Маркер-контролируемое получение и производство форм пшеницы с повышенным уровнем биофлавоноидов: оценка продукции для обоснования значимости направления

В современных условиях в структуре мирового товарного предложения на продовольственном рынке необходимо отметить появление широкой группы новых высокотехнологичных продуктов специализированного и функционального питания с высокой долей добавленной стоимости. На создание функциональных пищевых продуктов ориентировано одно из актуальных направлений селекции растений – создание сортов с повышенным содержанием флавоноидов (растительных соединений, способных оказывать положительное действие на здоровье человека). Однако в настоящее время существует значительный разрыв между фундаментальными исследованиями роли флавоноидов и генетического контроля их синтеза, с одной стороны, и собственно разработкой продукции из пшеницы с новыми свойствами и изучением пищевой ценности готовой для потребления хлебобулочной продукции, с другой. В настоящей работе были получены и исследованы изделия из пшеницы, синтезирующей биофлавоноидные пигменты антоцианы в перикарпе зерновки. Зерно такой пшеницы имеет темно-фиолетовый цвет. Контролем служила краснозерная пшеница. Две изученные линии имеют практически полное сходство, за исключением небольшого участка хромосомы 2A, в котором содержится ген-регулятор биосинтеза антоцианов Рр3/TaMyc1. Использование такой точной модели позволило связать наблюдаемые различия именно с уровнем синтеза антоцианов. Важной задачей была оценка устойчивости антоцианов к технологической обработке, поэтому содержание антоцианов исследовалось не только в готовых изделиях, но и в смесях муки и отрубей, используемых для выпечки, и отдельно в отрубях. В результате выявлены значительные отличия образцов, полученных из фиолетового зерна, по сравнению с контролем, включая образцы изделий, прошедших полный цикл технологической обработки, в том числе выпечку при повышенной температуре. Для экстракции антоцианов были смоделированы условия, наиболее близкие к условиям в процессе усвоения пищи в организме человека, с тем чтобы оценить количество доступных при употреблении в пищу антоцианов. Показано, что при приеме в пищу 100 г хлебцев докторских, изготовленных из муки с добавлением отрубей фиолетового зерна пшеницы, употребление антоцианов достигает 1.03 мг. В составе 100 г отрубей организм получит до 3.32 г антоцианов. Параллельно с оценкой содержания антоцианов во всех образцах с помощью амперометрического метода была измерена массовая доля антиоксидантов. Анализ показал, что наиболее высокой антиоксидантной активностью отличаются отруби, самой низкой – мука. Добавление отрубей к муке повышает антиоксидантную активность, процесс технологической обработки также увеличивает антиоксидантную активность. Вклад антоцианов в повышение антиоксидантной активности не отмечен. По хлебопекарным и органолептическим свойствам продукции фиолетовая пшеница не уступала, а в отдельных случаях была лучше контрольной линии. Установлено, что присутствие антоцианов увеличивает срок хранения хлебобулочных изделий и устойчивость их в провокационных условиях, способствующих развитию плесневых грибов. Полученные результаты в сочетании с известными данными о благотворном влиянии антоцианов на здоровье могут служить основанием для предложения включить продукцию из зерна пшеницы, окрашенного антоцианами, в перечень продуктов для диетического питания. Маркер-контролируемое создание и производство форм пшеницы с повышенным уровнем биофлавоноидов в зерне можно предложить как новое направление для расширения внутреннего и экспортного потенциала рынка зерна в связи с новыми возможностями получения продукции повышенной пищевой ценности.

антоцианы, биофлавоноиды, внутренний и экспортный потенциал, гены, ДНК-маркеры, зерно, маркер-ориентированная селекция, мягкая пшеница, хлеб, хлебопекарные свойства, пищевая ценность, функциональные продукты питания

1. Abdel-Aal E.S., Hucl P. A rapid method for quantifying total anthocyanins in blue aleurone and purple pericarp wheats. Cereal Chem. 1999;76(3):350-354. DOI 10.1094/CCHEM.1999.76.3.350.

2. Adzhieva V.F., Babak O.G., Shoeva O.Y., Kilchevsky A.V., Khlestkina E.K. Molecular genetic mechanisms of the development of fruit and seed coloration in plants. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2016;6(5): 537-552. DOI 10.1134/S2079059716050026.

3. Aggarwal B.B., Shishodia S. Molecular targets of dietary agents for prevention and therapy of cancer. Biochem. Pharmacol. 2006;71(10): 1397-1421. DOI 10.1016/j.bcp.2006.02.009.

4. Bruschi V., Teuber R., Dolgopolova I. Acceptance and willingness to pay for health-enhancing bakery products – Empirical evidence for young urban Russian consumers. Food Quality and Preference. 2015;46:79-91. DOI 10.1016/j.foodqual.2015.07.008.

5. Cassidy A., O’Reilly E.J., Kay C., Sampson L., Franz M., Forman J.P., Curhan G., Rimm E.B. Habitual intake of flavonoid subclasses and incident hypertension in adults. Am. J. Clin. Nutr. 2011;93(2):338- 347. DOI 10.3945/ajcn.110.006783.

6. de Pascual-Teresa S., Moreno D.A., Garcia-Viguera C. Flavanols and anthocyanins in cardiovascular health: a review of current evidence. Int. J. Mol. Sci. 2010;11(4):1679-1703. DOI 10.3390/ijms11041679.

7. Ficco D.B.M., de Simone V., Colecchia S.A., Pecorella I., Platani C., Nigro F., Finocchiaro F., Papa R., de Vita P. Genetic variability in anthocyanin composition and nutritional properties of blue, purple, and red bread (Triticum aestivum L.) and durum (Triticum turgidum L. ssp. turgidum convar. durum) wheats. J. Agric. Food Chem. 2014;62(34):8686-8695. DOI 10.1021/jf5003683.

8. Gordeeva E.I., Shoeva O.Y., Khlestkina E.K. Marker-assisted development of bread wheat near-isogenic lines carrying various combinations of Pp (purple pericarp) alleles. Euphytica. 2015;203:469-476. DOI 10.1007/s10681-014-1317-8.

9. GOST R 52189-2003. Muka pshenichnaya. Obshchie tekhnicheskie usloviya [State Standard R 52189-2003. Flour. General specifications]. Moscow: Standartinform Publ., 2008. (in Russian)

10. GOST R 52349-2005. Produkty pishchevye. Produkty pishchevye funktsionalnye. Terminy i opredeleniya [State Standart R 52349-2005. Foodstuffs. Functional foods. Terms and definitions]. Moscow: Standartinform Publ., 2008. (in Russian)

11. GOST 27676-88. Zerno i produkty ego pererabotki. Metod opredeleniya chisla padeniya [State Standart 27676-88. Cereals and cereal milled products. Method for determination of falling number]. Moscow: Standartinform Publ., 2009. (in Russian)

12. GOST 27839-2013. Muka pshenichnaya. Metody opredeleniya kolichestva i kachestva kleykoviny [State Standart 27839-2013. Wheat flour. Methods of determination of gluten quantity and quality]. Moscow: Standartinform Publ., 2014. (in Russian)

13. Howard B.V., Kritchevsky D. Phytochemicals and cardiovascular disease a statement for healthcare professionals from the American heart association. Circulation. 1997;95(11):2591-2593. DOI 10.1161/01.CIR.95.11.2591.

14. Ivanišová E., Ondrejovič M., Chmelova D., Maliar T., Havrlentova M., Rückschloss L. Antioxidant activity and polyphenol content in milling fractions of purple wheat. Cereal Res. Commun. 2014;42(4):578- 588. DOI 10.1556/CRC.2014.0008.

15. Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Usenko N.I., Otmakhova Yu.S. Prospective applications of molecular genetic approaches to control technological properties of wheat grain in the context of the “grain–flour–bread” chain. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(4):511- 527. DOI 10.18699/VJ15.140. (in Russian)

16. Khlestkina E.K., Shoeva O.Y., Gordeeva E.I. Flavonoid biosynthesis genes in wheat. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2015;5(3):268-278. DOI 10.1134/S2079059715030077.

17. Lila M.A. Anthocyanins and human health: an in vitro investigative approach. J. Biomed. Biotechnol. 2004;2004(5):306-313. DOI 10.1155/ S111072430440401X.

18. Nile S.H., Park S.W. Edible berries: Bioactive components and their effect on human health. Nutrition. 2014;30(2):134-144. DOI 10.1016/ j.nut.2013.04.007.

19. Puchkova L.I. Laboratornyy praktikum po tekhnologii khlebopekarnogo proizvodstva [Laboratory manual on baking technology]. St. Petersburg: GIORD Publ., 2004. (in Russian)

20. Romanov A.S., Davydenko N.A., Shatnyuk L.N., Matveeva I.V., Poznyakovsky V.M. Ekspertiza khleba i khlebobulochnykh izdeliy. Kachestvo i bezopasnost: uchebnoe posobie [Examination of bread and bakery products: quality and safety, a textbook]. Ed. by V.M. Poznyakovsky. Saratov: Vuzovskoe obrazovanie Publ., 2014. (in Russian)

21. Rossiya prodaet bolshe zerna, chem oruzhiya (2015) [Russia sells more grains than weapons (2015)]. Available at: http://www.pravda. ru/economics/agriculture/farming/14-10-2015/1277717-grain-0/ (in Russian)

22. Rynok funktsional’nykh produktov pitaniya (2014) [The functional food market (2014)]. Available at http://sfera.fm/articles/rynokfunktsionalnykh-produktov-pitaniya (in Russian)

23. Shobana S., Sreerama Y.N., Malleshi N.G. Composition and enzyme inhibitory properties of finger millet (Eleusine coracana L.) seed coat phenolics: Mode of inhibition of α-glucosidase and pancreatic amylase. Food Chem. 2009;115(4):1268-1273. DOI 10.1016/j.foodchem. 2009.01.042.

24. Shoeva O.Y., Khlestkina E.K., Berges H., Salina E.A. The homoeologous genes encoding chalcone-flavanone isomerase in Triticum aestivum L.: Structural characterization and expression in different parts of wheat plant. Gene. 2014;538(2):334-341.

25. Tadera K., Minami Y., Takamatsu K., Matsuoka T. Inhibition of α-glucosidase and α-amylase by flavonoids. J. Nutr. Sci. Vitaminol. 2006;52(2):149-153. DOI 10.3177/jnsv.52.149.

26. Tereshchenko O., Gordeeva E., Arbuzova V., Börner A., Khlestkina E. The D genome carries a gene determining purple grain colour in wheat. Cereal Res. Commun. 2012;40(3):334-341. DOI 10.1556/ CRC.40.2012.3.2.

27. Tsuda T., Horio F., Uchida K., Aoki H., Osawa T. Dietary cyanidin 3-O-β-D-glucoside-rich purple corn color prevents obesity and ameliorates hyperglycemia in mice. J. Nutr. 2003;133(7):2125-2130.

28. Usenko N.I., Poznyakovsky V.M., Otmakhova Y.S. Structural and qualitative transformations in the bread market (analysis of the current state and development problems). EKO (Vserossiyskiy ekonomicheskiy zhurnal) = ECO Journal (Novosibirsk). 2016;1:109-124. (in Russian)

29. Virgili F., Marino M. Regulation of cellular signals from nutritional molecules: a specific role for phytochemicals, beyond antioxidant activity. Free Radic. Biol. Med. 2008;45(9):1205-1216. DOI 10.1016/j.freeradbiomed.2008.08.001.

30. Williams R.J., Spencer J.P., Rice-Evans C. Flavonoids: antioxidants or signalling molecules? Free Radic. Biol. Med. 2004;36(7):838-849. DOI 10.1016/j.freeradbiomed.2004.01.001.