2024 год № 3

Резюме:

Ключевые слова:

Summary:

Key words:

Введение

Vaccinium L. - род кустарников семейства Ericaceae Juss. насчитывающий 500 видов по всему земному шару. Виды рода Vaccinium L. морфологически разнообразны и распространены в умеренных и субтропических зонах, а также на открытых горных склонах тропиков многих континентов. Исключение составляют Антарктида, Новая Зеландия и Австралия [1].

Род Vaccinium L. наиболее известен с точки зрения лекарственных и пищевых возможностей культурами умеренного климата: черника, брусника, клюква и голубика. На территории России наибольшее видовое разнообразие Vaccinium L. можно встретить в фитоценозах Дальнего Востока. Десять из одиннадцати видов, цитируемые в отечественных сводках, представляют этот род в дальневосточном регионе: черника обыкновенная - V. myrtillus L., черника пазушная - V. ovalifolium Sm. и черника ятабе - V. yatabei Makino (Vaccinium section Myrtillus Dumortier); черника Смолла - V. smallii A. Gray (Vaccinium section Hemimyrtillus Sleumer); брусника обыкновенная - V. vitis-idaea L. (Vaccinium section Vitis-idaea (Moench) Koch); красника - V. praestans Lamb. (Vaccinium section Praestantia Nakai.); голубика вулканическая - V. vulcanorum Kom. и голубика обыкновенная - V. uliginosum L. (Vaccinium section Vaccinium L.); клюква мелкоплодная - V. microcarpum Schmalh. и клюква болотная - V. oxycoccos L. (Oxycoccus section Oxycoccus (Hill) Koch) [1, 5].

Плоды многих из перечисленных выше видов могут служить ценными источниками сырья не только для пищевой промышленности, но и медицинской. В исследованиях показано, что плоды Vaccinium L. имеют потенциальную ценность для профилактики/лечения различных состояний, связанных с воспалениями, дислипидемией, гипергликемией, повышенным окислительным стрессом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, деменцией и другими возрастными заболеваниями [6, 7, 8, 9, 14]. Антиоксидантная активность плодов видов черники обеспечивается путем прямого снижения активных форм кислорода (АФК), связыванием ионов металлов, ответственных за производство АФК, стимулированием эндогенных систем антиоксидантной защиты, а также ингибированием ферментов, вовлеченных в окислительный стресс [6, 7].

Несмотря на достаточно широкий ассортимент видов Vaccinium L. на сегодняшний день имеют официнальный статус в отечественной медицине только плоды черники обыкновенный. Значительный резерв для заготовки плодов черники могут представлять дальневосточные виды - черника пазушная и черника Смола. Перспективность этих видов в официнальной медицине оценивается нами не только в аспекте их достаточного ресурсного потенциала, но и полученным данным по биологической активности растительного сырья. Так, в эксперименте глюкозотолерантного теста и на модели аллоксанового диабета для побегов черники пазушной V. axillare Nakai и черники Смола V. smallii A. Gray установлено гипогликемическое и глюкозурическое действие [3, 4]. Плоды черники пазушной V. axillare Nakai показали высокий индекс антиоксидантной защиты, в том числе и в условиях окислительного цисплатинового стресса [2, 10]. Фенольные соединения черники пазушной V. axillare Nakai могут быть потенциально полезны как дополнение к профилактическим противораковым средствам [11, 15, 16].

Все виды Vaccinium L. характеризуются высоким содержанием фенольных соединений. Среди прочих групп класса фенолов одними из ключевых вторичных метаболитов плодов видов черники считаются органические кислоты и дубильные вещества. В ряде исследований было показано, что в плодах черники уровень органических кислот и танинов достаточно высокий и представляет определенный интерес в реализации их фармакотерапевтических эффектов: антиоксидантного, нейропротекторного, противовоспалительного, антимикробного и др. [6, 7, 8, 9, 14].

Общеизвестно, что различные факторы влияют на качество лекарственного растительного сырья в процессе его заготовки. Одним из таких факторов является этап консервации - сушка и замораживание плодов [12]. Разработка методов консервации, обеспечивающих сохранение биологически активных веществ в лекарственном растительном сырье на уровне терапевтического проявления, является актуальной задачей при решении вопросов стандартизации целевого растительного лекарственного препарат.

Цель данного исследования - оценить влияние фактора консервации на количество органических кислот и дубильных веществ в плодах черники обыкновенной - V. myrtillus L., черники пазушной - V. axillare Nakai и черники Смола - V. smallii A. Gray.

Материалы и методы

Объектами исследований являлись плоды черники обыкновенной - V. myrtillus L., черники пазушной - V. axillare Nakai и черники Смолла - V. smallii A.Gray. Сырье собирали в фазу полного созревания плодов в естественных природных зарослях Хабаровского края и Сахалинской области (2022-2024 гг).

Собранный образец плодов с каждой популяции делили на четыре пробы. В первой пробе определяли исходное количество органических кислот и дубильных веществ. Вторую пробу замораживали при -18 Со; третья проба высушивалась естественным способом в хорошо проветриваемом помещении; четвертая проба была подвергнута искусственной сушки при температуре +60 С.

Определение дубильных веществ в образцах проводили в соответствии с требованиями ОФС.1.5.3.0008 "Определение содержания дубильных веществ в лекарственном растительном сырье и лекарственных средствах растительного происхождения". Для количественной оценки органических кислот был выбран вариант потенциометрического титрования в соответствии с ГОСТ-34127-2017, расчеты проводили по эквиваленту яблочной кислоты.

Исследования проводили на трех сериях образцов каждого вида черники. Содержание биологически активных веществ выражали в процентах в пересчете на абсолютно сухое сырье. В таблицах представлены средние значения (n=3) ± стандартное отклонение (SD).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием пакета программ для Windows XP (Microsoft Excel). Влияние способа консервации оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (F), для оценки различий между средними значениями использовали двухвыборочный критерий Стьюдента. Критический уровень значимости Р при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Обсуждение результатов

Замораживание при низкой температуре (табл.1) не повлияло на содержание в плодах черники пазушной и черники Смолла дубильных веществ, о чем свидетельствуют рассчитанные критерии Фишера (Fкрит>Fст). Не установлены различия и между средними значениями этой групп веществ в свежих и замороженных образцах в указанных видах черники (t_крит>t_ст). Напротив, в чернике обыкновенной отмечается статистически значимое снижение уровня этой группы при замораживании; количество дубильных веществ уменьшилось от исходного содержания от 12% до 22%.

Таблица 1. Содержание дубильных веществ в плодах черники обыкновенной, черники пазушной и черники Смола при различных способах консервации

Низкотемпературное замораживание по-разному повлияло на изменения уровня органических кислот: от отсутствия изменений до увеличения или уменьшения в зависимости от вида черники. Из таблицы 2 видно, что плоды черники обыкновенной теряют в процессе низкотемпературной обработки органические кислоты в пределах 9-11 %. Сравнение средних по Стьюденту позволяет говорить о том, что потери эти статистически значимы (t_крит=2,01ст=14;31;25). Напротив, для замороженных образцов черники Смолла установлено статистически достоверное увеличение количества органических кислот на 6-8 % от их исходного содержания в свежих плодах (t_крит=2,01ст=30;11;7). Между тем, однофакторный дисперсионный анализ не подтверждает влияния низких температур на содержание органических кислот в замороженном сырье черники пазушной, о чем свидетельствуют соответствующие показатели критерия Фишера (Fкрит>Fст). Отмеченные колебания средних значений органических кислот для этого вида в свежих и замороженных образцах также незначимы (t_крит=2,01>t_ст=2;1;2).

Таблица 2. Содержание органических кислот в плодах черники обыкновенной, черники пазушной и черники Смола при различных способах консервации

Как следует из данных таблиц 1 и 2 влияние видов сушки на сохранность дубильных веществ и органических кислот для всех образцов сырья трех видов черники проявилось в общей тенденции - статистически достоверное уменьшение по сравнению с их исходным содержанием в свежих плодах. Так, воздушно теневая сушка приводит к снижению дубильных веществ от исходного содержания в чернике обыкновенной, чернике пазушной и чернике Смола на 24-30 %, 13-17 %, 13-18 %, соответственно. Температурный фактор увеличивает этот показатель соответственно до 35-40 %, 19-22 %, 23-26 %. Снижение уровня органических кислот от исходного содержания в чернике обыкновенной, чернике пазушной и чернике Смолла в случае воздушно-теневой сушки составило в образцах 27-34 %, 14-25 %, 24-31 %, соответственно. При конвективной сушке аналогичные показатели 23-27 %, 6-12 %, 9-12 %, соответственно. Как видно, влияние видов сушки на сохранение органических кислот имеет противоположную тенденцию, чем в группе дубильных веществ - при естественном высушивании плодов во всех партиях сырья трех лет исследования содержание органических кислот статистически достоверно ниже по сравнению с искусственным способом сушки.

Как следует из выше представленных результатов, естественная сушка по сравнению с искусственной сушкой демонстрирует отрицательную тенденцию только для группы органических кислот. Однако с точки зрения затрачиваемого времени естественное обезвоживание абсолютно не эффективно в промышленных масштабах, так как занимает в общей сложности от 25 до 30 дней. Напротив, время конвективной сушки составляет около 48 часов. С целью адаптации условий более рентабельной конвективной сушки для минимизации любых негативных влияний температуры на содержание дубильных веществ были проведены исследования по возможности использования комбинации естественной и искусственной сушки. С этой целью образцы 2024 года заготовки вначале высушивали естественным способом в течение 10 дней, далее плоды окончательно досушивали при температуре 450 С в варианте конвективной сушки. Время комбинированной сушки составило 10-12 дней. Результаты представлены в таблице 3.

Комбинированная сушка (табл. 3), как и ожидалось, позволила предотвратить потери дубильных веществ и приблизить содержание этой группы фенолов к показателям естественной сушки.

Напротив, для титруемых кислот комбинированная сушка не проявила положительную тенденцию. Уровни этой группы веществ в образцах комбинированной и естественной сушки в чернике обыкновенной, чернике пазушной и чернике Смолла оказались статистически незначимыми (t_крит=2,01>t_ст=2;0,5;1, соответственно). Можно предположить, что в условиях воздушно-теневого обезвоживания в растительных клетках инициируются адаптивные реакции и кислоты используются как дополнительные пулы в качестве субстрата дыхания, что подтверждается их известной энергетической ролью в живых растительных клетках в процессе стресса [13]. Отсутствие различий в содержании органических кислот между образцами гибридной и естественной сушки говорит о том, что кислоты, возможно, включаются в самые начальные стадии адаптационного процесса и искусственная сушка уже не может повлиять на сохранность этой группы веществ.

Заключение

Установлено, что относительно небольшие изменения в содержании веществ достигаются в процессе замораживания. Сравнение режимов сушки показало, что дубильные вещества значительно лучше сохраняются в естественно высушенных плодах. Температурный фактор снижает уровень этой группы фенольного комплекса. Напротив, для органических кислот лучшие результаты продемонстрировала искусственная сушка.

Таким образом, на примере сырья трех дальневосточных видов черники установлено, что влияние фактора консервации на отдельные группы веществ зависит от вида черники. Как следствие, определение оптимальной температуры сушки требует индивидуального подхода и обобщение комплексного эксперимента с определением закономерностей изменчивости определенной группы веществ в сырье конкретного вида.

В аспекте практической значимости работы следует отметить, что замораживание и естественная сушка являются наилучшими способами сохранения дубильных веществ и органических кислот в плодах исследуемых видов черники. Но в промышленных масштабах, когда заготовка определяется несколькими тоннами сырья, метод естественной сушки не имеет коммерческой эффективности. Способ комбинированной сушки позволяет сократить время сушки почти вдвое по сравнению с естественной сушкой и сохранить содержание дубильных веществ и органических кислот практически на уровне образцов естественной сушки.

Предложенная комбинация сушки требует дальнейшей детализации, в частности, определение оптимального времени этапа естественного обезвоживания, а также титрование температуры на этапе искусственной сушки.

Список литературы

1. 1. Жидкин Р.Р., Матвеева Т.В. Проблемы филогении рода Vaccinium L. и пути их решения // Экологическая генетика. - 2022. - Т. 20, № 2. - С. 151-164.
2. 2. Мечикова Г.Я., Флейшман М.Ю., Лебедько О.А. Средство растительного происхождения, обладающее антиоксидантным действием // Патент РФ № 2794091, 2023. Бюл. № 11.
3. 3. Степанова Т.А., Мечикова Г.Я., Морозова В.Е., Макарова Л.М., Погорелый В.Е. Применение побегов черники волосистой в качестве средства коррекции метаболических нарушений головного мозга при сахарном диабете // Патент РФ № 2400244, 2010. Бюл. № 27.
4. 4. Степанова Т.А., Мечикова Г.Я., Морозова В.Е., Макарова Л.М., Погорелый В.Е. Применение побегов черники пазушной в качестве средства, проявляющего активизацию утилизации глюкозы мозгом при лечении сахарного диабета // Патент РФ № 2418602, 2011. Бюл. № 14.
5. 5. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Санкт-Петербург: Мир и семья, 1995. 992 с.
6. 6. Bujor O-C., Tanase C., Popa M.E. Phenolic antioxidants in aerial parts ofwild Vaccinium species: towards pharmaceutical and biological properties // Antioxidants. - 2019. - Vol. 8, № 12. - Р. 649-661.
7. 7. Karakaş N., Okur M.E., Sağir T., Uludağ D., Polat D.Ç., Karadağ A.E. Antioxidant activity and anti-cancer effects of bilberry (Vaccinium myrtillus l.) fruit extract on gastric cancer, ags cell line // J. Fac. Pharm. Ankara. - 2022. - Vol. 46, № 3. - Р. 781-792.
8. 8. Kopystecka A., Kozioł I., Radomska D., Bielawski K., Bielawska A., Wujec M. Vaccinium uliginosum and Vaccinium myrtillus-two species- one used as a functional food // Nutrients. - 2023. - Vol. 15, № 19. - Р. 4119-4145.
9. 9. Martău G.A., Bernadette-Emőke T., Odocheanu R., Soporan D.A., Bochiş M., Simon E., Vodnar D.C. Vaccinium Species(Ericaceae): Phytochemistry and biological properties of medicinal plants // Molecules. 202. - Vol. 28, № 4. - Р. 1533-1562.
10. 10. Mechikova G.Ya., Fleishmana M.Yu., Lebed'ko O.A. Estimation in vivo of the antioxidant activity of axillary-blueberry (Vaccinium axillare Nakai) fruit under oxidative stress // Cell and Tissue Biol. - 2023. - Vol. 17, № 3. - Р. 306-310.
11. 11. Mechikova G.Yа., Kuzmich A.S., Ponomarenko L.P., et al. Cancer-preventive activities of secondary metabolites from leaves of the bilberry Vaccinium smallii A. Gray. //Phytotherapy research. - 2010. - Vol. 24, № 11. - Pp. 1730-1732.
12. 12. Michalska A., łysiak G. Bioactive compounds of blueberries: post-harvest factors influencing the nutritional value of products // Int. J. Mol. Sci. 2015;16(8):18642-18663. Michalska A., łysiak G. Bioactive compounds of blueberries: post-harvest factors influencing the nutritional value of products // Int. J. Mol. Sci. - 2015. - Vol. 16, № 8. - Р. 18642-18663.
13. 13. Panchal P., Miller A.J., Giri J. Organic acids: versatile stress-response roles in plants // J Exp Bot. - 2021. - Vol. 72, № 11. - Р. 4038-4052.
14. 14. Tundis R., Tenuta M.C., Loizzo M.R., Bonesi M., Finetti, F., Trabalzini L., Deguin B. Vaccinium Species (Ericaceae): from chemical composition to bio-functional // Activities. Appl. Sci. - 2021. - Vol. 11, № 12. - Р. 5655-5672.
15. 15. Yoshizawa Y., Kawaii S., Urashima M., et al. Differentiation-inducing effects of small fruit juices on HL-60 leukemic cells. // Journal of agricultural and food chemistry. - 2000. - Vol. 48, № 8. - P. 3177-3182.
16. 16. Yoshizawa Y., Kawaii S., Urashima M., et al. Antiproliferative effects of small fruit juices on several cancer cell lines. // Anticancer research. - 2000. - Vol. 20, № 6B. - P. 4285-4289.