Contents of biologically active phenolic compounds in sea buckthorn fruits (Hippophaё rhamnoides L.) under the conditions of the south of Western Siberia

Full Text

Введение

Актуальным направлением научных исследований последних десятилетий в области плодовых и ягодных культур являются поиск и изучение перспективных источников ценных биологически активных веществ (БАВ). Комплекс БАВ растений участвует в регуляции многих физиологических и биохимических процессов, тем самым поддерживая нормальную жизнедеятельность организмов. Химический состав растительного сырья отличается многокомпонентностью и широким диапазоном биологической активности, благодаря чему оно представляет исключительный интерес для здорового питания, разработки и внедрения новых лекарственных препаратов и БАД направленного биологического действия с выраженными антиоксидантными и адаптогенными свойствами, косметических средств и т.п. Спектр его применения определяется специфичностью биохимического состава растительной продукции. Последнее, в свою очередь, обусловливается многими факторами (видовые и сортовые особенности, условия репродукции растений, факторы окружающей среды), поэтому исследование химического состава образцов плодовых и ягодных культур, выращенных в различных регионах мира, продолжает быть актуальным.

Облепиха крушиновидная (Hippophaё rhamnoides L.) является уникальным растением европейской и азиатской флоры, содержащим в своих плодах целый комплекс БАВ с ценными биолого-фармакологическими свойствами. Их высокое содержание, а также эффективное воздействие на организм человека подтверждено мировой медицинской и народной практикой (Mihal et al., 2023). Плоды облепихи, как и другие части растения, используют в профилактических и лечебных целях для поддержания сердечно-сосудистой и иммунной систем, липидного обмена, как противовоспалительные, заживляющие и антирадиационные средства (Suryakumar, Gupta, 2011; Brno, 2015; Guo et al., 2017; Olas et al., 2018). На сегодняшний день пищевая и лечебно-профилактическая ценность облепихи неоспоримы. Она занимает важное место в системе сохранения и улучшения здоровья населения. Значительный терапевтический потенциал облепихи напрямую связан с химическим составом ее различных органов. По данным российских и зарубежных исследователей, плоды облепихи богаты углеводами, пектиновыми, дубильными и азотистыми веществами, органическими кислотами, в том числе жирными кислотами, водо- и жирорастворимыми витаминами, фосфолипидами, фенольными соединениями, ферментами, минеральными веществами и т.п. (Ершова, 2009; Скуридин и др., 2013; Тринеева и др., 2019; Мезенова и др., 2020; Нилова, Малютенкова, 2021; Olas et al., 2018; Dabrowskia et al., 2022; Mihal et al., 2023). Основным продуктом переработки ее плодов является ценнейшее облепиховое масло, используемое в качестве исходного компонента или основы для создания разных видов фармацевтической продукции. Оно отличается высоким содержанием каротиноидов, токоферолов (витамин Е), ненасыщенных жирных кислот. Значимым показателем биологической ценности плодов является и содержание витамина С, по количеству которого облепиха лидирует среди плодовых и ягодных пород. К числу важнейших БАВ, которые вносят существенный вклад в реализацию лечебно-профилактического потенциала культуры, относятся и фенольные соединения (ФС), в частности, биофлавоноиды. На сегодняшний день, наряду с витамином С, они признаны одной из самых значимых групп биоантиоксидантов. Биофлавоноиды являются продуктами вторичного метаболизма растений, проявление биологической активности которых весьма многообразно. Установлены их противовоспалительные, антимикробные, антиканцерогенные, капилляроукрепляющие, гепато- и нейропротекторные, адаптогенные свойства (Тараховский и др., 2013). Эти метаболиты принимают участие в росте, развитии самих растений, дыхании, фотосинтезе, а также защите от действия стрессовых факторов (Упадышев, 2008). В настоящее время большинство исследователей связывают содержание полифенольных соединений с антиоксидантным потенциалом растений, в связи с чем соответствующие научные исследования приобретают все большее значение в селекционных программах по культурам. В этом контексте становится понятной необходимость оценки сортов и форм облепихи по содержанию данной группы БАВ. Известно, что биосинтез и накопление ФС в онтогенезе растений является как результатом реализации генетической программы, так и в значительной степени зависят от воздействия факторов внешней среды. Немаловажным является факт территориальной вариабельности количественного и качественного состава БАВ для различных целей применения плодов облепихи. Поэтому выявление соответствующего потенциала культуры в различных природно-климатических регионах произрастания остается актуальным направлением для изучения. Химический состав плодов облепихи достаточно широко освещен в научной литературе, однако, закономерности накопления биологически активных ФС сортообразцами культуры, произрастающими в условиях юга Западной Сибири, изучены мало, что не позволяет в полной мере оценить вклад данной группы БАВ в общую биологическую активность ее плодов.

Цель настоящей работы – выявление специфики накопления биологически активных ФС в ягодах облепихи (Hippophaё rhamnoides L.), выращенной в условиях лесостепной зоны Алтайского края, выделение перспективных форм с высокими соответствующими показателями, отличающихся стабильностью в меняющихся условиях среды.

Материалы и методы

Исследования осуществлялись на базе лаборатории индустриальных технологий и экспериментально-производственных подразделений отдела НИИ садоводства Сибири (НИИСС) ФГБНУ «Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий» в период с 2021 по 2023 гг. Объекты исследований – сорта и гибридные формы облепихи, которые были отобраны по максимальному проявлению и сочетанию ряда хозяйственно-ценных признаков (высокие зимостойкость, урожайность и скороплодность, крупноплодность, качественный биохимический состав плодов, в случае отдельных образцов – плотная мякоть ягод, их раннее созревание и т.п.): Чуйская, Афина, Иня, Этна, 79-01-1, 125-02-1, 125-02-2, 170-03-1, 177-00-1, 258-03-1, 360-05-1. Суммарное содержание биофлавоноидов и отдельных фракций (антоцианов, флаванов, флавонолов) определяли спектрофотометрическими и колориметрическими методами после их экстракции из ягод 96%-ным этанолом из расчета его 80%-ной конечной концентрации (в случае определения общего содержания ФС и флавонолов) и 96%-ным этанолом, подкисленным 1% HCl (в случае определения катехинов, процианидинов и антоцианов) (Ермаков и др., 1987; Самородова-Бианки, Стрельцина, 1989). Для определения суммы ФС использовали метод с использованием реактива Фолина-Дениса (Самородова-Бианки, Стрельцина, 1989), флавонолов – метод, основанный на образовании окрашенных комплексов с AlCl₃ в среде 5% CH₃COONa. Содержание катехинов определяли по оптической плотности продуктов реакции этанольного экстракта с ванилиновым реактивом. Определение процианидинов базировалось на методе Свайна и Хиллиса с использованием н-бутанола и концентрированной HCl (Ермаков и др., 1987). Расчеты осуществляли по калибровочным кривым, построенным, соответственно, по хлорогеновой кислоте, рутину, d-катехину, цианидин-3-глюкозиду. Полученные результаты обрабатывали посредством методов математической статистики (дисперсионный и корреляционный анализы) в программе MS Excel 2016.

Результаты и их обсуждение

Согласно литературным данным, фенольный комплекс плодов облепихи представлен, главным образом, флавонолами, процианидинами, катехинами и дубильными веществами – производными галловой кислоты. Антоцианы в ягодах практически отсутствуют (Школьникова и др., 2020; Нилова, Малютенкова, 2021; Тринеева, 2023; Bittova et al., 2014; Mendelova et al., 2016; Guo et al., 2017; Ma et al., 2017; Mihal et al., 2023).

Полученные нами данные свидетельствуют о сортовой вариации накопления биологически активных ФС в плодах исследованных образцов облепихи. Дисперсионный анализ позволил установить достоверность различий между сортообразцами по уровню аккумуляции ФС (таблица 1).

Таблица 1 – Содержание биофлавоноидов в ягодах облепихи (среднее за 2021…2023 гг.), мг/100 г

Их суммарное содержание за годы исследований варьировало от 298,6 до 508,2 мг/100 г сырого веса, составив в среднем 387,7 мг/100 г. Межсортовая изменчивость признака была выражена в средней степени (V – 14,7%). Сведения по общему содержанию ФС в плодах облепихи значительно разнятся. Так, для северо-запада России соответствующий уровень был установлен в довольно высоких пределах – 680…795 мг/100 г (Нилова, Малютенкова, 2021), что может объясняться наличием большего количества стрессовых факторов для культуры. В условиях Центрального Черноземья аккумуляция биофлавоноидов в ягодах достигает 225 мг/100 г (Тринеева, 2023), Забайкалья – 330 мг/100 г (Ширипнимбуева и др., 2014). В плодах различных сортов культуры, произрастающих в европейском регионе, в частности – Чехии, общее содержание ФС варьирует от 70 до 360 мг/100 г (Sytařova et al., 2020), Румынии – от 100 до 186 мг/100 г (Criste et al., 2020). Такой разброс данных может зависеть от многих факторов, как уже упоминалось выше. В связи с этим, можно констатировать, что исследованные нами сортообразцы облепихи в условиях юга Западной Сибири отличаются повышенным содержанием биофлавоноидов, что, в свою очередь, свидетельствует об их особой биологической ценности.

Минимальный за годы исследований уровень аккумуляции ФС в ягодах был установлен для контрольного сорта Чуйская – 298,6 мг/100 г. В соответствии с этим, большая часть изученных сортообразцов в этом отношении характеризовалась хорошим потенциалом. Однако статистически достоверное отличие от контроля в лучшую сторону было установлено для сортов Этна, Афина, гибридных форм 79-01-1, 170-03-1, 360-05-1. Максимальным в исследуемый период уровнем накопления ФС отличился гибрид 170-03-1 (508,2 мг/100 г), высоким – сорта Афина (482,7 мг/100 г), Этна (469,7 мг/100 г), формы 79-01-1 (442,6 мг/100 г), 258-03-1 (424,0 мг/100 г), 125-02-2 (420,6 мг/100 г) (рисунок 1).

Как демонстрирует рисунок 1, наибольшей итоговой степенью проявления признака характеризовалась гибридная форма 170-03-1 со средней степенью его гомеостатичности (V – 14,3%). Уровень накопления ФС в ее плодах был довольно зависим от метеоусловий вегетационного периода, однако он всегда оставался высоким. Форма отличается выраженной красной окраской ягод, что обусловлено высоким содержанием каротиноидов. Количество их достигает 50 мг/100 г. Такая высокая продуктивность гибрида в отношении синтеза этих групп БАВ относит его в разряд особо ценных.

Рисунок 1 – Суммарное содержание биофлавоноидов в ягодах облепихи, наибольшие показатели по сортам

Сорт Этна выделился максимальным средним показателем содержания ФС. При этом он отличился высокой степенью гомеостаза признака (V – 3,7%), что указывает на большую обусловленность его генотипом. Сформулированный выше вывод относительно гибрида 170-03-1 в полной мере относится к данному сорту. Судя по результатам данной работы, его однозначно можно отнести к ценным источникам природных БАВ. В этом отношении заслуживает внимания и сорт Афина. Несмотря на некоторую зависимость соответствующих показателей его плодов от средовых факторов (V – 16,8%), он всегда выделялся высоким уровнем аккумуляции ФС в ягодах. Очевидна и перспективность остальных вышеуказанных гибридных форм. Стоит отметить, что формы 79-01-1 и 360-05-1, помимо хорошего потенциала, отличились и высокой степенью стабильности проявления признака (V – 9,0 и 3,4% соответственно).

Анализ фракционного состава комплекса биофлавоноидов ягод культуры позволил установить преобладание в нем процианидинов (66,0%), значительная доля приходится на флавонолы (22,8%), лишь 10,8% – на катехины. В наименьшей степени представлены антоцианы (0,4%) (рисунок 2).

Рисунок 2 – Фракционный состав комплекса биофлавоноидов облепихи

Полученные данные согласуются с литературными в части доминирования процианидинов в профиле биофлавоноидов плодов облепихи, отличаясь лишь в количественном отношении. Ряд авторов указывают на практически равное процентное соотношение фракций процианидинов и катехинов – 38…40% и 42% соответственно (Школьникова и др., 2020; Guo et al., 2017). Количество флавонолов составляет 16…20% всего комплекса, что практически согласуется с полученными нами данными. Именно с флавонолами, представленными у облепихи рутином, кверцетином, изорамнетином, кемпферолом, мирицетином, по большей части, связывают общий антиоксидантный эффект ее плодов. Флаваны – катехины и процианидины – проявляют наиболее выраженное капилляроукрепляющее и противовоспалительное действия, процианидины также обладают антиоксидантной активностью (Suryakumar, Gupta, 2011; Bittova et al., 2014; Guo et al., 2017; Criste et al., 2020; Тринеева, 2023; Mihal et al., 2023). Все исследователи указывают на тот факт, что антоцианы в плодах облепихи отсутствуют или находятся в следовых количествах.

Содержание процианидинов в ягодах исследованных нами сортообразцов облепихи изменяется в диапазоне 121,5…343,2 мг/100 г (в среднем 237,0 мг/100 г – здесь и далее), катехинов – 20,1…82,8 мг/100 г (42,2 мг/100 г), флавонолов – 53,0…152,9 мг/100 г (90,1 мг/100 г), антоцианов – 0,3…4,0 мг/100 г (1,5 мг/100 г). Сведения по количественному содержанию отдельных фракций биофлавоноидов в плодах культуры существенно разнятся. Ряд исследователей отмечает количество катехинов в пределах 50 мг/100 г, процианидинов – 250 мг/100 г, но приводятся данные и о более значительных их количествах, что оказалось характерным для сортообразцов облепихи из коллекции НИИ садоводства Сибири.

Межсортовая вариабельность признаков была наибольшей в отношении содержания антоцианов, разница могла быть тринадцатикратной. Максимальное значение показателя было отмечено у сорта Иня – 4,0 мг/100 г. Повышенным их содержанием отличились сорт Этна, гибридные формы 125-02-1, 125-02-2 – от 2 до 3 мг/100 г. Довольно существенно исследованные сортообразцы различались по уровню накопления катехинов, наибольший превышал минимальный в 4 раза. Источниками повышенного содержания катехинов в плодах были признаны сорта Этна (82,8 мг/100 г – наибольшее значение показателя за годы изучения, здесь и далее), Афина (64,4 мг/100 г), форма 79-01-1 (80,4 мг/100 г).

По содержанию процианидинов, количественно ведущей фракции биофлавоноидов плодов облепихи, лидировали гибридная форма 170-03-1 (343,2 мг/100 г), сорта Афина (319,3 мг/100 г), Этна (308,0 мг/100 г), Иня (277,0 мг/100 г), отборные формы 360-05-1 (296,3 мг/100 г), 79-01-1 (270,2 мг/100 г). Исходя из литературных данных, это содержание можно признать довольно высоким для культуры, что в полной мере относится и к фракции флавонолов исследованных нами объектов. Богаты флавонолами ягоды сортов Афина (106,0 мг/100 г), Этна (97,8 мг/100 г), гибридов 125-02-1 (152,9 мг/100 г), 170-03-1 (132,7 мг/100 г), 258-03-1 (102,3 мг/100 г), что обусловливает их высокий антиоксидантный статус.

Как известно, синтез и накопление биофлавоноидов в растительных объектах является динамическим процессом, в значительной степени зависящим от метеоусловий вегетационного периода. В связи с этим, в ходе настоящих исследований, была предпринята попытка оценки вариабельности содержания биофлавоноидов в плодах облепихи, обусловленной экзогенными факторами. В качестве основных факторов погодных условий были взяты сумма активных температур (САТ), сумма осадков (СО) и гидротермический коэффициент (ГТК). Вегетационный период 2021 г., согласно величине ГТК – 0,6, в целом характеризовался как засушливый. Особенностью периода явился дефицит осадков при повышенном температурном фоне (САТ – 1920ºС, СО – 170,1 мм). 2022 г. можно отнести к слабозасушливому, приближенному к нормально увлажненному (ГТК – 0,99, САТ – 2070,3ºС, СО – 214,3 мм). Вегетационный период культуры в 2023 г. отличился небольшой увлажненностью при значительном количестве дней солнечной активности (ГТК – 0,8, САТ – 2252,3ºС, СО – 179,4 мм).

В отношении исследованных сортообразцов облепихи была выявлена прямая положительная корреляция суммарного содержания ФС с показателем САТ периода вегетации, выраженная в сильной степени (r = 0,73), умеренная отрицательная – с показателем СО (r = -0,35). С ГТК связь была незначительной. В соответствии с этим, наиболее продуктивным для культуры в отношении синтеза биофлавоноидов стал 2023 г., когда для более половины всех образцов уровень аккумуляции ФС достигал 400 мг/100 г и более. Наименьшим накоплением ФС в плодах отличился 2022 г. Данный факт вполне объясним, если принимать во внимание ту важную роль, которую играют ФС в жизнедеятельности растений, в частности, в адаптации к климатическим условиям, защите от стрессовых факторов.

Естественно, что при контрастных условиях вегетации наиболее ценными представляются сортообразцы со стабильно высокой степенью проявления признака. Такие сорта и формы относительно устойчиво сохраняют признак при изменении погодных условий, следовательно, они обладают большей экологической стабильностью и высокой хозяйственной эффективностью. Очевидно, что они заслуживают внимания и с точки зрения селекции как источники или предполагаемые доноры признака. В ряду стабильных в проявлении признака лидировали гибриды 360-05-1, 125-02-1, 79-01-1, а также сорт Этна, что в очередной раз подтверждает их ценность и перспективность.

Заключение

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что в плодах облепихи, выращенной в условиях юга Западной Сибири, аккумуляция биофлавоноидов может достигать довольно значительного уровня для культуры в целом, обусловливая тем самым эффективное фармакотерапевтическое действие изученного вида сырья, позитивный антиоксидантный эффект. Это может способствовать более широкому использованию плодов культуры для получения функциональных продуктов питания, препаратов фармацевтики и т.п. Кроме того, результаты данной работы имеют значение для систематизации информации о вариабельности фитохимического состава плодов облепихи крушиновидной (Hippophaё rhamnoides L.) в зависимости от климатических факторов регионов ее произрастания.

Суммарное содержание биофлавоноидов в ягодах облепихи в условиях юга Западной Сибири составляет в среднем 387,7 мг/100 г с диапазоном варьирования признака от 298,6 до 508,2 мг/100 г. К перспективным источникам высокого содержания ФС отнесены сорта Этна, Афина, гибридные формы 79-01-1, 170-03-1, 360-05-1.

Доминирующей фракцией в комплексе биофлавоноидов плодов являются процианидины (66,0%), значительная доля приходится на флавонолы (22,8%), 10,8% – на катехины. В наименьшей степени представлены антоцианы (0,4%). Содержание процианидинов варьирует в диапазоне  от 121,5 до 343,2 мг/100 г (в среднем 237,0 мг/100 г – здесь и далее), катехинов – от 20,1 до 82,8 мг/100 г (42,2 мг/100 г), флавонолов – от 53,0 до 152,9 мг/100 г (90,1 мг/100 г), антоцианов – от 0,3 до 4,0 мг/100 г (1,5 мг/100 г). Источниками повышенного содержания процианидинов в плодах признаны сорта Афина, Этна, Иня, гибридные формы – 170-03-1, 360-05-1, 79-01-1. Катехинами богаты ягоды сортов Этна, Афина, формы 79-01-1, флавонолами – плоды этих же сортов, а также гибридов 125-02-1, 170-03-1, 258-03-1. В плодах сортов Иня, Этна и форм 125-02-1, 125-02-2 установлено содержание антоцианов от 2 до 4 мг/100 г.

Уровень аккумуляции биофлавоноидов в сильной степени зависит от суммы активных температур периода вегетации культуры, выявлена прямая положительная корреляция их суммарного содержания с соответствующим показателем. Наибольшей стабильностью проявления обсуждаемого признака характеризовались сорт Этна, гибридные формы 360-05-1, 125-02-1, 79-01-1.

Конфликт интересов: автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

Inessa V. Ershova

Author for correspondence.
Email: inessers@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3200-6020
SPIN-code: 7572-5386

PhD in biological sciences, associate professor, lead researcher, head of the laboratory of industrial technologies of M.A. Lisavenko Research Institute branch of Federal Altai Scientific Centre of Agro-Biotechnologies

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 – Total bioflavonoid content in sea buckthorn berries, the highest indicators by variety

Download (41KB)

Indexing metadata

3. Figure 2 – Fractional composition of the sea buckthorn bioflavonoid complex

Download (136KB)

Indexing metadata

Disclaimer: The statements, opinions and data contained in the publication belong exclusively to the authors and co-authors. VNIISPK and the editorial board of the journal disclaim responsibility for any damage to people and/or property resulting from the use of any ideas, methods, instructions or products mentioned in the content.