Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 3 (83)

УДК 581.19:577.16

Низкомолекулярные антиоксиданты в листьях и плодах Fragaria viridis и Fragaria ananassa

О.Н. Немерешина¹, канд. биол. наук; Н.Ф. Гусев², д-р биол. наук, профессор; А.В. Филиппова², д-р биол. наук, профессор; К.А. Фёдоров², соискатель

¹ ФГБОУ ВО Оренбургский ГМУ; ² ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Дикорастущие растения отечественной флоры издавна являются источником лекарственного и витаминного сырья для нужд населения и фармацевтической промышленнности. Лекарственные растения содержат комплекс витаминов и других биологически активных веществ (БАВ), обладающих физиологической активностью и терапевтическим действием. К числу важнейших БАВ растений относятся флавоноиды, таниды, сапонины, фитонциды, иридоиды, алкалоиды и другие соединения. Также лекарственное растительное сырьё содержит комплекс микроэлементов, необходимых для нормального протекания обменных процессов [1]. Сбор и заготовка дикорастущего лекарственного и витаминного растительного сырья и на сегодняшний день являются традиционными для народов Российской Федерации.

Поэтому поиски и оценка качества перспективных источников регионального лекарственного растительного сырья (ЛРС) является актуальной проблемой нашей страны. Определение фитохимических показателей лекарственного и витаминного растительного сырья позволяет рекомендовать его для выращивания и заготовки с последующей разработкой на его основе новых лечебно-профилактических препаратов, а также биологически активных, пищевых и косметических добавок. Результаты фитохимического исследования БАВ ЛРС будут полезны также при разработке рекомендаций местному населению по использованию дикорастущих и культивируемых растений в быту.

Широко известен тот факт, что экологические условия в месте произрастания до определённой степени изменяют метаболические процессы, в том числе и характер синтеза и накопления БАВ. Погодно-климатические условия Оренбургской области характеризуются повышенной инсоляцией, дефицитом влаги, резкими суточными и сезонными колебаниями температур, что оказывает влияние на общий габитус и продуцирование биологически активных веществ в растениях [2].

Сегодня во многих странах ведутся исследования, посвящённые оценке пищевой и витаминной ценности клубники, а также факторов, определяющих качество этих плодов [1, 3, 4]. Но в Оренбургской области население активно заготавливает также и листья этого растения, заваривая их в виде чая или чайных сборов. Важность здорового питания осознаётся населением России в полной мере. Поэтому задачей биологической и медицинской науки является изучение влияния условий выращивания на качество плодов культивируемых сортов земляники и дикорастущего сырья.

Цель представленного исследования – проведение сравнительной оценки содержания биологически активных веществ в сырье (плоды и листья) Fragaria viridis Duch. и Fragaria ananassa Duch.

Материал и методы исследования. Объектом исследования являются виды рода Fragaria L. (земляника) – Fragaria viridis Duch. (земляника зелёная) и Fragaria ananassa Duch. (земляника садовая).

Земляника зелёная, или клубника (Fragaria viridis Duch.) – многолетнее травянистое растение семейства Розовые (Rosaceae), широко распространённое в степной и лесостепной зоне России. Листья растения тройчатосложные, с верхней стороны зелёные, с нижней – серовато-опушённые. Плоды земляники – ложные многоорешки, называемые в народе ягодами, широко применяются местным населением. Плоды зеленоватые с розовыми боками, с чашелистиками, прижатыми к ягодам. Fragaria viridis встречается в районах Оренбургской области почти повсеместно, чаще всего – в луговых степях, на остепнённых лугах, скалах, в пониженных элементах рельефа. Плоды клубники применяются как витаминное, пищевое и лекарственное растение наравне с земляникой лесной (Fragaria vesca L.). Оба вида земляники широко применяются в Волго-Уральском регионе при анемии, как витаминное и противовоспалительное средство [4].

Для сравнения по уровню содержания антиоксидантов нами была выбрана земляника садовая (земляника ананасная, земляника большая (Fragaria ananassa Duch.) – многолетнее травянистое растение. Прикорневые листья земляники садовой расположены на густоопушённых длинных черешках, тройчатосложные, более крупные по сравнению с дикорастущими разновидностями земляники, тёмно-зелёные, слабо волосистые сверху и светло-зелёные, с густым опушением снизу. Плоды – ложные многоорешки (ягоды) – достигают 2 – 5 см в диаметре, красного цвета, весом 15 – 35 г. В дикорастущем виде растение не известно. Предположительно данная культура является гибридом F. chiloensis Duch. × F. virginiana Duch. [5]. Земляника садовая дала начало большинству сортов, которые культивируются в настоящее время во всём мире. Земляника садовая считается высокополиморфным видом и для исследования нами были отобраны плоды и ягоды популярного сорта Маэстро.

Оба вида сырья были собраны на территории Оренбургского района Оренбургской области в районе села Нежинка 4 – 8 июля 2019 г.

Исследование земляники зелёной и земляники садовой, произрастающих в степной зоне Оренбургского Предуралья, на содержание БАВ проводилось на базе комплексной межкафедральной лаборатории ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» согласно ГОСТу 24556 – 89, ГОСТу Р 54634 – 2011 и ГОСТу 24027 – 80. В листьях и плодах земляники зелёной и земляники садовой определяли содержание аскорбиновой кислоты (витамин С), танидов и токоферола (витамин Е), обладающих антиоксидантными свойствами [5]. Для проведения анализа методом ВЭЖХ использован хроматограф марки «Орлант» (Россия). Вышеперечисленные низкомолекулярные антиоксиданты являются важной частью неферментативного звена системы защиты растений от окислительного стресса [4]. Уровни содержания аскорбиновой кислоты, токоферола и танидов – важные качественные показатели ЛРС, которые до некоторой степени определяются экологическими условиями в месте произрастания [3, 7, 8].

Результаты исследования. Результаты проведённого исследования позволяют характеризовать плоды и листья земляники зелёной и земляники садовой как ценный источник низкомолекулярных антиоксидантов – витамина С, танидов и витамина Е. (табл. 1, рис. 1).

Рис. 1 – Содержание аскорбиновой кислоты в ЛРС клубники, мг/100 г

Содержание витамина С в листьях земляники зелёной составляло 29,8 ± 0,9 мг/100 г, а в листьях земляники садовой данный показатель был равен 36,9 ± 0,9 мг/100 г. В отношении содержания витамина Е в листьях оба вида земляники, собранной в Оренбургской области, демонстрировали сходные показатели – 0,21 ± 0,01 и 0,24 ± 0,01 мг/100 г (табл. 1). Листья земляники зелёной и земляники садовой были близки по уровню содержания дубильных веществ (танидов) – 2,7+0,1 и 2,9 ± 0,1 % соответственно.

Исследование плодов Fragaria ananassa позволило установить несколько более высокое содержание низкомолекулярных антиоксидантов по сравнению с плодами Fragaria viridis (табл. 1). При этом земляника садовая отличалась значительно более высоким содержанием аскорбиновой кислоты (75,9 ± 0,5 мг/100 г) по сравнению с дикорастущим видом земляника зелёная (58,7 ± 0,5 мг/100 г). Уровень токоферола в плодах отличался также значительно и для земляники садовой составлял 0,49 ± 0,01 мг/100 г против 0,38 ± 0,01 мг/100 г у земляники зелёной. В отношении уровня накопления дубильных веществ существенных различий в плодах нами не отмечено: 3,5 ± 0,1 % (земляника садовая) и 3,2 ± 0,1 % (земляника зелёная).

Токоферол, аскорбиновая кислота и дубильные вещества относятся к группе веществ, способствующих повышению устойчивости клеток к неблагоприятным условиям, что не в последнюю очередь обусловлено их антиоксидантными свойствам [9, 10]. Низкомолекулярные антиоксиданты проявляют профилактические свойства в отношении раковых заболеваний, снижают общее утомление, повышают тонус и устойчивость организма к инфекциям. Синтез и накопление перечисленных веществ в растениях зависят от генетических факторов, климатических и экологических условий.

Рис. 2 – Содержание токоферола и танидов в ЛРС клубники

Аскорбиновая кислота считается ведущим водорастворимым антиоксидантом, ингибирующим окислительные процессы в биожидкостях и тканях. Аскорбиновая кислота, взаимодействуя с различными свободными радикалами, превращает их в химически нейтральные молекулы, становясь при этом свободнорадикальным аскорбилом. Аскорбиновая кислота способствует восстановлению окисленного токоферола, поддерживая его концентрацию непосредственно в мембранах растительных клеток [11].  Аскорбиновая кислота принимает участие во многих биохимических реакциях: синтезе стероидных гормонов, коллагена, проколлагена, карнитина, серотонина, нормализует метаболизм глюкозы, способствует накоплению гликогена в печени, участвует в обмене ароматических аминокислот, пигментов и холестерола, участвует в образовании тетрагидрофолата и регенерации тканей, активирует некоторые протеазы. Поддерживает коллоидное состояние межклеточного вещества и нормальную проницаемость капилляров, угнетая гиалуронидазу. Аскорбиновая кислота оказывает гепатопротекторное, секретолитическое и иммунотропное действие, повышает сопротивляемость организма инфекциям.

Дубильные вещества (таниды) относятся к группе низкомолекулярных антиоксидантов, защищающих клетки от повреждения свободными радикалами. В растениях таниды выполняют запасающие и защитные функции, так как при повреждении растений образуют комплексы с белками, формируя защитную плёнку, препятствующую проникновению фитопатогенных организмов. Таниды обладают бактерицидными и фунгицидными свойствами, принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, являются переносчиками кислорода в растениях. ЛРС, содержащее таниды, обладает вяжущим, противовоспалительным и антисептическим действием [1, 8, 9] .

Токоферолы (группа витамина Е) являются важнейшими липофильными низкомолекулярными антиоксидантами, инактивирующими свободные радикалы. Токоферолы принимают активное участие в ингибировании перекисного окисления липидов мембран и предотвращении апоптоза клеток и некроза тканей растений. Витамин Е замедляет процессы старения клеток и улучшает трофику тканей, нормализует иммунитет, повышает регенерацию тканей, улучшает состояние капилляров и циркуляцию крови, защищает эпителий от УФ-облечения, участвует в синтезе гормонов, понижает утомляемость организма, положительно влияет на состояние мышц и репродуктивной системы [3, 7, 8, 10].

Исследуемое растительное сырьё, содержащее токоферол, аскорбиновую кислоту и таниды, оказывает общеукрепляющее действие на организм в целом и может быть рекомендовано для профилактики онкологических заболеваний, как средство, замедляющее процессы естественного старения, нормализующее работу иммунной системы и желудочно-кишечного тракта. Листья и плоды Fragaria viridis Duch. и Fragaria ananassa Duch., выращенные в Оренбургской области, можно рекомендовать для использования населением в профилактических целях в виде витаминных общеукрепляющих напитков, а также для разработки технологий производств лечебно-профилактического питания и косметических средств.

Выводы.

1. Плоды и листья Fragaria viridis Duch. и Fragaria ananassa Duch., произрастающих на Южном Урале, следует считать ценными источниками низкомолекулярных антиоксидантов – аскорбиновой кислоты, танидов и токоферола. Содержание исследуемых веществ в листьях Fragaria несколько ниже, чем в плодах.

2. Исследуемые образцы сырья Fragaria демонстрируют значительные видовые отличия уровня содержания низкомолекулярных антиоксидантов. В условиях степной зоны Южного Урала сырьё (плоды и листья) дикорастущего вида Fragaria viridis Duch. демонстрируют пониженное содержание аскорбиновой кислоты, танидов и токоферола по сравнению с культивируемыми образцами Fragaria ananassa Duch. сорта Маэстро.

3. Разница в уровне содержания витамина С в листьях земляники зелёной и земляники садовой составляет 37 %; в уровне содержания токоферола – 14 %. Содержание дубильных веществ в листьях видов Fragaria практически не различается (2,7 ± 0,1 и 2,9 ± 0,1 %).

4. В плодах земляники садовой содержание аскорбиновой кислоты повышено по сравнению с дикорастущим видом земляника зелёная на 29 %. Уровень токоферола в плодах видов земляники отличается на 27 %. В отношении уровня накопления дубильных веществ различия не были существенными (3,2 ± 0,1 и 3,5 ± 0,1 %).

Литература

1. Nowicka A. et al. Comparison of polyphenol content and antioxidant capacity of strawberry fruit from 90 cultivars of Fragaria × ananassa Duch // Food chemistry. 2019. Т. 270. С. 32 – 46.

2. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф. Лекарственные растения Оренбургской области // Учёные записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2018. Т. 4. № 4.

3. D’Urso G. et al. Combination of LC–MS based metabolomics and antioxidant activity for evaluation of bioactive compounds in Fragaria vesca leaves from Italy // Journal of pharmaceutical and biomedical analysis. 2018. Т. 150. С. 233 – 240.

4. Зайцева В.Н., Гусев Н.Ф., Немерешина О.Н. К вопросу содержания микроэлементов в наземных органах Fragariaviridis (Duch.) Weston Оренбургского Предуралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. № 4 (28). С. 240 – 241.

5. Muneer S. et al. Effect of CO, NOx and SO2 on ROS Production, Photosynthesis and Ascorbate–glutathione Pathway to Induce Fragaria× annasa as a Hyperaccumulator //Redox biology. 2014. Т. 2. С. 91 – 98.

6. Скурихин В.Н., Шибаев С.В. Методы анализа витаминов А, Д, Е и каротина в биологических объектах и продуктах животноводства. М.: Химия. 2006. 96 с.

7. Couto J. et al. Fragaria vesca L. Extract: A Promising Cosmetic Ingredient with Antioxidant Properties // Antioxidants. 2020. Т. 9. №. 2. С. 154.

8. Davik J. et al. Effects of genotype and environment on total anti-oxidant capacity and the content of sugars and acids in strawberries (Fragaria× ananassa Duch.) // The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2006. Т. 81. №. 6. С. 1057 – 1063.

9. Dias M.I. et al. Wild Fragaria vesca L. fruits: a rich source of bioactive phytochemicals //Food & function. 2016. Т. 7. № 11. С. 4523 – 4532.

10. Gündüz K. Strawberry: phytochemical composition of strawberry (Fragaria × ananassa) // Nutritional composition of fruit cultivars. Academic Press, 2016. С. 733 – 752.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-83-3-104-107

Аннотация

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 3 (83), стр. 104-107