STUDY ON BIOCHEMICAL COMPOSITION OF AMARANTH SEEDS (BY THE SAMPLES OF VIETNAM)
Abstract and keywords
Abstract (English):
The different varieties of amaranth seed are valuable vegetable materials and can be used to get products with high nutritional value, biological and pharmacological activities. The object of the study is red amaranth seeds Amaranthus tricolor L. and white amaranth seeds Amaranthus viridis L., grown in Vietnam. The paper studies the biochemical composition of white and red amaranth seeds of Vietnam. The results showed that the red and white amaranth seeds have high mass of polysaccharides (including starch and dietary fiber) and significant concentration of proteins and lipids. Oil content of the red and white amaranth seeds is the same and it is 1.5 times higher than that of rice and wheat. Amaranth oil contains a sufficient amount of unsaturated fatty acids and squalene. Consequently, amaranth seeds may be as sources of biologically active compounds.

Keywords:
amaranth seeds, bioactive compounds, amaranth oil, squalen, fatty acids, physical and chemical parameters
Text
Введение В условиях дефицита сырья актуальной задачей для сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности является поиск новых возможностей по использованию нетрадиционных растительных ресурсов как источника биологически активных веществ для создания новых продуктов питания, биологически активных добавок к пище, фармацевтических препаратов и лечебной косметики. Особый интерес из нетрадиционных растений представляет амарант. Амарант - однолетнее растение семейства Амарантовых, рода Амарант (Amaranthus), привлекающее внимание исследователей в качестве пищевой, кормовой, технической и декоративной культуры. Амаранты хвостатый (Amaranthus caudatus), печальный (Amaranthus hypochondriacus) и багряный (Amaranthus cruentus) являются древними культурными зерновыми растениями. В Беларуси, России и Америке их разводят ради питательных семян, богатых белками и липидами. Семена амаранта содержат 16-20 % протеина, 6-9 % жира, 60-65 % крахмала, но главная особенность амаранта - большое количество незаменимой аминокислоты - лизина - 6-7 %, что в 2,5-3,5 раза больше, чем в зерне пшеницы и кукурузы. Семена обладают хорошими мукомольными свойствами, имеют вкус ореха и могут использоваться для выпечки хлеба, кондитерских изделий, получения круп [1, 2]. Стебли и листья растения используются для приготовления супов, салатов. Растение широко распространено во Вьетнаме и используется во многих блюдах восточной кухни. Производственные испытания амаранта в условиях Беларуси, проводившиеся в последние годы, показали перспективность его использования в сельском хозяйстве. Многие ученые, как зарубежные, так и белорусские, указывали на актуальность переработки семян амаранта и внесли большой вклад в разработку способов получения жирных кислот, полисахаридов, пищевых волокон и белковых продуктов из амаранта [3-10]. Доказано, что амарант является экологически чистым продуктом, т. к. не нуждается в обработке ядохимикатами и выводит из организма радионуклиды. Однако, несмотря на явные достоинства этого растения, оно еще только утверждается в качестве кормового, пищевого и технического продукта. Во Вьетнаме листья амаранта используются только для приготовления салатов и супов, т. к. биохимический состав семян амаранта изучен недостаточно, способы их переработки с целью получения различных продуктов широкого спектра действия отсутствуют. Так как растительное сырье, выращиваемое в полевых условиях различных стран, индивидуально по своему биохимическому составу, который зависит от определенных климатических и агротехнических условий, необходима его биохимическая оценка в каждом конкретном случае. В соответствии с изложенным целью исследований являлось изучение биохимического состава семян амаранта, компонентного состава и физико-химических показателей амарантового масла на основе сырья Вьетнама. Объекты и методы исследования В качестве объекта исследования были выбраны зерна амаранта красносемянного Amaranthus tricolor L. и белосемянного Amaranthus viridis L., отобранные в провинции Хынгйен во Вьетнаме в 2014 г. Для определения биохимического состава (содержание сырого белка, липидов, золей, моно- и дисахаридов, крахмала, пищевых волокон), компонентного состава амарантового масла были использованы общепринятые и стандартные методы. Общее содержание белка определяли по методу Къельдаля на установках Tubotherm и Varodest-30 по ГОСТ 26889-86. Содержание золи, влаги определяли по ГОСТ 24027.2-80. Содержание крахмала определяли на поляриметре СУ-4 по ГОСТ 10845-98 по методу Эверса. Содержание пищевых волокон определялось по методике, разработанной Е. П. Широковым [11]. Определение содержания редуцирующих и нередуцирующих сахаров проводили цианидным методом, основанным на свойстве редуцирующих моносахаров восстанавливать в щелочной среде феррицианид калия K3 [Fe(CN)6] в ферроцианид калия K4 [Fe(CN)6] в присутствии индикатора метиленовый синий. По мере изменения окраски от синей к бесцветной определяли окончание реакции между сахарами и феррицианидом [11]. Определение содержания липидов проводилось по методике [12], основанной на экстракции сырья гексаном в аппарате Сокслета и последующей отгонке растворителя в вакууме. Жирнокислотный состав масла определяли по методике согласно ГОСТ 30418-96, основанной на превращении триглицеридов жирных кислот в метиловые (этиловые) эфиры жирных кислот и газохроматографическом анализе последних. Определение содержания сквалена в масле проводили с применением ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Миллихром А-02 с ультрафиолетовым детектором. За основу была взята методика, предложенная в [13]. Для внесения пробы в жидкостной хроматограф готовили раствор масла в смеси ацетонитрил : изопропанол : гексан (72 : 17 : 11) в соотношении 9 мкл масла на 5 мл растворителя. Для лучшего извлечения сквалена из масла смесь обрабатывали на роторной мешалке в течение 30 минут. Раствор сквалена фильтровали через нейлоновый фильтр диаметром 0,45 мкм. Полученный фильтрат вносили в хроматограф. Для определения объемной доли сквалена (φ, % об.) в масле использовали следующую формулу: φ = (C · Vраств · 0,1) / (0,86 · Vмасла), где 0,86 · 103 - плотность сквалена, г/л; С - концентрация сквалена в пробе, мкг/мл; Vраств - объем растворителя, взятого для разведения масла, л; Vмасла - объем масла, взятого для анализа, л. Показатель преломления амарантового масла определяли с помощью рефрактометра серии ИРФ-45Б52М. Плотность амарантового масла определяли по ГОСТ 1468.10-78. Перекисное число амарантового масла определяли по ГОСТ P 51487-99. Число омыления амарантового масла определяли по ГОСТ 5478-90. Йодное число амарантового масла определяли по ГОСТ 5475-69. Кислотное число амарантового масла определяли по ГОСТ P 52110-2003. Результаты исследований и их обсуждение Биохимический состав семян амаранта. Результаты исследований состава нутриентов двух распроcтраненных видов амаранта, выращиваемых на территории Вьетнама, представлены в табл. 1. Согласно данным табл. 1, в семенах обоих видов амаранта преобладают углеводы (около 70 %), а содержание пищевых волокон, моно- и дисахаридов, минеральных веществ, крахмала и липидов находится на одном уровне. Зерно амаранта красносемянного отличается бóльшей концентрацией белка (до 19 %). Таблица 1 Состав нутриентов в семенах амаранта Нутриент Содержание, % на сухое вещество Amaranthus viridis Amaranthus tricolor Белки (N 6,25) 16,5-17,5 17,0-19,0 Липиды 6,3-6,7 6,3-6,7 Крахмал 59,6-64,1 59,2-63,5 Пищевые волокна 6,1-7,9 6,2-8,3 Моно- и дисахариды 2,1-4,5 2,3-4,9 Зола 3,1-4,5 2,8-3,7 Анализ данных табл. 1 свидетельствует, что семена амаранта могут использоваться для получения крахмала, муки амарантовой экструдированной и пищевых волокон. Результаты исследований некоторых авторов показали, что по содержанию таких незаменимых аминокислот, как тирозин, цистин, валин, гистидин, треонин, а также заменимых - глутамат, аспартат и серин белок амаранта очень близок к соевому белку. Отношение лейцина к лизину в протеине семян некоторых видов амаранта приближается к единице, т. е. белок амаранта соответствует по данному показателю идеальному протеину [4, 6]. В дальнейшем зерна амаранта могут использоваться как сырье для получения белковых продуктов с уникальным составом аминокислот. Компонентный состав и физико-химические показатели амарантового масла. Масличность семян амаранта обоих видов одинакова и достигает 6,3-6,7 %, что в 1,5 раза больше, чем масличность семян риса, пшеницы. По внешнему виду масло - жидкость темно-оранжевого цвета, вкус специфический, без горечи. Анализируемые жирные масла характеризовались сходными физико-химическими показателями (табл. 2). По величине йодного числа они могут быть отнесены к группе полувысыхающих жирных масел. Установлен срок их годности по показателям кислотного, перекисного и йодного чисел - 1,5 года. Таблица 2 Физико-химические показатели амарантового масла Показатель Значения показателей Amaranthus viridis Amaranthus tricolor Плотность ρ20, г/дм3 0,8872 0,8901 Показатель преломления n20 1,4645 1,4669 Оптическое вращение [+]5,05 [+]5,05 Кислотное число, мг КОН/г 3,06 3,11 Число омыления, мг КОН/г 185,73 184,25 Йодное число, I2/100 г 102,03 103,12 Перекисное число, ммоль/кг 1,27 1,22 Массовая доля золы, г/100 г масла 0,27 0,31 Компонентный состав липидов различных видов амаранта, выращиваемых в разных странах, изучался многими исследователями [4, 5, 8]. Результаты исследований весьма различны. Установлено, что масличность, количественный и качественный жирнокислотный состав амарантового масла зависят от вида амаранта, климатических условий, способа и растворителя для экстракции. С использованием метода ГХ-МС нами идентифицировано 7 жирных кислот амарантового масла, полученного путем экстракции гексаном (табл. 3). Как следует из данных табл. 3, компонентный состав жирных кислот амарантового масла из семян обоих видов отличался незначительно. Сумма НЖК составляла 24,58-24,84 % с доминированием пальмитиновой (20,34-20,68 %); ННЖК - 66,75-66,85 % с преобладанием линолевой (43,0-43,21 %) и олеиновой (22,57-22,39 %). В семенах содержится элаидиновая кислота - 1,07-1,15 %, которой нет в семенах других видов амаранта. Элаидиновая кислота является трансизомером олеиновой кислоты и очень редко встречается в природе. Содержание таких жирных кислот, как линолевая, олеиновая и пальмитиновая в семенах амаранта красносемянного и белосемянного практически одинаково. Для использования в медицинских целях наиболее важны линолевая и линоленовая кислоты. Эти кислоты превращаются в организме в арахидоновую кислоту, участвующую под действием циклооксигеназы в образовании простогландинов и тромбоксанинов, а под действием липооксигеназы - лейкотриенов, улучшающих проницаемость сосудов, способствующих сокращению гладких мышц внутренних органов и проявляющих миотропное действие. Их содержание в гексановом экстракте играет большую роль при дальнейшем использовании семян амаранта как источника биологически активных жирных кислот. Таблица 3 Компонентный состав амарантового масла Состав жирных кислот Содержание, % Amaranthus viridis Amaranthus tricolor Масличность, % 6,3-6,7 6,3-6,7 Насыщенные жирные кислоты (НЖК) Миристиновая С11:0 0,26 0,25 Пальмитиновая С16:0 20,68 20,34 Стеариновая С18:0 3,27 3,28 Арахидоновая С20:0 0,63 0,71 Сумма НЖК 24,84 24,58 Ненасыщенные жирные кислоты (ННЖК) Линолевая С18:2 43,01 43,21 Олеиновая С18:1 22,57 22,39 Элаидиновая C18:1 1,07 1,15 Сумма ННЖК 66,85 66,75 Итого жирных кислот 91,49 91,33 Сквален 6,37 6,73 Кроме того, очень важно отметить, что в семенах амаранта содержится достаточно много сквалена: 6,73 % в красносемянном и 6,37 % - в белосемянном. Сквален, принадлежащий к тритерпенам, является естественным компонентом человеческой кожи (до 12-14 %), благодаря чему он легко всасывается и проникает внутрь организма. Биологическая активность сквалена достаточно разнопланова. Сквален является производным витамина А и при синтезе холестерина превращается в его аналог - 7-дегидрохолестерин, который при солнечном свете становится витамином D, обеспечивая тем самым радиопротекторные свойства. Способность сквалена высвобождать кислород из воды позволяет считать его противоопухолевым фактором, способным повышать силы иммунной системы в несколько раз и обеспечивать тем самым устойчивость организма к различным заболеваниям [7]. Сквален впервые был получен из печени глубоководной акулы. Содержание сквалена в акульей печени относительно невысоко - не более 1,5 % [7], поэтому стоимость сквалена значительна. Результаты исследований показали, что выгоднее использовать семена амаранта для получения сквалена благодаря большей доступности сырьевой базы. Заключение В ходе исследований нами был изучен состав нутриентов зерна амаранта красносемянного и белосемянного, определены органолептические, физико-химические показатели, масличность и идентифицирован компонентный состав амарантового масла. Установлено, что семена исследованных видов амаранта содержит большое количество полисахаридов (в том числе крахмал и пищевые волокна) и значительное количество белков и липидов. В амарантовом масле содержится достаточное количество ненасыщенных жирных кислот и сквалена. Следовательно, семена амаранта могут рассматриваться как источник биологически активных веществ. Глубокое изучение биохимического состава семян амаранта различных видов и возможности их переработка с целью получения функциональных продуктов и биологически активных добавок к пище станут предметом дальнейших исследований.
References

1. Konokov P. F. Amarant - perspektivnaya kul'tura XXI veka / P. F. Konokov, V. K. Gins, M. S. Gins. M.: Izd. centr «Akademiya», 1999. 109 s.

2. Chirkova T. V. Amarant - kul'tura XXI veka / T. V. Chirkova // Sorosovskiy obrazovatel'nyy zhurnal. 1999. № 10. S. 22-27.

3. Alekseeva E. I. Fiziko-himicheskaya harakteristika sortov amaranta i ih geneticheskaya differenciaciya / E. I. Alekseeva // Tr. Belorus. gos. un-ta. Ser.: Fiziologicheskie, biohimicheskie i molekulyarnye osnovy funkcionirovaniya biosistem. 2010. T. 5, № 2. S. 127-133.

4. Korenskaya I. M. Farmakognosticheskoe izuchenie semyan razlichnyh sortov amaranta pechal'nogo (Amaranthus hypochondriacus L.): avtoref. dis. … kand. farm. nauk / I. M. Korenskaya. Perm', 2012. 27 s.

5. Loboda A. V. Razrabotka tehnologii i receptury biologicheski aktivnoy dobavki «Skvalen-lecitin» na osnove semyan amaranta: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk / A. V. Loboda. Krasnodar, 2009. 24 s.

6. Shmal'ko N. A. Belkovye produkty iz semyan amaranta / N. A. Shmal'ko, Yu. Yu. Komarov, I. A. Chalova // Fundamental'nye issledovaniya. 2008. № 10. S. 63-64.

7. Roslyakov Yu. F. Kompleksnaya pererabotka semyan amaranta s cel'yu polucheniya biologicheski aktivnyh dobavok shirokogo spektra deystviya / Yu. F. Roslyakov, G. I. Kas'yanov, N. A. Shmal'ko // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. 2004. № 9. S. 95-96.

8. Ayorinde F. O. Determination of fatty acid composition of Amaranthus species / F. O. Ayorinde, M. O. Ologunde, E. Y. Nana, B. N. Bernard, O. A. Afolabi, O. L. Oke, R. L. Shepard // Journal of the American Oil Chemistry Society. 1989. 66. P. 1812-1814.

9. Breen W. M. Food uses of amaranth grain / W. M. Breen // Cereal foods world. 1991. Vol. 36. P. 426-430.

10. Chavez-Jauregui R. N. Acceptability of snacks produced by the extrusion of amaranth and blends of chickpea and bovine lung / R. N. Chavez-Jauregui, R. A. Cardoso-Santiago // International Journal of Food Science and Technology. 2003. Vol. 38. P. 795-798.

11. Shirokov E. P. Praktikum po tehnologii hraneniya i pererabotki plodov i ovoschey / E. P. Shirokov. M.: Agropromizdat, 1985. S. 35-47.

12. Artyunyan N. S. Laboratornyy praktikum po himii zhirov / N. S. Artyunyan, E. P. Kornev, E. V. Martovschuk. SPb.: GIORD, 2004. 264 s.

13. Vidal-Escales E. New methodology to follow the evolution of squalene by-products during model compound vulcanization studies / E. Vidal-Escales, S. Borros // Talanta. 2004. 62. R. 539-547.