Амарант. Биохимический и химический портрет в онтогенезе.

Вниманию пользователей сайта представлена краткая выдержка из издания Российской Академии Естественных Наук

Актуальной задачей для сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности России является изыскание новых возможностей использования нетрадиционных растительных ресурсов как биологически активного сырья для создания новых продуктов питания, биологически активных добавок к пище, фармацевтических препаратов и лечебной косметики. Интересным для России из нетрадиционных растений для приложения к различным областям человеческой деятельности является растение амарант. Нетрадиционность для России амаранта в основном заключалось во временной его невостребованности россиянами по причине малой известности этой растительной культуры, относящейся к андской пищевой группе растений и используемой человеческой цивилизацией более 4-х тысяч лет.

Амарант привлекает современных исследователей тем, что он обладает большим потенциалом продуктивности роста и выращивается практически во всех штатах США, а также Китае, Индии и Австралии. Американский институт амаранта и 23 научно-исследовательских института в США и Канаде занимаются изучением этой культуры и внедрением ее в пищевую промышленность. Правительство США финансирует специальные программы по амаранту. Все это позволило начать промышленное производство продуктов из амаранта. В США производится до 30 наименований продуктов с добавками из амаранта, от хлеба до мяса, выращенного на амарантовых кормах. Кроме того, амарант стали широко применять в косметической и фармацевтической промышленности. Амарант включен в список растений американской фармакопеи. В современной России на момент написания данной работы существует 20 торговых наименований и 55 препаратов и БАДов из амаранта: масло из семян амаранта с различными добавками для приема внутрь, в том числе и в виде капсул, чаи и кальциевый препарат на основе листьев амаранта.

Такой широчайший спектр использования амаранта в продуктах питания, косметологии и фармации объясняется наличием в фитомассе амаранта большого количества биологически-активных веществ: фенольные соединения, в том числе антиоксиданты (витамины В, С и а-токоферол), флавоноиды (кверцетин, трефолин и рутин), гликозиды (алкалоиды - амарантин и бетанин), витамины, антидиуретические вещества, летучие вещества, обладающие аллелопатическими свойствами и пектины, обладающие детоксицирующими, радиопротекторными, бактерицидными свойствами.

В.Н. Зеленковым (2000) было показано, что химический состав листьевой части Amaranthus cruentus L. отличается высоким содержанием зольного остатка, что, в свою очередь, говорит о богатом минеральном составе (табл. 1).

Проведенные В.Н. Зеленковым исследования в 1998-2000 гг., показали характерное для амаранта накопление таких макроэлементов как К, Са, Р и таких микроэлементов, как Si и Mg. Также, отмечены значимые концентрации таких биогенных микроэлементов как бора, железа, марганца, титана и цинка.

Впервые экспериментально выявлен факт концентрирования кальция листьями амаранта в концентрациях более 10%, что ранее не было описано в научной литературе. Показано, что накопление кальция в высоких концентрациях зависит от фаз вегетации. Максимальное его накопление листьями амаранта наблюдалось в период цветения и начала образования семян с концентрированием его в листьях 2,0 и 20,0%, соответственно.

Амарант превосходит другие кормовые культуры по выходу кормовых единиц, перевариваемого белка, содержанию сухого вещества (главным образом золы и клетчатки) и минеральных элементов (Са, Fe, К). В 100 кг зеленой массы содержится в среднем 15-18 корм. ед. на 1 корм. ед. в зеленой массе амаранта приходится 180-200 г перевариваемого протеина, валовой сбор которого составляет 1,5-2,0 т/га. В соцветиях амаранта накапливается от 20 до 50% белка, в листьях 21-47%, в стеблях 7-16% (Солоненко и др., 1997; Чернов и др., 1997). Общее содержание белков в семенах разных видов амаранта колеблется от 11 до 23% (Saunders, Becker, 1984; Кононков и др., 1998) и зависит от вида, сорта, фазы развития, природно-климатических условий выращивания, уровня и качества азотных удобрений (Segura-Nieto, 1944; Бреус и др., 1989; Carlson, 1994). Следует отметить, что по содержанию белка в листьях амарант в 1,5 раза превосходит люцерну, фитомасса которой чаще, чем других растений используется для получения концентратов белка.

И.А. Черновым (1992) и другими исследователями было показано, что основой высокой продуктивности амарантовых является эффективная метаболизация углерода и азота, которая обеспечивается их морфолого-физиологическими и биохимическими особенностями. Кроме того, экссудаты корневой системы амарантовых стимулируют жизнедеятельность ризосферных микроорганизмов, ответственных за ассоциативную фиксацию азота (Чернов и др., 1995, Дегтярева,2005), вследствие чего в фитомассе амаранта отмечается более интенсивный биосинтез белка.

По данным экспертов белок амаранта оценивается в 100 баллов по принятой шкале качества, все остальные белки - животные и растительные - значительно ему уступают (таблица 2).

Основным показателем качества белка является его аминокислотный состав и в особенности состав незаменимых аминокислот. Белок амаранта на 60-80% состоит из легкорастворимых фракций: альбуминов (38,4 %) и глобулинов (18,8 %), экстракция которых достаточно хорошо осуществляется в производственных условиях (Чернов, 1996). Несбалансированные по аминокислотному составу, с низким содержанием незаменимых аминокислот спирторастворимые белки проламины составляют всего 12,6 %, тогда как в зерне злаков их содержание достигает 40 % от суммарного белка. Существенную долю составляют близкие по питательной ценности к альбуминам и глобулинам щелочерастворимые белки глютелины (до 21 2%, таблица 3) (Кадошников и др., 1990).

В составе растворимых белков (альбумины и глобулины) обнаружено большое количество лизина (до 6%), метионина (2,2-7,5%), лейцина (8,1%), треонина (5,2%), в то время как большинство зеленых кормов испытывает дефицит этих незаменимых аминокислот, а также аргинина (7,9%).

Семена амаранта, как и листья, отличаются высокими показателями белка (Saunders, Becker, 1984; Лазаньи и др., 1988), также сбалансированного по аминокислотному составу (табл. 4), что обуславливает большую ценность семян амаранта для питания человека. Семена амаранта широко используют как крупу для приготовления каш и для производства попкорна (взорванные семена). Также, можно использовать муку из семян амаранта как высокопитательную добавку в хлебобулочные и кондитерские изделия.

По наличию таких незаменимых аминокислот, как тирозин, цистин, валин, гистидин и треонин, а также по заменимым аминокислотам - глутамату, аспартату и серину очень близки к соевому белку. Л.А. Мирошниченко было показано (табл. 2.6), что отношение лейцина к лизину в протеине большинства исследованных образцов семян амаранта, выращенных в ЦЧР (Воронежская область) приближается к единице, т.е. белок амаранта отвечает по данному показателю - идеальному протеину. Также прослеживается закономерная зависимость содержания белка от продолжительности вегетационного периода: с увеличением продолжительности вегетационного периода, содержание белка в семенах амаранта снижается.

Таким образом и листостебельная масса, и зерно амаранта, благодаря своей питательной ценности являются ценным источником сырья для получения незаменимых аминокислот. Зерно амаранта может широко использоваться в детском и диетическом питании, а также в качестве добавок к пшеничной и другим видам муки.

Пектины амаранта нашли свое применение в качестве желирующих добавок (для получения зефира, мармелада, желейных сортов конфет, пастилы начинок, джемов), загустителей молочной продукции (майонезы с биологически активными добавками, молочно-белковые добавки в творожных изделиях и т.д.), добавок в пиво и продукты диетического питания (Родионова, 1999; Соснина и др., 1999; Лапин и др., 1998; Лапин и др., 2001; Соснина и др., 2001-Гусева, 2002).

Неоднократно учеными отмечалось, что пектин, являясь компонентом клетчатки, снижает уровень холестерина и триглицеридов в крови (Chan et a]., 1995; Jankins, 1997), замедляет всасывание Сахаров из пищеварительного тракта, уравновешивает содержание сахара в крови больных сахарным диабетом, улучшает пищеварительные функции кишечного тракта и защищает печень от токсинов (Дэсалень и др., 1995; Железнов, 2005).

Пектины амаранта нормализуют концентрацию холестерина в крови и улучшает работу сердечно-сосудистой системы; а комплексы амарантового пектина с серебром могут быть рекомендованы для использования в медицине в качестве бактерицидного средства при лечении инфекционных заболеваний слизистых оболочек (Михеева,2001).

Витамины - группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная, в химическом отношении, группа органических веществ, объединённая но признаку абсолютной необходимости их для организма человека в качестве составной части пищи. Общеизвестно, что витамины содержатся в пище в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам. Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Они не являются для организма поставщиком энергии и не имеют существенного пластического значения. Однако витаминам отводится важнейшая роль в обмене веществ. Витамины подразделяют на водо- и жирорастворимые. Амарант является источником обеих групп витаминов (табл.5).

Особую ценность представляют листья. Витаминов В, С и Е (именно а-токоферол) в них значительно больше, чем в других овощных растениях. Содержание аскорбиновой кислоты у разных форм амаранта неодинаково и составляет: в листьях - 21-70 мг%, в стеблях - 7,9-38,5 мг% и в соцветиях - 16,28-46,20 мг% (Кононков и др., 1998). В сухом веществе содержание аскорбиновой кислоты: достигает 443 мг%.

Витаминный комплекс (тиамин, рибофлавин, ниацин, фитин) в семенах амаранта, по данным (Lorentz, Hwang, 1985; Ключкин, 1995), локализуется в основном в зародыше семян, однако, за исключением рибофлавина, эти соединения содержатся в более низкой концентрации, чем в других зерновых культурах (Lyon, Becker, 1987).

К наиболее значимым витаминам амаранта в первую очередь следует отнести рутин, кверцетин и провитамин А - бета-каротин. О рутине и кверцетине, как веществах обладающих выраженными антиоксидаными свойствми, мы поговорим в главе посвященной данному классу соединений. Бета-каротин является провитамином А, способствующим нормализации зрения. Учеными Ботанического сада Казанского государственного университета было исследовано 15 образцов амаранта, различающихся по продуктивности и по длитель¬ности вегетационного периода (Кадошников и др. 1996; 1997).

Содержание каротиноидов в листьях амаранта, включая гамма-каротин и зоаксантин, колебалось в зависимости от вида в пределах от 46 до 90 мг/100 г сухого веса и зависело от фазы развития. Максимальное количество отмечалось у A. cruentus (К-388), A. lividus (K-57), минимальное - у A. mantegazzianus и A. caudatus.

С целью выявления возможности использования амаранта как сырья с высоким содержанием антиоксидантных веществ нами была изучена сезонная динамика накопления - аскорбиновой кислоты.

Все сорта амаранта показали высокое содержание АК, которое изменялось в течение вегетации растений. Так, например, широко известный источник витамина С смородина содержит 200-400 мг%, а амарант, выращенный в ЦЧР России до 300 мг% асо (Гулыпина и др., 2007). В количественном соотношении по уровню АК существенные различия между сортами обнаружены не были.

В последнее время в мире наблюдается высокий интерес к изучению свободных радикалов в живых системах, их роли в формировании окислительного стресса, являющегося одним из основных патогенетических звеньев в развитии различного рода заболеваний человека и животных (Яшин и др., 2009). Защита организма от действия свободных радикалов осуществляется антиоксидантами. Производители БАД к пище, кремов, шампуней, чаев, различных безалкогольных напитков, соков и др. продуктов широко рекламируют наличие антиоксидантов в составе данных товаров и их фармакологических свойствах. Однако, декларирование наличия антиоксидантов большей частью связано не с измерением антиоксидантной активности рекламируемого продукта а с наличием в его составе каких-либо химических компонентов являющихся априори для массового потребителя известными антиоксидантами (аскорбиновая кислота, флавоноиды, витамины и т.п.) без всякого учета сосуществования этих компонентов в сложной рецептуре конечного продукта и возможных особенностей проявления суммарной антиоксидантной активности.

Значение антиоксидантов в существовании любого биологического объекта трудно переоценить. Стабильное существование белков, липидов, нуклеиновых кислот - основных составляющих элементов любой клетки, в присутствии избытка кислорода сверх потребности в осуществлении клеточных биохимических процессов, невозможно. Будучи сильным окислителем, кислород участву¬ет в окислительной модификации всех клеточных элементов.

Антиоксиданты - вещества, способные тормозить процессы радикального окисления органических и высокомолекулярных соединений, тем самым, сни¬жая выход продуктов этого окисления: гидроперекисей, спиртов, альдегидов, кетонов, жирных кислот и т.д. Это является очень важным, так как свободные радикалы в организме человека становятся причиной преждевременного старения, лучевой болезни, токсикозов, заболеваний сердечно-сосудистой системы, различных видов злокачественных опухолей, нейродегеративных заболеваний (паркинсонизм, болезнь Альцгеймера и др.) (Янковский, 2001; Медведев и др.).

Антиоксиданты регулируют нормальную жизнедеятельность организма человека, а именно, процессы окисления липидов, белков и нуклеиновых кислот, в результате которых в клетке образуются высокоактивные соединения называемые свободными радикалами. Избыток высокоактивных соединений кислорода в организме способствует развитию атеросклероза, язвы желудка и 12-перстной кишки, злокачественных образований, ишемической болезни сердца.

Исключительная роль антиоксидантов в питании легко подтверждаете экспериментально. Животные, содержащиеся на без антиоксидантной диете быстро погибают, а дополнительное введение в корм антиоксидантов продлевает сроки их жизни по сравнению с контролем (Медведев, Толстой, 2000).

Антиоксидантный статус человека можно повысить при применении растительных биоантиоксидантов. Антиоксиданты растительного происхождения в отличие от синтетических антиоксидантов, обладают комплексным действии и одновременно мягким воздействием на организм и, следовательно, низко: токсичностью. Увеличение содержания антиоксидантов в растениях по сравнению с их средним содержанием возникает в результате стрессовых ситуаций (резких изменений погоды, заморозков, усиления солнечной радиации). В настоящее время исследователи уделяют большое внимание АОА растительных объектов и целенаправленно изучают антиоксидантные свойства и активность различных растительных объектов (Яшин и др, 2009, Максимов, Горовой, 1991, Фархутдинов, 2003; Zelenkov, Lapin, 2005; Козаева, Лапин, Зеленков, 2006, 200' Лапин, Зеленков, 2007).

В России в 2004 году принят документ (Нормативный документ СЭС РФ 2004), утвержденный главным санитарным врачом РФ Онищенко ГГ. в котором на стр. 24-27 рекомендованы два уровня потребления антиоксидантов-полифенолов - адекватный и верхний допустимый. Суммарное содержание всех полифенолов (флавоноидов и оксиароматических кислот) в потребляемых продуктах и напитках при адекватном уровне - 250-360 мг/сутки, а при верхнем допустимом уровне - около 1300 мг/сутки. Значение адекватного уровня потреблена антиоксидантов можно рассматривать как руководство для здорового населения, а для больных людей, а также для людей, работающих в экстремальных условиях и подвергающихся большим физическим и эмоциональным нагрузкам ориентировка должна быть на потребление антиоксидантов в количествах, соответствующих верхнему допустимому уровню до 1300 мг/сутки или даже более.

Наверх