Методи визначення каротиноїдів у рослинній сировині: теоретичний аспект

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методи визначення каротиноїдів у рослинній сировині: теоретичний аспект

Катерина Ляшок

(студентка ІІ курсу другого (магістерського) рівня вищої освіти природничо-географічного факультету)

Науковий керівник - доктор педагогічних наук, доцент Плющ В.М.

У статті обґрунтовано дію каротиноїдів на організм людини та здійснено якісну оцінку каротиноїдного складу в рослинній сировині. Визначено провідним методом ідентифікації та встановлення наявності каротиноїдів тонкошарову хроматографію; а методом кількісного визначення - спектрофотометрію. На основі аналізу методів визначення та властивостей каротиноїдів визначено оптимальні умов дослідження визначення каротиноїдів у рослинній сировині.

Ключові слова: каротиноїди, рослинна сировина, тонкошарова хроматографія, спектрофотометрія.

Постановка проблеми

Каротиноїди - натуральні пігменти, представлені тетратерпенами або їх похідними, які синтезують вищі рослини, бактерії та гриби; є найбільш розповсюдженою, багаточисельно ю та важливою групою природних пігментів у рослинному та тваринному світі. Відомо більше ніж 600 каротиноїдів, дія близько 50 з яких досліджена. Речовини ліпофільної природи (каротиноїди) будучи найважливішими структурними елементами клітин, приймають участь в різних метаболічних, регуляторних та обмінних процесах. Отже, вибір доступного джерела добування каротиноїдів та умов їх екстракції та кількісного визначення є актуальним завданням та перспективним напрямком дослідження.

Аналіз досліджень та публікацій

В літературних джерелах питанням якісного та кількісного визначення каротиноїдів у рослинах приділяється значна увага. Наприклад, Л. Андрєєва вивчала питання локалізації та вмісту каротиноїдів у високопродуктивних формах [1], С. Печінский та А. Курегян досліджували структурні та біологічні функції каротиноїдів [2], П. Лубсандоржієва досліджувала методи кількісного визначення каротиноїдів [3]; Д. Писарєв, О. Новікова та Т. Романова розробили експрес-метод визначення каротиноїдів в сировині рослинного походження [4]; О. Рудаков досліджував питання хроматографічного визначення натуральних і штучних каротиноїдів в харчових продуктах [5]; А. Курегян досліджував можливості вивчення каротиноїдів методами спектрофотометрії та тонкошарової хроматографії [6] тощо. каротиноїдний склад рослинна сировина

Мета статті: порівняння існуючих методів визначення каротиноїдів та виявлення найбільш оптимальних умов їх аналізу у рослинній сировині.

Виклад основного матеріалу (результатів) дослідження

Каротиноїди виконують ряд важливих функцій в організмі людини, в тому числі регулюють процеси обміну речовин, виявляють антиоксидантну, фото- і радіопротекторну активність. Потрапляючи до організму з рослинною їжею, 0-каротин розщепляється до альдегіду - ретиналь, який разом з відповідними йому спиртами та кислотою об'єднують під загальною назвою - ретиноїди або вітамін А. Регуляторні ефекти каротиноїдів визначають наступні біологічні функції: інгібування мутагенезу та трансформація про- та еукаріочитних клітин, попередження онкологічних та вікових пошкоджень в організмі, властивість каротиноїдів взаємодіяти з вільними радикалами, що ініціюють руйнівні реакції (наприклад перексидне окиснення ліпідів) є найбільш затребуванним питанням [3].

За деяких умовах у великих концентраціях 0-каротин здатний збільшувати загальний вміст радикалів в системі (прооксидантна дія). Крім того, ці біологічно активні речовини мають широкий перелік фармакологічних властивостей, наприклад, антиоксидантні, радіопротекторні, провітамінні, антиканцерогенні та інші види активності.

Серед природних жиророзчинних антиоксидантів каротиноїди займають важливе місце в захисті організму людини від кардіологічних та онкологічних захворювань завдяки сильним антиоксидантним властивостям.

Каротиноїди є найбільш ефективними речовинами для підтримки нормального зору людини (лютеїн та зеаксантин). Ці пігменти в організмі людини не синтезуються, тому джерелом їх надходження є їжа. Лютеєїн відіграє роль світлофільтра, що запобігає помутніння кришлатика ока та руйнування сітківки. Накопичуючись у сітківці, він діє як сонцезахисні окуляри, сприяючи зменшенню проникнення ультрафіолетових променів в чутливі зорові клітини [7]. Найкращими природніми джерелами лютеїну та зеаксантину є шпинат, чорнобривці, гарбуз, хурма тощо.

Варто зазначити, що каротиноїди нестійкі сполуки, легко окиснюються атмосферним повітрям, підлягають ферментативному метаболічному окисненню, що супроводжується вкороченням ланцюга спряжених зв'язків. При тривалому контакті з киснем повітря відбувається зниження вмісту суми каротиноїдів, що обумовлено наявністю в структурі 0-каротина термо- та фотолабільної системи спряжених подвійних зв'язків [8]. До поступового зменшення вмісту каротиноїдів в рослинах призводить також заморозка сировини та дія світла. Вміст каротиноїдів в суцвіттях залежить від погодних умов та тривалості фази цвітіння. Під час зберігання вміст каротиноїдів знижується з причини нестійкості їх до вологи та світла. Так, наприклад, через чотири місяці після збору суцвіть їх стає приблизно в 6 раз менше, ніж у свіжих квітах [9].

Для добування каротиноїдів з рослинної сировини спочатку проводять їх екстракцію. В якості розчинників для екстрагування суми каротиноїдів використовують органічні розчинники, як правило гексан, хлороформ та ацетон. Результати аналізу доводять, що якісний склад гексанових витяжок значно ширше, а склад ацетонових та хлороформних - майже ідентичний. Крім того методика пробопідготовки (добування витяжки) відрізняються різноманітністю температурного режиму та інших технологічних параметрів. З метою запобігання окиснення, фотоізомеризації та деградації каротиноїдів аналіз відбувається за кімнатної температури (не більше 40 С), іноді навіть при охолодженні, також використовують колби із оранжевого скла або реакцію проводять у темноті.

Наступний етап - розділення суми каротиноїдів та якісний аналіз отриманих екстрактів - проводять методом тонкошарової хроматографії. Також одним із методів ідентифікації є УФ-спектрофотометрія.

Тонкошарова хроматографія (ТШХ) є ефективним, швидким та недорогим методом кількісного розділення біологічно-активних речовин, зокрема і каротиноїдів; відносна простота методу розділення та ідентифікації, доступність апаратурного забезпечення є особливістю методу [10].

Враховуючи, що 0-каротин має яскраве жовто-помаранчеве забарвлення (обумовлене наявністю в структурі його молекули системи спряжених зв'язків), ідентифікацію на хроматографі можна проводити візуально.

Загальновизнаним методом кількісної оцінки визначення каротиноїдного складу за кордоном є високоефективна фазова рідинна хроматографія (ВФРХ), однак цей метод має недоліки, які унеможливлюють використання його в деяких випадках. А саме: висока вартість приладу, низька стійкість стандартів, серед яких на практиці використовується, як правило, лише 0-каротин, лікопін і частково лютеїн [10].

Вміст суми каротинодів у перерахунку на Р-каротин визначають з допомогою спектрофотометрії у видимій області [8]. Каротиноїди відіграють роль допоміжних світлозбираючих пігментів, їх спектри поглинання характеризуються двома полосами у фіолетовій та синій областях від 400 до 500 нм.

Дані щодо аналізу рослинної сировини на вміст каротиноїдів та характеристика методу їх кількісного визначення подано у таблиці (табл.1).

Таблиця 1.

Аналіз рослинної сировини на вміст каротиноїдів

Розрахунок вмісту даних біологічно-активних речовин у рослинній сировині, відповідно до різноманітної нормативної документації, здійснюється по різному. Використовується як спосіб розрахунку за значенням питомого показника поглинання стандартного зразка 0-каротина, так і спосіб, що передбачає порівняння оптичної густини досліджуваної витяжки з оптичною густиною розчину калію біхромату визначеної концентрації [8].

Висновки та перспективи подальших пошуків у напрямі дослідження

Таким чином, теоретичне дослідження аналізу вмісту в рослинній сировині каротиноїдів та їх якісного складу в рослинній сировині дозволяють зробити висновок, що суцвіття чорнобривців, календули, плоди гарбуза, обліпихи та томатів , є перспективною сировиною для добування каротиноїдів. Провідним методом ідентифікації та встановлення наявності каротиноїдів вважається тонкошарова хроматографія гексанових витяжок; а методом кількісного визначення - спектрофотометрія. Для забезпечення оптимальних умов дослідження та ефективності добування каротиноїдів із рослинної сировини. необхідно врахування особливостей їх фізико-хімічних властивостей (фото- та термолабільність), терміни збирання та зберігання рослинної сировини, підбір розчинника для добування витяжки, а також чистота витяжки (наявність супутніх та баластних речовин).

Перспективами подальших пошуків досліджень є наліз тваринної сировини та дріжджів на вміст каротиноїдів та виявлення оптимальних умов для їх якісного та кількісного дослідження цій сировині.

БІБЛІОГРАФІЯ

1. Андрєєва Л.Г. Локалізація та зміст каротиноїдів в високопродуктивних формах Calendula officinalis L. Аптечна справа. 1961. Т. 10 № 3.с. 46-49.

2. Печинский С.В., Курегян А.Г. Структура и биологические функции каротиноидов. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2013. № 9. С. 4-15.

3. Лубсандоржієва П.Б. Количественное определение каротиноидов в экстрактах сухих и многокомпонентных сборах. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН, 2009. № 3 (67). С. 197-199.

Контроль над сумарним вмістом каротиноїдів прийнято здійснювати з допомогою спектрофотометрії оскільки ці сполуки мають електронні спектри поглинання з максимумами при 422-428, 444-450, 472-484 нм [8].

4. Писарев Д. И., Новиков О. О., Романова Т. А. Разработка экспресс-метода определения каротиноидов в сырье растительного происхождения. Научные ведомости БелГУ. Серия: Медицина. Фармация. 2010. № 22 (93), Вып. 12/2. С. 119-122.

5. Рудаков О.Б., Перикова Л. И., Болотов В. М. Хроматографическое определение натуральных и искусственных каротиноидов в пищевых продуктах. Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2004. №4. С. 78-84.

6. Курегян А.Г. Изучение каротиноидов тыквы методами спектрофотометрии и тонкослойной хроматографи. Современные проблемы науки и образования 2015. № 1-2. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view7idM9732

7. Миронова К. И. Изучения химического состава растительных экстрактов, положительно влияющих на зрительную функцию. Вестник молодежной науки, 2015. № 1. URL: http://vestnikmolnauki.ru/wp-content/uploads/2016/08/mironova-1.pdf

8. Тринеева О. В., Сафонова И. И.,Сафонова Е. Ф., Сливкин А. И. Определение биологически активных веществ в плодах облепихи

крушиновидной (Hippophaes Rhamnoides L.). Химия растительного сырья, 2013, № 3. С. 181-186.

URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-biologicheski-aktivnyh-veschestv-v-plodah-oblepihi-krushinovidnoy-n-ippophaes- rhamnoides-l

9. Афанасьева П.В., Куркин В.А., Куркина А.В. Оптимизация подходов к стандартизации фитопрепаратов на основе календулы лекарственной. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т 15, № 5 (3). С. 930-934. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/optimizatsiya-podhodov-k-standartizatsii-fitopreparatov-na-osnove-kalenduly-lekarstvennoy

10. Голубкина Н. А., Молчанова А. В.,Тареева М. М., Бабак О. Г., Некрешевич Н. А., Кондратьева И. Ю. Количественная тонкослойная хроматография в оценке каротиноидного состава томата Solanum Lycopersicum. Овощи России. 2017. № 5. С. 96-99. URL: https://www.vegetables. su/j our/article/view/461 ?locale=ru_RU

Размещено на Allbest.ru