Биохимический состав натурализовавшихся на территории Крымского полуострова Opuntia humifusa, O. phaeacantha, O. engelmannii lidheimeri и перспективы их использования

Актуальность. Опунция отличается высокой экологической адаптивностью и широко распространена во многих странах мира. Устойчивость к дефициту воды и высокая биологическая активность определяют перспективность ее выращивания в качестве сырья для пищевой и фармацевтической промышленности. Опунция хорошо растет в Крыму, встречается в Астраханской области и даже в средней полосе России. Оценка перспектив выращивания опунции в Крыму для практического применения предполагает изучение биохимических характеристик, вариабельность которых в значительной степени определяется местом произрастания.
Материал и методы. Уровень антиоксидантной активности и титруемую кислотность устанавливали титрометрически, содержание полифеноловспектрофотометрически, накопление моносахаров и общее содержание сахаров определяли феррицианидным методом, содержание слизигравиметрически.
Результаты. Исследование биохимических характеристик кладодий, соцветий и плодов 3 видов опунции: Opuntia humifusa, O. phaeacantha, O. engelmannii, – собранных на Южном и Юго-восточном побережье Крыма, выявило широкую вариабельность содержания слизи в плодах (4.3-16.56% на сухую массу), сахаров, и общей антиоксидантной активности. Содержание полифенолов снижалось в ряду: соцветия (18.4-21.0)>плоды (11.7-18)>кладодии (10.2-20.0). Уровень накопления моносахаров в плодах достигал (6.2-31) % и в кладодиях (8.116.0%). Общее содержание сахаров в плодах было 32.6-95%, в кладодиях (15.5-29.7)%. Содержание селена было выше в кладодиях (102-176 мкг/кг с.м.), чем в плодах (46.8-72 мкг/кг с.м.). Наибольший уровень антиоксидантной активности и титруемой кислотности были у O. engelmannii, в то время как максимальное содержание сахаров, слизи и самый высокий уровень индекса вкуса были характерны для O. humifusa. Однако, масса плодов была минимальной у O. humifusa и максимальной у O. engelmannii. Результаты предполагают перспективы использования плодов, кладодий и соцветий всех трех видов опунции с предпочтительным применением O. humifusa в пищевой промышленности, косметике и фармакологии. 

1. Backeberg C. Das Kakteen lexicon. Enumeratio diagnostic Cactacearum. Jena,1976. 589 p.

2. Anderson E.F. The cactus family. Portland. 2001. 777 p.

3. Hunt D.R. CITES Cactaceae Checklist. England. 2016. 174 p.

4. The Plant List. 2013. Version 1.1. URL: http://www.theplantlist.org/

5. POWO – Plant of the World On-line. 2024. URL: https://powo.science.kew.org/

6. Novoa A., Le Roux, J.J., Robertson, M.P., Wilson, J.R.U., Richardson, D.M. Introduced and invasive cactus species: a global review. AoB PLANTS. 2015;7:plu078. https://doi.org/10.1093/aobpla/plu078

7. Багрикова Н.А., Рыфф Л.Э., Чичканова Е.С., Перминова Я.А. Характеристика плодов и семян натурализовавшихся в Крыму представителей рода Opuntia (Cactaceae). Ботанический журнал. 2021;106(10):1002-1015. https://doi.org/10.31857/S0006813621100033 https://elibrary.ru/skhenh

8. Le Houérou H.N. Cacti (Opuntia spp.) as a fodder crop for marginal lands in the Mediterranean basin. Acta Hort. 2002;581:21-46. https://doi.org10.17660/ActaHortic. 2002.581.1

9. Mohamed-Yasseen Y., Barringer S.A., Splittstoesser W.E. A note on the uses of Opuntia spp. in Central/North America. J. Arid Environ. 1996;32:347353.

10. Nobel P.S. Environmental Biology, in: Barbera, G., Inglese, P., PimientaBarrios, E. (Eds.), Agro-ecology, Cultivation and Uses of Cactus Pear. FAOPlant Production and Protection Paper, Rome. 1995;132:36-48.

11. Ramadan M.F., Ayoub T.E.M., Rohn S. Opuntia spp.: Chemistry, bioactivity and industrial application. – Springer, 2021. https://doi.org/10.1007/978-3030-78444-7

12. Афанасьев В.Е. О способах иммиграции новых видов во флору Астраханской области. Вестник Астраханского гос. технического университета. 2009;1(48):89-91. https://elibrary.ru/kufpvn

13. Бялт В.В. Opuntia Mill. В кн.: Конспект флоры Восточной Европы. Т. 1. Санкт-Петербург; Москва: КМК; 2012. С.198-200.

14. Ostapko V.M. Escape in the wild of Opuntia humifusa (Raf.) Raf. in Donbass. Industrial Botany. 2020;20(3):76-81. https://elibrary.ru/zkttdf

15. Багрикова Н.А., Перминова Я.А. Характеристика и распространение натурализо-вавшихся в Крыму представителей рода Opuntia (Cactaceae). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(3):149160. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-3-149-160 https://elibrary.ru/wujyeb

16. Inglese P., Basile F., Schirra M., Cactus per fruit production, in: Nobel, P. S. (Ed.), Cacti. Biology and Uses, University of California Press, Berkeley, Los Angeles, London. 2002. P.163-183.

17. Barba F.J., Garcia C., Fessard A., Munekatac P.E.S., Lorenzo J.M., Aboudiad A., Ouadiad A., Remize F. Opuntia Ficus Indica Edible Parts: A Food and Nutritional Security Perspective. Food Rev. Int. 2020;38(5):930-952. https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1756844

18. Rocchetti G., Pellizzoni M., Montesano D., Lucini L. Italian Opuntia ficusindica Cladodes as Rich Source of Bioactive Compounds with HealthPromoting Properties. Foods. 2018;7(2):24. https://doi.org/10.3390/foods7020024

19. Dok-Go H., Lee K.H., Kim H.J., Lee E.H., Lee J., Song Y.S., Lee Y.H., Jin C., Lee Y.S., Cho J. Neuro-protective effects of antioxidative flavonoids quercetin, β-dihydroquercetin and quercetin 3-methyl ether, isolated from Opuntia ficus-indica var. Saboten. Brain Res. 2003;965:130–136. https://doi.org/10.1016/S0006-8993(02)04150-1

20. Stintzing F.C., Herbach K.M., Mosshammer M.R.; Carle, R.; Yi, W.; Sellappan, S.; Akoh, C.C.; Bunch, R.; Felker, P. Color, Betalain Pattern, and Antioxidant Properties of Cactus Pear (Opuntia spp.) Clones. J. Agric. Food Chem. 2005;53:442–451.

21. Shoukat R., Cappai M., Pia G., Pilia L. An Updated Review: Opuntia ficus indica (OFI) Chemistry and Its Diverse Applications. Appl. Sci. 2023;13:7724. https://doi.org/10.3390/app13137724

22. Madrigal-Santillán E., García-Melo F., Morales-González J.A., VázquezAlvarado P., Muñoz-Juárez S., Zuñiga-Pérez C., Sumaya-Martínez M.T., Madrigal-Bujaidar E., Hernández-Ceruelos A. Antioxidant and anticlastogenic capacity of prickly pear juice. Nutrients. 2013;5(10):4145-4158. https://doi.org/10.3390/nu5104145

23. Nunez-Castelum J.A., Conzalez-Fernandez R., Hernandez-Herrera A., Campas-Baypoli O. N., Rodriguez-Ramirez R., Lobo-Galo N., Valero-Galvan J. Morphological characteristics, chemical composition and antioxidant activity of seeds by four wild Opuntia species from North of Mexico. JPACD. 2018;20:23-33.

24. Dubeux J.C.B., dos Santos M.V.F., da Cunha M.V., dos Santos D.C., de Almeida Souza R.T., de Mello A.C.L., de Souza T.C. Cactus (Opuntia and Nopalea) nutritive value: A review. AFST. 2021;275:114890. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2021.114890

25. Golubkina N.A., Kekina H.G., Molchanova A.V., Antoshkina M.S., Nadezhkin S.M., Soldatenko A.V. Plant antioxidants and methods of their utilization. Moscow 2020, Infra-M, 257 p.

26. Swamy P.M. Laboratory Manual on Biotechnology. Rastogi Publications: Meerut, India, 2008. 617 p

27. ISO 750-2013 Fruit and vegetable products. Determination of titratable acidity. 2013. Standartinform, Moscow.

28. Navez B., Letard M., Graselly D., Jost J. ‘Les critéres de qualité de la tomate’, Infos-Ctifl 1999, 155. P. 41-47.

29. Otálora M.C., Wilches-Torres A., Lara C.R., Cifuentes G.R., Gómez Castaño J.A. Use of Opuntia ficus-indica Fruit Peel as a Novel Source of Mucilage with Coagulant Physicochemical/Molecular Characteristics. Polymers. 2022;14:3832. https://doi.org/10.3390/ polym14183832

30. Alfthan G.V. A micromethod for the determination of selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube fluorimetry. Anal. Chim. Acta. 1984;165:187-194. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)85199-5

31. Компот из опунции. 2018. URL: https://nikitasad.ru/bez-rubriki/kompot-izopuntsii/

32. Yoon J.-A., Hahm S.-W., Son Y.-S. Nutrients Contents in Different Parts of Prickly Pear (Opuntia humifusa) and Possible Anti-Breast Cancer Effect 2009. Korean J. Food Nutr. 2009;22(4).

33. Obi K., Frolova L., Fuierer P. Preparation and performance of prickly pear (Opuntia phaeacantha) and mulberry (Morus rubra) dye-sensitized solar cells. Solar Energy. 2020;208:312–320. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.08.006

34. Waal H.O. Opuntia ficus-indica and O. engelmannii and its utilisation as processed animal feed. Acta Hort. 2022;1343:18. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2022.1343.18

35. Ngoc L.T.N., Moon J.Y., Lee Y.C. Beneficial Effects of Opuntia humifusa (Korean Cheonnyuncho) on Human Health Based on Antioxidant Properties: Systematic Review and Meta-Analysis. Antioxidants (Basel). 2023;12(1):174. https://doi.org/10.3390/antiox12010174

36. Cha M.N., Jun H.I., Lee W.J., Kim M.J., Kim, M.K., Kim Y.S. Chemical composition and antioxidant activity of Korean cactus (Opuntia humifusa) fruit. Food Sci Biotechnol. 2013;22:523-529. https://doi.org/10.1007/s10068-0130110-0

37. Shin D.-S., Han G.-J., Oh S-G., Park, H.-Y. Functional component analysis and physical property of Cheonnyuncho (Opuntia humifusa) powder. Korean J. Food Preservation. 2015;22(6):838-844. https://doi.org/10.11002/kjfp.2015.22.6.838

38. Adjeroud N., Elabbas S., Merzouk B., Hammoui Y., Felkai-Haddache L., Remini H., Leclerc J.-P., Madani K. Effect of Opuntia ficus-indica Mucilage on Copper Removal from Water by Electrocoagulation-Electroflotation. Technique. J. Electroanal. Chem. 2018;811:26–36. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.12.081

39. Salehi E., Emam-Djomeh Z., Fathi M., Askari G. Emerging Natural Hydrocolloids. John Wiley & Sons; Chichester, UK: 2019.

40. Багрикова Н.А., Голубкина Н.А., Науменко Т.С. Антиоксидантный статус натурализовавшихся в Крыму представителей рода Opuntia . Труды НОЦ-Ботанический сад МГУ. Вып.VII Роль коллекций в сохранении биоразнообразия суккулентных растений ex-situ: материалы Всероссийской Научно-Практической Конференции с Международным участием (Москва, 16-20 октября 2023). М., 2024. С.21-25.

41. Liu H., Xiao C., Qiu, T., Deng, J., Cheng, H., Cong, X., Cheng, S., Rao, S., Zhang, Y. Selenium Regulates Antioxidant, Photosynthesis, and Cell Permeability in Plants under Various Abiotic Stresses: A Review. Plants. 2023;12:44. https://doi.org/10.3390/plants12010044

42. Sepúlveda E., Saenz C., Aliaga E., Aceituno C. Extraction and Characterization of Mucilage in Opuntia spp. J. Arid Environ. 2007;68(4):534545. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv. 2006.08.001

43. Melgar B., Pereira E., Oliveira M., Ferreira I.C.F.R. Extensive profiling of three varieties of Opuntia spp. fruit for innovative food ingredients. Food Res. Int. 2017;101:259-265. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.09.024

44. Allegra A., Sortino G., Inglese P., Settanni L., Todaro A., Gallotta A. The Effectiveness of Opuntia ficus-indica Mucilage Edible Coating on Post-Harvest Maintenance of ‘Dottato’ Fig (Ficus сarica L.) Fruit. Food Packag. Shelf Life. 2017;12:135-141. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2017.04.010