Недавно итальянские ученые предложили в качестве функционального пищевого продукта фиолетовый попкорн. Этот попкорн был получен из специальной кукурузы, зёрна которой имеют темно-фиолетовую окраску, обусловленную присутствием в них антоциановых соединений, которым фиолетовый попкорн и обязан своей пользой. О том, как итальянские ученые получали фиолетовый попкорн, а также почему он лучше, чем обычный золотистый, расскажет данная статья.

Что мы знаем о попкорне и кукурузе, из которой его делают

Попкорн (воздушная кукуруза, англ. popcorn) — пища, представляющая собой зёрна кукурузы, разорванные изнутри при нагревании. Судя по недавно проведенным раскопкам в Перу, попкорн является очень древним блюдом, которое готовили древние индейцы уже 5400 лет назад на западном побережье Южной Америки [1]. Именно древние индейцы обнаружили разновидность взрывающейся кукурузы, способной к вздутию при нагревании. Сегодня мы знаем, что это свойство объясняется особым строением зерна, в котором находится капелька крахмала, содержащая воду. При нагревании вода вскипает, пар взрывает оболочку и зерно раскрывается, увеличиваясь в объёме (рис. 1).

Со времен древних индейцев попкорн получил широкое распространение: сначала в США, где он стал очень популярным во времена Великой Депрессии (1929–1939), а затем и в других странах мира. Сегодня для многих людей попкорн — необходимое условие удачного похода в кино.

Ввиду большой популярности попкорна, итальянские ученые решили сделать его более полезным, обогатив биологически активными молекулами — антоцианами [2], которые являются сильными антиоксидантами и, таким образом, способны уменьшать вредный эффект окислительного стресса, который, по ряду данных, сопровождает патологические состояния человека [3]. Для создания такого попкорна ничего особенного придумывать не нужно, поскольку уже существует кукуруза, которая может накапливать антоциановые соединения в зерне. Родиной такой фиолетовой кукурузы является Южная Америка, в Перу и Боливии ее широко используют для изготовления традиционного напитка чича-морада (chicha morada) (рис. 2, а), фиолетовых кукурузных чипсов (рис. 2, б) и как источник натуральных красителей.

Однако такая фиолетовая кукуруза не может лопаться при нагревании. Поэтому главной задачей итальянских ученых было создать кукурузу, зерна которой сохраняли бы все свойства кукурузы для попкорна и в то же время содержали бы антоциановые соединения.

Генетика и современные молекулярно-генетические методы на службе у селекции

На сегодняшний день генетические основы биосинтеза антоцианов достаточно полно исследованы [4], в том числе и у кукурузы. Так, показано, что для накопления антоциановых соединений в зерне необходимо одновременное присутствие доминантных аллелей генов Booster1 (B1) и Purple plant1 (Pl1), которые принадлежат к мультигенным семействам транскрипционных факторов с bHLH и MYB доменами связывания с ДНК, соответственно. Эти транскрипционные факторы запускают экспрессию генов, которые кодируют ферменты биосинтеза антоцианов именно в зерне. При этом нуклеотидные последовательности генов B1 и P1l известны, что позволило разработать к данным генам молекулярные маркеры (праймеры). Благодаря тому, что у разных сортов кукурузы эти маркеры являются полиморфными, их можно использовать в селекции для получения кукурузы с фиолетовой окраской зерна, что и сделали итальянские ученые (рис. 3).

В качестве одного из родителей они выбрали коммерческий сорт обычной кукурузы, желтые зерна которой могут взрываться при нагревании, а в качестве второго родителя взяли сорт кукурузы, имеющий фиолетовые зерна (то есть второй сорт является источником доминантных аллелей генов B1 и Pl1), но не способный к взрыванию (рис. 4).

В результате скрещивания этих родительских форм были получены гибриды, являющиеся гетерозиготами по генам окраски B1b1Pl1pl1. Далее было проведено пять циклов возвратных скрещиваний полученных гибридов с «желтым лопающимся» родителем (который, таким образом, является в данной схеме рекуррентным родителем), в результате чего большая часть генома гибрида первого поколения была замещена на геном рекуррентного родителя. Поскольку каждый цикл скрещивания сопровождался отбором окрашенных гетерозигот B1b1Pl1pl1 (с помощью молекулярных маркеров), то в результате получили гибриды с фиолетовой окраской зерна, которое могло взрываться при нагревании как у «желтого лопающегося» родителя (рис. 5). После возвратных скрещиваний три цикла самоопыления нужны были, чтобы получить гомозиготы по генам окраски, которые также отбирали с помощью молекулярных маркеров (рис. 3).

Контрольные тесты

Однако мало получить кукурузу для фиолетового попкорна — нужно еще доказать, что качественные показатели такой кукурузы, в том числе вкусовые характеристики получаемого из неё попкорна, не изменились в худшую сторону. Кроме того, нужно понять, сохраняются ли полезные свойства антоцианов после приготовления в микроволновке (известно, что антоцианы разлагаются при тепловой обработке), поскольку иначе овчинка не будет стоить выделки, и все циклы скрещивания были бы напрасны.

Итак, кукуруза для попкорна имеет четыре характеристики, которые очень важны для фермеров, выращивающих кукурузу для попкорна, а также для производителей попкорна:

1. всхожесть зерна (данный показатель выражается в процентах пророщенных зерен ко всем засеянным в тесте зернам);
2. процент лопающихся зерен, который устанавливается в ходе popping test (англ.) (русскоязычного перевода найти не удалось, предлагаю читателю придумать самому) (доля взорвавшихся зерен после тепловой обработке к общему количеству взятых для тестирования зерен);
3. объем хлопьев попкорна (очень важный показатель, поскольку готовый попкорн продается объемами, а зерно для него покупается по весу, рис. 6);
4. объемный индекс — отношение объема раскрытого зерна к нераскрытому (рис. 6).

Однако нас с вами как потребителей больше всего интересует другая важная характеристика попкорна — его вкус. Для характеристики вкусовых особенностей попкорна был проведен потребительский тест (customer test). Этот тест заключается в следующем: группа людей-добровольцев с закрытыми глазами пробовала без каких-либо добавок два типа попкорна (обычный желтый и новый фиолетовый) и оценивала их вкус по шкале от 1 до 10. Потом эти показатели сравнивались, и выносился вердикт: хорош ли новый попкорн или плох, и будет ли его покупать конечный потребитель.

В ходе проведенных тестов было установлено, что созданные линии кукурузы не отличаются от обычной желтой кукурузы для попкорна по качественным и вкусовым характеристикам (их тестировали 67 добровольцев).

Осталось только доказать, что проделанная работа не напрасна, и кроме необычного цвета оболочек зерна кукурузы, попкорн из такой кукурузы имеет еще и полезные антиоксидантные свойства.

Для этого сначала был проведен анализ содержания антоцианов в оболочке зерна до и после микроволновой обработки (обычно такой анализ проводят спектрофотометрическими методами). В результате оказалось, что после микроволновки содержание антоцианов в попкорне уменьшается на 46% по сравнению с зерном. Однако, несмотря на большие потери в содержании антоцианов, оставшиеся молекулы не меняют своих антиоксидантных свойств, что было показано в тесте с применением стабильного свободного радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила, который при взаимодействии с антиоксидантами восстанавливается и меняет свои оптические свойства. А также очевидно, что антиоксидантная активность попкорна из фиолетового зерна выше по сравнению с попкорном из неокрашенного зерна, что также было доказано количественным анализом.

Таким образом, итальянским ученым удалось получить неплохую фиолетовую кукурузу для попкорна, и, хотя после приготовления попкорна существенная доля присутствующих в зерне полезных антоцианов теряется, тем не менее, оставшиеся антоцианы придают попкорну полезные антиоксидантные свойства. Создатели фиолетовой кукурузы [2] надеются, что потребители предпочтут окрашенный попкорн обычному, поскольку он не отличается по вкусу от традиционного, но чуть-чуть полезнее его.

Литература

1. A. Grobman, D. Bonavia, T. D. Dillehay, D. R. Piperno, J. Iriarte, I. Holst. (2012). Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 1755-1759;
2. Chiara Lago, Michela Landoni, Elena Cassani, Enrico Doria, Erik Nielsen, Roberto Pilu. (2013). Study and characterization of a novel functional food: purple popcorn. Mol Breeding. 31, 575-585;
3. Mary Ann Lila. (2004). Anthocyanins and Human Health: An In Vitro Investigative Approach. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2004, 306-313;
4. Разноцветные «чудеса» науки.