Основная страница: Перец
Перец содержит тысячи химических веществ, включая воду, фиксированные (жирные) и летучие масла, каротиноиды, смолистые вещества, белок, клетчатку, минеральные элементы и многие другие химические вещества. Эти многочисленные химические вещества имеют важное значение для пищевой ценности, вкуса, цвета и аромата. Две наиболее важные группы химических веществ, содержащихся в перце, — это каротиноиды и капсаициноиды. Плоды перца содержат метаболиты, обладающие антиоксидантным, гипогликемическим, иммуногенным, антигипертензивным, антихолестериновым, противовоспалительным и антимутагенным действием (Kwon et al., 2007; Menichini et al., 2009).
Каротиноидные пигменты отвечают за изменение цвета во время созревания плодов, а смесь органических кислот и капсаициноидов (вторичных метаболитов, встречающихся исключительно в Capsicum) придает перцу характерную остроту. Являясь важным компонентом рациона человека во многих регионах мира, перец содержит витамины А и С и является источником антиоксидантов. Среди различных растительных метаболитов, которые могут помочь защитить от повреждения свободными радикалами, фенольные вещества (включая флавоноиды и капсаициноиды), витамин С и каротиноиды являются основными антиоксидантами, производимыми в видах Capsicum.
Изучение метаболитов перца быстро расширяется по мере роста интереса к улучшению качества сельскохозяйственных растений. Последние исследования проясняют, как уровни этих соединений зависят от генотипа, развития плодов и стадии условий выращивания. Учитывая широкую вариативность отдельных соединений в различных видах и генотипах, перец поддается улучшению своих качеств путем манипулирования уровнями метаболитов с использованием традиционных селекционных и нетрадиционных подходов. Ожидается, что следующие 10 лет исследований в этой области окажутся очень продуктивными.
Вода
Вода является самым богатым химическим веществом в перце. Количество воды в плодах перца зависит от возраста и типа собранного плода (стручка). Зеленые зрелые стручки содержат наибольшее количество воды, около 90%, в то время как пряные сорта, которым дали высохнуть на растении, могут содержать до 70% при сборе урожая. В обезвоженном продукте, подготовленном для хранения или транспортировки, содержание воды снижается до 15-20%. Перец быстро теряет воду после сбора урожая, и это является основной проблемой качества при транспортировке свежих стручков перца (Lownds et al, 1993). Потеря воды является основным физиологическим фактором, который негативно влияет на свежие плоды перца во время транспортировки, хранения и последующей реализации.
Культивары различаются по своей восприимчивости к потере воды. Новомексиканский стручковый сорт теряет воду в два раза быстрее, чем сорта колокольчик или халапеньо (Lownds et al., 1994). Диас-Перес и др. (2007) обнаружили, что размер плодов и стадия спелости влияют на послеуборочную потерю воды в плодах болгарского перца, средняя скорость потери воды для отдельных плодов и проницаемость для водяного пара снижаются с увеличением размера плодов и по мере созревания. Отношение площади поверхности к свежему весу и скорость потери воды были самыми высокими в незрелых плодах и не имели различий между зрелыми зелеными и красными плодами. Около 26% потери воды из зрелых плодов происходит через чашечку. Смит и др. (2006) обнаружили, что степень потери воды в плодах перца зависит не только от генотипа, но и от условий до и после сбора урожая, о чем свидетельствуют различия между годами в характеристиках хранения плодов. Сравнение методов сбора урожая, при котором плодоножки либо отрывались, либо отрезались от плодов перца, показало, что метод сбора урожая практически не влияет на процент потери воды. Наблюдения за потерей воды плодами в зависимости от размера плодов показали, что кутикула плодов является основным барьером для потери воды. Четкой взаимосвязи между содержанием эпикутикулярного воска и потерей воды плодами выявлено не было. Существуют значительные различия в характеристиках хранения сортов перца, и рутинный скрининг на потерю воды и повреждение при охлаждении является преимуществом для отбора сортов, наиболее подходящих для хранения в холоде.
Углеводы
Плоды перца содержат сахар, пентозаны и сырую клетчатку. Глюкоза составляет 90-98% от содержания сахара в красных зрелых стручках паприки (Somos, 1984). Количество сахара в стручках варьируется в зависимости от сорта и типа стручков. Некоторые виды стручков имеют ощутимую «сладость» плодов, в то время как другие виды полностью лишены ощущения сладости. Общий и редуцирующий сахара находятся на максимальном уровне в красных сочных плодах (Wall andBiles, 1993).
Целлюлоза и другие волокнистые материалы могут составлять до 20% сухого веса ткани околоплодника. Побочным продуктом при консервировании зеленых новомексиканских стручков является кожица стручков. McKee (1998) обнаружил, что шкурки содержат 77% растворимой клетчатки и 80% общей пищевой клетчатки. Поскольку это содержание клетчатки больше, чем в рисе или овсе, McKee (1998) пришел к выводу, что зеленые мексиканские шкурки могут быть отличным источником пищевых волокон, если их добавлять в обработанные хлебобулочные изделия.
Липиды
Перец содержит липиды, которые качественно схожи с липидами, содержащимися в растениях в целом. Общее содержание липидов в свежих зеленых стручках болгарского перца относительно низкое — около 400 мг на 100 г влажного веса (Kinsella, 1971). Липиды из такого перца представляли собой смесь нейтральных липидов (жиров; 82%), фосфолипидов (2%) и гликолипидов (16%). Триглицериды составляли 60% от общего количества липидов, причем преобладали пальмитиновая, линолевая и линоленовая кислоты (Lyons and Lippert, 1966). Фосфолипиды на 76% состояли из фосфатидилхолина. Линолевая кислота составляла 70% жирнокислотного состава.
Асильбекова (2003) обнаружила, что общее количество липидов, накопленных в плодах, составляет 2,92% от сухой массы плодов и >50% липидов, синтезируемых во всех частях растения. Все исследованные экстракты мякоти, семян и пестика содержали α-, β+, γ- и δ-токоферолы, причем экстракт мякоти плодов имел самое высокое содержание токоферолов (127,0 мг на 100 г), а экстракт семян содержал 57,7 мг токоферолов в 100 г.
Растения с высоким соотношением ненасыщенных жирных кислот к насыщенным жирным кислотам обычно относительно устойчивы к температурам охлаждения. Перец чувствителен к температурам охлаждения, на что указывает низкое соотношение ненасыщенных и насыщенных жирных кислот.
Аминокислоты, белки и минеральные вещества
Сомос (1984) подробно описывает результаты нескольких исследований аминокислот, белков и микроэлементов венгерского перца. Он перечисляет лизин, аргинин, пролин, тирозин, триптофан, метионин, валин, фенилаланин, лейцин, глутаминовую кислоту, глицин, аспарагин, треонин и аланин, которые содержатся в плодах перца. Он также утверждает, что исследования, проведенные в Венгрии, показали, что сухой околоплодник содержит 16-17% белка, а сухие семена — 18% белка. При исследовании микроэлементов было обнаружено, что железо присутствует в самой высокой концентрации, за ним следуют бромид и марганец. Среди других обнаруженных микроэлементов были кадмий, кальций, кобальт, медь, магний, фосфор, калий, натрий и цинк.
Вкусы и ароматы
Большинство перцев используются ради вкуса, а не остроты. Вкус — это сложное ощущение, определяемое во рту. Знатоки перца могут легко определить тонкие ароматы, присущие каждому виду стручков. Как и при дегустации вин, после нескольких лет опыта человек может различать тонкие ароматы перца: у сорта анчо сладковатый вкус, у мулатто — шоколадный, у мирасоль — фруктовый, а у чипотле — дымный. Одно из самых мощных летучих веществ, известных человечеству, 2-метокси-3-изобутилпиразин, содержится в перце и является основным источником запаха «зеленого перца». Баттери и др. (1969) обнаружили, что человек может обнаружить этот запах при концентрации всего две части на триллион. Келлер и др. (1981) исследовали летучие вещества перца и обнаружили 102 пахучих соединения в C. annuum и C. frutescens. В аналогичном исследовании Haymon и Aurand (1971) обнаружили, что масло, извлеченное из C. frutescens cv. Tabasco, содержит 125 компонентов, относительное содержание которых меняется в зависимости от сезона сбора урожая. Состав ароматических соединений табаско значительно отличался от состава зеленого болгарского перца и не содержал обнаруживаемых пиразиновых соединений. Чтобы восстановить аромат табаско, потребовалось три основных химических вещества: 4-метил-л-пентил-2-метилбутират, 3-метил-1-пентил-3-метилбутират и изогексил-изокапроат.
Пино и др. (2007) охарактеризовали летучие соединения сортов перца хабанеро, выращенных в Юкатане. Состав летучих соединений плодов явно отличался у разных сортов. Оранжевые и коричневые сорта в целом содержали больше эфиров с фруктовыми нотками запаха, чем красные сорта. Эти различия были отражены в количестве общих летучих веществ, которые также были выше в оранжевых и коричневых сортах, чем в красных. В более позднем исследовании Pino et al. (2011), изучая сорт C. chinense, известный как «Cachucha», обнаружили 136 соединений, среди которых преобладали гексил изопентаноат, гексил пентаноат, гексил 2-метилбутаноат, 3,3-диметилциклогексанол, y-гимачален и гермакрен D.
Когда Rodriguez-Burruezo и др. (2010a) изучали образцы трех видов, C. annuum, C. chinense и C. frutescens, они обнаружили >300 отдельных соединений, а также количественные и качественные различия между образцами для большинства соединений. Самыми распространенными летучими веществами оказались эфиры и терпеноиды, за которыми следовали другие незначительные соединения, такие как азотные и серные соединения, производные фенола, норкаротиноиды, спирты, продукты расщепления липоксигеназы, фураны, кетоны, ароматические и алифатические углеводороды. В летучих фракциях проанализированных перцев было обнаружено в общей сложности 107 эфиров. Хотя эта группа была самой многочисленной, среди сортов C. annuum были генотипы, в которых эфиры не были обнаружены. Однако сорта C. chinense и C. frutescens характеризовались высоким уровнем и разнообразной структурой этих летучих веществ, которые обычно придают стручкам фруктовые нотки (эти сорта в основном характеризовались экзотическими, фруктовыми и/или сладкими нотками). С точки зрения аромата, образцы C. annuum были более разнообразны, с ароматами, описанными как зеленые, землистые, как овощи, персики, горох или недозрелые орехи, или сернистые.
Несмотря на большое количество летучих веществ, идентифицированных в изученных образцах, «нюхательный тест» показал, что большинство различий в аромате полностью созревших плодов комплекса C. annuum (включая C. annuum, C. chinense и C. frutescens) можно объяснить на основе качественных и количественных различий не более чем в 23 летучих веществах, придающих запах. Разнообразие ароматов, обнаруженное среди образцов вида C. annuum, зависит от качественных и количественных различий всего в 16 летучих веществах, вносящих запах. Такое относительно небольшое количество летучих веществ, способствующих появлению запаха, может упростить селекционную работу по генетическому улучшению аромата перца.
Антоцианины
У некоторых перцев незрелые плоды и листья могут иметь цвет от фиолетового до черного (Lightbourn et al., 2008). Такие цвета объясняются накоплением антоцианов в вакуолях. Антоцианы — это флавоноиды, синтезируемые по фенилпропаноидному пути. Черный или фиолетовый перец метаболизирует и накапливает антоцианин дельфинидин, как в виде агликона, так и в виде гликозилированного соединения (Lightbourn et al., 2008). Интенсивная черная пигментация листьев и плодов некоторых видов перца характерна для высоких концентраций дельфинидина, хлорофилла и каротиноидов, причем в листьях накапливается в семь раз больше дельфинидина, чем в плодах. Кроме дельфинидина, других антоцианов, накапливающихся в перце, не обнаружено. Существует по крайней мере два локуса, влияющих на накопление антоцианов в перце: A и модификатор A (MoA); последний, когда экспрессируется, изменяет интенсивность пурпурного цвета в присутствии A (Wang and Bosland, 2006). Бен Хаим и др. (2001) картировали A на хромосоме 10.
Антиоксиданты
Антиоксидантные соединения защищают макромолекулы от свободных радикалов, например, реактивных видов кислорода (ROS). Свободные радикалы — это нестабильные, высокореактивные соединения, образующиеся в результате нормального аэробного метаболизма и в ответ на стресс. Если их не нейтрализовать эндогенными или экзогенными антиоксидантами, реактивные виды могут повреждать нуклеиновые кислоты, белки и липиды, что ускоряет старение и развитие заболеваний, включая рак, болезни сердца, атеросклероз и катаракту. Хотя человеческий организм может вырабатывать различные антиоксидантные соединения, их необходимо получать из рациона.
Перец является отличным источником антиоксидантов, включая флавоноиды, капсаициноиды, витамин С и каротиноиды. Хотя можно измерить содержание отдельных соединений с антиоксидантной активностью, оценка общего антиоксидантного потенциала фруктов и овощей ценна тем, что учитывает синергетическое взаимодействие между различными антиоксидантами.
Анализы для определения антиоксидантной активности экстрактов перца различаются по механизму и типу генерируемых свободных радикалов. В зависимости от используемого растворителя (вода, метанол/вода или ацетон/вода), значения антиоксидантной активности могут быть специфичными для гидрофильных или липофильных соединений, или могут представлять общую антиоксидантную способность. Во многих исследованиях эти различия не делаются. Поскольку различные антиоксиданты имеют различные способы действия, практически невозможно напрямую сравнивать значения антиоксидантной активности при различных методах измерения.
По сравнению с другими овощами, перец занимает одно из первых мест по антиоксидантной активности. Используя метод определения антиоксидантной способности по восстановлению железа, исследователи обнаружили, что перец чили и красный болгарский перец (оба вида C. annuum) входят в тройку лидеров по сравнению с другими распространенными овощами (Halvorsen et al., 2002; Ou et al., 2002; Pellegrini et al., 2003). Аналогичные результаты были получены при анализе антиоксидантной способности по тролоксовому эквиваленту, общей способности поглощения оксирадикалов и способности поглощения кислородных радикалов (Chu et al., 2002; Ou et al., 2002; Pellegrini et al., 2003; Chun et al., 2005). Когда антиоксидантная активность измерялась в терминах общего количества антиоксидантов, улавливающих радикалы (Pellegrini et al., 2003), чили и красный перец были двумя из десяти лучших источников антиоксидантной способности.
Capsicum annuum — морфологически разнообразный вид с множеством видов, которые имеют различное кулинарное использование. При исследовании 29 турецких сортов C. annuum Фрари и др. (2008) обнаружили, что перец sivri (длинный, заостренный) имеет значительно более высокое содержание антиоксидантов, чем перец dolmalik (фаршированный), carliston (шарлестон) и salcalik (паста). Хотя предполагается, что капсаициноиды обладают антиоксидантной активностью, не было обнаружено существенной разницы между сортами перца, классифицированными как острые или сладкие.
Различия в антиоксидантной способности проявляются и между генотипами (Deepa et al., 2006; Guil-Guerrero et al., 2006; Frary et al., 2008). Виды перца, включая C. frutescens (Oboh and Ogunruku, 2010), C. chinense habanero type (Oboh et al., 2007; Menichini et al., 2009), C. pubescens (Oboh and Rocha, 2007, 2008) и C. baccatum var. pendulum (Kappel et al., 2008), были исследованы на антиоксидантную активность. Однако сравнение антиоксидантов среди нескольких видов и генотипов видов, не относящихся к C. annuum, ограничено. Такие исследования будут ценными, поскольку популярность более «экзотических» видов перца растет и они представляют повышенный интерес для потребителей.
Независимо от используемого метода или изучаемого вида, исследователи обнаружили, что антиоксидантная способность плодов перца почти всегда увеличивается с наступлением зрелости (Howard et al., 2000; Ou et al., 2002; Wu et al., 2004; Guil-Guerrero et al, 2006; Navarro et al., 2006; Conforti et al., 2007; Deepa et al., 2007; Kwon et al., 2007; Matsufuji et al., 2007; Sun et al., 2007; Chuah et al., 2008; Oboh and Rocha, 2008; Flores et al., 2009a; Gorinstein et al., 2009; Serrano etal., 2010). Исключения наблюдались, когда содержание антиоксидантов анализировалось с помощью анализа перекисного окисления липидов (Conforti et al., 2007; Oboh et al., 2007). Профиль антиоксидантов может меняться в процессе созревания, поэтому соединения, присутствующие в зрелых плодах, менее эффективны для предотвращения перекисного окисления липидов.
В зависимости от сорта, перец может быть одного из нескольких цветов, включая красный, оранжевый или желтый, когда он полностью созреет. Когда сравнивается антиоксидантная способность плодов перца разного цвета, красный перец обычно занимает первое место (Ou et al., 2002; Kwon et al., 2007; Matsufuji et al., 2007; Sun et al., 2007). Однако у некоторых сортов оранжевый перец имеет более высокий антиоксидантный потенциал, чем красный (Wu et al., 2004; Chuah et al., 2008), что, вероятно, отражает генотипические различия между сортами.
Изучая антиоксиданты в перце, Сим и Сил (2008) обнаружили, что экстракты из околоплодника и семян обладают сильной антиоксидантной активностью. Экстракт околоплодника красного перца проявлял сильную железохелатирующую активность и высокую поглощающую активность в отношении свободных радикалов, включая гидроксильные и 1,1-дифенил-2-пикрилгидразильные (DPPH) радикалы, но проявлял более слабую поглощающую активность в отношении супероксидного анион-радикала и супероксиддисмутазы (SOD). Напротив, экстракт семян красного перца проявил сильную активность SOD и высокую активность против супероксидного анион-радикала, но показал более слабую феррохелатирующую активность, активность против гидроксил-радикалов и активность против DPPH-радикалов. Восстанавливающая способность и 2,2′-азино-бис(3-этилбензтиазолин-6-сульфокислота) (ABTS)-радикальная активность экстракта семян была выше, чем у экстракта околоплодника, по крайней мере, при самой высокой концентрации. Экстракт околоплодника имел более высокое общее содержание фенолов и флавоноидов, но в целом, как экстракт семян, так и экстракт околоплодника красного перца были признаны высокоэффективными с точки зрения антиоксидантных свойств, которые были проверены.
Согласно литературным данным, условия выращивания мало влияют на антиоксидантную активность плодов и не имеют различий между органическими, низкоинтенсивными, традиционными и беспочвенными культурами (Ren et al., 2001; del Amor, 2007; del Amor et al., 2009; Flores et al., 2009b). Однако Флорес и др. (2004) обнаружили, что внесение кальциевых удобрений связано с увеличением содержания гидрофильных антиоксидантов в перце.
Уровень засоления вызвал увеличение антиоксидантной активности в красном перце (Navarro et al., 2006), но обработка метилжасмонатом или этиленом и ранение не вызвали этого (Heredia and Cisneros-Zevallos, 2009).
Условия выращивания могут влиять на уровень антиоксидантов/фитохимических веществ в перце, как это наблюдали Lee et al. (2005) в Техасе, когда они сравнивали плоды, выращенные в теплице, с плодами, выращенными на двух полевых участках. Хотя влияние сортов было значительным в каждом из трех различных мест, для всех изученных соединений лучшими источниками β-каротина и лютеина были зрелые плоды, выращенные в теплице, а зрелые образцы тех же сортов, выращенные в поле, имели относительно низкий уровень лютеина. Желтые восковые стручки были определены как лучший источник кверцетина. Незрелые плоды обычно содержали более низкий уровень лютеина и ксеаксантина, чем зрелые плоды. Однако эти различия не всегда были статистически значимыми, и не было обнаружено существенных различий между тремя местами произрастания по концентрации флавоноидов.
Витамины
Перцы являются хорошими источниками нескольких витаминов. В них содержится большое количество витамина С, провитамина А, витамина Е, флавоноидов, тиамина (B1), рибофлавина (B2) и ниацина (B3). Сообщается о широком диапазоне содержания витаминов, и этот разброс объясняется различиями в сортах, степени зрелости, практике выращивания, климате, послеуборочной обработке и аналитических методах (Mozafar, 1994).
Концентрация витаминов группы В на 100 г свежих плодов варьируется в зависимости от вида стручков от 0,40-0,60 мг для тиамина, 0,93-1,66 мг для рибофлавина и 13,6-15,4 мг для ниацина (Govindarajan, 1988).
Витамин E
Перец является богатым источником витамина Е. В сухом весе сухой порошок красного перца имеет уровень α-токоферола, который схож с уровнем шпината и спаржи и в четыре раза выше, чем у томатов. В пересчете на сухой вес 100 г плодов красного перца обычно превышают RDA α-токоферола для взрослого человека на 8-10 мг (NRC, 1989). По имеющимся данным, такие плоды содержат 3,7-236 мг α-токоферола на 100 г сухого веса (Kanner, et al., 1979; Daood et al. 1989; Biacs et al., 1992). Осуна-Гарсия (1998) сообщил, что семена перца содержат γ-токоферол, а околоплодник — α-токоферол (рис.). Он также сообщил, что γ-токоферол достиг своего максимума (41,7 мг на 100 г сухого веса) в семенах плодов на стадии красной суккуленты, а затем снизился. Каннер и др. (1979) сообщили, что содержание α-токоферола зависит от содержания липидов, которое варьируется в зависимости от стадии созревания и сорта. Каннер и др. (1979) и Осуна-Гарсия (1998) сообщили, что содержание α-токоферола увеличивается во время созревания, начиная со стадии зрелой зелени (3,9 мг 100 г сухого веса) до стадии красного, полностью сухого цвета (23,8 мг 100 г. Осуна-Гарсия (1998) также обнаружил, что сорта отличаются по содержанию каждого токоферола, причем некоторые сорта имеют значительно более высокий уровень одного или нескольких токоферолов, чем другие.
Витамин C
Плоды перца являются чрезвычайно богатым источником аскорбиновой кислоты (витамина С) и одним из самых богатых источников среди продуктов, используемых в качестве «овощей» (рис.).
Витамин С, также известный как L-аскорбиновая кислота, — это органическая кислота, которая действует как восстановитель и является мощным антиоксидантом. Поскольку он растворим в воде, витамин С может быстро нейтрализовать реактивные формы кислорода и тем самым защитить макромолекулы, такие как ДНК, белки и липиды. Человек не синтезирует L-аскорбиновую кислоту; этот витамин необходимо получать из рациона. Фрукты и овощи являются лучшими источниками, так как многие растения производят большое количество витамина С в своих листьях и плодах. Перец является отличным источником витамина С; 100 г сырого сладкого зеленого перца содержит более чем RDA (60 мг) этого витамина (Международный совет по пищевой информации, 2002; Лаборатория питательных веществ Министерства сельского хозяйства США, 2010). По оценкам, 23% общей антиоксидантной активности экстрактов перца приходится на содержание витамина С (Chu et al., 2002).
Содержание аскорбиновой кислоты, которое измеряется на уровне 46-243 мг на 100 г свежего веса (Wimalasiri and Wills, 1983; Nisperos-Carriedos et al., 1992, Howard et al., 1994, Lee et al. 1995), обычно увеличивается во время созревания плодов. Однако ее уровень достигает пика на разных стадиях созревания в зависимости от сорта. Аскорбиновая кислота является водорастворимым соединением, и можно ожидать, что ее уровень будет снижаться по мере обезвоживания плодов. Один свежий перец, от зеленого до красного сочного состояния, обычно содержит достаточно аскорбиновой кислоты, чтобы соответствовать или превышать рекомендуемую суточную норму (RDA) для взрослого человека в 60 мг (NRC, 1989). Когда Саха и др. (2010) проанализировали зрелые, выращенные в поле плоды 42 сортов C. annuum, они обнаружили, что сорта содержат 25-217 мг аскорбиновой кислоты и 38-188 мг общих фенольных веществ в 100 г свежего веса. Интересным наблюдением было то, что во всех сортах содержание аскорбиновой кислоты отрицательно коррелировало с содержанием β-каротина.
Содержание витамина С в сортах C. annuum сильно варьируется. Концентрация витамина С зависит от генотипа, цвета плодов и стадии зрелости плодов. Topuz и Ozdemir (2007) наблюдали низкие значения (15-65 мг в 100 г свежего веса) для пяти сортов. Фрари и др. (2008) изучили турецкие и нетурецкие сорта и сообщили о значительно более высоких уровнях (до 163 мг в 100 г свежего веса). Deepa et al. (2006) также сообщили о схожем диапазоне разнообразия в содержании витамина С со значительным взаимодействием между генотипом и годом. У сортов C. chinense наблюдалась значительная вариативность, при этом бразильские и эквадорские сорта имели самое высокое содержание витамина С (Antonious et al., 2009b). В еще более широком исследовании гермплазмы C. chinense из Северной и Южной Америки Джаррет и др. (2009) отметили среднюю концентрацию 391 мг в 100 г свежего веса. Плоды C. chinense являются более богатым источником витамина С, чем плоды C. annuum. Возможным исключением является перец тепин, C. annuum var. glabriusculum (также называемый var. aviculare), который содержит в два раза больше витамина С, чем вид C. chinense habanero (Oboh et al., 2007). Родригес-Бурруэзо и др. (2009) обнаружили, что в выращенных в теплице плодах C. pubescens содержание витамина С в пять-десять раз ниже, чем в C. annuum, а в C. baccatum — промежуточное.
Исследователи изучили изменчивость витамина С среди видов C. annuum на разных стадиях зрелости. Chuah и др. (2008) отметили, что в перцах с паприкой содержание витамина С выше, чем в болгарском перце. Содержание витамина С в пастообразных сортах (таких как «Salcalik Biber») было значительно ниже, чем в фарше и других широко используемых сортах турецкого перца (Frary et al., 2008). В этом исследовании не наблюдалось разницы в содержании витамина С в острых и не острых сортах. Было показано, что содержание витамина С в свежем весе увеличивается по мере созревания плодов (Howard et al., 2000; Marin et al., 2004; Martinez et al., 2005, 2007; Perez-Lopez et al., 2007a; Bernardo et al., 2008; Serrano et al., 2010). Чистое увеличение содержания витамина С в процессе созревания зависит от генотипа, но для C. annuum оно составляет от 1,5 до 2,2 раза (Marin et al., 2004; Martinez et al., 2005; Perez-Lopez et al., 2007a). Ховард и др. (2000) зафиксировали пятикратное увеличение содержания витамина С в незрелом (зеленом) по сравнению со зрелым (красным) перцем табаско (C. frutescens). Увеличение содержания витамина С во время созревания было объяснено увеличением производства этого фотопротектора в ответ на большее количество и интенсивность света (Marin et al., 2004; Chuah et al., 2008). Когда перец перезревает, что необходимо для производства паприки, содержание витамина С значительно снижается (Gnayfeed et al., 2001; Martinez et al., 2007).
Различия в содержании витамина С между зелеными и другими цветными перцами аналогичны различиям между плодами на разных стадиях развития. Красный (зрелый) перец обычно содержит больше витамина С, чем зеленый (незрелый) (Jimenez et al., 2003; Guil-Guerrero et al., 2006; Matsufuji et al., 2007; Oboh et al., 2007; Chuah et al., 2008; Marin et al., 2008). Когда сравнивали болгарские перцы разных цветов, оранжевый занимал первое место по содержанию витамина С, за ним следовали красный и желтый (Matsufuji et al., 2007). Белый перец, употребляемый в пищу в незрелом виде, содержал наименьшее количество витамина С; его уровень был таким же, как и в незрелом зеленом перце (Matsufuji et al., 2007). Guil-Guerrero et al. (2006) и Chuah et al. (2008) наблюдали схожие рейтинги среди цветных болгарских перцев; красный перец с паприкой имел более высокое содержание витамина С, чем оранжевый перец с паприкой (Chuah et al., 2008).
На содержание витамина С также могут влиять условия выращивания и система возделывания. Перцы, выращенные в поле, имели более высокое содержание витамина С, чем те, которые выращивались в теплице, что объясняется большим количеством и интенсивностью света в поле (Rodriguez-Burruezo et al., 2009). По сравнению с традиционными и интегрированными (ограниченная химическая обработка) системами выращивания, самые высокие уровни витамина С в плодах были отмечены в растениях, выращенных в органических или беспочвенных системах (Perez-Lopez et al., 2007b; Marin et al., 2008; Flores et al., 2009b). Марин и др. (2008) обнаружили, что перцы C. annuum cv. Quito, выращенные в органических и беспочвенных условиях, содержат в четыре раза больше витамина С, чем те, которые были выращены в интегрированной системе. Другие исследователи сообщили об отсутствии влияния системы земледелия на содержание витамина С (Flores et al., 2004, 2009a; Chassy et al., 2006). Однако, когда растения подвергаются стрессу, наблюдаются значительные изменения в содержании витамина С. Низкая частота полива (Marin et al., 2009) и обработка салициловой кислотой, которая, как известно, вызывает защитные реакции (Elwan and El-Hamahmy, 2009), привели к увеличению содержания витамина С до двух раз. Засоление (до 30 мМ NaCl) привело к снижению в 1,2 раза (Navarro et al., 2006). Стресс от тяжелых металлов, по-видимому, оказывает аддитивный эффект на уровень витамина С, поскольку кадмий или свинец в отдельности снижают содержание витамина С примерно на 25 и 37% соответственно, в то время как присутствие обоих металлов снижает уровень витамина С на 50% (Fu et al., 2009).
Каротиноиды
Разнообразные и яркие цвета плодов перца обусловлены каротиноидными пигментами, присутствующими в тилакоидных мембранах хромопластов. В растениях каротиноиды синтезируются как в хлоропластах фотосинтезирующих тканей, так и в хромопластах цветков, плодов и корней.
Каротиноиды — это семейство желтых, оранжевых и красных пигментов, синтезируемых в растениях, грибах, бактериях и водорослях. Каротиноиды вырабатываются в хлоропластах и хромопластах и служат вспомогательными пигментами в фотосинтезе, аттрактантами, способствующими рассеиванию пыльцы и плодов, а также скавенджерами свободных радикалов, защищающими фотосинтетический аппарат от фотоокисляющего воздействия света. В рационе человека каротиноиды обладают полезными антиоксидантными и провитаминными свойствами.
Химически каротиноиды представляют собой растворимые в липидах симметричные углеводороды с рядом сопряженных двойных связей. Структура двойных связей отвечает за поглощение видимого света. Каротиноиды функционируют как вспомогательные пигменты для фотосинтеза, но также, что более важно, как фотопротекторы в растении. Основная функция β-каротина и других каротиноидов заключается в защите хлоропластов от фотоокисления, хотя каротиноиды нестабильны при воздействии света, кислорода или высоких температур. Каротиноиды в «диком» перце важны для привлечения плодоядных птиц, которые выступают в качестве рассеивателей семян.
Зеленый, желтый, оранжевый и красный цвета плодов перца обусловлены каротиноидными пигментами, образующимися в плодах во время созревания. В плодах перца было обнаружено более 30 различных пигментов (Matus et al., 1991, Deli et al., 2001; Gnayfeed et al., 2001; Stommel and Griesbach, 2008). Эти пигменты включают зеленые хлорофиллы (a и b), желто-оранжевые лютеин, зеаксантин, виолаксантин, антераксантин, β-криптоксантин, кукурбитаксантин А и β-каротин, а также красные пигменты, капсантин, капсорубин и криптокапсин, которые встречаются только в плодах перца. Из них только β-каротин и β-криптоксантин обладают активностью провитамина А. Окислительное расщепление этих соединений дает ретиналь.
Основной красный цвет перца обусловлен двумя уникальными для Capsicum каротиноидами (ксантофиллами), капсантином и капсорубином (по другим данным тремя, включая капсантин-5,6-эпоксид). Хотя эти оксигенированные каротиноиды не обладают активностью провитамина А, они являются эффективными антиоксидантами и источником красных пигментов. За желто-оранжевый цвет отвечают в основном β-каротин и виолаксантин.
Капсантин, основной каротиноид в спелых плодах, составляет до 60% от общего количества каротиноидов. Капсантин и капсорубин пропорционально увеличиваются на поздних стадиях спелости, причем капсантин является более стабильным из этих двух соединений (Harkay-Vinkler, 1974; Kanner et al., 1979). Количество каротиноидов в тканях плодов перца зависит от таких факторов, как сорт, стадия зрелости и условия выращивания (Reeves, 1987).
Уровень β-каротина во многих сортах свежего (100 г) и сушеного (10 г) перца достаточен для удовлетворения 100% рекомендуемой суточной нормы (RDA) витамина А для взрослых (Wall et al., 2001).
Экстракты каротиноидов используются в качестве красителей в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.
В перце 95% от общего количества провитамина А в зеленых стручках и 93% в зрелых красных стручках составлял β-каротин (Howard et al., 1994). Когда анализировались зрелые красные стручки, сорта с самой высокой и самой низкой активностью провитамина А относились к типу желтых восковых стручков. Однако Ховард и др. (1994) исследовали только зрелые красные стручки желтого воскового типа, несмотря на то, что желтые восковые стручки обычно используются на стадии «зрелой зелени» (желтого цвета). Поэтому важность для потребителей высокого уровня активности провитамина А в желтых восковых стручках на стадии красного цвета представляется сомнительной. Тем не менее, во всех исследованных сортах содержание α- и β-каротина и активность провитамина А увеличивались на 344%, 255% и 229%, соответственно, по мере созревания стручков.
Содержание каротиноидов является показателем пищевой ценности и качества перца, а интенсивность красной пигментации — ключевой признак некоторых форм, включая халапеньо и паприку. Перец с высоким содержанием β-каротина особенно ценен благодаря содержанию провитамина А и антиоксидантов. Между видами и сортами существует значительная изменчивость в уровнях общего и индивидуального содержания каротиноидов (Wall et al., 2001; Russo and Howard, 2002; Deepa et al., 2006; Guil-Guerrero et al., 2006; Suzuki et al., 2007; Rodriguez-Burruezo et al., 2009). Однако сравнение между этими результатами различных исследований трудно провести, поскольку содержание каротиноидов является функцией генетических факторов, а также физиологических условий, условий развития и окружающей среды. Незначительные различия в методологии, времени сбора урожая и условиях выращивания могут существенно повлиять на содержание каротиноидов.
Используя высокоэффективную жидкостную хроматографию (с детектором на фотодиодной матрице) и масс-спектрометрию, Родригес-Бурруэзо и др. (2010b) обнаружили в общей сложности 16 каротиноидов в 12 боливийских сортах C. baccatum и C. pubescens. Среди красноплодных генотипов капсантин был основным каротиноидом, составляя 25-50% от каротиноидной фракции. Кроме того, вклад капсантина-5,6-эпоксида в общее количество каротиноидов в C. baccatum также был высоким (11-27%). В красных сортах C. baccatum и C. pubescens антераксантин и виолаксантин были следующими наиболее распространенными каротиноидами, каждый из которых составлял 6-10% от каротиноидной фракции. Однако виолаксантин был основным каротиноидом в генотипах с желто-оранжевыми плодами, его уровень варьировался от 37% до 68% от общего количества каротиноидов (желтый C. pubescens характеризовался относительно более низким уровнем, <45%). цис-виолаксантин, антераксантин и лютеин составляли по 5-14% каротиноидов в желто-оранжевых стручках.
Wall et al. (2001) оценили 57 сортов и сортообразцов перца шести видов (C. annuum, C. baccatum, C. chacoense, C. chin- ense, C. eximium и C. frutescens) и обнаружили прямую корреляцию между концентрацией β-каротина и общим количеством каротиноидов. Свежие плоды сортов Greenleaf Tabasco, Pulla, Guajillo, NuMex Conquistador, Ring-O-Fire и Thai Dragon содержали уровень β-каротина, превышающий RDA для витамина A (на 100 г свежего веса). Среди сортов для сушки наибольшее количество β-каротина содержалось в плодах сортов New Mexican, aji, pasilla, ancho и guajillo. Двадцать три плода аджи (C. baccatum), восемь плодов рокото (C. pubescens) и три контрольных образца (C. annuum) были проанализированы на общее содержание красных (капсантин и капсорубин) и желтых (β-каротин, β-криптоксантин и зеаксантин) каротиноидов (Rodriguez-Burruezo et al., 2009). Наибольшая концентрация красных каротиноидов была обнаружена у сортов C. annuum; у C. baccatum их содержание было достойным внимания и может быть ценным селекционным материалом. Исследование содержания β-каротина в 63 сортах C. chinense выявило значительную изменчивость и помогло определить сорта, которые могут быть полезным источником антиоксидантов (Antonious et al., 2009b).
Общее содержание каротиноидов в плодах конкретного сорта может варьироваться в зависимости от стадии развития/зрелости плодов и условий выращивания. Зрелость плодов, возможно, является наиболее важным из этих факторов. Биосинтез каротиноидов активизируется во время созревания, и у красноплодных генотипов общее содержание каротиноидов в плодах может увеличиваться от 6 до 90 раз (Deli et al., 2001; Ha et al., 2007; Menichini et al., 2009). Значительный сдвиг в каротиноидном профиле и/или составе плодов происходит по мере того, как зеленые хлоропласты незрелых плодов дифференцируются в красные хромопласты спелых плодов. Основными каротиноидами в недозрелых плодах являются лютеин, p-каротин и виолаксантин. Во время созревания уровень лютеина снижается, а β-каротина, β-криптоксантина и зеаксантина увеличивается. Когда плоды достигают стадии разрушения цвета, вырабатываются красные каротиноиды — капсантин и капсорубин (Deli et al., 2001; Gnayfeed et al., 2001; Marin et al., 2004; Niizu and Rodriguez-Amaya, 2005; Ha et al., 2007). Уровень капсантина продолжает расти по мере созревания плодов; концентрация увеличивается в шесть раз при переходе от оранжевого цвета к красному (Huh et al., 2001). р-каротин — еще один компонент спелых плодов, и активность провитамина А может отличаться в 3-5 раз между зелеными и красными плодами (Wall et al., 2001). Однако капсантин является преобладающим пигментом красных спелых плодов, составляя от 37 до 80% общего содержания каротиноидов (Deli et al., 2001; Maoka et al., 2001; Ha et al., 2007; Topuz and Ozdemir, 2007).
Содержание каротиноидов также зависит от цвета плодов. В зависимости от сорта и стадии спелости плоды перца имеют различную окраску, включая зеленую, белую, желтую, оранжевую, красную, фиолетовую и коричневую. Исследование красных, оранжевых, желтых и зеленых сортов C. annuum выявило более чем 200-кратные различия в общем уровне каротиноидов (Guil-Guerrero et al., 2006), причем самые низкие уровни наблюдались у зеленых сортов, а самые высокие — у красных. Rodriguez-Burruezo et al. (2009) обнаружили полное отсутствие красных каротиноидов (капсантина и капсорубина) в сортах перца C. pubescens и C. baccatum с желтыми или оранжевыми зрелыми плодами. В 12 сортах, представляющих четыре вида (C. annuum, C. baccatum, C. chinense и C. frutescens) и диапазон цветов спелых плодов, Ха и др. (2007) обнаружили прямую корреляцию между содержанием капсантина и цветом полностью зрелых плодов, так что сорта можно было ранжировать: насыщенный красный>красный>светло-красный>оранжевый>бледно-желто-оранжевый. При созревании некрасных сортов перца не было обнаружено увеличения общего содержания каротиноидов (Ha et al., 2007), что иллюстрирует роль генотипа в производстве каротиноидов.
Условия выращивания и практика растениеводства могут оказывать существенное влияние на содержание каротиноидов. Хотя в перцах, выращенных в теплицах, их содержание обычно выше, чем в растениях, выращенных в поле (Russo and Howard, 2002; Lee et al., 2005), это не всегда так (Rodriguez-Burruezo et al., 2009). Изменчивость может объясняться влиянием света на биосинтез пигментов; существует гипотеза, что повышенный уровень освещенности в поле (Rodriguez-Burruezo et al., 2009) или теплице (Russo and Howard, 2002) активно стимулирует синтез каротиноидов в качестве защиты от фотоокисления. Низкая частота полива увеличила общее количество каротиноидов на 30% и провитамин А каротиноидов на 15% в красных плодах (Marin et al., 2009). Однако соленость, похоже, не влияет на содержание каротиноидов в перце (Navarro et al., 2006; Marin et al., 2009). Минеральные питательные вещества оказывают различное влияние в зависимости от генотипа и системы производства. Добавление Ca2+ и NO3— к выращенным на гидропонике растениям перца вызвало увеличение концентрации каротина, в то время как обработка K+ не оказала никакого эффекта (Flores et al., 2004). В эксперименте с использованием доз Ca2+ и K+ на сопоставимых уровнях, только Ca2+ в низких дозах (2 и 4 ммоль/л) увеличивал производство каротиноидов (Marin et al., 2009). В отличие от этого, внесение минеральных удобрений в почву перца, выращенного в почве, не повлияло на содержание каротиноидов (Flores et al., 2009a).
Для перца, выращенного в органических, интегрированных (с низким уровнем затрат) и обычных тепличных условиях, сравнения также различны. В органических тепличных условиях Перес-Лопес и др. (2007a, b) обнаружили более высокие уровни общего содержания каротиноидов, но дель Амор (2007) обнаружил снижение концентрации p-каротина. Беспочвенные (гидропонные) системы производства дали красные плоды со значительно более высоким общим содержанием каротиноидов, чем органические или низкопроизводительные методы, что позволило предположить, что более низкий уровень абиотического стресса способствует накоплению каротиноидов, а не синтезу фитоалексинов (Marin et al., 2008). Применение нитрофенолятов (соединений, которые предположительно способствуют синтезу ауксина) (Serrano et al., 2010) и салициловой кислоты (гормон растений, участвующий в реакции на стресс) (Elwan and El-Hamahmy, 2009) привело к повышению уровня каротиноидов.
Цвет стручков с одинаковыми значениями оттенка и цветности часто может быть достигнут с помощью двух различных комбинаций пигментов. Например, оранжевый цвет стручков может быть получен, по крайней мере, двумя различными химическими путями: оранжевый цвет некоторых перцев обусловлен низким содержанием (или отсутствием) красных пигментов, капсантина и капсорубина, и высокой концентрацией β-каротина (Guzman et al., 2010). Один генотип оранжевых плодов имеет высокое количество /l-каротина, и этот генотип может быть использован в селекционных программах для повышения уровня провитамина А в перцах, что потенциально может способствовать снижению дефицита витамина А. Стручки другого оранжевого генотипа содержат смесь красных и желтых каротиноидов и относительно мало β-каротина. Поэтому при селекции на высокое содержание провитамина А фенотипического повторного отбора, основанного только на цвете плодов, недостаточно; необходимо проводить анализ химического состава каротиноидов.
Антиоксидантные свойства
Capsicum действительно обладает сильной антиоксидантной активностью, возможно, через связывание свободных радикалов (Colditz, 1987). Было предложено несколько механизмов возможного защитного действия β-каротина (Peto, 1983). Из перца было выделено более 20 каротиноидов. Последние данные о противоопухолевой активности каротиноидов в организме человека возродили интерес к продуктам, содержащим эти соединения, особенно потому, что диетические добавки не обеспечивают такой же питательной и лечебной пользы, как свежие фрукты и овощи. Действуя как радикалы-скавенджеры, каротиноиды могут эффективно связывать синглетные или возбужденные молекулы кислорода и свободные радикалы, которые могут вызывать повреждения у человека в физиологических условиях напряжения кислорода (Burton and Ingold, 1984).
Наиболее распространенные каротиноидные пигменты, обнаруженные в перце:
- желтое пищевое красящее вещество: антераксантин, β-каротин, β-криптоксантин, лютеин, виолаксантин, зеаксантин;
- оранжево-красное пищевое красящее вещество: капсантин, капсорубин, криптокапсин.
Капсаициноиды
Помимо цвета (каротиноиды), еще одним важным качественным признаком перца является его острота или жгучесть. Можно утверждать, что ощущение остроты (тепла), которое производит перец, является одним из шести основных вкусовых ощущений, наряду с горьким, сладким, кислым, умами и соленым.
Капсаициноиды — это группа фенольных алкалоидов, характерных для рода Capsicum и состоящих из головки ванилиламина и хвоста жирной кислоты. Синтезируемые в плаценте плода, капсаициноиды отвечают за уникальную жгучесть острого перца. Однако не все представители рода накапливают капсаициноиды, что позволяет предположить, что это производный признак (Tewksbury et al., 2006).
Состав капсаициноидов
В остром перце было обнаружено более 20 различных капсаициноидов (Schweiggert et al., 2006). Перечень капсаициноидов перца (Zewdie and Bosland, 2001):
- Капсаицин
- Гомокапсаицин
- Гомокапсаицин II
- Норкапсаицин
- Норкапсаицин
- Бис-гомокапсаицин
- Трис-гомокапсаицин
- Тетра-гомокапсаицин
- Тетра-гомодигидрокапсаицин
- Изомер тетра-гомодигидрокапсаицина
- Трис-гомодигидрокапсаицин
- Ди-гидрокапсаицин
- Изомер дигидрокапсаицина
- Гомодигидрокапсаицин
- Гомодигидрокапсаицин II
- 3-Нор-ди-гидрокапсаицин
- Нордигидрокапсаицин
- Нордигидрокапсаицин
- Изомер нордигидрокапсаицина
- Изомер нордигидрокапсаицина
- Бис-гомоди гидрокапсаицин
- Изомер трис-гомодигидрокапсаицина.
Это не имеющие запаха, цвета и вкуса соединения, не содержащие питательных веществ. Основная химическая структура капсаициноидов похожа на структуру пеперина — соединения, придающего остроту черному перцу.
Капсаицин и дигидрокапсаицин являются наиболее жгучими, и вместе эти два соединения обычно составляют более 80% от общего содержания капсаициноидов (Topuz and Ozdemir, 2007). Капсаицин и дигидрокапсаицин не обнаруживаются в сортах сладкого перца, но значительное количество этих соединений присутствует в сортах чили и паприки (Kozokue et al., 2005; Garces-Claver et al., 2006). Культивары вида C. chinense habanero, считающегося самым острым из перцев, содержат наибольшее количество капсаицина, при этом диапазон изменчивости содержания капсаицина составляет 1,6 раза (Pino et al., 2007).
Сравнение 17 сортов, представляющих четыре вида Capsicum, выявило 650-кратный диапазон в общей концентрации капсаициноидов (капсаицин плюс дигидрокапсаицин); однако не было обнаружено корреляции между содержанием капсаициноидов и весом плодов, а также уровнями других измеренных антиоксидантных соединений (Antonious et al., 2006). Аналогичный уровень изменчивости был отмечен в комплексном исследовании сортов C. chinense из восьми стран. В этом исследовании плоды растений, собранных в Мексике, США и Бразилии, оказались самыми острыми среди всех исследованных (Antonious et al., 2009a). Капсаициноидные профили, основанные на измерении семи различных соединений, были составлены для видов C. annuum, C. haccatum, C. chinense, C. chacoense, C. frutescens и C. puhescens с целью оценки таксономических отношений (Zewdie and Bosland, 2001). К сожалению, степень изменчивости среди образцов не позволила использовать эту информацию для идентификации видов. Эти исследователи обнаружили ряд образцов (особенно у C. pubescens), в которых капсаицин и дигидрокапсаицин не были двумя основными капсаициноидами.
Функция капсаициноидов
Основная функция капсаициноидов — отгонять млекопитающих от поедания стручков перца и уничтожения семян (Tewksbury and Nabhan, 2001). Кролики и другие мелкие млекопитающие имеют пищеварительный тракт, который делает семена капсикума нежизнеспособными. Капсаициноиды связываются с терморецепторами, вызывая ощущение тепла и боли у млекопитающих, и служат естественной защитой от травоядных. На птиц, естественных распространителей дикорастущего перца, эти соединения не действуют (Tewksbury and Nabhan, 2001). Поскольку во рту птиц отсутствуют рецепторы, необходимые для восприятия остроты капсаициноидов (см. ниже), птицам не мешает есть перец, даже тот, который человек считает очень острым.
Хотя в листьях большинства других пасленовых растений достаточно алкалоидов, чтобы сделать их токсичными для многих млекопитающих, перец не содержит алкалоидов в листьях, и на Филиппинах листья перца едят как зеленый овощ. Не имея этих алкалоидов, виды Capsicum выработали другую стратегию частичной защиты от млекопитающих. Хотя капсаициноиды сами по себе не токсичны для млекопитающих, их жгучесть может быть достаточно сильной, чтобы отбить у многих млекопитающих желание есть плоды перца или, по крайней мере, плоды большинства «диких» видов стручкового перца. С другой стороны, птиц привлекают красные плоды, и у них есть пищеварительный тракт, который химически и физически размягчает оболочку семян перца, не повреждая семена, что способствует их прорастанию. На самом деле, прорастание некоторых семян задерживается, если они не проходят через пищеварительную систему птицы. Недавно было показано, что капсаициноиды также защищают семена перца от микробной атаки (Tewksbury et al., 2008).
Биосинтез капсаициноидов
Капсаициноиды вырабатываются в железах на плаценте плода. Хотя семена не являются источником тепла, они иногда поглощают капсаициноиды из-за близости к плаценте. Один из возможных путей биосинтеза капсаицина (рис.) был предложен Zewdie-Tarekegn (1999).
Вкусовое восприятие человеком
Капсаициноиды не воспринимаются вкусовыми рецепторами человека. Вместо этого ощущение тепла от капсаициноидов возникает в результате раздражения капсаицинового (ванилоидного) рецептора VR1, одного из болевых рецепторов, расположенных во рту, носу и желудке. Капсаициноиды связываются с ванилоидными рецепторами на периферических терминалях ноцицептивных нейронов. Захват рецепторов вызывает приток катионов, срабатывание потенциалов действия и, как следствие, ощущение жжения, ассоциируемое с перцем чили (Caterina et al., 2000). Рецепторы не только посылают сигнал об «остроте»; капсаициноиды также вызывают высвобождение другого химического мессенджера, вещества Р, которое сигнализирует мозгу о боли. Нервная система «телеграфирует» сигнал в мозг, чтобы нервные окончания наполнились эндорфинами, которые являются естественными болеутоляющими средствами организма. Эндорфины можно рассматривать как естественный и безопасный морфин. Они вызывают эффект, известный как «беговой кайф» — хорошее, приподнятое настроение, которое возникает после примерно 10 км бега. Выброс эндорфинов дает организму чувство удовольствия, и было высказано предположение, что именно из-за выброса эндорфинов многие люди становятся «зависимыми» от перца. Были проведены эксперименты, в которых испытуемому вводился препарат, блокирующий эндорфины, после того как ощущение жара от употребления перца утихало; инъекция вызывала у испытуемого ощущение жжения во рту во второй раз. Таким образом, капсаициноиды, попавшие в организм, не разрушаются быстро во рту, а наоборот, организм маскирует их присутствие.
Органолептически было показано, что люди не только отмечают интенсивность остроты, но и по-разному воспринимают каждый капсаициноид. Краевска и Пауэрс (1988) показали, что нордигидрокапсаицин был наименее раздражающим из капсаициноидов, вызывая быстрый и кратковременный «мягкий согревающий эффект» в передней части рта и на нёбе. Для сравнения, капсаицин и дигидрокапсаицин были более раздражающими и описывались как «типичное» ощущение тепла. Оба соединения вызывали ощущение жара в средней части рта и на нёбе, а также в горле и на задней части языка. В отличие от них, гомодигидрокапсаицин очень раздражающий, резкий и очень острый. Его тепло развивается не сразу, а воздействует на горло, заднюю часть языка и нёбо в течение длительного периода (до 12 ч). Различные комбинации этих капсаициноидов создают различные тепловые характеристики отдельных сортов перца.
Определение жгучести и содержания капсаициноидов
Опубликовано более 200 работ по определению и оценке капсаициноидов в тканях Capsicum, а также в продуктах, содержащих экстракты Capsicum. За подробным описанием аналитических методов, используемых для определения цвета и жара перца, читатель может обратиться к Wall and Bosland (1998). Эти методы можно разделить на пять основных категорий:
- органолептические;
- колориметрические (реакция хромогенных реагентов непосредственно с фенольным гидроксилом ванилиловой молекулы в экстрактах плодов);
- тонкослойная или бумажная хроматография;
- газовая хроматография;
- высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).
Два наиболее распространенных метода, используемых для измерения уровня жгучести перца, — это органолептический тест Сковилла и ВЭЖХ (ASTA, 1985; Collins et al., 1995). Жар перца обычно выражается в тепловых единицах Сковилла (SHU; Scoville, 1912). В своей первоначальной форме органолептический тест Сковилла (который дал первые надежные результаты измерения теплоты перца) использовал группу из пяти человек, каждый из которых пробовал образец перца, а затем регистрировал уровень теплоты. Образец разбавляли до тех пор, пока теплота не переставала ощущаться. Хотя этот метод быстро стал стандартным тестом для определения степени жгучести перца и до сих пор широко используется, он имеет свои ограничения. Дегустаторы должны быть обучены, а их способность тестировать большое количество образцов ограничена теплотой тестового раствора. Усталость дегустаторов — реальное явление, и дегустаторы также не способны различать различные капсаициноиды. Поэтому, по крайней мере для академических исследований, органолептический тест Сковилла в значительной степени был заменен инструментальными методами, в частности ВЭЖХ. ВЭЖХ, которая может обеспечить точный и эффективный анализ содержания и типа капсаициноидов в образце перца (Collins et al, 1995), стала стандартным методом для рутинного анализа перца в перерабатывающей промышленности, поскольку она быстра и может обрабатывать большое количество образцов. Сегодня общепринятой практикой является умножение содержания капсаициноидов в промилле на 16 для перевода в SHU.
Важно иметь возможность точно измерить содержание капсаициноидов, поскольку капсаициноиды сегодня используются в широком спектре отраслей. Например, фармацевтическая промышленность использует капсаицин в качестве противораздражающего бальзама для наружного применения (Carmichael, 1991), и это соединение является активным ингредиентом в Heet® и Sloan’s liniment, двух линиментах для растирания, используемых при болях в мышцах. Капсаицин назначается при некоторых формах сильной хронической боли, например, его применяют местно в течение нескольких недель для облегчения боли, вызванной инфекцией Herpes zoster или «опоясывающим лишаем». При местном применении для лечения кожной боли капсаицин разрушает вещество Р, и именно это разрушение вызывает ощущение «тепла» на коже. Капсаицин также не позволяет нервным окончаниям вырабатывать больше вещества Р, таким образом, боль уменьшается или полностью исчезает. Было также доказано, что капсаициноид эффективен при кластерных головных болях (Sicuteri et al., 1990) и полезен для временного облегчения боли, связанной с ревматоидным артритом и остеоартритом (Deal et al., 1991). У морских свинок, которых кормили диетой, обогащенной холестерином, было обнаружено, что один из минорных капсаициноидов, дигидрокапсаицин, защищает от сывороточной гиперлипидемии (Negulesco etai., 1989).
Факторы, определяющие содержание капсоициноидов в плодах перца
Уровень остроты перца определяется генетическими и экологическими компонентами. На содержание капсаициноидов влияет генетический состав сорта, погодные условия, условия выращивания и возраст плодов. Селекционеры могут селективно выводить сорта в определенных диапазонах жгучести. Кроме того, производители могут частично контролировать уровень остроты в урожае перца, подвергая свои растения определенным типам и количествам стресса. Любой стресс, воздействующий на растущее растение перца, включая экологический стресс (Harvell and Bosland, 1997), по-видимому, повышает уровень капсаициноидов в плодах. Например, несколько жарких дней могут значительно увеличить содержание капсаициноидов. В Нью-Мексико было замечено, что даже полив по бороздам приводит к появлению более острых стручков, как будто растения воспринимают затопление корневой зоны как стресс и, как следствие, увеличивают содержание капсаициноидов в стручках. Если один и тот же сорт выращивается как в жарком полузасушливом регионе, так и в прохладном прибрежном регионе, то плоды, выращенные в жарком регионе, будут содержать больше капсаициноидов при сборе, чем плоды, выращенные в прохладном регионе.
Значительная изменчивость капсаициноидов существует среди плодов перца в зависимости от генотипа, стадии развития и условий окружающей среды (Estrada et al., 2000; Gnayfeed et al., 2001; Zewdie and Bosland, 2001; Antonious et al., 2006; Deepa et al., 2007; Barrera et al., 2008). Более чем трехкратное изменение содержания капсаициноидов была обнаружена в отдельных плодах, собранных с одного растения (Kirschbaum-Titze et al., 2002), и в плодах одного возраста и положения на данном растении (Mueller-Seitz et al., 2008). Может быть трудно провести значимое сравнение результатов, полученных разными исследователями; тем не менее, тенденции существуют. Уровень капсаицина обычно выше, чем дигидрокапсаицина (Antonious et al., 2009a), и существует прямая корреляция между общим уровнем капсаициноидов и жгучестью (измеряемой в тепловых единицах Сковилла).
Было изучено накопление капсаициноидов во время созревания плодов перца. Хотя между генотипами существуют различия, синтез капсаициноидов обычно начинается в течение 1 недели после закладки плодов и продолжается по мере развития тканей плаценты. Соединения достигают максимального уровня примерно через 40-50 дней после закладки плодов (Barrera et al., 2008; Mueller-Seitz et al., 2008). Мюллер-Сейтц и др. (2008) заметили, что профиль трех основных капсаициноидов (капсаицин, дигидрокапсаицин и нордигидрокапсаицин) остается довольно однородным на протяжении всего развития плода. После созревания уровень капсаицина в большинстве сортов заметно, хотя и с разной скоростью, снижается, что связано с увеличением активности ферментов пероксидазы (которые окисляют капсаициноиды) в спелых плодах (Estrada et al., 2000; Deepa et al., 2007).
Хотя стадия развития и генотип играют большую роль в определении уровня капсаициноидов в плодах перца, условия выращивания также могут влиять на жгучесть. По неофициальным данным, условия абиотического стресса (бедная почва, жаркие температуры и дефицит воды) усиливают жгучесть, но данные об этом ограничены. Водный стресс вызвал четырехкратное увеличение концентрации капсаицина в некоторых сортах перца (Sung et al., 2005). Исследования, изучающие влияние азота и калия на содержание капсаициноидов, дают основания полагать, что избыток удобрений может негативно влиять на жгучесть (Medina-Lara et al., 2008).
Применение
Хотя одомашнивание и улучшение сортов привело к снижению жгучести некоторых видов перца (особенно болгарского) (Paran and van der Knapp, 2007), содержание капсаициноидов является основным фактором качества пряных перцев (чили, табаско и паприка). Помимо использования в качестве приправы, перец, содержащий капсаициноиды, применяется в медицине благодаря своим антиоксидантным и антимикробным свойствам, а способность капсаицина десенсибилизировать болевые рецепторы привела к его применению в качестве местного анальгетика (Materska and Perucka, 2005).
Аэрозоли против грабителей с капсаицином в качестве активного ингредиента заменили средства самообороны и слезоточивый газ в >1000 полицейских департаментах США. Аэрозоль вызывает у нападающих одышку и беспомощное ослепление, по крайней мере, на 20 минут.
В настоящее время изучается множество инновационных способов применения капсаициноидов. Помимо новых лекарственных применений, эти соединения могут быть использованы для подавления амбарного клеща, предотвращения перегрызания мышами подземных электрических кабелей и остановки белок от поедания птичьего семени.
Фенольные соединения
Фенольные соединения широко распространены в растениях, и интерес к этим метаболитам растет благодаря их антиоксидантным свойствам. Фенольные соединения растений включают простые фенолы, фенольные кислоты, производные гидроксикоричных кислот и флавоноиды. Флавоноиды являются самым большим классом фенольных соединений и рассматриваются в этой главе отдельно. В растениях фенольные соединения важны для роста, передачи сигналов, защиты и размножения (Dennis et al., 1997). Фенольные соединения включают пигментные и ароматические соединения, которые действуют как аттрактанты для опыления цветков и рассеивания семян. Несмотря на возможность выделения, количественного определения и идентификации отдельных фенольных соединений в растениях, этот процесс является дорогостоящим и довольно трудоемким. В отличие от этого, для определения общего содержания фенольных соединений в образцах были разработаны относительно простые анализы.
Перец обычно занимает первое или второе место по содержанию фенольных веществ, причем их уровень выше, чем в шпинате, брокколи и чесноке (Gunduc and El, 2003; Wu et al., 2004; Chun et al., 2005; Kevers et al., 2007). Зеленый болгарский перец содержал в 1,6 раза больше общих фенольных веществ, чем шпинат, и в 2 раза больше, чем брокколи (Chun et al., 2005). Образцы турецких сортов перца различались по содержанию фенольных веществ, причем самые высокие показатели были у сортов siis (буквально «причудливый», используется для маринования) и sivri (Frary et al., 2008). Острые сорта содержали больше фенольных соединений, чем сладкие, что является ожидаемым результатом, поскольку острота обусловлена капсаициноидами, которые являются фенольными соединениями. Наибольшее разнообразие фенольных соединений было в сортах сиври (например, «Аяс», «Сера Демре») и долмалик (например, «Домат Бибери», «Кале»). В исследовании мексиканских перцев, зеленые сорта поблано и хабанеро имели самое высокое и самое низкое содержание фенолов, соответственно (Ornelas-Paz et al., 2010), несмотря на то, что сорта хабанеро обычно более острые, чем перец поблано. Дипа и др. (2007) обнаружили шестикратную вариацию содержания фенолов в десяти генотипах сладкого перца при измерении на основе сухого веса. Materska и Perucka (2005) обнаружили изменчивость отдельных фенольных соединений у двух острых и двух полуострых сортов C. annuum. Когда сравнивались виды перца, C. chin- ense и C. baccatum содержали значительно больше фенольных соединений, чем сорта C. annuum, C. frutescens и C. pubescens (Antonious et al., 2006; Rodriguez-Burruezo et al., 2009). Oboh et al. (2007) и Omelas-Paz et al. (2010) отметили, что перец хабанеро (C. chinense) по общему содержанию фенолов стоит ниже таких видов C. annuum, как «Tepin» и poblano. Однако Антониус и др. (2009b) отметили значительную вариабельность внутри C. chinense по содержанию фенольных веществ, причем наибольшее значение имели образцы из Мексики и США. Исследование генотипической вариации полезно для идентификации селекционного материала для улучшения содержания антиоксидантов в перце. Родригес-Бурруэзо и др. (2009) изучили 23 сорта C. baccatum и обнаружили, что некоторые сорта имеют высокую питательную ценность из-за высокого содержания фенольных веществ.
Содержание фенольных веществ в плодах перца увеличивается по мере созревания (Howard et al., 2000; Wu et al., 2004; Materska and Perucka, 2005; Deepa et al., 2007; Kwon et al., 2007; Oboh and Rocha, 2007, 2008; Perez-Lopez et al., 2007a; Sun et al., 2007; Chuah et al., 2008; Flores et al., 2009a; Gorinstein et al., 2009; Serrano et al., 2010). Однако при сравнении спелых перцев наблюдаются некоторые разногласия между результатами. Исследования показали, что наибольшее содержание фенолов в красном перце, за ним следуют оранжевый и желтый перцы (Sun et al., 2007; Chuah et al., 2008). Другие работы показывают, что наиболее богаты фенольными веществами желтые перцы, за которыми следуют оранжевые и красные перцы (Wu et al., 2004; Kwon et al., 2007), предполагая, что генотипические различия являются важным фактором, определяющим содержание фенольных веществ. Несколько исследований показывают, что в процессе созревания содержание фенольных веществ не меняется (Fox et al., 2005; Navarro et al., 2006) или что незрелые зеленые плоды содержат больше фенольных веществ, чем спелые (Marin et al., 2004; Conforti et al., 2007; Oboh and Rocha, 2007; Kappel et al., 2008; Menichini et al., 2009). Эти кажущиеся противоречивыми результаты могут отражать генотипические различия. Более того, поскольку многие соединения вносят вклад в общее содержание фенолов, неудивительно, что результаты этих исследований могут не совпадать.
В целом, условия выращивания не оказывают существенного влияния на содержание фенольных соединений в плодах перца. Для органических, низкоурожайных, обычных и беспочвенных культур не наблюдалось различий в общем содержании фенольных веществ (Flores et al., 2004,2009a, b; Chassy et al., 2006; Marin et al., 2008, 2009). Однако в нескольких исследованиях содержание фенольных соединений увеличивалось при органическом выращивании растений (Perez-Lopez et al., 2007b; del Amor et al., 2008b) или при низком содержании азота (del Amor et al., 2008a) или высоком содержании кальция (Marin et al., 2009). Дель Амор и др. (2009) объясняют более высокий уровень фенольных соединений возможной защитной реакцией органически выращенных растений на патогены. Однако другие виды стресса, включая засоление (Navarro et al., 2006; Marin et al., 2009), ранение и ранение плюс обработка этиленом или метилжасмонатом (Heredia and Cisneros-Zevallos, 2009), не повлияли на содержание фенольных соединений.
Флавоноиды
Флавоноиды являются самой большой категорией фенольных соединений в растениях и выполняют разнообразные функции. Среди них: определение цвета цветов и плодов; защита от патогенов, травоядных, насекомых и ультрафиолетового излучения; фильтрация света для фотосинтеза; поддержание симбиотических взаимодействий с микроорганизмами; определение вкуса (Dennis et al., 1997). Считается, что флавоноиды также обладают антиоксидантной, противораковой, противовоспалительной, противоаллергенной и противомикробной активностью (Chun et al., 2005). Околоплодник и семена перца содержат такое же количество флавоноидов, как и мякоть плода (Sim and Sil, 2008); однако перец не считается богатым источником флавоноидов по сравнению со спаржей, бататом и картофелем (Chun et al., 2005).
Флавоны и флавоноловые агликоны являются наиболее распространенными классами флавоноидов в перце (Materska et al., 2003; Bahorun et al., 2004; Marin et al., 2004; Materska and Perucka, 2005). Лютеолин и производные являются основными флавонами, а кверцетин и производные — основными агликонами флавонолов (Materska et al., 2003; Arabbi et al., 2004; Bahorun et al., 2004; Materska and Perucka, 2005; Sun et al., 2007). В перце чили основным флавоноидом является кверцетин, уровень которого в 7,5 раз выше, чем лютеолина. Производные кверцетина также доминируют в зеленом перце (Materska and Perucka, 2005). Дополнительные флавоны, обнаруженные в перце, включают апигенин, О-гликозилфлавоны и С-гликозилфлавоны (Bahorun et al., 2004; Marin et al., 2004, 2009). Флавонолы в перце также включают синапоил и ферулоил гликозиды (Materska et al., 2003).
Lee et al. (2005) обнаружили, что перец воскового типа имеет самое высокое общее содержание флавоноидов, за ним следуют болгарский перец и перец чили, в то время как халапеньо содержит меньше всего флавоноидов. Среди видов C. annuum и C. frutescens содержание флавоноидов было выше, чем у C. chinense (Howard et al., 2000). Это может быть связано с тем, что тестируемый сорт C. chinense был жгучим, и предшественники флавоноидов могли быть направлены на производство капсаициноидов, а не флавоноидов.
Несколько исследований показали, что общее содержание флавоноидов и уровни отдельных флавоноидов снижаются по мере созревания плодов перца (Arabbi et al., 2004; Marin et al., 2004, 2008; Materska and Perucka, 2005; Menichini et al., 2009). В незрелых перцах хабанеро в три раза больше флавоноидов, чем в зрелых плодах (Menichini et al., 2009). В незрелых зеленых перцах «Вергаса» в четыре-пять раз больше флавоноидов, чем в зрелых зеленых и зрелых красных плодах (Марин и др., 2004). Materska и Perucka (2005) предположили, что снижение общего и индивидуального содержания флавоноидов связано с тем, что флавоноиды являются фотопротекторами и больше не нужны в красных плодах, которые лишены хлорофилла и не фотосинтезируют. Напротив, Горинштейн и др. (2009) измерили более высокие уровни флавоноидов и флавонолов в красном перце по сравнению с зеленым, а Сан и др. (2007) отметили, что в цветных перцах в целом выше содержание кверцетина и лютеолина (в красном перце выше, чем в желтом и оранжевом). Противоречивые результаты исследований могут быть обусловлены генотипическими различиями.
Исследования показывают, что условия выращивания мало влияют на содержание флавоноидов: не наблюдается существенных различий между перцами, выращенными в полевых и тепличных условиях (Lee et al., 2005), а также в органических, беспочвенных, интегрированных и обычных системах выращивания (Chassy et al., 2006; Marin et al., 2008).
Влияние на химический состав
Традиционно садоводы уделяют внимание тем характеристикам, которые связаны с урожайностью, в частности, устойчивости к болезням. Переработчиков больше всего волнуют те характеристики, которые касаются качества переработки или «pack-out» («Pack-out» — это количество готового переработанного продукта, полученного из свежего сырого продукта. Например, pack-out зеленого перца чили — это количество консервированного материала зеленого перца чили после удаления кожицы, чашечки, плодоножки и семян.).
В целом, питательные качества и химический состав перца (как и многих других фруктов и овощей) никогда не были главными целями селекционной программы или даже предметом значительных физиологических исследований. Тем не менее, было проведено значительное исследование того, как можно управлять экологическими и генетическими факторами для контроля (и, главным образом, снижения) содержания капсаициноидов в стручках. Принято считать, что потребитель покупает фрукты и овощи по внешнему виду и вкусу, а не по питательным качествам. Однако ситуация может измениться, поскольку потребители начинают рассматривать фрукты и овощи как страховку от болезней. Растет интерес к использованию каротиноидов в качестве антиоксидантов и употреблению зеленого свежего перца в качестве источника витамина С для защиты от гриппа и простуды. Можно ожидать, что будущие исследования генетиков, биотехнологов и физиологов растений будут сосредоточены на этой области. В будущем перец может быть даже генетически преобразован, чтобы стать носителем вакцин, антибиотиков и других терапевтических химических веществ.
Литература
Bosland, Paul W. Peppers : vegetable and spice capsicums / Paul W. Bosland and Eric J. Votava. — 2nd ed. 2012.
Peppers : botany, production and uses/Vincent M. Russo, editor. 2011.
