Кольорова пшениця з властивостями чорниці

«Друга зелена революція»

Згідно з результатами численних сучасних клінічних досліджень харчові продукти, що багаті на антоціаніни й поліфеноли, характеризуються високою антиоксидантною активністю та вважаються такими, що забезпечують профілактику організму людини проти комплексу патологій, таких як серцево-судинні хвороби, рак, діабет, гіпертонія, запалення органів, ожиріння. Вони сприяють сповільненню старіння, захищають організм від руйнівного УФ випромінювання тощо. Дослідження останніх років особливо наголошують на тому, що антоціаніни й поліфеноли – як потужні рослинні антиоксиданти – здатні знешкоджувати (нейтралізувати) вільні радикали, знижуючи ризик появи небезпечних захворювань, пов’язаних з оксидативним (окислювальним) стресом, особ­ливо таких як рак, серцево-судинні та нейродегенеративні патології.

Все більше набувають популярності продукти з кольорових злаків у таких країнах як Китай, Індія, Канада, США, Японія, Південна Корея, Австралія, Австрія, Чехія та ін. Завдяки високій біологічній цінності цих продуктів їх розглядають як складову світової стратегії створення класу продуктів функціонального харчування.

Ця стратегія вже навіть отримала вельми промовисту назву – «друга зелена революція». І такий високий ранг злаків із кольоровим зерном має під собою досить фундаментальне наукове підґрунтя, сформоване за останні всього 10–15, максимум 20 років.

Антоціаніни є природними водорозчинними пігментами виключно рослинного поход­ження і відповідають за червоне, фіолетове, синє, помаранчеве та інші відтінки забарвлення різних рослинних органів та тканин і плодів. Нині відомо більше як 600 природних антоціанінів. Проте найпоширеніші з як лише шість: ціанідини (cyanidins), дельфініни (delphinins), мальвінідини (malvinidins), пеларгонідини (pelargonidins), петунідини (petunidins) і піонідини (peonidins).

Іншими словами, практично одні й ті самі пігменти антоціаніни містяться як у плодах ягоди чорниці чи полуниці, так і в кольоровому зерні пшениці чи голозерного ячменю.

На відміну від овочів і фруктів, злаки є нетиповим джерелом антоціанінів. Однак зерно злаків і продукти його переробки – це джерело щоденного масового споживання для населення земної кулі. Тому злаки з кольоровим зерном, зважаючи на їх високу біологічну цінність (передусім рис, пшениця та ячмінь), останнім часом особ­ливо приваблюють споживачів, переробників зерна, виробників продуктів функціонального харчування і селекціонерів у згаданих вище країнах світу.

В українських супермаркетах уже можна знайти коричневий і чорний рис, які коштують у чотири рази дорожче порівняно з традиційним білим рисом. На жаль, продукт з унікальною біологічною цінністю не може бути дешевим.

У полях України поки що практично не колоситься пшениця чи ячмінь із кольоровим зерном, тож функціональні продукти повсякденного вжитку, виготовлені з їх цінного зерна, є величезною рідкістю. І за умови певного падіння інтересу в аграріїв до вирощування звичайної пшениці через економічні чинники, саме такі сорти здатні спричинити новий інтерес. Та й населення України, як і, власне, наукова спільнота, поки що теж мало або ніяк не поінформовані про високу біологічну цінність харчових продуктів із кольорового зерна. Однак ми ж знаємо, що річки починаються з невеликих джерел і струмків.

ГМО тут і не пахне

Поява чогось незвичайного на харчовому ринку у нас часто асоціюється зі штучними генними модифікаціями (ГМО). Одразу зауважуємо, що кольорові пшениця і харчовий голозерний ячмінь, про які йдеться в цій публікації, не мають жодного стосунку до ГМО. Кольорове забарвлення зерна пшениці й голозерного ячменю є стовідсотково натуральним і походить від відомих природних джерел.

Таке кольорове зерно (чорне, фіолетове, синє) пшениці Канади та ячменю Південної Кореї сьогодні активно використовується селекціонерами цих країн для створення комерційних сортів із кольоровим зерном. Утворення кольорового зерна – складний генетичний механізм. Від схрещування зразків пшениці з білим і чорним зерном у потомстві можна спостерігати появу зразків із білим, синім, фіолетовим і чорним зерном. Це пояснюється комбінацією різних генів кольорової гами зерна та різним місцем локалізації біосинтезу пігмен­тів антоціанінів у різних структурних тканинах зернівки.

Чорний колір – найвища концентрація антиоксидантів

Забарвлення зерна ячменю, крім пігментів антоціанінів, додатково зумовлено іншими пігментами – фітомеланінами поліфенольної природи, яких у зерні пшениці немає. Так, чорний колір зерна ячменю є результатом наявності меланінподібних пігментів у суміші з антоціанінами та іншими ко-пігментами, що вносять істотний сумарний вклад до загального вмісту фенольних сполук у зернівці ячменю і значно підвищують антиоксидантні властивості зерна.

Різнобарвна гама кольорів зерна як у пшениці, так і в ячменю зустрічається головно в примітивних і дикорослих видів співродичів цих культур і є фактично перенесеною в культуру через міжвидові схрещування.

Встановлено, що чорний і фіолетовий кольори зерна пшениці локалізовані в його оболонці. Тоді як синій колір зерна зосереджений нижче зернової оболонки в алейроновому шарі. А чорний колір зернівки зумовлений комбінацією синього і фіолетового забарвлення.

Згідно з даними Національного агробіотехнологічного інституту Індії (штат Пенджаб) уміст антоціанінів (і водночас уміст фенольних сполук) у зерні зростає від мінімального значення в білого зерна (~5 мг/кг) до максимального в чорного (~140 мг/кг).

Звідси найпривабливіший для селекції кольорових сортів пшениці – це чорний колір зерна, який є комбінацією синього і фіолетового та має найвищу антиоксидантну активність.

Подібна ж тенденція діє і для зерна ячменю, але не так чітко, як у пшениці, бо в ячменю є ще додатковий чинник підвищеної антиоксидантної активності – пігменти фітомеланіни.

Беручи до уваги важливе значення кольорових пшениці та ячменю в харчуванні як засобу біофортифікації та радикального поліпшення біологічної цінності зерна цих культур, у низці селекційних центрів світу останніми роками активно розпочато селекцію сортів пшениці та ячменю з кольоровим зерном. Безперечним лідером у створенні сортів пшениці з чорним, синім і фіолетовим зерном є Китай, де зареєстровано вже кілька десятків сортів чорнозерної пшениці. Кілька сортів пшениці з кольоровим зерном районовані в Австралії, Австрії, Чехії, Індії, Канаді, Південній Кореї, США. При створенні цих сортів пшениці часто використовувалися генетичні джерела, отримані шляхом віддаленої гібридизації культури з дикорослими видами.

Кольорові пшениця та ячмінь останнім часом приваблюють особливу публічну увагу передусім через їх високу антиоксидантну активність зерна і клінічно доведені беззаперечні переваги над традиційними сортами пшениці та ячменю за відповідним позитивним впливом на фізичне здоров’я людини.

Встановлено, що природні пігменти зерна антоціаніни пшениці й особливо ячменю мають антиоксидантну активність вищу навіть за антиоксидантну активність популярних вітамінів С і Е. Крім того, підвищений вміст у зерні пшениці та ячменю кольорових пігментів має безпосереднє агрономічне значення, оскільки вони пов’язані зі стійкістю рослин проти стресового середовища вирощування та різноманітних інфекцій.

На сьогодні в різних лабораторіях світу накопичено і систематизовано достатньо експериментальних, особливо клінічних даних, які свідчать про роль антоціанінів як стратегічно важливих чинників біофортифікації зерна, що забезпечують його функціональність як цінного харчового продукту. Особливо виділяється експериментальний матеріал, що свідчить про істотне зростання антиоксидантної активності й харчової функціональності проростків кольорового зерна пшениці та ячменю. Весь наявний фактичний матеріал досліджень впливу антоціанінів на піддослідні біологічні об’єкти оглянути практично неможливо.

Це означає, що кольорові пшениці та ячмінь приваблюють дуже широке коло важливого значення – як стратегії створення нових продуктів функціонального харчування із зерна популярних злаків.

Особливо багато подібних дослід­жень виконано в дослідних лабораторіях таких країн як Китай та Індія, де кольорові пшениці та ячмені користуються особливим попитом. Кольорові пшениці в Індії стають настільки популярними, що відоме індійське видання The Economic Times Magazine від 2 серпня 2019 року опублікувало резонансну статтю «How Purple is My Roti», за результатами досліджень кольорових пшениць кількох університетів Індії, і зокрема такого відомого університету як NABI. Роті (Roti) – це найпопулярніший різновид плоского хліба в Індії, частина виробництва якого вже випікається з чорнозерної пшениці. Стаття прогнозує стрімке зростання в Індії площ посіву сортів кольорової пшениці та встановлення преміумціни на це зерно. В перспективі, прогнозують її автори, можливо, що досить знач­на частка сортів Індії (якщо не всі) буде із кольоровим зерном.

Антиоксиданти й здоров’я

Результати досліджень позитивного впливу антоціанінів як функціональних інгредієнтів їжі на організми різних біологічних об’єктів і зокрема людини, викладені в сотнях публікацій та фундаментальних наукових оглядах. Біодоступність антоціанінів, тобто їх перетравність кишківником і метаболізація організмом, не має жодних обмежень. Більшість досліджень вказує на те, що біоабсорбція (засвоєння) антоціанінів кишківником відбувається досить швидко – впродовж 0,25–1,5 год.

Антиокислювальний ефект антоціанінів із нейтралізації вільних радикалів – це реальний механізм зниження ризику хронічних захворювань, насамперед таких як коронарна хвороба серця та деякі види раку. Антоціаніни за своїми антиоксидантними властивостями переважають такі добре відомі антиоксиданти як бутил-гідроксианизол (ВНА), альфа-токоферол, тролокс, катехін і кверцетин. Антиоксидантний ефект антоціанінів поєднує спроможність нейтралізувати вільні радикали, радикал-катіони, пригнічувати окислення ліпопротеїдів низької щільності (LDL), окислення метил-лінолеату (MeLo) та жирів. Вживання антоціанінів сприяє зниженню ризику серцево-судинних патологій, особливо атеросклерозу.

Одною з причин розвитку цукрового діабету 2 типу є синдром стійкості проти інсуліну. Підвищений рівень тригліцеридів у крові (гіпертригліцеридемія) є головною причиною цього синд­рому. Антоціаніни сприяють зниженню вмісту в крові LDL тригліцеридів та протидіють розвитку синдрому стійкості проти інсуліну завдяки блокуванню ранніх запальних процесів у жировій тканині. Отже, вони є превентивним харчовим чинником розвитку цукрового діабету 2 типу. Антоціаніни (як ефективні антиоксиданти) захищають бета-клітини підшлункової залози, котрі продукують інсулін, від індукованого глюкозою крові оксидативного стресу, тим самим усувають одну з важливих причин діабету 2 типу. Серед багатьох відомих хемопревентивних агентів проти раку антоціаніни є найбільш потенційно цінними, оскільки здатні впливати на диференціацію й апоптоз (генетично програмоване знищення) ракових клітин. Показана роль антоціанінів як агентів-інгібіторів ангіогенезу – утворення нових судин у ракових пухлинах, що приводить до блокування доступу кисню і поживних речовин до злоякісної пухлини та усунення можливості міграції ракових клітин (метастази) в інші органи тіла.

Суть позитивного впливу антоціанінів на якість зору в тому, що вони спроможні пригнічувати фотоокислення піридин дизретиноїду А2Е завдяки пригніченню синглетного кисню та запобігати розвитку залежної від віку макулярної (макула – частина сітківки) деградації сітківки, яка починається руйнуванням пігменту епітеліальних клітин сітківки та дегенерації клітин, що містять фоторецептори.

Випічка й напої з антоціанінами

Останнім часом істотно активізувався процес використання антоціанінмісткої рослинної сировини для виготовлення різноманітних харчових продуктів із функціональним статусом, таких як брендові продукти зі злаків, ферментовані напої, продукти дитячого харчування, молочні продукти тощо. Оскільки, на відміну від нестійких при зберіганні кольорових фруктів, зерно злаків може довго зберігатися, вони мають ряд технологічних переваг при виготовленні збагачених антоціанінами харчових продуктів. До того ж у таких країнах як Китай та Індія при виготовленні випічки кольорові пшениці починають витісняти звичайні комерційні сорти. Нещодавно в продажу з’явився й одразу став популярним оригінальний антогранний лікер (anthograin liqueur), що виготовляється ферментацією зерна чорнозерної пшениці без дистиляції. Цей лікер має вміст фенольних сполук й антиоксидантну активність істотно вищі за інші міцні алкогольні напої.

Антоціаніни є водорозчинними сполуками, які легко екстрагуються з антоціанінмісткої сировини й починають широко використовуватися в харчовій промисловості як натуральні барвники замість шкідливих для здоров’я барвників синтетичних. Синя, чорна і фіолетова пшениця та ячмінь розглядаються нині як потенційні джерела для отримання натуральних антоціанінових барвників.

Екстраговані антоціаніни починають застосовувати як компонент при виготовленні косметичних кремів для захисту шкіри. Антоціаніни є відносно термостабільними, особливо при низьких значеннях рН. Вони лише частково деградують під дією ферменту поліфенолоксидази, однак цей фермент навіть при легкому нагріванні інактивується й не спричиняє істотного зниження вмісту антоціанінів у продукті.

Цільнозерновий хліб

Поява сортів пшениці та ячменю з кольоровим зерном диктує вимоги до технологій переробки зерна, які мають бути спрямовані на виробництво виключно цільнозернових продуктів харчування з функціональним статусом. Оскільки цінні для здоров’я біологічно активні антоціаніни (а також вітаміни й мінерали) зосереджені в периферійних шарах зернівки кольорових пшениці та ячменю, це означає, що традиційні технології переробки такого зерна у високосортне рафіноване борошно з відсівом і видаленням висівок вступають у суперечність із самою суттю біологічної цінності зерна. Найцінніші анатомічні частини зерна – його оболонка і зародок – мають бути з повнотою, близькою до 100%, збережені в харчовому продукті, виготовленому із застосуванням мінімальної кількості технологічних операцій задля максимального забезпечення натуральності продукту.

Така логіка технологічної переробки зерна кольорових пшениці та ячменю цілковито збігається з нещодавно сформульованою новою гіпотезою здоров’язахисного механізму цільнозернових злаків, опублікованою в авторитетному світовому виданні Nutrition Research Reviews французьким ученим Антоні Фарде з Національного інституту агрономічних дослід­жень (INRA). Ця фундаментальна праця викладена на 70 сторінках журнального тексту з цитуванням 1029 (!) джерел. Викласти навіть коротко суть цієї статті навряд чи можливо, оскільки це не просто детальна аналітика зерна як джерела фізичного здоров’я людини. Це фундаментальний довідник із переліком сотень найцінніших компонентів зерна злаків за їх функціональним значенням та впливом на здоров’я людини.

Ціле зерно пшениці містить близько 13% дієтичної клітковини і 2% біоактивних компонентів, які зосереджені в 15% цілого зерна. У фракції зерна висівки + зародок близько 45 і 18% дієтичної клітковини відповідно та близько 7% і щонайменше 6% біоактивних компонентів відповідно, які репрезентують близько 52% і мінімум 24% цих фракцій.

Звідси зрозуміло, що рафінований продукт технологічної переробки пшениці – біле борошно без висівок і зародку – не має левової частки цих здоров’язахисних компонентів. Рафіноване біле борошно втрачає близько 58% цінної клітковини, 83% магнію, 79% цинку, 92% селену, 70% нікотинової кислоти, 61% фолатів і 79% вітаміну E – і це ще далеко не всі втрати, якщо згадати про антоціаніни й фенольні сполуки, n-3 (або ω-3) жирні кислоти, SH-місткі амінокислоти, олігосахариди (стахіоза, рафіноза, фруктани), лігнін, інші мінерали та слідові елементи, вітаміни групи В, каротиноїди, поліфеноли, лігнани, алкілрезорциноли, фітати, бетаїн, холін-місткі компоненти, інозитол, фітостероли, полікозанол і мелотонін. Кожен із цих компонентів має численні фізіологічні функції та визначені позитиви для здоров’я, які людина, на жаль, не отримує разом із втраченими висівками.

Національна стратегія

Вважаємо, що в Україні має бути чітко сформульована й ухвалена національна стратегія здорового (функціонального) харчування на основі цільнозернових продуктів із зерна головних харчових злаків. Селекція має бути спрямована на поліпшення біологічної цінності зерна цих культур, а технологічна переробка зерна – гарантувати максимальне збереження в кінцевому харчовому продукті всіх цінних для здоров’я нутрієнтів зерна. Українці як нація заслуговують на щоденне вживання цільнозернових продуктів із зерна злаків у рекомендованих нутриціологами нормах, й непогано, аби це лягло в основу Державної національної стратегії повноцінного здорового харчування.

Такі положення вже стали національними стратегіями харчування в провідних цивілізованих країнах світу. Так,

згідно з нормами харчування Великобританії та США, продукти з цілого зерна в раціоні населення мають становити за сирою масою не менш як 51%. У Швеції і Данії продуктів із цільного зерна за сухою масою повинно бути не менше 50%. А в Німеччині частка хліба з цільного зерна має становити не менше 90%.

Усі нормативні документи стосовно рекомендацій, норм і безпеки харчування ЄС, щорічні звіти можна знайти на сайті Європейського агентства з безпеки продуктів харчування (The European Food Safety Authority, EFSA).

Практичні кроки

Започаткований нами новий для України напрям селекції кольорових сортів пшениці та голозерного ячменю – один із важливих шляхів біофортифікації зерна цих культур, поліпшення його харчової (біологічної) цінності. Ми особливо акцентуємо на створенні кольорових сортів пшениці та ячменю круп’яного напряму використання зерна. Зернові крупи, пластівці є продуктами переробки зерна, отриманими з використанням практично лише одної технологічної операції – подрібнення чи плющення зерна з мінімальними втратами його анатомічних елементів. Крупи дають змогу зберегти в кінцевому продукті всі цінні для здоров’я компоненти зерна.

Створені нами сорти озимої пшениці з фіолетовим зерном Чорноброва і Чорнозерна занесені до Держреєстру.

В таблиці показано зерно і вміст у зерні сорту Чорноброва низки важливих харчових характеристик у порівнянні зі звичайною пшеницею. Пшениця-спельта набирає світової популярності як функціональний харчовий продукт і в сегменті ринку продуктів здорового харчування успішно конкурує зі звичайною пшеницею. Ми пішли далі – першими у світі створили чорнозерну пшеницю-спельту. Наразі детально досліджуємо харчові характеристики її зерна.

Викладене стало основою перспективної програмної діяльності компанії Biligrain, що на Хмельниччині, і її нещодавно створеного відділення Biligrain Food. Компанія всіляко підтримує селекційно орієнтовані дослід­ження зі створення сортів пшениці та голозерного ячменю з кольоровим зерном. Компанія має всі необхідні сучасні технічні й технологічні можливості для вирощування сортів злаків із кольоровим зерном та підтримки їх у чистосортному стані. Водночас це й колектив достатньо кваліфікованих фахівців-технологів, які задіяні в розробці нових функціональних продуктів харчування з кольорових злаків, яких досі не було на харчовому ринку України. Компанія має власну мережу харчових закладів для первинної апробації, дослід­ження попиту й маркетингу нових харчових продуктів із кольорового зерна.

Звісно, ми чітко усвідомлюємо системні складності й перешкоди, які зустрінуться на шляху просування нових продуктів із кольорового зерна на харчовий ринок України. Особливо, якщо брати до уваги ціновий чинник, що буде закладений у новий харчовий функціональний продукт, котрий перевищуватиме вартість традиційних харчових зернових продуктів і буде орієнтований щонайменше на найближчу перспективу, на жаль, не на пересічного, а скоріше на мотивованого на здоровий спосіб життя споживача середнього і вище середнього достатку. Однак уже наявний на сьогодні світовий як науковий, так і практичний досвід цивілізованих країн свідчить про те, що статус різноманітних харчових продуктів із кольорового зерна пшениці та голозерного харчового ячменю стрімко зростає й безперечно має потужну комерційну перспективу. Адже цінний для здоров’я людини харчовий продукт із цільного зерна кольорових злаків не може бути поза увагою суспільства, що не байдуже до свого фізичного і духовного здоров’я.