Оценка содержания веществ с антиоксидантной активностью в образцах картофеля коллекции исходных родительских форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А.Г. Лорха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка содержания веществ с антиоксидантной активностью в образцах картофеля коллекции исходных родительских форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А.Г. Лорха

картофель питание человек

Abstract

Antioxidant contents in potato cultivars from the collectionof Russian Potato Research Center

картофель питание человек

Ekaterina M. Gins, Evgeny A. Moskalev, Oksana B. Polivanova,Aleksey V. Mityushkin, Evgeny A. Simakov

Russian Potato Research Center, Moscow region, Russian Federation Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russian Federation3Russian State Agrarian University -- Moscow Timiryazev Agricultural Academy.

Antioxidants protect not only plants, but also humans from oxidative stress. Plant antioxidants include phenolic compounds: phenolic acids, flavonoids, anthocyanins, and vitamin C. Potatoes are one of the most consumed crops in the world and can serve as a promising source of antioxidants in the human diet. The aim of the study was to compare secondary low-molecular-weight antioxidants (ascorbic acid, phenolic compounds, flavonoids, total antioxidant content) in 15 cultivars of potatoes with pigmented and white pulp (Solanum tuberosum L.) to identify genotypes having increased antioxidant activity.

The research was conducted in 2019, a week after harvesting. Plants were grown on sod-podzolic soils in the fields of Federal Scientific Vegetable Center. Analysis of the total content of soluble phenolic compounds showed that almost all the studied varieties contained significantly more phenolic compounds in the skin than in the pulp. The maximum level of phenolic compounds was found in Monarkh (purple pulp) and Vympel (light yellow pulp) -- 69.33 mg/100 g and 67.93 mg/100 g of fresh mass, respectively. The highest amount of flavonoids was observed in Zhukovsky ranniy (white pulp) and Tayfun (white pulp) -- 12.49 mg/100 g and 11.06 mg/100 g of fresh mass, respectively. The highest content of ascorbic acid was determined in Gala (dark yellow pulp) -- 15.84, Golubizna (white pulp) and Red Scarlett (yellow pulp) -- 14.08 mg%. The maximum total content of hydrophobic antioxidants was found in Zhukovsky ranniy (white pulp) -- 0.38 mg. eq. HA/g and Red Scarlett (yellow pulp) -- 0.37 mg. eq. HA/g.

Keywords: potatoes, Solanum tuberosum L., ascorbic acid, phenolic compounds, flavonoids, total antioxidant content.

Введение

Картофель (Solanum tuberosum L.) -- пятая по значимости культура в мире после сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и риса с производством за 2018 г. более 368 млн. т продукции [1]. В России картофель считают самой распространенной культурой после зерновых. Картофель особенно известен как источник высококачественных белков, углеводов, витаминов С, В6, В3 и некоторых минералов, таких как калий, фосфор и магний [2].

Некоторые пигментированные сорта картофеля содержат значительное количество фитонутриентов, а именно полифенольных соединений. К таким соединениям относят антоцианы -- природные пигменты, отвечающие за розовую, фиолетовую, синюю и красную окраску мякоти картофеля. Помимо сильных антиоксидантных свойств антоцианов представляет огромный интерес их использование в качестве натуральных пищевых красителей [3, 4]. Выявлена высокая положительная корреляция между содержанием фенольных соединений и антоцианов в мякоти картофеля и антиоксидантной активностью.

В настоящий момент имеются многочисленные доказательства положительной роли антиоксидантов в реакциях, защищающих не только растения, но и человека от окислительного стресса. Окислительный стресс связан с индукцией многих хронических и нейродегенеративных заболеваний, включая атеросклероз, диабет, иммуносупрессию, сердечно-сосудистые заболевания и др. [5]. Антиоксиданты нейтрализуют свободные радикалы и другие активные формы кислорода, образующиеся в результате клеточного метаболизма [6]. Диетическое потребление продуктов, богатых природными антиоксидантами, коррелирует со снижением риска сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака [7].

Картофель является основным диетическим источником фенолов и ряда антиоксидантов. Было исследовано, что антиоксидантная активность картофеля была выше по сравнению с луком, морковью и болгарским перцем и уступала только брокколи [8].

Важным антиоксидантом, содержащимся в картофеле, является витамин С. Большинство животных способны синтезировать аскорбиновую кислоту из глюкозы, но в организме человека отсутствует фермент, участвующий в синтезе витамина С (гулонолактоноксидазы), и поэтому аскорбиновая кислота должна обязательно присутствовать в продуктах питания [9]. Аскорбиновая кислота поддерживает иммунную систему человека, играет важную роль в качестве кофактора фермента во многих метаболических функциях и повышает биодоступность негемового железа у человека.

Содержание аскорбиновой кислоты и фенольных соединений в клубнях картофеля зависит от сорта [10--12]. Сорта картофеля с антоциановой окраской мякоти содержат в 3-4 раза больше фенольных кислот, но в 1,4 раза меньше аскорбиновой кислоты, чем традиционные сорта с белой мякотью [12]. Картофель с окрашенной мякотью также обладает более высокой антиоксидантной активностью, чем картофель с белой мякотью, что, скорее всего, связано с наличием антоцианов (помимо наличия фенольных кислот). Красные клубни картофеля содержат глико- зиды пеларгонидина и пеонидина, фиолетовые клубни -- гликозиды мальвидина и петунидина [11, 12].

Содержание аскорбиновой кислоты и фенольных соединений картофеля изменяется в зависимости от условий выращивания, агротехнических мероприятий и системы удобрений [13, 14]. Кроме того, химический состав и физические характеристики клубней картофеля могут изменяться в процессе готовки [15, 16]. При этом уровень аскорбиновой кислоты и фенольных соединений может снижаться в зависимости от способов кулинарной обработки и хранения [16--18]. Поскольку картофель является важной и доступной культурой для населения, а пигментированный картофель -- естественным источником фенольных соединений, то возникает необходимость более глубокого изучения антиоксидантной активности картофеля с белой и пигментированной мякотью.

Цель работы -- оценка содержания вторичных низкомолекулярных антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, фенольных соединений, флавоноидов и суммарного содержания антиоксидантов) в образцах картофеля для выявления генотипов с повышенной антиоксидантной активностью.

Материалы и методы исследования

Объектом исследований служили 15 сортообразцов картофеля коллекции исходных родительских форм с разной окраской мякоти (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика сортообразцов картофеля коллекции исходных родительских форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А.Г Лорха

Table 1. Characteristics of potato cultivars from the collection of Russian Potato Research Center

Растения были выращены на дерново-подзолистых почвах при естественной радиации в ФГБНУ «ФНЦ овощеводства» в 2019 г. в условиях открытого грунта. Исследование проводили через неделю после уборки урожая. Клубни хранились при температуре 3...4 °С в контейнерах.

Суммарное содержание растворимых фенольных соединений определяли спектрофотометрическим методом с реактивом Фолина -- Чокальтеу [19]. Суммарное содержание флавоноидов определяли спектрофотометрическим методом, основанном на реакции комплексообразования с алюминием [20]. Содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты (АК) определяли йодометрическим методом, основанном на титровании аскорбиновой кислоты в окрашенных экстрактах йодатом калия в кислой среде в присутствии йодистого калия и крахмала в модификации Сапожниковой и Дорофеевой [21]. Суммарное содержание антиоксидантов (ССА) определяли амперометрическим методом [22], результат выражали в эквивалентах галловой кислоты -- мг экв. ГК/г. Измельчение образцов проводили в присутствии определенного объема экстрагирующей жидкости (бидистиллированная вода, 96 % этиловый спирт) на гомогенизаторе при температуре 20.25 °С. Далее гомогенат центрифугировали при 10000 g 15 мин при 4 °С. Аликвоту супернатанта использовали для определения содержания антиоксидантов, при необходимости разбавляя. Измерения проводили на приборе «Цвет-Яуза-01- АА» в постоянно-токовом режиме [23].

Все измерения осуществлялись в трехкратной повторности.

Результаты определения суммарного содержания растворимых фенольных соединений, флавоноидов и антиоксидантов представлены как среднее значение ± доверительный интервал по результатам трех измерений. Значимость различий определяли с помощью однофакторного дисперсионного анализа с уровнем значимости Р < 0,05.

Результаты и обсуждения

Содержание аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля, определенное в 2019 г. после уборки урожая, через неделю было более высоким у сортов: Гала -- 15,84 мг%, Ред Скарлетт -- 14,08 мг% и Голубизна -- 14, 08 мг%, а самым низким содержанием витамина С отличались сорта Мечта -- 7,04 мг% и Тайфун -- 7,04 мг%. Интересно отметить, что количество аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля сорта Гала с темно-желтой мякотью было выше в 2,25 раза, чем в клубнях картофеля сорта Мечта с мякотью такого же цвета (табл. 2).

Таблица 2

Содержание аскорбиновой кислоты составляло 8,8 мг% у следующих сортов картофеля с разноокрашенной мякотью: Гибрид 1683--13 с бело-розовой мякотью, Фиолетовый с фиолетовой мякотью, Сюрприз с розовой мякотью, Жуковский ранний с белой мякотью, Вымпел со светло-желтой мякотью.

Анализ суммарного содержания растворимых фенольных соединений показал, что практически все исследуемые сорта содержат значительно больше фенольных соединений в кожуре, чем в мякоти, особенно пигментированные (табл. 3). Самые высокие концентрации фенольных соединений, мг/100 г сырой массы, зафиксированы в кожуре цветных сортов Тайфун (152,40±32,07), Фиолетовый (200,08±2,72), Сюрприз (211,32+10,46), Монах (374,21+39,50). Следует отметить, что сорта с белой кожурой (Гуливер) и желтой кожурой (Вымпел) также содержали высокую концентрацию фенольных соединений -- 119,38+17,37 и 109,34+41,80 мг/100 г сырой массы соответственно. Максимальная концентрация фенольных соединений была отмечена в мякоти сортов Монах (фиолетовая мякоть) и Вымпел (желтая мякоть) и составила 69,33+17,79 и 67,93+6,40 мг/100 г сырой массы соответственно.

картофель питание человек

Таблица 3. Суммарное содержание растворимых фенольных соединений и флавоноидовв картофеле, мг/100 г сырой массы (2019 г.)

Примечание. Результаты представлены как среднее значение ± доверительный интервал при уровне значимости P < 0,05.

Table 3. Total content of soluble phenolic compounds and flavonoids in potatoes, mg/100 g fr wt (2019)

В соответствии с ранее опубликованными данными, содержание фенольных соединений и антиоксидантная активность в среднем выше у цветных сортов [24, 25]. Но некоторые исследования указывают на то, что суммарное содержание фенольных соединений определяется генотипом и не зависит от окраски клубня [8].

Схожие закономерности были установлены для суммарного содержания флавоно- идов. Для всех сортов концентрация флавоноидов в кожуре была выше, чем в мякоти. Наибольшее содержание, мг/100 г сырой массы, флавоноидов было зафиксировано в кожуре цветных сортов Гранд (30,14±4,54), Сюрприз (32,67±3,90), Монах (41,40±2,65). Больше всего флавоноидов, мг/100 г сырой массы, было отмечено в мякоти сортов Фиолетовый (10,80+0,96), Тайфун (11,06+3,94), Жуковский ранний (12,49+1,21).

На основании данных о суммарном содержании низкомолекулярных антиоксидантов в спиртовых экстрактах клубней картофеля изученных сортов оценивали эффективность функционирования системы антиоксидантной защиты.

Уровень суммарного содержания гидрофобных антиоксидантов в свежевы- копанных клубнях урожая 2019 г. был максимальным и практически одинаковым у ранних сортов Жуковский ранний и Ред Скарлет и составлял соответственно -- 0,38 и 0,37 мг экв. ГК/г. Самое низкое количество гидрофобных антиоксидантов было определено у сорта Гранд с желтой мякотью -- 0,14 мг экв. ГК/г (табл. 4).

Таблица 4. Суммарное содержание спирторастворимых низкомолекулярных антиоксидантов в мякоти картофеля

Примечание. Результаты представлены как среднее значение ± доверительный интервал при уровне значимости P < 0,05.

Table 4. Total content of alcohol-soluble low molecular weight antioxidants in potato pulp

Note. Results are presented as mean ± confidence interval at a significance level of P < 0.05.

Заключение

Показано, что самые высокие концентрации, мг/100 г сырой массы, фенольных соединений в кожуре зафиксированы у сортов: Монах с фиолетовой кожурой -- 374,21±39,50, Сюрприз с красной кожурой -- 211,32±10,46, Фиолетовый с фиолетовой кожурой -- 200,08±2,72.

Максимальное содержание растворимых фенольных соединений в мякоти картофеля было выявлено у сортов Монах с фиолетовой мякотью -- 69,33+17,79 мг/100 г сырой массы и Вымпел со светло-желтой мякотью -- 67,93+6,40 мг/100 г сырой массы. Наименьшее содержание растворимых фенольных соединений было выявлено у сортообразца Гибрид 1683--13 с бело-розовой мякотью -- 11,01+4,48 мг/100 г сырой массы.

Наибольшее содержание флавоноидов было зафиксировано в кожуре сортов Монах -- 41,40+2,65, Сюрприз -- 32,67+3,90 и Гранд -- 30,14+4,54 мг/100 г сырой массы.

Наибольшее содержание, мг/100 г сырой массы, флавоноидов в мякоти отмечено у сортов Жуковский ранний с белой мякотью -- 12,49+1,21 и Тайфун с белой мякотью -- 11,06+3,94.

Наиболее высокое содержание аскорбиновой кислоты определено у сортов Гала с темно-желтой мякотью -- 15,84 мг%, Голубизна с белой мякотью и Ред Скарлетт с желтой мякотью -- 14,08 мг%.

Максимальное суммарное содержание гидрофобных антиоксидантов выявлено у сортов Жуковский ранний с белой мякотью -- 0,38 мг экв. ГК/г и Ред Скарлетт с желтой мякотью -- 0,37 мг экв. ГК/г.

Изученные сорта картофеля коллекции исходных родительских форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А.Г. Лорха различаются по содержанию аскорбиновой кислоты, фенольных соединений, флавоноидов, суммарному содержанию антиоксидантов, что определяет их пищевую ценность и пригодность к промышленной переработке.

Библиографический список / References

1. FAOSTAT. Crop production. Available from: http://www.fao.org/faostat/en/ [Accessed 18th April 2020].

2. Andre CM, Ghislain M, Bertin P, Oufir M, del Rosario Herrera M, Hoffmann L, et al. Andean Potato Cultivars (Solanum tuberosum L.) as a source of antioxidant and mineral micronutrients. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007; 55(2):366--378. doi: 10.1021/jf062740i

3. Fan G, Han Y, Gu Z, Gu F. Composition and colour stability of anthocyanins extracted from fermented purple sweet potato culture. LWT- Food Science and Technology. 2008; 41(8):1412--1416. doi: 10.1016/j. lwt.2007.09.003

4. Kita A, B^kowska-Barczak A, Hamouz K, Kulakowska K, Lisinska G. The effect of frying on anthocyanin stability and antioxidant activity of crisps from red- and purple-fleshed potatoes (Solanum tuberosum L.) Journal of Food Composition and Analysis. 2013; 32(2):169--175. doi: 10.1016/j.jfca.2013.09.006

5. Young IS, Woodside JV. Antioxidants in health and disease. J Clin Pathol. 2001; 54(3):176--186.

6. Skrovankova S, Sumczynski D, Mlcek J, Jurikova T, Sochor J. Bioactive compounds and antioxidant activity in different types of berries. Int J Mol Sci. 2015; 16(10):24673--24706. doi: 10.3390/ijms161024673

7. Hercberg S, Galan P, Preziosi P, Alfarez MJ, Vazquez C. The potential role of antioxidant vitamins in preventing cardiovascular diseases and cancers. Nutrition. 1998; 14(6):513--520. doi: 10.1016/S0899- 9007(98)00040-9

8. Al-Saikhan MS, Howard LR, Miller JC. Antioxidant activity and total phenolics in different genotypes of potato (Solanum tuberosum L.). Journal of Food Science. 1995; 60(2):341--343. doi: 10.1in/j.1365-2621.1995. tb05668.x

9. Hacifevki A. An overview of ascorbic acid biochemistry. J Fac Pharm Ankara. 2009; 38(3):233--255.

10. Koyuncu MA, Dilmacunal T. Determination of vitamin C and organic acid changes in strawberry by HPLC during cold storage. Not Bot Horti Agrobot Cluj. 2010;38(3):95--98. doi: 10.15835/nbha3834819

11. Lachman J, Hamouz K. Red and purple coloured potatoes as a significant antioxidant source in human nutrition - a review. Plant Soil Environ. 2005; 51(11):477--482.

12. Lewis CE, Walkel JR, Lancaster JE, Sutton KH. Determination of anthocyanins, flavonoids and phenolic acids in potatoes. I: Coloured cultivars of Solanum tuberosum L. J Sci Food Agric. 1998;77(1): 45--57. doi: 10.1002/(SICI)1097-0010(199805)77:1<45:: AID-JSFA1>3.0.CO;2-S

13. Goyer A, Picard M, Hellmann HA, Mooney SL. Effect of low temperature storage on the content of folate, vitamin B6, ascorbic acid, chlorogenic acid, tyrosine, and phenylalanine in potatoes. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2019; 99(10):4842--4848. doi: 10.1002/jsfa.9750

14. Hajslova J, Schulzova V, Slanina P, Janne K, Hellenдs KE, Andersson CH. Quality of organically and conventionally grown potatoes: Four-year study of micronutrients, metals, secondary metabolites, enzymic browning and organoleptic properties. Food Addit Contam. 2005; 22(6):514--534. doi: 10.1080/02652030500137827

15. Burg P, Fraile P. Vitamin C destruction during the cooking of a potato dish. LWT-Food Science and Technology. 1995; 28(5):506--514. doi: 10.1006/fstl.1995.0085

16. Burgos G, Auqui S, Amoros W, Salas E, Bonierbale M. Ascorbic acid concentration of native Andean potato varieties as affected by environment, cooking and storage. J Food Comp Anal. 2009; 22(6):533--538. doi: 10.1016/j.jfca.2008.05.013

17. Rytel E, Lisinska G. Changes in the content of vitamin C in potato tubers during the cooking and processing to fried and dried products. Zywn Nauk Technol Ja. 2007; 6(55): 186--197.

18. Grudzinska M, Czerko Z, Zarzynska K, Borowska-Komenda M. Bioactive Compounds in Potato Tubers: Effects of Farming System, Cooking Method, and Flesh Color. PLoS ONE. 2016; 11(5): e0153980. doi: 10.1371/ journal.pone.0153980

19. Ainsworth EA, Gillespie KM. Estimation of total phenolic content and other oxidation substrates in plant tissues using Folin-Ciocalteu reagent. Nature Protocols. 2007; 2(4):875--877. doi: 10.1038/nprot.2007.102

20. Garg D, Shaikh A, Marar T. In-vitro antioxidant activity and phytochemical analysis in extracts of Hibiscus rosa-sinensis stem and leaves. Free Radical Antioxidants. 2012; 2(3):41--46. doi: 10.5530/ax.2012.3.6

21. Sapozhnikova EV, Dorofeeva LS. Determination of content of ascorbic acid in colored plant extracts using iodometric method. Food industry. 1966; (5): 29--31. (In Russ.)

22. Сапожникова Е.В., Дорофеева Л.С. Определение содержания аскорбиновой кислоты в окрашенных растительных экстрактах йодометрическим методом // Консервная и овощесушильная промышленность. 1966. № 5. C. 29-31.

23. Gins MS, Gins VK, Baikov AA, Rabinovich AM, Kononkov PF, Solntsev MK. Antioxidant content in medicinal plants and vegetables with therapeutic potential for treating cancer. Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry. 2013; 11(2):10--15. (In Russ.)

24. Гинс М.С., Гинс В.К., Байков А.А., Рабинович А.М., Кононков П.Ф., Солнцев М.К. Содержание антиоксидантов в лекарственных и овощных растениях, проявляющих противоопухолевую активность // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2013. Т. 11. № 2. С. 10--15.

25. Gins MS, Gins VK, Baikov AA, Romanova EV, Kononkov PF, Torres MK, Lapo OA. Metodika analiza summarnogo soderzhaniya antioksidantov v listovykh i li-stostebel'nykh ovoshchnykh kul'turakh [Method for analysis of total content of antioxidants in leaf and leafy vegetable crops]. Moscow: PFUR Publ.; 2013. (In Russ.)

26. Гинс М.С., Гинс В.К., Байков А.А., Романова Е.В., Кононков П.Ф. Методика анализа суммарного содержания антиоксидантов в листовых и листостебельных овощных культурах. М.: РУДН, 2013. 40 с.

27. Visvanathan R, Jayathilake C, Chaminda Jayawardana B, Liyanage R. Health-beneficial properties of potato and compounds of interest. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2016; 96(15):4850--4860. doi: 10.1002/jsfa.7848

28. Lachman J, Hamouz K, Orsak M, Pivec V, Dvorak P. The influence of flesh colour and growing locality on polyphenolic content and antioxidant activity in potatoes. Sci Hort. 2008;117(2):109--114. doi: 10.1016/j. scienta.2008.03.030.

Размещено на Allbest.ru