким образом, благодаря низкой токсичности и хорошим цветовым характеристикам шико-нин может использоваться в пищевой промышленности в качестве красителя, в том числе для мясных и молочных продуктов. Его противомикробные свойства способствуют обеспечению микробиологической безопасности производимых продуктов, а антиканцерогенное действие — сохранению здоровья
АСПЕКТЫ
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ
Таблица 4
Органолептические показатели продукта
Показатель Характеристика
Контрольная рецептура Опытная рецептура
Внешний вид Непрозрачная Непрозрачная
жидкость жидкость
Цвет Молочно-белый со слабым розовым оттенком, равномерный по всей массе Розово-лиловый, равномерный по всей массе
Консистенция Однородная, в меру вязкая Однородная, в меру вязкая Молочный, сладкий,
Вкус и запах Молочный, сладкий, с привкусом вишни с привкусом вишни и слабым специфическим привкусом
потребителей. В то же время возможность получения биотехнологическим путем в культуре клеток растений позволяет удовлетворить потребность в данном веществе.
Работа выполнена в рамках проекта №15.7831.2017/БЧ «Поиск живых систем и субстанций природного происхожде-
Рис. 2. Внешний вид контрольной и опытной рецептур
напитка
ния с анализом их биологической активности для создания функциональных продуктов питания и кормов».
The work was carried out within the framework of the project № 15.7831.2017/BC «Search for living systems and substances of natural origin with an analysis of their biological activity for the creation of functional food andfeed».
Литература
1. IARC Monographs evaluate consumption of red meat and processed meat [Электронный ресурс]: Press release № 240, 26 October 2015. URL: http://www.iarc.fr/en/ media-centre/pr/2015/pdfs/pr240_E .pdf (дата обращения: 26.10.2015).
2. Q&A on the carcinogenicity of the consumption of red meat and processed meat [Электронный ресурс]. URL: http://www.iarc.fr/en/media-centre/iarcnews/pdf/Mono-graphs-Q&AJVoll 14.pdf (дата обращения: 26.10.2015).
3. Иванова, Т. Н. Товароведение и экспертиза пищевых концентратов и пищевых добавок: Учебник для студ. высш. учеб. Заведений / Т. Н. Иванова, В. М. Позняковский — М.: Академия, 2004. — 304 с.
4. Haghbeen, К. Detailed investigations on the solid cell culture and antimicrobial activities of the Iranian Arnebia euchroma / Haghbeen K. [et al.] // J Biomed Biotechnol. — 2011. — P. 1-8.
5. Miao, H. Inhibitory effect of shikonin on Candida albicans growth / Miao H. [et al.] // Biol. Pharm. Bull. — 2012. — Vol. 35, № 11. - P. 1956-1963.
6. Sasaki, K. In vitro antifungal activity of naphthoquinone derivatives / K. Sasaki, H. Abe, F. Yoshizaki, // Biol. Pharm. Bull. - 2002. - Vol. 25, № 5. - P. 669-670.
7. Andujar, I. Pharmacological Properties of Shikonin / Andujar, I. [at all] — A Review of Literature since 2002 // Planta Med-ica. - 2013. - Vol. 79, № 18. - P. 1685-1697.
References
1. IARC Monographs evaluate consumption of red meat and processed meat [Jelektronnyj resurs]: Press release №240, 26 October 2015. URL: http://www.iarc.fr/en/media-centre/ pr/2015/pdfs/pr240_E.pdf (data obrashhenija: 26.10.2015).
2. Q&A on the carcinogenicity of the consumption of red meat and processed meat [Jelektronnyj resurs]. URL: http://www.iarc.fr/en/media-centre/iarcnews/pdf/Mono-graphs-Q&A_Vbl 114.pdf (data obrashhenija: 26.10.2015)
3. Ivanova, T. N. Tovarovedenie i jekspertiza pishhevyh koncen-tratov i pishhevyh dobavok: Uchebnik dlja stud, vyssh. ucheb. Zavedenij / T.N. Ivanova, V. M. Poznjakovskij — M.: Aka-demija, 2004. — 304 s.
4. Haghbeen, K. Detailed investigations on the solid cell culture and antimicrobial activities of the Iranian Arnebia euchroma / Haghbeen K. [et al.] // J Biomed Biotechnol. — 2011. — P. 1-8.
5. Miao, H. Inhibitory effect of shikonin on Candida albicans growth / Miao H. [et al.] // Biol. Pharm. Bull. - 2012. -Vbl. 35, №11, —P. 1956-1963.
6. Sasaki, K. In vitro antifungal activity of naphthoquinone derivatives / K. Sasaki, H. Abe, F. Yoshizaki, // Biol. Pharm. Bull. - 2002. - Nfol. 25, № 5. - P. 669-670.
7. Andujar, I. Pharmacological Properties of Shikonin / Andujar, I. [at all] — A Review of Literature since 2002 // Planta Medica. - 2013. - Vol. 79, № 18. - P. 1685-1697.
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Применение природного нафтохинона в продуктах питания животного происхождения
Ключевые слова
вареная колбаса; микробиология; молочно-соковый напиток; нафтохинон; шиконин.
Реферат
Множество эпидемиологических и доклинических исследований свидетельствует, что пищевые компоненты являются важными факторами риска развития рака и поведения опухолей. Отдельные биологически активные компоненты пищи играют роль при модификациях связанных с раком генетических путей, в достижении или изменении критически важных молекулярных мишеней. Кроме того, в последнее время в отрасли мясопереработки возрастает число исследований и патентов, посвященных изысканию способов снижения остаточного нитрита натрия в готовом продукте, поскольку он является источником канцерогенных нитрозоаминов. В связи с возрастающим бременем онкологических заболеваний на первый план выходят противоопухолевые свойства компонентов пищевых продуктов. Так, в борьбе с некоторыми злокачественными новообразованиями может быть перспективным природный нафтохинон шиконина. Шиконин используется в пищевой и парфюмерной промышленности как краситель и консервант, а также в качестве антимикробной и ранозаживляющей субстанции в препаратах медицинского назначения. Исследования препарата нафтохинона в опытах in vitro показали наличие бактериостатической активности в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий. Данная статья посвящена использованию нафтохинонового пигмента шиконина в технологии продуктов питания животного происхождения. Разработаны рецептуры и технологии молочно-сокового напитка и вареной колбасы с натуральным красителем. Оценка влияния шиконина на качественные характеристики пищевых продуктов включала изучение комплекса органолептических, физико-химических, микробиологических показателей готового колбасного изделия и напитка на молочно-соковой основе. Внесение шиконина придает продуктам стойкий розовый оттенок, подтвержденный спектральными исследованиями цветовой гаммы, а также ингибирует развитие нежелательной микрофлоры. Использование пигмента в составе мясопродукта позволило вдвое снизить остаточное содержание нитрита натрия. На физико-химические и структурно-механические показатели продуктов внесение шиконина не повлияло. Результаты исследования показали, что противомикробные свойства шиконина способствуют обеспечению микробиологической безопасности производимых продуктов, а антиканцерогенное действие — сохранению здоровья потребителей. В то же время возможность получения биотехнологическим путем в культуре клеток растений позволяет удовлетворить потребность в данном веществе.
Авторы
Клабукова Дарья Леонидовна, канд. биол. наук
ОАО Институт «Прикладной биохимии и машиностроения»
(ОАО «Биохиммаш»),
127299, Россия, Москва, ул. К. Цеткин, д. 4,
daria.klabukova@yandex.ru
Машенцева Наталья Гэннадьевна. д-р техн. наук, профессор РАН; Будаева Валентина Александровна
Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11,
bwal1307@rambler.ru, natali-mng@yandex.iu
The Use of Natural Naphthoquinones in Foods of Animal Origin
Key words
boiled sausage; microbiology; dairy and juice beverage; naphthoquinone; shikonin.
Abstract
A lot of epidemiological and preclinical studies indicate that food components are important risk factors for cancer and tumor behavior. Individual biologically active food components play a role in the modification of cancer-related genetic pathways in achieving or changing critical molecular targets. In addition, in recent years in the meat processing industry increases the number of studies and patents have been devoted to finding ways to reduce the residual sodium nitrite in the finished product because it is a source of carcinogenic nitrosoamines. Due to the increasing burden of cancer to the forefront antitumor properties of food components. So, in the fight against some malignant tumors can be promising natural naphthoquinone shikonin. Shikonin is used in the food and perfume industry as a dye and preservative, as well as antimicrobial and wound-healing substance in medicines. Studies for the preparation of naphthoquinones in vitro experiments showed the presence of bacteriostatic activity against gram-positive and gram-negative bacteria. This article is devoted to the use of naphthoquinone pigment shikonin in the technology of food of animal origin. Recipes and technologies of milk and juice drink and boiled sausage with natural dye have been developed. The assessment of shikonin influence on the qualitative characteristics of food products included the study of organoleptic, physico-chemical, microbiological parameters of the finished sausage product and beverage on a milk-juice basis. Application of shikonin gives the products a strong pink hue, confirmed by spectral studies of the color gamut, and inhibits the development of undesirable microflora. The use of pigment in the meat product allowed to reduce the residual content of sodium nitrite twice. On the physico-chemical and structural-mechanical parameters of products, the introduction of shikonin is not affected. The results of the study showed that antimicrobial properties of shikonin contribute to the microbiological safety of manufactured products and anticancerogenlc effect—the preservation of consumer health. At the same time, the possibility of obtaining biotechnologically in the culture of plant cells can meet the need for this substance.
Authors
Klabukova Dar'ja Leonidovna, Candidate of Biological Sciences
Open Joint Stock Company Institute of Applied Biochemistry
and Mechanical Engineering (JSC Biokhimmash),
4 K. Tsetkin str., Moscow, 127299, Russia,
daria.klabukova@yandex.ru
Mashentseva Natal'ja Gennad'evna,
Doctor of Technical Sciences, Professor of RAS;
Budayeva Valentina Aleksandrovna
Moscow State University of Food Production,
11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russia,
bwal1307@rambier.ru, natali-mng@yandex.ru
