биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн

[31 марта, 2013 г.]

Темп жизни современного человека привел к появлению и широкому распространению фастфуда, который, как известно, не отличается особенной пользой. Более того, по мнению Всемирной организации здравоохранения, нездоровые агрономические пристрастия являются одной из причин повышения уровня хронических неинфекционных заболеваний. Однако, несмотря на это, уровень потребления фастфуда растет с каждым годом. В связи с этим большое внимание уделяется поиску и созданию новых пищевых продуктов, которые по скорости приготовления не уступали бы фастфуду, и в то же время были бы полезными для здоровья. Один из примеров этого — фиолетовый попкорн.

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.

Рисунок 1. Зерно лопающейся кукурузы и получившийся из него попкорн.

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 (сhicha morada) (рис. 2, слева), фиолетовых кукурузных чипсов (рис. 2, справа) и как источник натуральных красителей.

Рисунок 2. Традиционный сладкий неферментированный перуанский напиток чича-морада (а) и фиолетовые чипсы (б), в изготовлении которых используют фиолетовую кукурузу.

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.

Рисунок 3. Использование полиморфных по длине молекулярных маркеров nc009 (к гену Pl1) и umc1776 (к гену B1) в селекции кукурузы с фиолетовой окраской зерна для попкорна. P1, P2 — родители, BC5F2 — их потомок.

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).

Рисунок 4. Селекционная схема получения кукурузы для попкорна с фиолетовой окраской зерна.

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).

Рисунок 5. Початки (а), зерно (b) и хлопья попкорна (с) родительской формы (слева) и кукурузы с фиолетовой окраской зерна, созданной в результате селекции (справа).

Рисунок 6. Измерение объемов попкорна и зерна, из которого оно было получено. Из: Brunson, Popcorn Breeding, 1937

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. Grobman A., Bonavia D., Dillehay T.D., Piperno D.R., Iriarte J., Holst I. (2012). Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 1755–1759;
  2. Lago C., Landoni M., Cassani E., Doria E., Nielsen E., Pilu R. (2013). Study and characterization of a novel functional food: purple popcorn. Mol. Breeding 31, 575–585;
  3. Lila A.M. (2004). Anthocyanins and human health: An in vitro investigative approach. J. Biomed. Biotechnol. 5, 306–313;
  4. биомолекула: «Разноцветные „чудеса“ науки».

Автор: Шоева Олеся.

Число просмотров: 1382.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн

Южик Екатерина — 2 апреля, 2013 г. 00:03. (ссылка) (свернуть ветвь)

Ох, Леська. Ну, ты пишешь прям как заправский коммуняга.
О чём и трактует наш трактат (с)
Однако жёлтый попкорн с фиолетовой шкуркой был бы веселее!

(ответить)

Re: Re: О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн

Олеся — 2 апреля, 2013 г. 05:07. (ссылка)

Не я, а Lago et al. (2013)

(ответить)

Re: О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн

Штефан Наталия — 31 марта, 2013 г. 15:14. (ссылка) (свернуть ветвь)

А если антоцианы накапливаются в зерне, то почему же сами хлопья не фиолетовые?

(ответить)

Re: Re: О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн

Шоева Олеся — 1 апреля, 2013 г. 04:21. (ссылка)

Спасибо за интерес к статье и отличный вопрос.
Дело в том, что зерно содержит несколько слоев: внешний - перикарп, средний - алейрон и внутренний - эндосперм, содержащий питательные вещества для зародыша. Так вот, родительская форма и следовательно полученная кукуруза для попкорна накапливают антоцианы во внешнем слое - перикарпе - и нигде больше, поэтому и получился такой попкорн - коричневый снаружи и белый внутри. Хотя конечно, антоцианов было бы куда больше и попкорн выглядел более эффектнее, если бы еще и эндосперм (как раз он дает эти белые хлопья) был окрашен в фиолетовый цвет, но, к сожалению, таких форм в природе не существуют (либо их еще не обнаружили) и эндосперм кукурузы может быть либо желтый, либо белый.

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.