Антиоксидантные свойства водорастворимых пектинов листьев амаранта

Полная исследовательская публикация _____________________________ Лапин А.А. и Зеленков В.Н.

Размещено на http://www.allbest.ru//

80 _______________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2010. Vol.20. No.4. P.79-85.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Антиоксидантные свойства водорастворимых пектинов листьев амаранта

Лапин Анатолий Андреевич

Аннотация

Натуральные вещества на основе растительного сырья, как правило, отличаются широким спектром фармакологического действия, малой токсичностью и связанной с этим возможностью длительного их применения. Таковыми являются пектины, в том числе водорастворимые пектины амаранта. Широкий спектр биологического действия пектинов на организм человека и животных обусловлен поливариантностью их химического строения. Водорастворимые пектины амаранта вносят существенный вклад в суммарную антиоксидантную активность листьев различных сортов амаранта в течение всего вегетационного периода.

антиоксидантный амарант пектин водорастворимый

Введение

Амарант (Amaranthus L.) относится к числу лекарственных растений, издавна приме-няющихся в народной медицине и обладающих широким спектром вторичных метаболитов и веществ, проявляющих фармакологические свойства. Многие классы химических соединений амаранта или мало изучены, или не изучены вовсе. Амарант включен в список растений международной фармакопеи. Действующими веществами амаранта как лекарственного расте-ния являются фенольные соединения, в том числе антиоксиданты, витамины В, С и Е (б-токоферол), флавоноиды (кверцетин, трефолин и рутин), гликозиды (алкалоиды - амарантин и бетанин), витамины, антидиуретические вещества, летучие вещества, обладающие алело-патическими свойствами и пектины [1-3]. Пектины амаранта нашли свое применение в качестве желирующих добавок (для получения зефира, мармелада, желейных сортов конфет, пастилы, начинок, джемов), загустителей молочной продукции (майонезы с биологически активными добавками, молочно-белковые добавки в творожных изделиях и т.д.), добавок в пиво и продукты диетического питания [4-7].

Пектины используется в медицине как лечебное средство при заболеваниях органов пищеварения, в качестве детоксикантов тяжелых металлов, нормализуют концентрацию холестерина в крови, улучшают работу сердечно-сосудистой системы, способствуют заживлению ран, связыванию вредных продуктов, образующихся в результате воспалительных процессов, бактериальных токсинов, ослаблению последствий радиоактивного поражения [8, 9]. Пектины полностью ферментируется эндогенной микрофлорой толстой кишки, в резуль-тате чего образуются короткоцепочечные жирные кислоты (уксусная, пропионовая и масля-ная), которые являются трофическим субстратом для колоноцитов и играют важную роль во всасывании воды и солей в толстой кишке. Показано, что 10-30% ежедневной энергетической потребности может быть удовлетворено за счет данных кислот. Пектины способствуют адаптации тонкого кишечника, при обогащении энтеральных диет 2% раствором цитрусового пектина увеличивается масса слизистой оболочки кишечника, растет содержание в ней ДНК и РНК, улучшается пролиферация энтероцитов и колоноцитов. Показано, что снижение кислотности среды (рН 1.0) способствует увеличению тканевой оксигенации, снижению концентрации аммиака в ионизированной форме, усилению пролиферации эпителиальных клеток. Положительное влияние пектинов проявилось в уменьшении диареи, улучшении всасывательной функции кишки, стимуляции моторики, нормализации микрофлоры кишеч-ника, их способность формировать гель обусловливает задержку опорожнения желудка, увеличение времени транзита содержимого по кишечнику, снижение абсорбции жирных кислот, секреции инсулина и уменьшение концентрации глюкозы в крови.

Водорастворимые пектины используются в качестве перспективного сырья для изготовления препаратов пролонгированного действия и в качестве добавок для косметической промышленности [10]. Комплексы амарантового пектина с серебром могут быть рекомен-дованы для использования в медицине в качестве бактерицидного средства при лечении инфекционных заболеваний слизистых оболочек [11].

Нами впервые была определена суммарная антиоксидантная активность пектинов с применением кулонометрического метода на приборе «Эксперт-006», с использованием электрогенерированных радикалов брома [12, 13], ранее методом электронного парамагнитного резонанса мы обнаружили радикалы на образце цитрусового пектина [14], которые вносят вклад в данную активность. Выбор в качестве электрогенерированных титрантов соединений брома обусловлен его высокой реакционной способностью по отношению практически ко всем биоантиоксидантам растительного сырья. Была определена суммарная антиоксидпнтная активность образцов коммерческих растительных полисахаридов - пектинов (пектина яблочного и цитрусового) и полученных из растительного сока свежих листьев топинамбура, осаждением раствором хлористого кальция и этиловым спиртом.

М.Ф. Борисенков [15, 16] продолжил эти исследования, введя параллельно методику по реакции со стабильным 2,2-дифенил-1-пикрилгидразильным радикалом, при этом активность выражалась в % от активности тролокса. Использование этих двух методик показало, что пектины обладают разной антиоксидантной активностью. Расположение значений отдельных образцов пектинов в ряду антиоксидантной активности не совпадало, что, по-видимому, связано с некоторыми различиями в принципах оценки активности препаратов, положенных в основу двух методов. Тем не менее, корреляционный анализ показал достаточно высокую степень совпадения результатов анализа суммарной антиоксидантной активности пектинов, полученных двумя методами (R = 0.426, Р < 0.05).

Целью настоящего исследования являлось изучение суммарной антиоксидантной активности водорастворимых пектинов в динамике по фазам развития восьми сортов амаранта, выращенных в одинаковых условиях.

Экспериментальная часть

Суммарную антиоксидантную активность (САОА) определяли кулонометрическим методом анализа с помощью электрогенерированных радикалов брома на серийном кулонометре “Эксперт-006-антиоксиданты” НПК “Эконикс-Эксперт” г. Москва по сертифицированной методике в пересчете на стандартный образец рутин [17]. Содержание сухих веществ и влаги (W) в образцах определяли на влагомере МХ-50 A&D Company, Limited (Япония). Программное обеспечение “WinCT-Moisture” анна-лизатора позволяло нам определять оптимальную температуру сушки как образцов для определения сухого вещества образцов (СВО), так и водных экстрактов для определения содержания абсолютно сухого экстракта (АСЭ) [18]. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и Statistica 6.0 [19, 20].

Отобранные образцы листьев амаранта высушивались методом воздушно-теневой сушки, перед проведением анализов они просеивались до фракции менее 0.8 мм. Водные экстракты приготавливали завариванием их кипящей дистиллированной водой (в соотношении 1:50 в пересчете на СВО) по ГОСТ 1938 [21].

Измерение САОА водных экстрактов амаранта проводилось дважды: до и после осаждения пектинов удвоенным объемом 2н раствора хлористого кальция, по отношению к объему экстракта. Полученный осадок пектатов кальция фильтровался и 2 раза промывался горячей дистиллированной водой (75 °С).

Результаты и их обсуждение

Продукты переработки растений, в том числе водные, водно-спиртовые экстракты из разных частей растений, проявляют различные виды биологической активности как в чистом виде, так и в составе различных продуктов функционального питания и биологически актив-ных добавок. Присутствие в экстрактах природных консервантов - антиоксидантов позволяет повысить их биологическую стойкость. Антиоксиданты препятствуют окислительной деструкции полезных нестабильных веществ, придающих органолептические и фармакотерапевтические свойства [22].

Актуальность поиска сортов амаранта с повышенным содержанием антиоксидантных веществ заключается в его использовании в качестве сырья для производства рутина [23] и пектинов [24].

С целью изучения САОА ВРП амаранта во всех водных экстрактах амаранта (после исследования их САОА) мы проводили осаждение ВРП, после чего экстракты заново исследовали на проявление САОА. Было отмечено, что САОА водных экстрактов снижается в 1.5-2 раза. Это говорит о том, что ВРП амаранта наряду с энергосбережением клетки, проявляют и антиоксидантные свойства.

Исходя из данных, изображенных на рис. 1 можно отметить, что все сорта амаранта имеют сходную динамику развития САОА ВРП с двумя минимальными значениями САОА в начале (июнь месяц) и в конце вегетации растений (сентябрь - октябрь). В период массовой бутонизации растений пектины проявляют наибольшую активность, значения которой колеблются от 4.15 до 5.47 г рутина на 100 г СВО.

Рис. 1. Суммарная антиоксидантная активность водорастворимых пектинов в г рутина на 100 г сухого вещества образца в динамике развития амаранта (среднее за три года), (n = 5, с = 0.95)

Максимальной САОА обладают пектины сортов Ультра (5.50 г рутина на 100 г СВО), Жайвир (5.47 г рутина на 100 г СВО) и Харьковский (5.33 г рутина на 100 г СВО) в фазу массовой бутонизации растений. Активность пектинов остальных сортов находится примерно на одном уровне - 4.15-4.74 г рутина на 100 г СВО.

С началом формирования семян в метелках уровень САОА резко падал. В осенний период он было примерно на том же уровне, что и в начале вегетации растений и составлял 3.72-5.25 г рутина на 100 г СВО.

Таким образом, ход накопления антиоксидантов в листьях всех исследуемых сортов имел аналогичный характер. Различия касаются лишь их количественного содержания.

Высок и вклад ВРП в САОА листьев амаранта (табл. 1). Исследованные экстракты из листьев амаранта, собранных в период максимального накопления АО - период массового цветения растений, характеризуются высокими показателями САОА - от 6.55 до 8.70 г рутина на 100 г СВО. При этом САОА ВРП варьирует от 2.93 до 3.92 г рутина на 100 г СВО в зависимости от сорта, что составляет 33.64-55.88% относительно САОА водных экстрактов. Для сравнения, вклад пектинов в САОА сока томатов составляет от 2.07 до 14.91%.

Табл. 1. Вклад водорастворимых пектинов в суммарную антиоксидантную активность листьев амаранта (n = 5, с = 0.95)

Примечание: САОА1 - значение АОА экстрактов до осаждения водорастворимых пектинов, САОА2 - значение САОА водорастворимых пектинов.

Табл. 2. Суммарная антиоксидантная активность водных

экстрактов листьев разных сортов амаранта

Табл. 3. Суммарная антиоксидантная активность образцов пектинов

Полученные данные подтверждаются проведенными нами исследованиями 11 сортов амаранта из сортовой коллекции ботанического сада Уральского государственного университета (табл. 2) [25]. Максимальное содержание антиоксидантов после осаждения ВРП наблюдалось в листьях A. caudatus L., ssp. Gibbosus (45.24 г рутина на 100 г абсолютно сухого экстракта), а самое низкое содержание - в листьях A. caudatus L., ssp. mantegazzianus, cv. Golden Giant; A. caudatus L., f. Rubra; A. caudatus L., f. Alba (12.56; 12.88; 13.15 г рутина на 100 г АСЭ, соответственно). Наибольшая тенденция к снижению САОА в водных экстрактах на 94.5% при выделении ВРП отмечено у A. cruentus L. (Чергинский). При этом САОА ВРП варьирует от 29.38 до 276.61 г рутина на 100 г АСЭ в зависимости от сорта, что составляет 64.64-75.92 % относительно САОА водных экстрактов.

По данным, приведенным в табл. 3, величина САОА двух образцов коммерческих пектинов, измеренная введением навесок сухих образцов пектинов в измерительную ячейку кулонометра, отличается в 3.5 раза. Значения активности образца яблочного пектина уменьшается при облучении ИК-лучами, при определении влажности на влагомере МХ-50 при температуре 120 єС, из-за потери воды, а цитрусового пектина при этих же условиях увеличивается в результате радикального окисления, описанного в литературе [10].

По данным таблицы удается рассчитать САОА структурированной воды, адсорбированной на сухом образце яблочного пектина, значения которой составляет 2 830 г рутина на 100 мл воды, что в 28 300 раз выше активности структурированной воды на кремнеземе и в 943 333 дистиллированной воды [26].

Увеличение САОА цитрусового пектина с молекулярной массой 125 000 происходит за счет окислительной функционализации, что приводит к изменению концентрации карбоксильных групп, как это было показано Тимербаевой Г.Р. и др. [10] при окислении цитрусового пектина с молекулярной массой 132 000 при добавлении к водным растворам пектина перекиси водорода или барботаже озонокислородной смесью по радикальному механизму.

Заключение

Таким образом, нами впервые проведена оценка антиоксидантной активности водорастворимых пектинов разных сортов амаранта. Показано, что водорастворимые пектины амаранта в период массового цветения растений обладают антиоксидантной активностью в среднем по всем сортам амаранта до 3.9 г рутина на 100 г сухого вещества образца и не проявляют существенных различий по антиоксидантной активности от сортовой принадлежности. Суммарная антиоксидантная активность водорастворимых пектинов на 100 г абсолютно сухого экстракта находится в широких пределах от 29.38 до 276.61 г рутина.

Методом вычитания рассчитана суммарная антиоксидантная активность структурированной воды, адсорбированной на сухом образце яблочного пектина, которая во много раз превышает суммарную антиоксидантную активность дистиллированной воды.

Использование показателей суммарной антиоксидантной активности водорастворимых пектинов амаранта позволяет проводить скрининг для отбора наиболее ценных образцов для применения в научно-практических разработках в области селекции, кормопроизводства, пищевой и фармацевтической промышленности.

Выводы

В результате проведенных исследований показано, что суммарная антиоксидантная активность водорастворимых пектинов листьев амаранта в период массового цветения растений варьирует от 2.93 до 3.92 г рутина на 100 г сухого вещества образцов в зависимости от сорта, что составляет 33.64-55.88% относительно суммарной антиоксидантной активности водных экстрактов.

Суммарная антиоксидантная активность водорастворимых пектинов листьев амаранта варьирует от 29.38 до 276.61 г рутина на 100 г абсолютно сухого экстракта в зависимости от сорта, что составляет 64.64-75.92% относительно суммарной антиоксидантной активности водных экстрактов.

Литература

Кадошников С.И., Кадошникова И.Г., Галиуллина А.С., Чернов И.А. Фармакологические свойства амаранта. Аграрная Россия. 2001. №6. С.39-42.

Ластовская Е.А., Зубрицкая Г.Т., Артеменко В.И., Юзвишин М.М. Изучение флавоноидов растений рода Amaranthus. Фармацевтический журнал. 1997. №4. С.90-91.

Кононков П.Ф., Гинс В.К., Гинс М.С. Aмарант - перспективная культура 21 века. М.: изд. Российского ун-та дружбы народов. Издание второе. 1999. 296с.

Lapin А.А., Sosnina N.А., Gryaznov P.I., Michalkina G.S., Mironov V.F., Smolenzev A.V., Zharkovskii А.P., Portnov I.Y., Konovalov А.I. Mayonnaises with biologically active amaranth additives. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5. (Code 1vr 20).

Sosnina N.А., Mingaleyeva Z.Sh., Reshetnik О.А., Lapin А.А., Proydak N.I., Swotin V.P. Development of assortment and processing technique for bakery products of therapeutic-and-preventive purpose with the use of vegetable raw materials. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5. (Code 1vr 21).

Sosnina N.А., Karimova L.I., Gerasimov М., Salichova A.A., Lapin А.А, Zharkovskii А.P. Use of pectin preparations for improvement of beer quality. Butlerov Communications. 2001. No.5. (Code 1vr 81).

Khirug S.S., Vishtakaljuk A.B., Lapin А.А., Sosnina N.А., Koksin V.P., Konovalov A.I., U.E. Barbiou. Availability and prospective usage of amaranth in the production of low-cholesterol foodstuffs for aviculture. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5. (Code 1vr 04).

Курашвили В.А., Майлэм Л. Новые возможности предотвращения оксидлативного стресса. Журнал натуральной медицины. 2001. №1(01). С.7-14.

Lapin A.A., Sosnina N.А., Morozov V.V., Vishtakaliuk A.B., Strobikin S.I., Mustafin I.G., Boychuk S.V., Chugunov Y.V., Zharkovskii A.P. Therapeutic and prophylactic foodstuffs with plant polysaccharides - pectins. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5. (Code 1vr 05).

Тимербаева Г.Р., Зимин Ю.С., Борисов И.М., Бандарева И.А., Монаков Ю.Б. Радикальная природа окисления пектина в водной среде. Ж. прикл. химии. 2007. Т.80. Вып.11. С.1890-1893.

Михеева Л.А. Получение и некоторые химические свойства пектинов растений рода амарант: Автореф. Дис…канд. хим. Наук. Ульяновский государственный университет. Москва. 2001. 21с.

Лапин А.А., Зеленков В.Н. Антиоксидантные свойства пектинов. Научно-практическая конференция «Российский пектин: история-, настоящее-, перспективы». Материалы конференции (Воронеж, 1-3 ноября 2006). В.: Изд-во «Истоки». 2006. С.48-51.

Лапин А.А., Зеленков В.Н. Антиоксидантные свойства растительных полисахаридов. VII Международная конференция «Биоантиоксидант». Тезисы докладов (Москва, 25-26 октября 2006). М.: Изд-во РУДН. 2006. С.175-177.

Хируг С.С., Выштакалюк А.Б., Лапин А.А., Соснина Н.А., Коксин В.П., Коновалов А.И., Барбю У.Е. Возможности и перспективы использования амаранта в производстве низкохолестериновой продукции птицеводства. Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: Сборник научных трудов. М.: РАЕН-МААНОИ. 2001. Вып.5. С.10-19.

Борисенков М.Ф. Антиоксидантная активность пектинов. 4-я Российская научно-практическая конференция: «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 4-5 июня 2007 г.): Тезисы докладов. М.: Изд-во РАЕН. 2007. С.98-99.

Борисенков М.Ф., Лапин А.А. Роль питания в профилактике возрастных заболеваний. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.19. №2. С.42-53.

Лапин А. МВИ-001-44538054-07. Суммарная антиоксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе. Жердевка, Тамбовской обл., ООО Концерн «Отечественные инновационные технологии». 2007. 6с.

Анализатор влажности MX-50/MF-50. Q&A: справочник пользователя. Версия 2.20. М.: A&D Company, Limited. Внешнеэкономический отдел. 2003. 31с.

Берк К., Кэйри П. Анализ данных с помощью Microsoft Excel.: Пер. с англ. М.: Издательский дом “Вильямс”. 2005. 560с.

Бараз В.Р. Корреляционно-регрессионный анализ связи показателей коммерческой деятельности с использованием программы Excel : учебное пособие. Е.: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ». 2005. 102с.

ГОСТ 1938-85. Чай. Правила приемки и методы анализа. М.: ИПК Изд-во стандартов. 2001. 9с.

Лапин А.А., Зеленков В.Н., Беляева В.И. Исследование антиоксидантной активности соков. Материалы Y Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы нанобиотехнологии и инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов». Москва, 5 октября 2009 г. М.: Изд-во РАЕН. 2009. С.98-100.

Коновалов А.И., Кадошников С.И., Хируг С.С., Офицеров Е.Н., Карасева А.Н., Соснина Н.А., Лапин А.А. Содержание рутина в растениях рода Amaranthus L. как хематаксономический признак. Новосибирск. Научно-практическая конференция “Физиолого-биохимические аспекты изучения лекарственных растений”. Тезисы докладов. 1998. С.89-90.

Sosnina N.A., Tsepaeva O.V., Karaseva A.N., Minzanova S.T., Mironov V.F., Lapin A.A., Enikeev K.M. Isolation, chemical composition and structural features of polysaccharides from amaranthus cruentus. An international symposium “Pectins and Pectinases”. Rotterdam, The Netherlands. May 6-10, 2001. Book of Abstracts. P.9

Терешкина Л.Б., Федосеева Г.П., Лапин А.А., Зеленков В.Н. Рост и развитие, количественная оценка антиоксидантной емкости и содержания кальция в листьях амаранта коллекции ботанического сада уральского государственного университета им. А.М. Горького. Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты. Сборник научных трудов. М.: РАЕН. 2007. Вып.14. С.115-125.

Лапин А.А., Потапов В.В., Зеленков В.Н. Суммарная антиоксидантная активность нанодисперсного кремнезема из гидротермальных вод Камчатки. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.20. №4. С.71-78.

Размещено на Allbest.ru