Перспективы использования амаранта сортов "Кизлярец", "Валентина" и "СЭМ" для получения масел и биоактивных веществ

Полная исследовательская публикация _______ Миронов В.Ф., Минзанова С.Т., Карасева А.Н., Карлин В.В., Выштакалюк А.Б.,

Миндубаев А.З. и Цепаева О.В.

Размещено на http://www.allbest.ru/

72 _________________ http://butlerov.com ________________________________________ ©-- Butlerov Communications 2004. Vol.6. No.1. 69.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы использования амаранта сортов «КИЗЛЯРЕЦ», «ВАЛЕНТИНА» и «СЭМ» для получения масел и биоактивных веществ

Миронов Владимир Федорович, Минзанова Салима Тахиятулловна, Карасева Алла Николаевна, Карлин Василий Викторович, Выштакалюк Александра Борисовна, Миндубаев Антон Зуфарович Цепаева Ольга Викторовна Лаборатория фосфорилированных аналогов природных соединений. Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН

Резюме

В ходе проведенных исследований впервые выделены и изучены масла семян амаранта сортов «Кизлярец», «Валентина» и «СЭМ». Получены среднестатистические данные по составу нейтральных и кислотных компонентов и биологически активного компонента сквалена в исследованных семенах амаранта. Установлено, что основными кислотами масла семян амаранта перечисленных сортов являются С₁₈-непредельные кислоты: линолевая, олеиновая и линоленовая. Определено содержание сквалена в нейтральной части масел, соответствующее 39.4-43.0% («Кизлярец»), 48.5% («Валентина») и 26.8% («СЭМ»).

Ключевые слова: амарант, растительное масло, жирные кислоты, сквален, газо-жидкостная хроматография, масс-спектрометрия.

Введение

В связи с интенсивным исследованием биологических функций липидов получена значительная информация о биологической роли непредельных жирных кислот, входящих в различных соотношениях в состав растительных масел семян многих культурных и дикорастущих растений. Из литературных источников [1, 2] известно, что они являются важнейшими компонентами, регулирующими внутриклеточные биохимические реакции и физиологические процессы в организме человека. Противораковая активность, а также некоторые другие виды биологической активности обнаружены и для масел семян ряда сортов амаранта, которые богаты также и скваленом [3]. Сквален, С₃₀Н₅₀ - углеводород, производное изопрена, предшественника тритерпенов и стероидных соединений - натуральный компонент растительных масел, таких как оливковое, пальмовое масло, масло зародышей пшеницы, амарантовое масло. Основным источником сквалена является печень глубоководных акул. Сквален используется для производства стероидных гормональных препаратов, для профилактики онко- и кардиозаболеваний, в качестве детоксифицирующего средства, для косметических целей, а также смазочных материалов для компьютерных дисков [4, 5].

Учитывая тот факт, что растительное масло состоит из двух основных частей - кислотной и нейтральной, важной задачей является определение количественного соотношения и содержания их в растительных маслах, идентификация других биологически активных компонентов и оценка содержания сквалена.

Цель настоящей работы - получение среднестатистических данных по составу нейтральных и кислотных компонентов, а также сквалена в семенах амаранта сортов «Кизлярец», «Валентина» и «СЭМ», произрастающих в Белгородской области.

1. Результаты и дискуссия

В последние два десятилетия проводятся интенсивные исследования по изучению биологической роли растительных масел семян различных культурных и дикорастущих растений и С-18-непредельных карбоновых кислот - олеиновой, линолевой, линоленовой и других кислот, входящих в их состав. Установлено, что биологической активностью могут обладать как кислые липиды, входящие в состав масел, так и сами масла в нативной форме. Так, известна противоопухолевая активность льняного масла, содержащего смесь непредельных С-18-кислот. Именно с этими кислотами связывается его биологическое действие.

Аналогичная противораковая активность, а также некоторые другие виды биологической активности обнаружены и для некоторых сортов масел семян амаранта. Поскольку растительное масло состоит из двух основных частей - кислотной и нейтральной части, важной задачей является определение количественного соотношения и содержания их в растительных маслах и идентификация биологически активных компонентов. На эти количественные показатели влияют генетические особенности сортовых различий растительной культуры, почвенно-климатические условия, зоны репродукции, технологические приемы возделывания и технологические показатели качества семян. Все это требует не только изучения сборов семян различных лет возделывания, но и набора среднестатистических данных в пределах одного сорта одного года урожая. Это делает также актуальной задачей скрининговые исследования по содержанию в маслах биологически значимых веществ, в том числе сквалена.

Амарантовые масла получали экстракционным способом из измельченных семян амаранта с использованием хлористого метилена. Экстракцию проводили в аппарате Сокслета при соотношении количество семян: количество растворителя в пределах 3.4-5.6 кратного количества растворителя по отношению к весу семян. Такое варьирование количества растворителя проведено в целях определения оптимальных условий экстрагирования масла.

Проведено 10 опытов в целях получения данных по извлечению масел и получения среднестатистических результатов, которые представлены в табл. 1.

Табл. 1. Среднестатистические данные по получению масел из семян амаранта сорта “Кизлярец” (урожая 2003 г.).

Как было отмечено выше, все растительные масла состоят из кислот (в виде эфиров) и нейтральных компонентов, к которым относится и сквален. Для определения содержания кислотных и нейтральных компонентов масла подвергали омылению щелочью в водно - спиртовой среде до образования солей кислот и экстрагировали последовательно гексаном и бутанолом (после подкисления реакционной смеси до образования свободной кислоты), результаты представлены в табл. 2. Для получения среднестатистических данных проведено 10 опытов.

В результате проведенных исследований установлено, что основными кислотами масла семян амаранта “Кизлярец” являются С-18-непредельные кислоты линолевая, олеиновая и линоленовая. По соотношению этих кислот амарантовое масло находится между льняным и хлопковым маслами. Изучение количественных показателей проводили аналитическим весовым способом, методами газо-жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.

Табл. 2. Выход нейтральных продуктов и кислот из масел семян амаранта “Кизлярец”.

Ценным нейтральным компонентом масла семян сорта “Кизлярец” являет терпеновый биоактивный углеводород сквален. Определение содержания сквалена проводили для фракции 2-1 методом ГЖХ (газожидкостного хроматографического анализа) и для фракций 2 и 9 дополнительно методом масс-спектроскопии. По результатам наших исследований установлено, что содержание сквалена в нейтральных частях масел амаранта сорта “Кизлярец” по данным ГЖХ оставляет - 39.4-43%, по данным масс-спектроскопии 41.2%.

Второй задачей настоящего исследования является скрининг сортов амаранта “Валентина” и “Сэм” по содержанию в них сквалена с получением среднестатистических данных по соответствующим образцам. Анализ содержания сквалена проведен методом газо-жидкостной хроматографии в сравнении с эталоном - стандартным образцом сквалена. Статистические количественные показатели определяли по четырем повторности в каждом случае. Для подготовки к анализу масла из семян амаранта сортов “Валентина” и “Сэм” аналогично экстрагировали хлористым метиленом в аппарате Сокслета, и омыляли в водно-спиртовом растворе. Полученные данные по содержанию масел в сортах “Валентина” и “СЭМ” представлены в табл. 3.

Табл. 3. Среднестатистические данные по содержанию масел в семенах амаранта сортов “Валентина” и “СЭМ”.

Для количественного определения содержания нейтральных компонентов в масле последние подвергали омылении в водноспиртовой среде и разделяли на кислотную и нейтральные части. Нейтральные компоненты, в том числе сквален, извлекали гексаном после подкисления реакционной массы до образования свободных кислот.

Для получения среднестатистических данных для каждого образца масел проведено по 4 опыта. Исключение: сортнедозрелые семена амаранта “Валентина”. Экс-периментальные исследования показывают нецелесообразность работы с этим маслом из-за сильной пены и наличия темноокрашенных густых веществ. Полученные данные по незрелым семенам приблизительны. Тем не менее, для этого сорта проведено 2 опыта по определению содержания нейтральных веществ. Все полученные результаты представлены в табл. 4.

Табл. 4. Содержание нейтральных веществ и кислот в маслах семян амаранта сортов “Валентина” и “СЭМ”.

В ходе проведенных исследований установлено, что содержание сквалена в нейтральных липидных частях масел семян амаранта “Валентина” (зрелые семена) и “Сэм”, выращенных в Белгородской области в 2003 году, составляет 48.49 и 26.79% соответственно.

Полученные данные по исследуемым сортам семян амаранта в сравнительном аспекте представлены графически: на рис. 1 по среднестатистическому содержанию масла в исследованных сортах амаранта, на рис. 2. по среднестатистическому содержанию сквалена в нейтральных частях масел семян амаранта.

Рис. 1. Среднестатистическое содержание масла в исследованных сортах амаранта, %.

Рис. 2. Среднестатистическое содержание сквалена в нейтральной части масла исследованных сортов амаранта.

2. Экспериментальная часть

Среднестатистические результаты по извлечению масел из семян амаранта сорта Кизлярец 2003 г.

Опыт 1. В аппарат Сокслета внесли 108.2 г измельченных семян и экстрагировали 600 мл хлористого метилена 7 часов. Экстракт отфильтровали, растворитель отогнали при атмосферном давлении, остаток вакуумировали под давлением масляного насоса. Получено 8.38 г масла. Выход 7.76 %. Соотношение растворитель - вещество 5.6 крат.

Аналогично проведено 9 экспериментов. Изменение соотношения растворитель: вещество

Опыт 2. Аналогично, из 142.29 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 10.70 г масла. Выход 7.49%. Соотношение растворитель: вещество - 4.2 крат.

Опыт 3. Аналогично из 156.23 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.66 г масла. Выход 8.81%. Соотношение растворитель: вещество - 3.9 крат.

Опыт 4. Аналогично, из 154.90 г семян, с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.31 г масла. Выход 8.56%. Соотношение растворитель: вещество - 3.9 крат.

Опыт 5. Аналогично, из 151.26 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 12.58 г масла. Выход 8.31%. Соотношение растворитель: вещество - 4.0 крат.

Опыт 6. Аналогично, из 141.34 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена. получено 11.76 г масла. Выход 8.32%. Соотношение растворитель: вещество - 4.2 крат.

Опыт 7. Аналогично, из 152.00 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.11 г масла. Выход 8.63%. Соотношение растворитель: вещество - 4.0 крат.

Опыт 8. Аналогично, из 177.10 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 15.3 г масла. Выход 8.64%. Соотношение растворитель: вещество - 3.4 крат.

Опыт 9. Аналогично, из 178.55 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.8 г масла. Выход 7.73%. Соотношение растворитель: вещество - 3.4 крат.

Опыт 10. Аналогично из 179.20 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 14.51 г масла. Выход 8.09%. Соотношение растворитель: вещество - 3.4 крат.

Полученный цифровой материал обрабатывали статистически на компьютере в программе Origin 6.1, данные сравнивали по t-критерию Стьюдента. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Среднестатистические результаты по содержанию нейтральных продуктов в маслах из семян амаранта сорта Кизлярец (урожай 2003 года).

Опыт 1. 10 г масла смешивали с 25 мл диэтилового спирта, раствором 1.0 г- КОН в 5 мл воды добавили 5 мл гексана, нагревали при перемешивании 3 часа при 50-55 С. Контроль за ходом процесса проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) в сравнении с чистым образцом сквалена, элюент - бензол.

После завершения реакции нейтральные продукты извлекали гексаном (3 раза по 30 мл). Гексановый экстракт сушили над прокаленным MgSO₄, растворитель отгоняли под вакуумом. Получено 4.5 г нейтральных продуктов. Водно-спиртовый слой после отделения нейтральных продуктов подкисляли разбавленной H₂SO₄ до рН=3 и свободные жирные кислоты извлекали бензолом (3 раза по 30 мл). Бензольный экстракт сушили MgSO₄ и концентрировали под вакуумом. Получено 3.6 г жирных кислот.

Анализ результатов методом ТСХ показал, что реакция прошла не до конца, поэтому количественные показатели реакции в опытах 2-10 были изменены и среднестатистические результаты далее определяли по опытам 2-10.

Опыт 2. Смешивали 10.0 г масла амаранта, 30 мл диэтилового спирта, раствор 1.5 г-КОН в 6 мл воды, 6 мл гексана и далее, аналогично опыту 1 проводили процесс омыления масла. Получено 2.02 г нейтрального продукта (выход 20.2%) и 5.65 г смеси кислот.

Аналогично опыту 2 проведено 8 опытов. Цифровой материал обрабатывали статистически на компьютере в программе Origin 6.1, полученные результаты представлены в табл. 2.

Среднестатистические результаты по содержанию масла в семенах амаранта сорта “Валентина” урожая 2003 г.

Опыт 1. В аппарат Сокслета внесли 127.62 г недозрелых измельченных семян и экстрагировали 600 мл хлористого метилена 7 часов. Экстракт отфильтровали, растворитель отогнали при атмосферном давлении, остаток вакуумировали под давлением масляного насоса. Получено 7.7 г масла. Выход 6.03%. Примечание: масло сильно пенится, темное, сложное в работе.

Опыт 2. Аналогично из 110.86 г недозрелых измельченных семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 7.25 г масла. Выход 6.53%. Примечание: масло сильно пенится, темное, сложное в работе.

Опыт 3. Аналогично из 110.06 г недозрелых измельченных семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 6.83 г масла. Выход 6.28%. Примечание: масло сильно пенится, темное, сложное в работе.

Опыт 4. Аналогично из 110.04 г недозрелых измельченных семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 6.94 г масла. Выход 6.25%. Примечание: масло сильно пенится, темное, сложное в работе.

По результатам 4 опытов среднестатистический выход масла из недозрелых семян амаранта сорта “Валентина” составляет 6.27 %

Опыт 5. Аналогично из 123.5 зрелых измельченных семян амаранта сорта “Валентина“ с использованием 600 мл хлористого метилена получено 8.13 г масла. Выход 6.58 %.

Опыт 6. Аналогично из 149.20 г зрелых измельченных семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 9.19 г масла. Выход 6.16 %.

Опыт 7. Аналогично из 150.87 г зрелых измельченных семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 9.49 г масла. Выход 6.29 %.

Опыт 8. Аналогично из 164.51 г семян с использованием 600 мл хлористого метилена получено 10.07 г масла. Выход 6.12 %.

Цифровой материал обрабатывали статистически на компьютере в программе Origin 6.1, полученные результаты представлены в табл. 3.

Среднестатистические результаты по содержанию масла в семенах амаранта сорта “СЭМ” урожая 2003 г.

Опыт 1. В аппарат Сокслета внесли 139 г измельченных семян и экстрагировали 600 мл хлористого метилена 7 часов. Экстракт отфильтровали, растворитель отогнали при атмосферном давлении, остаток вакуумировали под давлением масляного насоса. Получено 11.73 г масла. Выход 8.44%.

Опыт 2. Аналогично из 141.63 г измельченных семян амаранта с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.65 г масла. Выход 9.60%.

Опыт 3. Аналогично их 149.81 г измельченных семян амаранта с использованием 600 мл хлористого метилена получено 13.00 г масла. Выход 8.68%.

Опыт 4. Аналогично из 143.75 г измельченных семян амаранта с использованием 600 мл хлористого метилена получено 12.00 г масла. Выход 8.37%.

Цифровой материал обрабатывали статистически на компьютере в программе Origin 6.1, полученные результаты представлены в табл. 3.

Среднестатистические результат по содержанию нейтральных компонентов в маслах семян амаранта сортов “Валентина” и “CЭМ”.

Опыт 1. 7.7 г масса из недозрелых семян сорта “Валентина” растворили в 30 мл этилового спирта, добавили раствор 1.5 КОН в 5 мл воды, 5 мл гексана и нагревали при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55 ^oС 3 часа.

После завершения реакции нейтральные продукты извлекали гексаном (3 раза по 50 мл). Гексановый слой сушили над прокаленным Мg SO₄, растворитель отогнали под вакуумом. Получено 0.73 г продукта. Выход 9.48%. Примечание: застывает при комнатной температуре, темный цвет. Водно-спиртовый слой после отделения нейтральных продуктов подкисляли разбавленной Н₂SO₄ до рН=3 и свободные кислоты извлекали бензолом (3 раза по 30 мл). Бензольный экстракт сушили MgSO₄ и концентрировали под вакуумом. Получено 4.13 г жирных кислот. Выход 53.64%. Полученные результаты по содержанию нейтральных компонентов в масле представлены в табл. 4.

Примечание: суммарный выход нейтральных и кислотных частей в данном опыте и во всех последующих не равен 100%, т.к. в ходе омыления отщепляется глицерин и другие высшие спирты, содержавшиеся в составе эфиров кислот, которые не извлекаются органическими растворителями и остаются в водных растворах.

семя амарант масло сквален

Выводы

Получены методом экстракции растительные масла из семян амаранта сортов “Кизлярец”, “Валентина” и “СЭМ”, выход масла составляет 6.0-9.5%.

Установлено, что основными кислотами масла семян амаранта сортов “Кизлярец”, “Валентина” и “СЭМ” являются С₁₈ непредельные кислоты: линолевая, олеиновая и линоленовая.

Установлено, что содержание сквалена в нейтральных частях масел сорта “Кизлярец” составляет - 39.4-43%, а содержание сквалена в нейтральных липидных частях масел семян амаранта “Валентина” и “СЭМ”, составляет 48.5 и 26.8% соответственно.

Литература

1. Дятловицкая ЭВ., Безуглов В.В. Липиды как биоэффекторы. Биохимия. 1998. Т.63. №1. С.3.

2. Марцо В.Ди. Ненасыщенные жирные кислоты как эндогенные биорегуляторы. Биохимия. 1998. Т.63. №1. С.16.

3. Миндубаев А.З., Гинс В.К., Карлин В.В. и др. Оценка состава масел новых сортов амаранта. V международный симпозиум “Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования”. Материалы симпозиума. М.: РУДН. 2003. Т.3. С.120-121.

4. Кононков П.Ф., Гинс В.К., Гинс М.С. Амарант - перспективная культура XXI века. М.: РУДН. 1999. 296с.

5. P. Bhattacharjee and R.S. Singhal Extraction of squalene from yeast by supercritical carbon dioxide. World Journal of Microbiology & Biotechnology. 2003. №19. P.605-608.

Размещено на Allbest.ru