Реферат: Характеристика каротиноидов плодов и овощей
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Курсовая работа
По дисциплине
Товароведение и экспертиза продовольственных товаров
Тема
Характеристика каротиноидов плодов и овощей
2010
Содержание
Введение
1. Обзор литературы
1.1 Химическая природа, свойства и виды каротиноидов
1.1.1 Физико-химические свойства каротиноидов
1.1.2 Химическая природа и виды каротиноидов
1.2 Содержание каротиноидов в плодах и овощах
1.3 Роль каротиноидов для организма человека
1.3.1 Значение и функции
1.3.2 Нормы потребления
1.3.3 Усвоение каротиноидов организмом человека
1.4 Методы количественного определения каротиноидов
1.5 Использование каротиноидов
Заключение
Список использованных источников
Введение
Каротиноиды — наиболее многочисленная и широко распространенная группа природных пигментов. Они обнаружены у всех представителей растительного царства, как в фотосинтезирующих, так и в нефотосинтезирующих тканях, а также часто встречаются у микроорганизмов. Они полностью или частично обуславливают окраску многих животных, особенно птиц, рыб, насекомых, являются основой зрительных пигментов, ответственных за восприятие света и различение цветов. Они нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях.
Каротиноиды образуются высшими растениями, водорослями, фототрофными бактериями и рядом хемотрофных бактерий. Кроме того, каротиноиды синтезируют некоторые мицелиальные грибы и дрожжи. Присутствуют каротиноиды также в организме некоторых членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но самостоятельно эти пигменты не образуются, а поступают с пищей и служат источником обогащения организма витамином А. Каротиноиды находятся у растений и микроорганизмов в свободной форме, могут образовывать гликозиды, каротино-белко-вые комплексы, но значительно чаще встречаются в виде эфиров, длинноцепочечных жирных кислот.
К группе каротиноидов относят вещества, окрашенные в желтый или оранжевый цвет. Наиболее известные представители каротиноидов—каротины—пигменты, дающие специфическую окраску корням моркови, атакже лютеин—желтый пигмент, содержащийся наряду скаротинами взеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от присутствующихвних каротиновикаротинои-дов, получивших название цеаксантинаикриптоксантина.Окраска плодов тома-та обусловлена каротиноидомликопином.
1. Обзор литературы
1.1 Химическая природа, свойства и виды каротиноидов
1.1.1 Физико-химические свойства каротиноидов
По химической природе каротиноиды относятся к огромному классу терпеноидов, включающих также эфирные масла, фитогормоны, стероиды, сердечные гликозиды, жирорастворимые витамины, млечный сок. Их углеводородная структура состоит из цепи двух или более изопренов (С5-углеводородов). Каротиноиды относятся к тетратерпенам; они состоят из длинных ветвящихся углеводородных цепей, содержащих несколько сопряженных двойных связей, заканчивающихся на одном (α-каротин) или обоих концах (β-каротин) кольцевой циклической структурой — иононовым кольцом.
Длинная цепь сопряженных двойных связей образует хромофор всех каротиноидов, что позволяет отнести их к природным пигментам. Человеческому глазу каротиноиды с 7–15 конъюгированными двойными связями видятся в цвете от желтого до красного. Их хромофорные электронные системы находятся также под влиянием других дополнительных двойных связей и различных функциональных групп (например, карбонильной, эпокси-группы и др.), которые также оказывают влияние на поглощение волн света определенных длин и, как следствие, на цвет молекул.[2]
К общим свойствам каротиноидов можно отнести их нерастворимость в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (хлороформе, бензоле, гексане, петролейном эфире, четыреххлористом водороде и др.). Гидроксилсодержащие каротиноиды лучше растворяются в спиртах (метанол, этанол). Растворы каротиноидов в органических растворителях при спектрофотометрических исследованиях дают характеристические полосы поглощения в основном в видимой области спектра, а стереоизомеры показывают их также и в ультрафиолетовой области. Это один из наиболее точных показателей, используемых при идентификации этих веществ.
Характерной является также особенность каротиноидов избирательно абсорбироваться на минеральных и некоторых органических абсорбентах, что позволяет разделять их при помощи методов хроматографирования.
Для отдельных каротиноидов характерны некоторые специфические реакции, в том числе цветные.[10]
Следует учитывать, что каротиноиды в чистом виде характеризуются высокой лабильностью — они весьма чувствительны к воздействию солнечного света, кислорода воздуха, нагреванию, воздействию кислот и щелочей. Под воздействием этих неблагоприятных факторов они подвергаются окислению и разрушению. В тоже время, входя в состав различных комплексов (например, протеиновых), они проявляют большую стабильность.[9]
1.1.2 Химическая природа и виды каротиноидов
Известна классификация каротиноидов,основанная на различиях химического строения этих пигментов. Каротиноидыделят, например, на каротины(содержат только углерод иводород) игидроксикаротиноиды, вмолекулу которых входит также кислород. Последние называют иногда общим термином ксантофиллы.Другая химическая классификация делит каротиноидына ациклические, моноциклическиеибициклические, Имеется также классификация каротиноидов, воснову которой положены отличия вфункциональном значении этих пигментов. [3]
В зависимости от степени поглощения каротиноиды разделяются на 2 группы: каротины и ксантофилы. Все незамещенные каротиноиды — каротины. Они не содержат атомов кислорода, являются чистыми углеводородами и обычно имеют оранжевый цвет. Наиболее известный представитель этой группы — β-каротин. Каротиноиды, окрашенные в цвета от желтого до красного характеризуются наличием кислородсодержащих функциональных групп и называются ксантофилами. Продукты распада дифференцируются как апо-, секо- и норкаротиноиды.
--PAGE_BREAK--Из-за многочисленных двойных связей, обычно циклического окончания молекул и наличия ассимметричных атомов углерода каротиноиды имеют разнообразные конфигурации и стереоизомеры с различными химическими и физическими свойствами. Большинство каротиноидов имеют цис- и трансгеометрические изомеры. Атом углерода с 4 различными заместителями обусловливает возможность оптических R- или S-изомеров. Эти различия между молекулами одной и той же формулы оказывают заметное влияние на физические свойства и на эффективность каротиноидов как пигментов.
Одна из характерных особенностей этих соединений —наличие вних значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноидымогут рассматриваться как производные ликопина—каротиноида,обнаруженного вплодах томатов, атакже внекоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопинаС40Н56.Строение ликопина представлено на рисунке 1
/>
Рисунок 1 – химическая структура ликопина
Путем образования кольца на одном или обоих концах молекулы ликопина образуются его изомеры: α-, β- или γ-каротины (рисунки 2, 3, 4).
/>
Рисунок 2 – химическая структура α-каротина
/>
Рисунок 3 – химическая структураγ-каротина
/>
Рисунок 4 – химическая структура β-каротина
Сопоставляя формулы, можно заметить, что α-каротинотличается от β-изо-мера положением двойной связи водном из циклов, расположенных по концам молекулы.Вотличие от α-иβ-изомеровγ-каротинимеет только лишь один цикл. [2]
Каротиныявляются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопиникаротинысодержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена.Все без исключения другие природные каротиноиды—производные четырех указанных выше углеводородов: ликопинаикаротинов.Они образуются из этих углеводородов путем введения гидроксильных,карбонильныхили метоксильныхгрупп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. [4]
В результате введения вмолекулу β-каротина двух оксигруппобразуется каротиноид,содержащийся взерне кукурузы иназываемый цеаксантиномС40Н56О2(3,3'-диокси-β-каро-тин), его строение представлено на рисунке 5.
/>
Рисунок 5 – химическая структура цеаксантина
Введение двух оксигрупп в молекулу α-каротина приводит к образованию лютеина С40Н56О2(3,3'-диокси-α-каротина), изомера цеаксантина, обнаруженного наряду с каротином в зеленых частях растений. В результате присоединения к молекуле β-каротина одного атома кислорода с образованием фураноидной структуры получается каротиноид цитроксантин С40Н56О, содержащийся в кожуре цитрусовых (рисунок 6).
/>
Рисунок 6 – химическая структура цитроксантина
Продуктами окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле являются кроцетин С20Н24О4, биксин С25Н30О4 и β-цитраурин С30Н40О2.
Кроцетин – красящее вещество, находящееся в рыльцах крокуса в соединении с двумя молекулами дисахарида гентиобиозы в виде гликозида кроцина. Кроцетин представляет собой дикарбоновую кислоту (рисунок 7).
/>
Рисунок 7 – химическая структура кроцетина
Биксин – пигмент красного цвета, содержащийся в плодах тропического растения Bixaorellana, применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов (рисунок 8).
/>
Рисунок 8 – химическая структурабиксина
β-Цитраурин находится в кожуре плодов цитрусовых, его строение представлено на рисунке 9.
/>
Рисунок 9 – химическая структураβ-цитраурина
В бурых водорослях обнаружен каротиноид фукоксантин С40Н60О6, который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента (рисунок 10).
/>
продолжение--PAGE_BREAK--
Рисунок 10– химическая структура фукоксантина
В организме человека и животных каротиноиды играют важную роль в качестве исходных веществ, из которых образуются витамины группы А, а также «зрительный пурпур», участвующий в зрительном акте. В растительном организме каротиноидыиграют важную роль впроцессе фотосинтеза. [2]
Исходя из химического строения каротиноидов,содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются врастении переносчиками активного кислорода ипринимают участие вокислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растенияхкислородных производных каротиноидов—эпоксидов,чрезвычайно легко отдающих свой кислород.
Примером такого кислородного производного может служить диэпоксидβ-каротина (рисунок 11).[19]
/>
Рисунок 11 – химическая структура диэпоксидаβ-каротина
Каротиноидылегко образуют перекиси, вкоторых молекула кислорода присоединяетсяпо месту двойной связи иможет затем легко окислятьразличные вещества. Каротиноидывкачестве основной структурной единицы имеют изопрен (рисунок 12).
/>
Рисунок 12 – химическая структура изопрена
Фитоликаротиноидытак же, как терпены,гутта,каучук ирассматриваемые ниже стероиды,представляют собой изопреноиды.
В настоящее время фитол,каротиноиды,терпены,каучук, гутту,стероиды, а также убихиноны, пластохиноны, витамин Е ивитамин Кобъединяют общим термином терпеноиды.
Исходным материалом для синтеза терпеноидовявляется радикал ацетилаСН3СО, апромежуточным продуктом, образующимся при биосинтезе терпеноидовиз соединений, содержащих активный ацетил,— мевалоноваякислота. [1]
1.2 Содержание каротиноидов в плодах и овощах
Несмотря на то, что каротин может быть получен с помощью химического синтеза, его производят преимущественно из природного сырья.
В качестве источников каротина используют растения, бактерии, водоросли и грибы с высоким содержанием целевого вещества.
Каротиноидывзеленых листьях составляют примерно 0,07 —0,2-% при расчете на сухую массу листьев. Вотдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов.Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеинаикаротиноида, называемого антераксантином.[21]
Каротиноидные композиции у различных групп и видов живых организмов не только отличаются по количественному содержанию, но и различны по качественному составу. Следует отметить, что в природе каротиноиды могут находиться в различных состояниях: в свободном виде они чаще встречаются в пластидах растений, мышечной ткани рыб, яйцах птиц, в виде эфиров жирных кислот — в хроматофорах и эпидермальных структурах растений, в форме каротин-протеинов — в эпидермальных тканях животных и т. д. [2]
В большинстве фруктов иовощей основным или иногда даже единственным источником активности витамина Аявляется β-каротин.Единственным исключением здесь является морковь, содержащая примерно 30 каротиноидовввиде α-каротина. Втаблице 1 приводится содержание других каротиноидов в продуктах. Значения по криптоксантинамзачастую не дифференцируют —преобладающей является их β-форма, аα-форма представлена гораздо меньшим количеством. Содержание β-каротина эквивалентно сумме β-каротина иполовины присутствующих α-каротина икриптоксантинов; значение эквивалента ретиноласоставляет одну шестую от эквивалента β-каротина. Вликопенеактивности витамина Ане наблюдается. [22]
Таблица 1
Содержание каротиноидов в продуктах, мкг/100г съедобной части
№ п/п
Продукт
Каротиноидные фракции
α-Каротин
β-Каротин
β-Криптоксантин
Эквивалент каротина
Эквивалент ретинола
Бобовые
1
Стручковая фасоль (мунг), сырая
20
20
20
40
7
2
Кормовые бобы, замороженные отварные без соли
12
220
225
37
3
Зеленая фасоль / французская фасоль, отваренная без соли
52
494
520
87
Горошек
4
Зеленый горошек, сырой
19
290
300
50
5
Зеленый горошек, отваренный без соли
7
245
250
41
6
Зеленый горошек, замороженный, отваренный без соли
26
558
571
95
7
Зеленый горошек, консервированный, разогретый, без жидкости
15
526
534
89
Овощи разные
8
Спаржа, сырая
10
310
315
53
9
Спаржа, отваренная в соленой воде
389
389
65
10
Баклажан, сырой
60
40
70
12
11
Баклажан, жаренный на кукурузном масле
110
70
125
21
12
Свекла, сырая
20
10
20
3
13
Морковь старая, сырая
4070
10400
12500
2080
14
Морковь молодая, сырая
3380
6120
7810
1300
15
Морковь молодая, отваренная без соли
3420
5990
7700
1280
16
Морковь, консервированная разогретая подсушенная
729
1710
2070
345
17
Кабачки-цуккини, сырые
550
610
100
18
Кабачки-цуккини, поджаренные на кукурузном масле
450
500
83
19
Капуста кудрявая, сырая
3130
32
3150
525
20
Капуста кудрявая, отваренная без соли
3350
33
3380
560
21
Тыква (сорт карела), сырая
95
295
345
57
22
Салат-латук, сырой
1020
1023
171
23
Бамия, сырая
30
500
515
85
24
Бамия, отваренная без соли
29
450
465
77
25
Стручковый перец, капсикум, зеленый, сырой
9
260
265
44
26
Стручковый перец, зеленый, отваренный в соленой воде
8
235
240
40
27
Тыква, сырая
14
445
450
75
28
Тыква, отваренная в соленой воде
29
940
450
75
29
Шпинат, сырой
3520
35
3540
589
30
Шпинат, отваренный без соли
3820
39
3840
640
31
Зеленый лук, сырой
2620
216
2630
438
32
Зеленый лук, отваренный без соли
2260
23
2270
378
33
Сладкая кукуруза (зерно), консервированная, разогретая, без жидкости
22
180
110
19
34
Сладкая кукуруза, в початке, цельная, отваренная без соли
14
115
71
12
35
Помидоры, сырые
564
564
94
36
Помидоры, жаренные на кукурузном масле
740
42
765
125
37
Помидоры, жаренные на гриле
1790
97
1840
306
38
Помидоры, консервированные
362
362
60
Фрукты
39
Абрикосы, сырые
2
405
405
67
40
Абрикосы, консервированные в сиропе
810
810
135
41
Авокадо
8
540
545
91
42
Ежевика, сырая
4
78
80
13
43
Ежевика с сахаром
3
61
62
10
44
Вишня, сырая
4
23
25
4
45
Вишня, консервированная в сиропе
4
15
17
3
46
Клементины
5
73
75
13
47
Крыжовник, с сахаром
3
40
41
7
48
Грейпфрут, сырой
9
12
17
3
49
Гуава, сырая
380
110
435
73
50
Киви
40
40
7
51
Мандарины, консервированные в собственном соку
7
92
95
16
52
Мандарины, консервированные в сиропе
7
105
105
18
53
Манго, зрелые, сырые
682
27
696
116
54
Дыня-канталупа
19
1760
1770
294
55
Арбуз
116
116
19
56
Нектарины
114
114
19
57
Апельсины
26
14
39
47
8
58
Маракуйя
410
360
370
750
125
59
Папайя, сырая
130
1365
810
135
60
Персики, сырые
119
119
19
61
Груши, сырые
17
3
18
3
62
Груши, сырые, без кожуры
18
3
19
3
63
Слива, сырая
23
355
19
376
63
64
Сливы, консервированные в собственном соку
15
135
140
23
65
Сливы, готовые к употреблению
27
125
140
3
66
Мандарины сацума
5
73
75
13
67
Танжерины
6
94
97
16
Фруктовые соки
68
Апельсиновый сок, без добавления сахара
2
5
21
17
3
продолжение--PAGE_BREAK--
1.3 Роль каротиноидов для организма человека
1.3.1 Значение и функции
Хотя многие аспекты физиологических функций каротиноидов остаются невыясненными до конца, можно с уверенностью утверждать, что они играют важную роль в различных физиологических процессах, без которых жизнь в существующей форме была бы невозможна.
Одна из важнейших функций каротиноидов — А-провитаминная активность. Человек и животные не способны синтезировать витамин А, который является незаменимым для зрения, роста, репродукции, защиты от различных бактериальных и грибковых заболеваний, нормального функционирования кожи и слизистых. Витамин А не образуется и в растительных тканях, и может быть получен только путем преобразования провитамин-А активных каротиноидов (прежде всего β-каротина, а также α-каротина, криптоксантина, 3,4-дигидро-β-каротина, астаксантина, кантаксантина и др.). [6]
Ранее исследования показывали, что β-каротин, будучи антиоксидантом, снижает вероятность заболеваний раком людей, употребляющих много продуктов, богатых β-каротином. Но последние крупные исследования показали, что β-каротин увеличивает риск раковых заболеваний у курильщиков. В ходе ряда исследований было доказано, что употребление β-каротина приводит к увеличению вероятности заболевания раком легких и раком простаты курильщиков, а также людей, работающих на асбестовом производстве .
Однако это действие каротина относится только к курильщикам и людям контактирующим с вредными веществами. Это связано с тем, что бета-каротин активизирует канцерогенные вещества, находящиеся в табачном дыме и асбесте. А канцерогены в свою очередь повреждают человеческие клетки и превращают их в раковые. [12]
В то же время, витамин Аиего производные ретиноиды — можно использовать при нарушении процессов керотинизации, атакже для профилактики илечения некоторых раковых заболеваний. Воснову этих рекомендаций положены данные отом, что ретиноиды способны влиять на рост опухолей путем воздействия на иммунную систему, на дифференциацию ткани (особенно эпителиальной), на адгезивныесвойства клеток иклеточные взаимодействия. Витамин Аиего производные оказались эффективным средством при лечении прелейкемическогосиндрома, канцеромы языка, меланомы.Особенно ценным вдействии ретиноидовна опухоли является то, что эффект этих соединений основан на иных механизмах подавления роста злокачественных клеток, чем при использовании обычной цитотоксическойхемотерапии. [2]
Представляет интерес влияние каротиноидов на эндокринную систему, особенно это касается полового развития и созревания, оплодотворения, прохождения репродуктивных процессов.
Еще одна важная функция — способность образовывать комплексы с протеинами. Известно, что маленькие молекулы (так называемые аллостерические эффекторы) изменяют агрегационное состояние протеинов, тем самым стабилизируя их протеиновую и энзимовую активность. Эта способность также обуславливает изменения проницаемости мембран.
Каротиноиды могут косвенно поддерживать водный баланс организма, способствуют работе обонятельных рецепторов и хеморецепторов.
Считается, что каротиноиды (ксантофилы) используются как запас кислорода в нейрональной дыхательной цепочке и потому важно их наличие в кислородных клетках и тканях.
Учитывая существующую взаимосвязь между высокой каротиноидной и кальциевой концентрацией, в особенности в компонентах митохондрий с каротиноидсодержащими мембранами, можно заключить, что эти липохромы играют большую роль в транспорте кальция через мембраны.[7]
Установлена иммуностимулирующая роль каротиноидов. Например, обнаружено, что рыбы с высоким содержанием каротиноидов были значительно более устойчивы к инфекционным и грибковым заболеваниям; цыплята — устойчивы к энцефалопатии и т.д. Каротиноиды увеличивают цитостатическую активность клеток-киллеров, замедляют рост опухоли и ускоряют ранозаживление. Они также проявляют аппетитстимулирующую активность (и физиологически, и этиологически).
Весьма важной, проявляющейся внешне, функцией каротиноидов является их способность обеспечивать яркую окраску организмов, которая может выполнять сигнальную функцию, нести информацию.
Отмечено, что продукты разложения каротиноидов также обладают специфическими физиологическими функциями: например, участвуют в синтезе фитогормонов. [8]
1.3.2 Нормы потребления
Согласно методическим рекомендациям по нормам рационального питания 6 мкг бета-каротина эквивалентны 1 мкг витамина А. Среднее потребление в разных странах 1,8-5,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для взрослых — 5 мг/сутки. Ликопина следует употреблять порядка 5 мг в сутки, верхний допустимый уровень потребления — 10 мг в сутки. Рекомендуемый уровень потребления лютеина в России — 5 мг в сутки. Верхний допустимый уровень потребления — 10 мг в сутки.
Благодаря контролируемому превращению бета-каротина в витамин А избыточное потребление бета-каротина не приводит к развитию гипервитаминоза А. Избыточный прием каротиноидов при различных заболеваниях (гиперлипемия, сахарный диабет, нефротический синдром или гипертиреоз) может вызывать гиперкаротедермию, которая проявляется в желтоватом оттенке кожи в основном ладоней и подошв стоп. При уменьшении или прекращении приема каротиноидов желтый цвет исчезает. [14, 16]
1.3.3 Усвоение каротиноидов организмом человека
Человек и животные не могут синтезировать каротиноиды de novo, их поступление зависит только от источников питания. Усвоение каротиноидов, как и других липидов, происходит в дуоденальной области тонкого кишечника. Под влиянием желудочно-кишечной среды (например кислотности желудочного сока), наличия специфических рецепторов протеинов каротиноиды могут разрушаться окислителями или энзимами или метаболизировать, как например β-каротин в витамин А в слизистой. Провитаминные свойства β -каротина и его окислительное преобразование в витамин А являются общими для всех животных. Согласно принятой гипотезе β -каротин превращается в витамин А в слизистой кишечника под воздействием фермента каротиндиоксигеназы. Молекула β -каротина, которая теоретически должна образовывать 2 молекулы витамина А, уменьшается с одного конца цепи в результате последовательного окисления до ретиналя (С20-соединения) и образует одну молекулу витамина А. Другие каротиноиды также могут проявлять А-провитаминную активность. [11, 24]
Установлено, что содержащиеся в продуктах питания каротиноиды далеко не полностью усваиваются организмом. Находясь внутри неповрежденных клеток растительных продуктов, каротиноды ресорбируются в кровь обычно в очень малой степени. Значительно лучше происходит усвоение из мелко измельченных и предварительно обработанных продуктов, в которых клеточные мембраны разрушены.
Кроме того, важным фактором для усвоения каротиноидов организмом является наличие жировой среды. Еще в 1941 году было установлено, что количество каротина, усвояемого организмом из сырой моркови при диете, лишенной жиров, не превышает 1%. При тех же условиях из вареной моркови усваивается 19% каротина. После добавления растительного масла усвоение каротина увеличивается до 25%. [5, 9]
1.4 Методы количественного определения каротиноидов
В настоящее время каротиноидыизучены очень хорошо. Замечательные успехи, достигнутые биохимией в области выделения, очистки, установления структуры изучения биохимических реакций каротиноидов, были сделаны благодаря гениальному по простоте иизяществу методу хроматографического адсорбционногоанализа, разработанному в1903 г. М.С. Цветом.
Хроматографическийметод. Принцип этого метода заключается втом, что сложная смесь различных окрашенныхвеществ, растворенных вкаком-либо органическом растворителе,например смесь различных каротиноидов, полученная путем экстрагированиялистьев петролейнымэфиром или сероуглеродом, пропускается через вертикально поставленную стеклянную трубку, наполненную адсорбентом.Вкачестве адсорбентамогут быть использованы карбонаткальция, тальк, крахмал идругие вещества. Так как каждый из содержащихся в растворе пигментовобладает определенной, только ему свойственной способностью адсорбироваться на заполняющем трубку адсорбенте, то происходит разделение этих пигментов, и каждый из них концентрируется встрого определенном слое адсорбента. Встеклянной трубке садсорбентом, называемой адсорбционнойколонкой, получается несколько полос, окрашенных вразные цвета, взависимости от того, какой пигмент адсорбировалсявтом или ином слое адсорбента.Слой адсорбента, содержащий тот или иной пигмент, вынимают из трубки, иадсорбированное вещество, отделенное таким образом от других присутствующих врастворе веществ, может быть экстрагировано(элюировано)из адсорбентаспомощью какого-либо другого растворителя, например спирта. Выделенные таким образом пигменты могут быть подвергнутыповторному хроматографическомуанализу на других адсорбентахис другимирастворителями. Если данный пигмент представляет собой смесь двух итрех изомеров,имеющих одинаковую эмпирическую формулу, но различающихсялишь незначительными особенностями своих структурных формул, то с помощью дальнейшего хроматографическогоанализа можно разделить такие, весьма близкие по своим свойствам изомеры.Этим методом были разделены, выделены вчистом виде иисследованы три изомеракаротина, имеюгциеодинаковую эмпирическую формулу С40Н56.Спомощью хроматографическогоанализа было показано также, что пигменты желтой кукурузы представляют собой смесь трех каротиноидов —лютеина, криптоксантинаицеаксантина.[9]
продолжение--PAGE_BREAK--
Хроматографическийадсорбционныйанализ, разработанный Цветом на смесяхокрашенных веществ, внастоящее время нашел широчайшее применение при разделении, выделении иисследовании самых разнообразных веществ, не обладающихокраской. Благодаря этому методу удается разделение, очистка иполучениевчистом виде витаминов, аминокислот, белков, пептидов, ферментов, различныхнеорганических веществ ит. д. При разделении иидентификации очень малых количеств веществ исключительно большую помощь оказывает биохимикам одна из разновидностей хроматографическогоанализа —так называемая распределительнаяхроматография на бумаге, разработанная английскими биохимиками А. Мартином иР. Сингом. Она основана на том, что различные вещества по-разному диффундируютираспределяются на листе фильтровальнойбумаги, пропитанном смесью определенных органических растворителей.
Особенно чувствительными разновидностями хроматографии являются называемые тонкослойнаяигазовая хроматографии, которые находят все бол широкое применение в биохимии, биоорганическойхимии ипищевой химии.
Газовая хроматография внастоящее время —наиболее точный ибыстрый метод анализа липидов.[13]
Методы извлечения каротиноидов.Традиционные методы извлечения каротиноидовиз природных объектов состоят вгомогенизированиибиомассы при охлаждении (процесс проводят обычно вприсутствии антиоксидантовв темноте), извлечении пигментов полярными растворителями, напримерацетоном или метанолом. Далее каротиноидыпереводят внеполярныерастворители— гексанили петролейныйэфир. Индивидуальные пигменты получают путем хроматографирования втонком слое адсорбента(силикагель, алюминий). При использовании последнего сорбентаразделение каротиноидовцелесообразнее проводить всистеме растворителей, содержащей различное количество гексанаиацетона. При разделении ксантофиллов перед тонкослойнойхроматографией на силикагелепроводят предварительный щелочной метанолиз.Если каротиноидысвязаны сбелками, то для их извлечения используют детергенты, например тритон Х-100 (2 %) или додецилсульфатнатрия (1%).
Первоначальную информацию остроении выделенного каротиноида дает исследование спектров поглощения пигмента ввидимой области. Эти данные наряду спринятыми химическими методами исследования каротиноидов(озонолиз, восстановление NaBH4идр.) позволяют составить представление овозможной структуре пигмента. Далее определяют сравнительную полярность изучаемого пигмента вразных хроматографическихсистемах.
Масс-спектрометрия. Масс-спектрометрияиспользуется для установления молекулярной массы каротиноидаиособенностей строения. Информациюоналичии определенных функциональных групп впигменте могут дать ИК- иЯМР-спектры.Стереохимиякаротиноидаявляется конечным этапом его изучения. Наиболее полные данные остереохимиикаротиноидаможно получить, используя спектры кругового дихроизмаинизкотемпературные спектры поглощения (при температуре жидкого азота). Окончательное заключение остроении изучаемого каротиноидадают рентгеноструктурныйанализ итотальный синтез полиена.Следует отметить, что все перечисленные выше анализы могут быть проведены снебольшим количеством образца (около 10 —20 мг), что взначительной степени содействовало развитию впоследние годы химии каротиноидов.[9, 23]
1.5 Использование каротиноидов
Уже в течение многих лет каротиноиды широко применяются в сельском хозяйстве, медицине и пищевой промышленности. Их присутствие во многих природных продуктах делает их идеально пригодными для этой цели.
Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников — растений и микроорганизмов. Химическим путем получают β-каротин, витамин А, β-апо-8-каротиналь, этиловый эфир β-апо-8-каротиновой кислоты, кантоксантин и ряд других каротиноидов, синтез которых осуществляетсявзаводских масштабах. Традиционными источниками получения каротиноидовслужат также некоторые растения — морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха идр. Наряду сэтим все шире втех же целях используют мицелиальные грибы идрожжи. Как продуцентыкаротиноидовпредставляют также интерес бактерии иводоросли. [20]
β-Каротин используют главным образом в пищевой промышленности, а также при изготовлении лекарств и косметических средств. β-Каротин и ликопин применяют как пигментные вещества икрасители при изготовлении таких пищевых продуктов, как колбасы иветчинныеизделия, сливочное масло. Как краситель используют также β-апо-8-каротиналь,придающий оранжевую окраску многимкондитерским изделиям, сырам иовощным пастам.[18]
В пищевые жиры, особенно в сливочное масло и маргарин, добавляют β-Каротин, благодаря чему организм получает дополнительное количество необходимого для него витамина А, а масло — более привлекательный цвет. Масло нагревают до 30'С идобавляют вытяжку из моркови или β-каротин, который при такой температуре хорошо растворяется вмасле. Водорастворимые или по крайней мере диспергируемые в воде производные β-каротина, кантаксантин и апокаротиноиды, применяются для окрашивания напитков и других пищевых продуктов. ВИталии существует давняя традиция добавлять каротиноидывмакаронные изделия. β-Ка-ротин иβ-апо-8-каротинальдобавляют также всыры иовощные пасты. Эти же каротиноидыиспользуют для окраски яичного желтка (β-апо-8-каротинальдобавляют впищевой рацион кур).[2]
продолжение--PAGE_BREAK--
Часто каротиноиды-красителииспользуют всочетании саскорбиновой кислотой, что обеспечивает большую стабильность пигментов. Для лучшей сохранности каротиноидовпри использованииих вкачестве красителей применяют также особые препаративные формы пигментов. Каротиноидырастворяют вмаслах или готовят вододисперсныеформы: втакой форме пигменты заключают вмикрокапсулы(наиболее удобная форма сохранениякаротиноидов).Велико значение каротиноидов, вчастности ликопина, при изготовлении колбас иветчинныхизделий, где, они могут заменить нитритнатрия. Как краситель используют также β-апо-8-каротиналь,придающий оранжевую окраску леденцам, пищевым пастам, кексам идругим кондитерским изделиям.[15]
В медицине каротиноиды используются главным образом для профилактики или лечения авитаминоза А. В этих случаях рекомендуется пищевой рацион, богатый каротиноидами, или специальные препараты. Вместе с тем, как недавно показано, при некоторых кожных заболеваниях, которые обостряются под действием солнечного излучения, каротиноиды играют защитную роль. В частности, большие дозы β-каротина значительно смягчают симптомы эритропоэтической Порфирии. Для этой болезни характерно нарушение метаболизма порфиринов, в результате чего они накапливаются в организме и начинают играть роль фотосенсибилизаторов. У таких больных под влиянием солнечного света появляется зуд, жжение и отечность. В настоящее время рассматривается также возможность использования каротиноидов. Кроме того, установлено, что каротикаротиноиды оказывают терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемогоУФ-излучением или диметилбензантраценом.[2]
Заключение
Каротиноиды представляют собой классический пример группы природных пигментов. Все члены этой группы обладают очень близкой структурой, основанной на сопряженном полиеновом хромофоре, который и обуславливает их светопоглощающие свойства. Они дают возможность наблюдать четкую корреляцию между максимумом поглощения и длиной хромофора. Каротиноиды чрезвычайно широко распространены у живых организмов и принимают участие во всех фотофункциях, обычно связанных с природными пигментами.
Использование каротиноидов в качестве пищевых добавок, красителей и провитаминов А уже происходит в большиз количествах и постоянно расширяется. Это связано с увеличением спроса на природные красители, которые часто предпочитают синтетическим красящим веществам, а также с налаженным промышленным производством каротиноидов. Если число каротиноидов, которые могут быть использованы, и особенно диапазон красок, который может быть получен, увеличаться, то применение каротиноидов станет еще более широким.
Несомненный интерес представляют данные отом, что β-каротин оказывает терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемогоУФ-излучением или диметилбензантраценом. Установлено, что идругой каротиноид—кантаксантин, атакже полиенфитоинобладают антираковойактивностью вотношении рака кожи, индуцированного УФ-излучением.
Таким образом, изучение каротиноидоввесьма перспективно ипозволяет широко использовать эти соединения впромышленности, медицине исельском хозяйстве.
Список использованных источников
1. Карнаухов, В.Н. Биологические функции каротиноидов/ В.Н. Карнаухов. – М.: Наука, 1988. – 240 с.
2. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов: пер. с англ. / Г. Бриттон. – М.: Мир, 1986. – 422 с.
3. Гудвин Т. Сравнительная биохимия каротиноидов: пер. с англ. Ф. В. Церевитина/ Т. Гудвин. – М.: Мир, 1974. – 541 с.
4. Гудвин Т. Введение в биохимию растений: Пер. с англ. под ред. В.Л. Кретовича/ Т. Гудвин, Э. Мерсер. – М., 1986. – 630 с.
5. Дмитровский А.А. Экспериментальная витаминология/ А. А. Дмитровский, Островская Ю. М. — Минск.: Наука и техника, 1979. – 233 с.
6. Душейко А.А. Витамин А / А.А. Душейко. – Киев: Наукова Думка, 1988. – 512 с.
7. Конъ И.Я. Биохимические механизмы действия витамина А / И.Я. Конь. — М.: Ин-т питания АМН СССР, 1987. – 216 с.
8. Коротилова А.И. Витамины / А.И. Коротилова, Е.П. Глушанков. – СПб.: 1976. – 273 с.
9. Кретович В.Л. Биохимия растений: Учеб. – 2-е изд., перераб. и доп.; для биол. спец. ун-тов / В.Л. Кретович. – М.: Высш. шк., 1986. – 503 с.
10. Метлицкий Л.В. Основы биохимии плодов и овощей / Л. В. Метлицкий.– М.: 1976. – 203 с.
11. Овчаров К.Е. Витамины растений / К.Е. Овчаров.– М.: 1969. – 492 с.
12. Кротов С.М. Популярная медицинская энциклопедия: 4-е издание/ С.М. Кротов, А.Г. Шлепаков — Ульяновск.: “Книгочей”, 1997. – 165 с.
13. Аркадьева З.А. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / З.А. Аркадьева, А.М. Безбородов, И.Н. Блохина [и др.]. – М.: Высш. шк., 1989. – 688 с.
14. Савинов Б.Г. Каротин (провитамин А) и получение его препаратов. / Б.Г. Савинов. — Киев: Наукова Думка, 1978. – 264 с.
15. Семенов В.Ф. Пигменты пищевых производств (меланоидины)/ В.Ф. Селеменов, О.Б. Руданов, Г.В. Славянская, Н.В. Дроздова. –М.: Дели принт, 2008. – 246 с.
16. Сисакян Н.М. Биохимия и физиология витаминов/ Н.М. Сисакян. – М.: Колос, 1953. – 254 с.
17. Скорикова Ю.Г. Полифенолы плодов и ягод и формирование цвета продуктов: учебник/ Ю.Г. Скорикова. – М.: Пищ. пром-ть. – 1973. – 230 с.
18. Слепнева А.С. Товароведение плодоовощных, зерномучных, кондитерских и вкусовых товаров / А.С. Слепнева, А.Н. Кудяш, П.Ф. Пономарев. –2-е изд., переработанное. – М.: Экономика, 2007. –243 с.
19. Стайлер Л.К. Биохимия/ Л.К. Стайлер.– М.: Мир., 1985. – 476 с.
20. Гончарова В.Н. Товароведение пищевых продуктов/ В.Н. Гончарова, Е.Я. Голощапова. — М.: Экономика, 1990 г. – 263 с.
21. Третьяков Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений/ Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин [и др.]. — М.: Колос, 2000. – 180 с.
22. Химический состав и энергетическая ценность пищевых продуктов: справочник Мак Канса и Уиддоусона/ пер. с англ. под общ. ред. А.К. Батурина. – СПб.: Профессия, 2006. – 416 с.
23. Энциклопедический словарь — М.: Большая советская энциклопедия, 1955. – 864с.
24. Яковлева Н.Б. Химическая природа нужных для жизни витаминов/ Н.Б. Яковлева. — М.: Просвещение, 2006. – 120 с.