Влияние экзогенной ГАМК на антиоксидантные свойства пророщенного зерна

Введение. Одним из путей переработки зерновых культур является использование технологии проращивания, что позволяет повышать пищевую ценность и использовать полученные сырьевые ингредиенты в технологии пищевых продуктов. Среди новых подходов можно рассматривать использование сочетания ультразвукового воздействия с растворами экзогенной γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) как эффективного метода повышения антиоксидантных свойств в технологии проращивания.

Целью данного исследования являлось изучение возможности и эффективности использования сочетания ультразвукового воздействия с растворами экзогенной ГАМК при получении сырьевых ингредиентов, из пророщенных зерновых культур.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования были выбраны следующие виды зерновых культур: зерно пшеницы, ячменя и овса. Перед процессом проращивания зерно обрабатывали ультразвуковым воздействием (22±1,25 кГц; 245 Вт/л; 5 мин) в растворе экзогенной ГАМК. Применялось двух факторное планирование, переменными факторами были: концентрация ГАМК (1, 3, 5%) и длительность проращивания (12, 24, 36 часов); контролируемым – общая антиоксидантная активность.

Результаты. Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии ультразвукового воздействия в сочетании с экзогенной ГАМК, как на интенсивность проращивания, так и на повышение общей антиоксидантной активности. Средний прирост энергии прорастания составил 5,0 %; 3,1 %; 4,2 % для опытных образцов зерна пшеницы, ячменя и овса, соответственно. Указанная динамика сохранялась и для способности прорастания и в среднем составила – 6,2 %; 2,0 % и 4,0 %, соответственно. Сочетание ультразвукового воздействия с растворами экзогенной ГАМК позволяют увеличить значения общей антиоксидантной активности в среднем на 20,6, 18,3 и 16,6 % соответственно.

Выводы. Проведенные нами исследования подтвердили эффективность использования сочетания ультразвукового воздействия с растворами экзогенной ГАМК заданной концентрации для получения сырьевых ингредиентов.

1. Данильчук Т. Н., Юрьев Д. Н., Ратников А. Ю. (2008) Стимуляция биохимических процессов в прорастающем зерне акустическими и электрофизическими методами воздействия. Пиво и напитки, 6, 11–14.

2. Калинина, И. В. (2019а) Исследование стабильности наноэмульсий с дигидрокверцетином, полученных на основе ультразвукового воздействия. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии», 7(3), 52–58. DOI: 10.14529/food190306

3. Калинина, И. В., Потороко, И. Ю., Фаткуллин, Р. И., Иванова, Д., Канева-Киселова, Й., & Сонавэйн, Ш. (2019б) Повышение биоактивности дигидрокверцетина на основе ультразвуковой микронизации. Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов, 1(54), 27−33.

4. Науменко Н. В., Ботвинникова В. В., Нилова Л. П., Сергеев А. А., Науменко Е. Е., Степанова Д. С. (2020) Возможности использования экотехнологий для минимизации продовольственных потерь. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии», 8(4) 69–76. DOI: 10.14529/food200409

5. Abdel Razik E.S., Alharbi B.M., Pirzadah T.B., Alnusairi G.S.H., Soliman M.H., Hakeem K.R. (2021) γ-Aminobutyric acid (GABA) mitigates drought and heat stress in sunflower (Helianthus annuus L.) by regulating its physiological, biochemical and molecular pathways Physiologia Plantarum, 172, 505–527, 10.1111/ppl.13216

6. Abdou A.M., Higashiguchi S., Horie K., Kim M., Hatta H., Yokogoshi H. (2006) Relaxation and immunity enhancement effects of γ-aminobutyric acid (GABA) administration in humans. BioFactors, 26, 201–208.

7. Ashokkumar M.; Lee J.; Kentish S.; Grieser F. (2007) Bubbles in an acoustic field: an overview. Ultrasonics Sonochemistry, 14, 4, 470–475.

8. Ashrafuzzaman M., Ismail M., Fazal K.M., Uddin M., Prodhan A.K.M.A.(2010) Effect of GABA application on the growth and yield of bitter gourd (Momordica charantia). International Journal of Agriculture and Biology, 12, 129–132.

9. Bai Q.Y., Chai M.Q., Gu Z.X., Cao X.H., Li Y., Liu K.L. (2009) Effects of components in culture medium on glutamate decarboxylase activity and γ-aminobutyric acid accumulation in foxtail millet (Setaria italica L.) during germination. Food Chem., 116 (1), 152–157.

10. Estivi L., Brandolini A., Condezo-Hoyos L., Hidalgo A. (2022) Impact of low-frequency ultrasound technology on physical, chemical and technological properties of cereals and pseudocereals. Ultrason. Sonochem., 86, 106044, 10.1016/j.ultsonch.2022.106044

11. Gu M., Yang J., Tian X., Fang W., Xu J., Yin Y. (2022) Enhanced total flavonoid accumulation and alleviated growth inhibition of germinating soybeans by GABA under. UV-B stress RSC Adv., 12, 6619–6630, 10.1039/D2RA00523A

12. Julia Baranzelli, Dianini Hüttner Kringel, Rosana Colussi, Flávia Fernandes Paiva, Bianca Camargo Aranha, Martha Zavariz de Miranda, Elessandra da Rosa Zavareze, Alvaro Renato Guerra Dias (2018) Changes in enzymatic activity, technological quality and gamma-aminobutyric acid (GABA) content of wheat flour as affected by germination. LWT, 90, 483–490.

13. Kalita D., Jain S., Srivastava B., Goud V.V. (2021) Sono-hydro priming process (ultrasound modulated hydration): Modelling hydration kinetic during paddy germination. Ultrason. Sonochem., 70, 105321, 10.1016/j.ultsonch.2020.105321

14. Khmelev V.N.; Lebedev A.N.; Khmelev M.V. (2006) Ultrasonic drying and pre sowing treatment of seeds, International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials, EDM – Proceedings 7th Annual Inter-national Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials, EDM, EDM – Proceedings» Novosibirsk, 251–253.

15. Komyshev E.; Genaev M.; Afonnikov D. (2017) Evaluation of the SeedCounter, A Mobile Application for Grain Phenotyping, Front Plant Sci. 2016, 7:1990. Published online 2017 Jan 4. doi: 10.3389/fpls.2016.01990.

16. Krasulya O.; Bogush V.; Trishina V.; Potoroko I.; Khmelev S.; Sivashanmugamd P.; Anandane S. (2016) Impact of acoustic cavitation on food emulsions. Ultrasonics Sonochemistry, 30, 98–102.

17. Li G., Lv J., Wang J., Wan P., Li Y., Jiang H., Jin Q. (2016) GABAB receptors in the hippocampal dentate gyrus are involved in spatial learning and memory impairment in a rat model of vascular dementia Brain Research Bulletin, 124, 190–197, 10.1016/j.brainresbull.2016.05.006

18. Li W., Liu J., Ashraf U., Li G., Li Y., Lu W., Hu J. (2016) Exogenous γ-aminobutyric acid (GABA) application improved early growth, net photosynthesis, and associated physio-biochemical events in maize. Frontiers in Plant Science, 7, 919, 10.3389/fpls.2016.00919

19. Lidong Wang, Xiaoqiang Li, Fei Gao, Ying Liu, Shuangjing Lang, Changyuan Wang, Dongjie Zhang (2023) Effect of ultrasound combined with exogenous GABA treatment on polyphenolic metabolites and antioxidant activity of mung bean during germination. Ultrasonics Sonochemistry, 94, 106311, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106311.

20. Miano A.C., Pereira J.D., Costa C.N., Augusto P.E.D. (2016) Enhancing mung bean hydration using the ultrasound technology: description of mechanisms and impact on its germination and main components. Sci. Rep., 6, 38996, 10.1038/srep38996

21. Naumenko N., Potoroko I., Kalinina I. (2022а) Stimulation of antioxidant activity and γ-aminobutyric acid synthesis in germinated wheat grain Triticum aestivum L. by ultrasound: Increasing the nutritional value of the product Ultrason. Sonochem., 86, p. 106000

22. Naumenko N.; Potoroko I.; Kalinina I.; Naumenko E.; Ivanisova E. (2022b) The Effect of Ultrasonic Water Treatment on the Change in the Microstructure of Wheat Grain, Dough, and Wheat Flour Bread. International Journal of Food Science, 1986438, 11 https://doi.org/10.1155/2022/1986438

23. Nelson K., Stojanovska L., Vasiljevic T., Mathai M. (2013) Germinated grains: a superior whole grain functional food? Can. J. Physiol. Pharmacol., 91 (6), 429–441.

24. Nobuki K., Kengo O., Katsuyuki Y. (2009) Sonoporation by single-shot pulsed ultrasound with microbubbles adjacent to cells. Biophys. J., 96, 4866–4876, 10.1016/j.bpj.2009.02.072

25. Potoroko I.U., Kalinina I.V., Naumenko N.V., Fatkullin R.I., Shaik S., Sonawane S.H., Ivanova D., Kiselova-Kaneva Y., Tolstykh O., Paymulina A.V. (2017) Possibilities of Regulating Antioxidant Activity of Medicinal Plant Extracts. Human. Sport. Medicine, 17(4), 77–90. DOI: 10.14529/hsm170409

26. Potoroko I.Yu., Kalinina I.V., Naumenko N.V., Fatkullin R.I., Nenasheva A.V., Uskova D.G., Sonawane S.H., Ivanova D.G., &Velyamov M.T. (2018). Sonochemical Micronization of Taxifolin Aimed at Improving Its Bioavailability in Drinks for Athletes. Human. Sport. Medicine, 18(3), 90–100. DOI: 10.14529/hsm180309

27. Seifikalhor M., Aliniaeifard S., Hassani B., Niknam V., Lastochkina O. (2019) Diverse role of γ-aminobutyric acid in dynamic plant cell responses. Plant Cell Reports, 38, 847–867, 10.1007/s00299-019-02396-z

28. Wu Q.Y., Ma S.Z., Zhang W.W., Yao K.B., Chen L.U., Zhao F., Zhuang Y.Q. (2018) Accumulating pathways of γ-aminobutyric acid during anaerobic and aerobic sequential incubations in fresh tea leaves. Food Chem., 240, 1081–1086, 10.1016/j.foodchem.2017.08.004

29. Yang H., Gao J., Yang A., Chen H. (2015) The ultrasound-treated soybean seeds improve edibility and nutritional quality of soybean sprouts. Food Res. Int., 77, 704–710, https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.01.011.

30. Yu L., Han X., Cen S., Duan H., Feng S., Xue Y., Chen W. (2020) Beneficial effect of GABA-rich fermented milk on insomnia involving regulation of gut microbiota. Microbiological Research, 233, 126409, 10.1016/j.micres.2020.126409

31. Zhao Y.Y., Xie C., Wang P., Gu Z.X., Yang R.Q. (2021) GABA regulates phenolics accumulation in soybean sprouts under NaCl stress. Antioxidants, 10, 990, 10.3390/ANTIOX10060990