Подход к применению растительных вторичных метаболитов в сельском хозяйстве для улучшения качества пищевых продуктов

В статье представлена новая методология повышения безопасности пищевых продуктов путем регулирования распределения загрязняющих веществ (радионуклидов, тяжелых металлов, пестицидов) в сельскохозяйственных культурах с использованием вторичных растительных метаболитов, в частности флавоноидов. Результаты применения усовершенствованного метода сверхкритической флюидной экстракции метаболитов и теоретический анализ экспериментальных данных других ученых указывают путь к созданию новой агротехнологии получения экологически чистой продукции, в которой целенаправленное использование флавоноидов стимулирует естественные защитные механизмы растений. К этим механизмам относятся процессы синтеза хелатирующих белков и ферментов в растениях для иммобилизации загрязняющих веществ в определенных органах. Доказано, что флавоноиды регулируют антиоксидантную защиту, комплексообразование и перераспределение транспорта метаболитов как сигнальные молекулы. Это перспективное исследование, в котором сверхкритическая флюидная экстракция и экзогенное внесение флавоноидов сочетаются для снижения транслокации загрязняющих веществ в сельскохозяйственных культурах. Целью данной технологии является производство сельскохозяйственной продукции, соответствующей международным стандартам безопасности пищевых продуктов, и обеспечение безопасного выращивания сельскохозяйственных культур на загрязненных землях.

1. Абумуслимова Е.А., Якунина М.А. Распределение основных продуктов питания и оценка приверженности населения к организации здорового питания. Современные проблемы гигиены, радиационной и экологической медицины. 2022;(12):138-149. DOI: https://doi.org/10.60797/IRJ.2025.151.100

2. Березина В.В. Питание и здоровый образ жизни молодёжи. Базис. 2022;2(12):9-12. DOI: https://doi.org/10.24412/2587.8042.2022.212.9.12

3. Волкова С.А., Пентюк И.А. Правила и принципы здорового питания. Студенческая наука и XXI век. 2022;19;1- 2(22):56-58.

4. Гатиятулин Ш.Н., Ефремова Е.Н. Здоровое питание и его принципы. Форум. 2022;1(27):172-175.

5. Белорусский агрохимический форум Сплочение агрохимической отрасли республики. Наше сельское хозяйство. 2022;9(281):4-14.

6. Белоус Н.М., Подоляк А.Г., Смольский Е.В., Карпенко А.Ф. Радиоэкологические аспекты применения минеральных удобрений на радиоактивно загрязненных кормовых угодьях. Агрохимический вестник. 2016;(2):10-14.

7. Карпенко А.Ф. Производство животноводческой продукции в условиях радиоактивного загрязнения Гомельской области. Животноводство и ветеринарная медицина. 2020; 3(38):29-32.

8. Разгонова М.П., Каленик Т.К., Захаренко А.С., Голохваст К.С. Использование сверхкритического углекислого газа для новейшей «зеленой технологии» экстракции термолабильных веществ. Экстракция и мембранные методы в разделении веществ: Тезисы докладов международной конференции, посвящённой 90-летию со дня рождения академика Б.А. Пурина; 2018, 03 декабря; Москва. Москва: Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; 2018;89-92.

9. Разгонова М.П., Каленик Т.К., Захаренко А.М., Голохваст К.С. Использование сверхкритической CO2-экстракции в микробной деактивации растительных матриц / Актуальные вопросы развития производства пищевых продуктов: технологии, качество, экология, оборудование, менеджмент и маркетинг. В: Материалы III Всероссийской науч.-практ. конф; 2019, 20–21 февраля; Уссурийск. Уссурийск: Приморская государственная сельскохозяйственная академия; 2019;129-138.

10. Разгонова М.П., Сабитов А.Ш., Перминова Е.В., Михайлова Н.М., Голохваст К.С. Скрининг полифенольного состава амурского винограда Vitis amurensis Rupr. и его идентификация методом тандемной масс-спектрометрии. Магарач. Виноградарство и виноделие. 2021;23, 4(118):393-404. DOI: https://doi.org//10.35547/IM.2021.23.4.015

11. Разгонова М.П., Охлопкова Ж.М., Захаренко А.М., Голохваст К.С. Тандемная масс-спектрометрия змееголовника Dracocephalum ruyschiana L. И первичная идентификация его полифенольного состава. Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока. В: Материалах Седьмой Всероссийской конференции с международным участием, посвященные 90-летию КГПУ им. В.П. Астафьева и кафедры биологии, химии и экологии, 115-летию со дня рождения Л.М. Черепнина и 85-летию Гербария им. Л.М. Черепнина (KRAS); 2021; 25– 26 ноября; Красноярск. Красноярск: Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева; 2022;202-219.

12. Разгонова М.П., Захаренко А.М., Сергиевич А.А. [и др.] Сверхкритические флюиды: Теория, этапы становления, современное применение. Учебное пособие для магистрантов направлений подготовки «Биотехнология», «Высокотехнологичные производства пищевых продуктов функционального и специализированного назначения», аспирантов направлений подготовки «Промышленная экология и биотехнологии», «Химические науки», «Химическая технология»; Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром (ДВ РУМЦ). Санкт-Петербург: Издательство «Лань»; 2019. 192 с.

13. Неверова Н.А., Левчук А.А., Остроухова Л., Медведева Е., Онучина Н.А., Бабкин В.А. Распределение экстрактивных веществ в древесине лиственницы сибирской (L ARIX sibirica Ledeb.). Химия растительного сырья. 2012;(4):91- 100.

14. Dabrowska G, Mierek-Adams A, Goc A. Plant metallothioneins putative functions identified promoter analysis in silico. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 2012;54/2:109-120. DOI: https://doi.org/10.2478/v10182-012-0031-x

15. Храмова Е.П., Тарасов О.В., Крылова Е.И. Влияние радиационного фактора на изменчивость биохимических показателей на примере растений Pentaphylloides fruticosa (L.) O. SCHWARZ. Растительный мир Азиатской России. Вестник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН. 2009;2(4):72-78.

16. Храмова Е.П. Род Pentaphylloides hill (rosaceae) Азиатской России (фенольные соединения, элементный состав в природе и культуре, хемотаксономия) 03.02.01 – «Ботаника» 03.02.08 – «Экология» (Биологические науки). Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Новосибирск; 2016, 35 с.

17. Кувачева Н.В., Шилова И.В., Пяк А.И, Амельченко В.П. Содержание и состав флавоноидов и фенолкарбоновых кислот Alfredia cernua (Asteraceae). Растительные ресурсы. 2011;47(4):105-113.

18. Османов Р.М., Алибегова А.Н. Оценка влияния экологических факторов на изменчивость морфологических признаков и содержание фенольных соединений Matthiola odoratissima (левкой душистый) в предгорных условиях Дагестана. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021;2(88):85-90. DOI: https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-85-90

19. Brunetti C, Di Ferdinando M, Fini A, Pollastri S, Tattini M. Flavonoids as antioxidants and developmental regulators: Relative significance in plants and humans. International Journal of Molecular Sciences. 2013;14:3540-3555. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms14023540

20. Рогожникова Е.С., Рахманкулова З.Ф., Шуйская Е.В. Влияние дефицита воды на функции митохондрий и полиморфизм ферментов дыхания у растений. Журнал общей биологии. 2013;74(3):167-179.

21. Коновалов А.А., Шундрина И.К., Карпова Е.В. Полиморфизм ферментов лигнификации у растений: функциональное значение и прикладные аспекты. Успехи современной биологии. 2015;135(5):496-513.

22. Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Гераськин С.А., Дикарева Н.С. Исследование изозимного полиморфизма у сортов ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), контрастных по устойчивости к свинцу. Сельскохозяйственная биология. 2016;51(1):89-99. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.1.89rus

23. Юдина Р.С. Генетика и феногенетика малатдегидрогеназы растений. Информационный вестник. ВОГиС. 2010;14(2):243-254.

24. Шуйская Е.В., Рахманкулова З.Ф., Тодерич К.Н Семиошина Е. С., Усманов И.Ю. Полиморфизм дыхательных белков у С 4 вида Kochia prostrata (L.) Schrad в условиях засухи. Вестник Башкирского университета. 2012;17(3):1267- 1271.

25. Кузнецова В.А., Блинова А.А., Иваченко Л.Е. Влияние гипо- и гипертермии на удельную активность ферментов класса оксидоредуктаз семян сои и множественность их форм. Достижения науки и техники АПК. 2020;34(8)39-44. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-10806

26. Рудакова А.С., Рудаков С.В., Артемьева А.М. Курина А.Б., Кочерина Н.В., Чесноков Ю.В. Полиморфизм эстеразных изоферментов в зрелых семенах редьки посевной (Raphanus sativus l.). Сельскохозяйственная биология. 2020;55(5):956- 969. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.5.956rus

27. Нецветаев В.П., Бондаренко Л.С., Моторина И.П Генетический контроль вариантов альфа-амилаз мягкой пшеницы и сопряженность зимотипов фермента с количественными признаками растений. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2015;9(206):80-91.

28. Кузнецова В.А., Блинова А.А., Тарасова О.Н., Иваченко Л.Е. Активность оксидоредуктаз семян и проростков сои в условиях грибковой инфекции Septoria glycines Hemmi. Аграрный вестник Урала. 2020;7(198):47-55. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2020-198-7-47-55

29. Рудакова А.С., Рудаков С.В., Давыдова Н.В. Мирская Г.В., Журавлева Е.В., Чесноков Ю.В. Изоферментный анализ эстераз в зрелых семенах гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Сельскохозяйственная биология. 2016;51(3):327-334. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.3.327rus

30. Поздняков Д.И., Аджиахметова С.Л., Червонная Н.М. Руковицина В.М., Ларский М.В. Влияние некоторых флавоноидов на изменение активности ферментов цикла трикарбоновых кислот в условиях экспериментальной ишемии головного мозга. Крымский терапевтический журнал. 2020;(3):84-90.

31. Ильич Т.В. Ферменты цикла Кребса и респираторная активность митохондрий печени крыс в присутствии кверцетина и комплекса кверцетин-гидроксипропил-β-циклодекстрин. Вестник Гродненского государственного университета имени Янки Купалы. Серия 5. Экономика. Социология. Биология. 2019;9(3):152-160.

32. Пастушкова Е.В., Тихонов С.Л., Чугунова О.В. Использование чайных напитков антиоксидантной направленности для предупреждения развития стрессовых реакций. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2017;5(4):93-103. DOI: https://doi.org/10.14529/food170412

33. Аджиахметова С.Л., Поздняков Д.И., Червонная Н.М., Куличенко Е.О., Оганесян Э.Т. Взаимосвязь активности митохондриальных ферментов и антиоксидантной активности вторичных метаболитов полифенольной природы листьев гемипаразита Viscum album L. Фармация и фармакология. 2022;10(4):343-353. DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2022-10-4-343-353

34. Фоменко С.Е., Кушнерова Н.Ф., Спрыгин В.Г. Другова Е.С., Мерзляков В.Ю., Лесникова Л.Н. Исследование содержания полифенолов и антиоксидантной активности экстракта морской зеленой водоросли Ulva lactuca L. Химия растительного сырья. 2023;(1):385-393. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.20230111742

35. Губич, О.И., Плевако М.В. Регуляция активности изоферментов пируваткиназы биофлавоноидами и куркумином in vitro. Вестник БГУ. Серия 2: Химия. Биология. География. 2011;(2):27-29.

36. Кольтовер В. К. Антиоксидантная биомедицина: от химии свободных радикалов к системно-биологическим механизмам. Известия Академии наук. Серия химическая. 2010;(1):37.

37. Гончарук Е.А., Казанцева В.В., Загоскина Н.В. Влияние гипотермии на баланс фенольных соединений в растениях гречихи с различным уровнем плоидности. Физиология растений. 2021;68(6):654-663. DOI: https://doi.org/10.31857/S0015330321050043

38. Адекенов С.М. Растительные вещества - потенциальный источник оригинальных антивирусных средств. Химический журнал Казахстана. 2021;3(75):83-96. DOI: https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.41

39. Зверев Я.Ф. Флавоноиды глазами фармаколога. Антиоксидантная и противовоспалительная активность. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2017;15(4):5-13. DOI: https://doi.org/10.17816/RCF1545-13

40. Тарун Е.И., Курченко В.П., Метелица Д.И. Флавоноиды - эффективные протекторы уреазы от ультразвуковой инактивации в растворах. Биоорганическая химия. 2006;32(4):391-398.

41. Олениченко Н.А., Загоскина Н.В., Астахова Н.В., Трунова Т.И., Кузнецов Ю.В. Первичный и вторичный метаболизм озимой пшеницы при холодовом закаливании и действии антиоксидантов. Прикладная биохимия и микробиология. 2008;44(5):589-594.

42. Бронников Г.Е., Кулагина Т.П., Ариповский А.В. Добавка дигидрокверцетина в пищу старым мышам приводит к восстановлению активности митохондриальных ферментов скелетной мускулатуры. Биологические мембраны. 2009;26(5):387-393.

43. Фрайкин Г.Я. Сигнальные механизмы, регулирующие различные ответы растительных клеток на действие УФВ-излучения. Биохимия. 2018;83(7):972-980. 44. DOI: https://doi.org/10.1134/S0320972518070023

44. Тутельян, В.А., Лашнева Н.В. Биологически активные вещества растительного происхождения. Флаваноны: пищевые источники, биодоступность, влияние на ферменты метаболизма ксенобиотиков. Вопросы питания. 2011;80(5):4.

45. Baliou S, Ioannou P, Apetroaei M.-M, Vakonaki E, Fragkiadaki P, Kirithras E, et al. The impact of the mediterranean diet on telomere biology: implications for disease management—A Narrative. Review. Nutrients 2024;16:2525. DOI: https://doi.org/10.3390/nu16152525

46. Litvinchuk AV, Vachelová J, Michaelidesová A, Wagner R, Davídková M. Dose-dependent micronuclei formation in normal human fibroblasts exposed to proton radiation. Radiation and environmental biophysics. 2015;54:327-334. DOI: https://doi.org/10.1007/s00411-015-0598-1