Хлорелла необыкновенная. В России ищут формулу антиоксидантного пива

В Уральском федеральном университете придумали добавлять водоросли в пиво для снижения вреда алкоголя. Профессор Елена Ковалева и инженер-исследователь Квинси Окечукву, прошедший стажировку в медицинском университете Шарите в Берлине, попробовали сварить пилснер с экстрактом хлореллы обыкновенной, одноклеточной водоросли. Ученые рассказали, как эта «мелюзга», содержащая в своем составе антиоксиданты, может помочь нашей печени в ее борьбе с токсическим воздействием этанола. А попутно — улучшить органолептику напитка.

Зачем в пиве антиоксиданты и причем тут печень

Печень — орган, который расщепляет и обезвреживает яды. Однако у этой полезной функции, объясняют ученые, есть побочное действие: при расщеплении алкоголя, некоторых лекарств или пестицидов в печени образуются агрессивные свободные радикалы. Это молекулы, в составе которых недостает одного электрона — например, O₂⁻˙ или ˙OH. Эти соединения отбирают электроны у всего, что встречают на пути, повреждают они таким образом и оболочки клеток печени.

Повреждение тканей свободными радикалами в медицине называют окислительным стрессом. Из-за него печень быстрее стареет и разрушается, и один из провокаторов такого вредного воздействия — алкоголь. Защитить клетки от повреждений способны антиоксиданты. Их добавление в пиво, которое и само обладает антиоксидантными свойствами, поможет если не совсем нивелировать, то несколько нейтрализовать разрушительное действие этанола.

Секрет антиоксидантов в том, что они легко жертвуют своими электронами: их молекулы содержат особые активные зоны — например, фенольные группы -ОН у растений, где электроны слабо связаны с атомами. Свободные радикалы атакуют эти участки и тем самым обезвреживаются.

Одним из доступных источников антиоксидантов выступает одноклеточная водоросль хлорелла обыкновенная, или Chlorella vulgaris. Заведующая лабораторией биотрансформационных технологий и пищевой химии Уральского Федерального университета, профессор Елена Ковалева и ее аспирант, инженер-исследователь Квинси Окечукву добыли экстракт хлореллы ультразвуковым методом и провели опытные варки, вводя экстракт в сусло перед забраживанием. Результаты были опубликованы в международном научном журнале Beverages, посвященном технологиям в области производства напитков. 

— Пиво и само по себе содержит антиоксиданты — отмечает Елена Ковалева. — Порядка 70–80% их общего количества в пиве обеспечивает солод, еще 30% — хмель. Однако изначальная концентрация антиоксидантов в сусле снижается после кипячения. Кроме того, в процессе ферментации, розлива и хранения они биотрансформируются в менее полезные формы. Экстракт C. vulgaris восстанавливает и усиливает антиоксидантный потенциал напитка, ведь он содержит такие группы антиоксидантов, как полифенолы, в том числе флавоноиды, и каротиноиды — лютеин, β-каротин и ликопин. Они известны своей способностью снижать окислительный стресс, обеспечивать потенциальную защиту сердечно-сосудистой системы и поддерживать здоровье печени. Во время своей стажировки в Германии Квинси проводил тесты in vitro и на животных на базе специализированной лаборатории, исследующей влияние этанола на организм человека. Он изучал воздействие алкоголя на печень в отсутствие экстракта хлореллы и при его добавлении. Данные проб печени, добытые при помощи лапароскопии  (метод хирургии, при котором доступ к органам осуществляется через прокол), показали, что употребление экстракта C. vulgaris предотвращает перекисное окисление липидов в мембранах клеток.

— Хотя мы пока не оценивали маркеры печени у людей, уже сейчас можно предполагать, что действие C. vulgaris на человека будет сходным с реакцией лабораторных животных. Опыты доказывают эффективность экстракта хлореллы для снижения вредного воздействия этанола, — уточняет Квинси. Точные результаты его исследования, основанные на данных лапароскопии, готовятся к публикации, а потому пока не разглашаются.

Природная кладовая антиоксидантов

Исследователи поделились выводами о том, сколько антиоксидантов вмещает в себя водоросль, которую предлагается использовать для производства функционального пива.

— Общее содержание фенольных соединений в полученном экстракте оказалось на уровне около 45 мг GAE на грамм, — отмчает Елена Ковалева. — Содержание  флавоноидов составило 470 мг RUE/г.

GAE – единица измерения концентрации общих фенолов, RUE — только флавоноидов. Расшифровываются эти аббревиатуры как «эквивалент галловой кислоты» и «эквивалент рутина». Оба вещества, известных антиоксидантными свойствами, используют как эталонные меры эффективности антиоксидантов: они стабильны, предсказуемо реагируют в лабораторных тестах и широко встречаются в природе. Концентрация фенолов в экстракте хлореллы 45 мг GAE/г. означает, что один ее грамм сравним по антиоксидантной силе с 45 мг галловой кислоты.

В обычном светлом пиве может содержаться 150-300 мг GAE на литр (данные исследования, опубликованного в Journal of Chemical Health Risks). Литр функционального пива с 1% хлореллы получает дополнительные 45 мг GAE. Значит, концентрация фенолов в таком пиве будет увеличена на 15-30%.

Эффект водоросли 

Под руководством Елены Ковалевой ученые оценили воздействие хлореллы на производственную технологию и само пиво, которое получается в результате. Исследователи добавляли экстракт микроводоросли в разных концентрациях: 0,5 грамма, 1 или 5 граммов на литр.  Оказалось, что в дозировке 1 грамм на литр хлорелла улучшила жизнеспособность дрожжей, повысила их толерантность к собственному спирту, ускорила брожение без потери качества и усилила ароматику.

— Мы заметили, что благодаря экстракту хлореллы жизнеспособность и рост дрожжей улучшаются, возрастает их устойчивость к этанолу, — говорит Елена Ковалева. — Индикатором хорошего самочувствия дрожжевых клеток и их жизненной активности становится репродукция АТФ. Если дрожжи производят и запасают АТФ — значит, они хорошо питаются и создают энергетические запасы. Выяснилось, что экстракт хлореллы, введенный в концентрации 1%, улучшает показатель АТФ до 180 нмоль против обычных 87 нмоль на пятый день ферментации. Как следствие — в партиях с добавлением экстракта снижение плотности, измеряемое в Brix, происходило быстрее, а количество живых дрожжей оставалось выше на протяжении семидневного брожения, чем при стандартной производственной технологии. Результаты исследований могут быть использованы на практике при производстве функционального пива.

Провели исследователи и сенсорную оценку профиля пива с хлореллой. Оказалось, что в различных  концентрациях хлорелла проявляет себя по-разному в органолептике.

— Умеренные добавки, до 5 г/л, улучшили ароматический профиль летучих соединений. Например, увеличилось содержание изоамилгексаноата, 1-гексанола, β-мирцена, геранилацетата, отвечающих за фруктовые и цветочные ноты, — говорит Квинси Окечукву. — Зато при высокой концентрации, 5 г/л и более, дегустаторы отметили посторонние привкусы и дефекты аромата, такие как растительные или болотные ноты.

Изоамилгексаноат придает пиву ноты фруктов, прежде всего — банана, как в классическом вайцене. Гексанол ответствен за  травянистые ноты, β-Мирцен, компонент эфирных масел хмеля, отдает хвоей, цитрусом или перцем. Наконец, геранилацетат вносит цветочные ноты розы или герани.

Усиление ароматики пива — как в негативную, так и в позитивную сторону — объясняется тем, что экстракт хлореллы богат витаминами, минералами, аминокислотами и жирными кислотами. Эти вещества служат материалом или помощниками для дрожжевого обмена веществ, усиливая образование летучих ароматических соединений (ЛОС) при брожении. Экстракт также увеличивает экспрессию генов дрожжей ATF1 и ATF2, отвечающих в том числе за выработку ЛОС.

На вкус микроводоросль влияет более умеренно или делает его слегка специфическим при концентрациях, превышающих 5 г/л. Ученые уверены, что это поправимо, ведь все дело в подборе оптимальной дозировки:

— Экстракт хлореллы существенно повлиял на среднюю оценку аромата, но вкус, горечь и общее впечатление получили более низкие оценки, —  Необходимы дальнейшие исследования для определения оптимальной дозировки экстракта C. vulgaris , которая наилучшим образом повлияла бы на общие органолептические характеристики обогащенного пива.

Ковалева Елена Германовна* — профессор кафедры технологии органического синтеза ХТИ, УрФУ зав. лаб. биотрансформационных технологий и пищевой химии Научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий.  

Окечукву Квинси Нзубечукву* — инженер-исследователь биотрансформационных технологий и пищевой химии Научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий ХТИ

Яна Таранова