Биохимическая характеристика чая из листьев амаранта (Amaranthus cruentus L.) сорта «Франт»

Чай и различные чайные сборы всегда являлись популярными продуктами, богатыми антиоксидантами. Амарант считается «суперпродуктом» благодаря содержанию высококачественного безглютенового белка, ненасыщенных жирных кислот, витаминов и минералов. Богатые амарантином листья красноокрашенных сортов Amaranthus cruentus L. являются прекрасным сырьем для производства чайных напитков. Целью настоящей работы явилось сравнительное изучение биохимического состава и антиоксидантной активности чая из листьев амаранта сорта «Франт», приготовленного с помощью ферментации. Впервые установлено содержание ценных биохимических веществ в чайном напитке из амаранта — аскорбиновой кислоты, хлорофиллов, каротиноидов и лютеина, являющихся сильными антиоксидантами, необходимыми для здоровья человека. Определено содержание хлорофиллов (540,14–567,65 мг/100 г), каротиноидов (116,62–127,64 мг/100 г), амарантина (44,61–54,18 мг/100 г). В процессе ферментации происходило достоверное увеличение аскорбиновой кислоты, лютеина и общей кислотности. Анализ содержания низкомолекулярных компонентов углеводного профиля показал достоверное снижение сахарозы, рафинозы и моносахарида альтрозы, а также увеличение глюкозы и рибозы. В составе кислот определено 28 соединений, среди которых преобладают неорганическая фосфорная кислота и органические кислоты: янтарная и глицериновая. Установлено, что в процессе ферментации, сопровождающемся повышением общей кислотности, снижается содержание углеводов, что способствует уменьшению сладости вкуса чая. Выявлены факторы, сопряженные с антиоксидантной активностью амарантового чая. Пользу чайного продукта из амаранта подтверждает высокое содержание кверцетина, феруловой и эллаговой кислот. Выявленные корреляции имеют теоретическую и практическую значимость для понимания процессов, происходящих при ферментации листьев амаранта.

1. Sokolova, D., Zvereva, O., Shelenga, T., Solovieva, A. (2021). Comparative characteristics of the amino acid composition in amaranth accessions from the VIR collection. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 45(1), 68–78. https://doi.org/10.3906/tar-2007-7

2. Joshi, D. C., Sood, S., Hosahatti, R., Kant, L., Pattanayak, A., Kumar, A. et al. (2018). From zero to hero: The past, present and future of grain amaranth breeding. Theoretical and Applied Genetics, 131(9), 1807–1823. https://doi.org/10.1007/s00122-018-3138-y

3. Gelaye, Y. (2023). A review of amaranth crop as a potential solution to Ethiopia’s nutritional crisis. Nutrition and Dietary Supplements, 15, 101–110. https://doi.org/10.2147/nds.s428058

4. Ruth, O. N., Unathi, K., Nomali, N., Chinsamy, M. (2021). Underutilization versus nutritional-nutraceutical potential of the amaranthus food plant: A mini-review. Applied Sciences, 11(15), Article 6879. https://doi.org/10.3390/app11156879

5. Baraniak, J., Kania-Dobrowolska, M. (2022). The dual nature of amaranth — functional food and potential medicine. Foods, 11(4), Article 618. https://doi.org/10.3390/foods11040618

6. Herrera, A.С., Zamudio, F.V., Campos, M.R.S. (2024). Therapeutic effects of amaranth: Analysis of the antidiabetic potential of the plant. Journal of Medicinal Food, 27(4), 279–286. https://doi.org/10.1089/jmf.2022.0159

7. Evon, P., de Langalerie, G., Labonne, L., Merah, O., Talou, T., Ballas, S. et al. (2021). Low-density insulation blocks and hardboards from amaranth (Amaranthus cruentus) stems, a new perspective for building applications. Coatings, 11, Article 349. https://doi.org/10.3390/coatings11030349

8. Gins, M. S., Gins, V. K., Kononkov, P. F., Udalova, Zh. V., Zinov’eva, S. V. (2020). The effect of amaranthine on the stress-resistance of tomatoes (Lycopersicon esculentum Mill.) invaded by the root-knot nematode (Meloidogyne incognita). Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 55(1), 97–106. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.1.97eng

9. Bastos, E. L., Schliemann, W. (2022). Betalains as Antioxidants. Chapter in a book: Plant Antioxidants and Health. Reference Series in Phytochemistry. Springer, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78160-6

10. Ninfali, P., Antonini, E., Frati, A., Scarpa, E. S. (2017). C-Glycosyl flavonoids from Beta vulgaris Cicla and betalains from Beta vulgaris rubra: Antioxidant, anticancer and anti-inflammatory activities — A review. Phytotherapy Research, 31, 871–884. https://doi.org/10.1002/ptr.5819

11. Rajabian, F., Rajabian, A., Tayarani-Najaran, Z. (2023). The Antioxidant activity of betanin protects MRC-5 cells against cadmium induced toxicity. Biological Trace Element Research, 201(11), 5183–5191. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03662-8

12. Zhang, M., Zhou, C., Zhang, C., Xu, K., Lu, L., Huang, L. et al. (2023). Analysis of characteristics in the macro-composition and volatile compounds of understory Xiaobai white tea. Plants, 12(24), Article 4102. https://doi.org/10.3390/plants12244102

13. Khan, R. M., Islam, A., Uddin, R., Kalam, A., Baishakh, N. N., Barua, P. et al. (2023). Biochemical investigation of Bangladeshi black tea and their correlation to organoleptic quality evaluation. Heliyon, 9(6), Article e16802. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16802

14. Jolvis Pou, K. R. (2016). Fermentation: The key step in the processing of black tea. Journal of Biosystems Engineering, 41(2), 85–92. https://doi.org/10.5307/jbe.2016.41.2.085

15. Wong, M., Sirisena, S., Ng, K. (2022). Phytochemical profile of differently processed tea: A review. Journal of Food Science, 87(5), 1925–1942. https://doi.org/10.1111/1750-3841.16137

16. Assad, M., Ashaolu, T. J., Khalifa, I., Baky, M. H., Farag, M. A. (2023). Dissecting the role of microorganisms in tea production of different fermentation levels: A multifaceted review of their action mechanisms, quality attributes and future perspectives. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 39, Article 265. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03701-5

17. Патент № 11940. Амарант метельчатый (Amaranthus cruenthus L.) «Франт» / Соколова Д. В. Опубл. 25.01.2022. Государственный реестр сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, допущенных к использованию.

18. Патент № 2793627 Способ производства ферментированного чая из красноокрашенных сортов амаранта / Соколова Д. В. Опубл. 04.04.2023. Бюлл. № 10.

19. Ермаков, А. И. (1987). Методы биохимического исследования растений. Ленинград: Агропромиздат, 1987.

20. Саенко, И. И., Тарасенко, О. В., Дейнека, В. И., Дейнека, Л. А. (2012). Бетацианины корнеплодов красной столовой свеклы. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: естественные науки, 3(122), 194–200.

21. Голубкина, Н. А., Кекина, Е. Г., Молчанова, А. В., Антошкина, М. С., Надежкин, С. М., Солдатенко, А. В. (2023). Антиоксиданты растений и методы их определения. Москва: ИНФРА-М, 2023.

22. Brand-Williams, W., Cuvelier, M. E., Berset, C. L. W. T. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Science and Technology, 28(1), 25–30. http://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5

23. Loskutov, I. G., Shelenga, T. V., Konarev, A. V., Vargach, Y. I., Porokhovinova, E. A., Blinova, E. V. et al. (2020). Modern approach of structuring the variety diversity of the naked and covered forms of cultural oats (Avena sativa L.). Ecological Genetics, 18(1), 27–41. https://doi.org/10.17816/ecogen12977

24. Puzanskiy, R., Tarakhovskaya, E., Shavarda, A., Shishova, M. (2018). Metabolomic and physiological changes of Chlamydomonas reinhardtii (Chlorophyceae, Chlorophyta) during batch culture development. Journal of Applied Phycology, 30(2), 803–818. https://doi.org/10.1007/s10811-017-1326-9

25. Shtark, O. Y., Puzanskiy, R. K., Avdeeva, G. S., Yurkov, A. P., Smolikova, G. N., Yemelyanov, et al. (2019). Metabolic alterations in pea leaves during arbuscular mycorrhiza development. PeerJ, 7, Article e7495. https://doi.org/10.7717/peerj.7495

26. Cruz-Rus, E., Amaya, I., Sánchez-Sevilla, J. F., Botella, M. A., Valpuesta, V. (2011). Regulation of L-ascorbic acid content in strawberry fruits. Journal of Experimental Botany, 62(12), 4191–4201. https://doi.org/10.1093/jxb/err122

27. Tyapkina, D. Y., Kochieva, E. Z., Slugina, M. A. (2019). Vitamin C in fleshy fruits: Biosynthesis, recycling, genes, and enzymes. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 23(3), 270–280. https://doi.org/10.18699/vj19.492

28. Paciolla, C., Fortunato, S., Dipierro, N., Paradiso, A., De Leonardis, S., Mastropasqua, L. et al. (2019). Vitamin C in plants: From functions to biofortification. Antioxidants, 8(11), Article 519. https://doi.org/10.3390/antiox8110519

29. Li, M., Chen, X., Wang, P., Ma, F. (2011). Ascorbic acid accumulation and expression of genes involved in its biosynthesis and recycling in developing apple fruit. Journal of the American Society for Horticultural Science, 136(4), 231–238. https://doi.org/10.21273/jashs.136.4.231

30. Platonova, N., Belous, O. (2020). Biochemical composition of tea and its changes under different factors. Food Processing: Techniques and Technology, 50(3), 404–414. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-3-404-414

31. Bokuchava, M. A., Skobeleva, N. I. (1969). The chemistry and biochemistry of tea and tea manufacture. Advances in Food Research, 17, 215–292. https://doi.org/10.1016/s0065-2628(08)60311-0

32. Wang, S., Qiu, Y., Gan, R.-Y., Zhu, F. (2022). Chemical constituents and biological properties of Pu-erh tea. Food Research International, 154, Article 110899. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110899

33. Li, F., Boateng, I. D., Yang, X., Li, Y., Liu, W. (2023). Effects of processing methods on quality, antioxidant capacity, and cytotoxicity of Ginkgo biloba leaf tea product. Journal of the Science of Food and Agriculture, 103(10), 4993–5003. https://doi.org/10.1002/jsfa.12577

34. Gins, M. S., Gins, V. K., Motyleva, S. M., Kulikov, I. M., Medvedev, S. M., Piovarov, V. F. (2020). The metabolites of autotrophic and heterotrophic leaves of Amaranthus tricolor L. early splendor variety. Agricultural Вiology, 55(5), 920–931. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.5.920eng

35. Feng, N., You, J., Xu, R., Chen, L., Wang, D., Li, L. et al. (2024). Ferulic acid reduces gut redox potential and alleviates chronic Mg-induced diarrhea by modulating gut microbiota and metabolites. Animal Advances, 1, Article e004. https://doi.org/10.48130/animadv-0024-0004

36. Matowane, G. R., Ramorobi, L. M., Mashele, S. S., Bonnet, S. L., Noreljaleel, A. E. M., Swain, S. S. et al. (2022). Complexation potentiated promising anti-diabetic and anti-oxidative synergism between ZN(ii) and ferulic acid: A multimode study. Diabetic Medicine, 39(9), Article e14905. https://doi.org/10.1111/dme.14905

37. Bakholdina, L. A., Sevodin, V. P., Markova, A. A., Khlebnikov, A. I., (2019). Cytotoxicity of new ferulic-acid derivatives on human colon carcinoma (HCT116) cells. Pharmaceutical Chemistry Journal, 53(6), 516–520. https://doi.org/10.1007/s11094-019-02030-y

38. Amić, A., Marković, Z., Marković, J. M. D., Milenković, D., Stepanić, V. (2020). Antioxidative potential of ferulic acid phenoxyl radical. Phytochemistry, 170, Article 112218. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2019.112218

39. Mrowicka, M., Mrowicki, J., Kucharska, E., Majsterek, I. (2022). Lutein and zeaxanthin and their roles in age-related macular degeneration — neurodegenerative disease. Nutrients, 14, Article 827. https://doi.org/10.3390/nu14040827

40. Sanlier, N., Yildiz, E., Ozler, E. (2024). An overview on the effects of some carotenoids on health: lutein and zeaxanthin. Current Nutrition Reports, 13(4), 828–844. https://doi.org/10.1007/s13668-024-00579-z

41. Manayi, A., Abdollahi, M., Raman, T., Nabavi, S. F., Habtemariam, S., Dag lia, M. et al. (2015). Lutein and cataract: From bench to bedside. Critical Reviews in Biotechnology, 36(5), 829–839. https://doi.org/10.3109/07388551.2015.1049510

42. Sawa, M., Shunto, T., Nishiyama, I., Yokoyama, A., Shigeta, R., Miura, S. et al. (2020). Effects of Lutein Supplementation in Japanese patients with unilateral age-related macular degeneration: The Sakai lutein study. Scientific Reports, 10(1), Article 5958. https://doi.org/10.1038/s41598-020-62483-0

43. Niu, G., Guo, Q., Wang, J., Zhao, S., He, Y., Liu, L. (2020). Structural basis for plant lutein biosynthesis from α-carotene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(25), 14150–14157. https://doi.org/10.1073/pnas.2001806117

44. Nisar, N., Li, L., Lu, S., Khin, N. C., Pogson, B. J. (2015). Carotenoid metabolism in plants. Molecular Plant, 8(1), 68–82. https://doi.org/10.1016/j.molp.2014.12.007

45. Hirdyani, H. (2017). Lutein — the less explored carotenoid. World Journal of Pharmaceutical Research, 528–53. https://doi.org/10.20959/wjpr20176-8671

46. Chung, R. W. S., Leanderson, P., Gustafsson, N., Jonasson, L. (2019). Liberation of lutein from spinach: Effects of heating time, microwave-reheating and liquefaction. Food Chemistry, 277, 573–578. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.11.023

47. Shi, X.-M., Chen, F. (1997). Stability of lutein under various storage conditions. Food / Nahrung, 41(1), 38–41. https://doi.org/10.1002/food.19970410110

48. Wojciechowski, D., Sroka, Z., Gamian, A. (2011). Investigation of antiradical potential of different kinds of teas and extracts from these teas using antiradical activity units (TAU). Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 65, 796–803. https://doi.org/10.5604/17322693.968073

49. Deepika, Maurya, P. K. (2022). Health benefits of quercetin in age-related diseases. Molecules, 27(8), Article 2498. https://doi.org/10.3390/molecules27082498

50. Zhu, H., Yan, Y., Jiang, Y., Meng, X. (2022). Ellagic acid and its anti-aging effects on central nervous system. International Journal of Molecular Sciences, 23(18), Article 10937. https://doi.org/10.3390/ijms231810937