Характеристика каротиноидов плодов и овощей Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию 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, а также лютеин — желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от присутствующих в них каротинов и каротинои-дов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов тома-та обусловлена каротиноидом ликопином. 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. Каротиноиды делят, например, на каротины (содержат только углерод и водород) и гидроксикаротиноиды, в молекулу которых входит также кислород. Последние называют иногда общим термином ксантофиллы. Другая химическая классификация делит каротиноиды на ациклические, моноциклические и бициклические, Имеется также классификация каротиноидов, в основу которой положены отличия в функциональном 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. 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 в них значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноиды могут рассматриваться как производные ликопина — каротиноида, обнаруженного в плодах томатов, а также в некоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопина С40 Н56 . 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 структура γ-каротина Рисунок 4 – химическая структура β-каротина Сопоставляя формулы, можно заметить, что α-каротин отличается от β-изо-мера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам молекулы. В отличие от α- и β-изомеров γ-каротин имеет только лишь один цикл. [2] Каротины являются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопин и каротины содержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена. Все без исключения другие природные каротиноиды — производные четырех указанных выше углеводородов: ликопина и каротинов. Они образуются из этих углеводородов путем введения гидроксильных, карбонильных или метоксильных групп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. [4] В результате введения в молекулу β-каротина двух оксигрупп образуется каротиноид, содержащийся в зерне кукурузы и называемый цеаксантином С40 Н56 О2 (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 С40 Н56 О2 (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 С40 Н56 О, содержащийся в кожуре цитрусовых (рисунок 6). Рисунок 6 – химическая структура цитроксантина Продуктами окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле являются кроцетин С20 Н24 О4 , биксин С25 Н30 О4 и β-цитраурин С30 Н40 О2. 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 Bixa orellana, применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов (рисунок 8). Рисунок 8 – химическая структура биксина β-Цитраурин находится в кожуре плодов цитрусовых, его строение представлено на рисунке 9. Рисунок 9 – химическая структура β-цитраурина В бурых водорослях обнаружен каротиноид фукоксантин С40 Н60 О6 , который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента (рисунок 10). 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 каротиноиды играют важную роль в процессе фотосинтеза. [2] Исходя из химического строения каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются в растении переносчиками активного кислорода и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растениях кислородных производных каротиноидов — эпоксидов, чрезвычайно легко отдающих свой кислород. Примером такого кислородного производного может служить диэпоксид β-каротина (рисунок 11). [19] Рисунок 11 – химическая структура диэпоксида β-каротина Каротиноиды легко образуют перекиси, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и может затем легко окислять различные вещества. Каротиноиды в качестве основной структурной единицы имеют изопрен (рисунок 12). Рисунок 12 – химическая структура изопрена Фитол и каротиноиды так же, как терпены, гутта, каучук и рассматриваемые ниже стероиды, представляют собой изопреноиды. В настоящее время фитол, каротиноиды, терпены, каучук, гутту, стероиды, а также убихиноны, пластохиноны, витамин Е и витамин К объединяют общим термином терпеноиды. Исходным материалом для синтеза терпеноидов является радикал ацетила СН3 СО, а промежуточным продуктом, образующимся при биосинтезе терпеноидов из соединений, содержащих активный ацетил, — мевалоновая кислота. [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. Каротиноиды в зеленых листьях составляют примерно 0,07 — 0,2-% при расчете на сухую массу листьев. В отдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов. Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеина и каротиноида, 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 и овощей основным или иногда даже единственным источником активности витамина А является β-каротин. Единственным исключением здесь является морковь, содержащая примерно 30 каротиноидов в виде α-каротина. В таблице 1 приводится содержание других каротиноидов в продуктах. Значения по криптоксантинам зачастую не дифференцируют — преобладающей является их β-форма, а α-форма представлена гораздо меньшим количеством. Содержание β-каротина эквивалентно сумме β-каротина и половины присутствующих α-каротина и криптоксантинов; значение эквивалента ретинола составляет одну шестую от эквивалента β-каротина. В ликопене активности витамина А не 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 0 225 37 3 Зеленая фасоль / французская фасоль, отваренная без соли 52 494 0 520 87 Горошек 4 Зеленый горошек, сырой 19 290 0 300 50 5 Зеленый горошек, отваренный без соли 7 245 0 250 41 6 Зеленый горошек, замороженный, отваренный без соли 26 558 0 571 95 7 Зеленый горошек, консервированный, разогретый, без жидкости 15 526 0 534 89 Овощи разные 8 Спаржа, сырая 10 310 0 315 53 9 Спаржа, отваренная в соленой воде 0 389 0 389 65 10 Баклажан, сырой 60 40 0 70 12 11 Баклажан, жаренный на кукурузном масле 110 70 0 125 21 12 Свекла, сырая 20 10 0 20 3 13 Морковь старая, сырая 4070 10400 0 12500 2080 14 Морковь молодая, сырая 3380 6120 0 7810 1300 15 Морковь молодая, отваренная без соли 3420 5990 0 7700 1280 16 Морковь, консервированная разогретая подсушенная 729 1710 0 2070 345 17 Кабачки-цуккини, сырые 0 550 0 610 100 18 Кабачки-цуккини, поджаренные на кукурузном масле 0 450 0 500 83 19 Капуста кудрявая, сырая 0 3130 32 3150 525 20 Капуста кудрявая, отваренная без соли 0 3350 33 3380 560 21 Тыква (сорт карела), сырая 95 295 0 345 57 22 Салат-латук, сырой 0 1020 0 1023 171 23 Бамия, сырая 30 500 0 515 85 24 Бамия, отваренная без соли 29 450 0 465 77 25 Стручковый перец, капсикум, зеленый, сырой 9 260 0 265 44 26 Стручковый перец, зеленый, отваренный в соленой воде 8 235 0 240 40 27 Тыква, сырая 14 445 0 450 75 28 Тыква, отваренная в соленой воде 29 940 0 450 75 29 Шпинат, сырой 0 3520 35 3540 589 30 Шпинат, отваренный без соли 0 3820 39 3840 640 31 Зеленый лук, сырой 0 2620 216 2630 438 32 Зеленый лук, отваренный без соли 0 2260 23 2270 378 33 Сладкая кукуруза (зерно), консервированная, разогретая, без жидкости 0 22 180 110 19 34 Сладкая кукуруза, в початке, цельная, отваренная без соли 0 14 115 71 12 35 Помидоры, сырые 0 564 0 564 94 36 Помидоры, жаренные на кукурузном масле 0 740 42 765 125 37 Помидоры, жаренные на гриле 0 1790 97 1840 306 38 Помидоры, консервированные 0 362 0 362 60 Фрукты 39 Абрикосы, сырые 2 405 0 405 67 40 Абрикосы, консервированные в сиропе 0 810 0 810 135 41 Авокадо 8 540 0 545 91 42 Ежевика, сырая 4 78 0 80 13 43 Ежевика с сахаром 3 61 0 62 10 44 Вишня, сырая 4 23 0 25 4 45 Вишня, консервированная в сиропе 4 15 0 17 3 46 Клементины 5 73 0 75 13 47 Крыжовник, с сахаром 3 40 0 41 7 48 Грейпфрут, сырой 9 12 0 17 3 49 Гуава, сырая 0 380 110 435 73 50 Киви 0 40 0 40 7 51 Мандарины, консервированные в собственном соку 7 92 0 95 16 52 Мандарины, консервированные в сиропе 7 105 0 105 18 53 Манго, зрелые, сырые 0 682 27 696 116 54 Дыня-канталупа 19 1760 0 1770 294 55 Арбуз 0 116 0 116 19 56 Нектарины 0 114 0 114 19 57 Апельсины 26 14 39 47 8 58 Маракуйя 410 360 370 750 125 59 Папайя, сырая 0 130 1365 810 135 60 Персики, сырые 0 119 0 119 19 61 Груши, сырые 0 17 3 18 3 62 Груши, сырые, без кожуры 0 18 3 19 3 63 Слива, сырая 23 355 19 376 63 64 Сливы, консервированные в собственном соку 15 135 0 140 23 65 Сливы, готовые к употреблению 27 125 0 140 3 66 Мандарины сацума 5 73 0 75 13 67 Танжерины 6 94 0 97 16 Фруктовые соки 68 Апельсиновый сок, без добавления сахара 2 5 21 17 3 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 А и его производные ретиноиды - можно использовать при нарушении процессов керотинизации, а также для профилактики и лечения некоторых раковых заболеваний. В основу этих рекомендаций положены данные о том, что ретиноиды способны влиять на рост опухолей путем воздействия на иммунную систему, на дифференциацию ткани (особенно эпителиальной), на адгезивные свойства клеток и клеточные взаимодействия. Витамин А и его производные оказались эффективным средством при лечении прелейкемического синдрома, канцеромы языка, меланомы. Особенно ценным в действии ретиноидов на опухоли является то, что эффект этих соединений основан на иных механизмах подавления роста злокачественных клеток, чем при использовании обычной цитотоксической хемотерапии. [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 каротиноиды изучены очень хорошо. Замечательные успехи, достигнутые биохимией в области выделения, очистки, установления структуры изучения биохимических реакций каротиноидов, были сделаны благодаря гениальному по простоте и изяществу методу хроматографического адсорбционного анализа, разработанному в 1903 г. М.С. Цветом. Хроматографический метод. Принцип этого метода заключается в том, что сложная смесь различных окрашенных веществ, растворенных в каком-либо органическом растворителе, например смесь различных каротиноидов, полученная путем экстрагирования листьев петролейным эфиром или сероуглеродом, пропускается через вертикально поставленную стеклянную трубку, наполненную адсорбентом. В качестве адсорбента могут быть использованы карбонат кальция, тальк, крахмал и другие вещества. Так как каждый из содержащихся в растворе пигментов обладает определенной, только ему свойственной способностью адсорбироваться на заполняющем трубку адсорбенте, то происходит разделение этих пигментов, и каждый из них концентрируется в строго определенном слое адсорбента. В стеклянной трубке с адсорбентом, называемой адсорбционной колонкой, получается несколько полос, окрашенных в разные цвета, в зависимости от того, какой пигмент адсорбировался в том или ином слое адсорбента. Слой адсорбента, содержащий тот или иной пигмент, вынимают из трубки, и адсорбированное вещество, отделенное таким образом от других присутствующих в растворе веществ, может быть экстрагировано (элюировано) из адсорбента с помощью какого-либо другого растворителя, например спирта. Выделенные таким образом пигменты могут быть подвергнуты повторному хроматографическому анализу на других адсорбентах и с другими растворителями. Если данный пигмент представляет собой смесь двух и трех изомеров, имеющих одинаковую эмпирическую формулу, но различающихся лишь незначительными особенностями своих структурных формул, то с помощью дальнейшего хроматографического анализа можно разделить такие, весьма близкие по своим свойствам изомеры. Этим методом были разделены, выделены в чистом виде и исследованы три изомера каротина, имеюгцие одинаковую эмпирическую формулу С40 Н56 . С помощью хроматографического анализа было показано также, что пигменты желтой кукурузы представляют собой смесь трех каротиноидов — лютеина, криптоксантина и цеаксантина. [9] Хроматографический адсорбционный анализ, разработанный Цветом на смесях окрашенных веществ, в настоящее время нашел широчайшее применение при разделении, выделении и исследовании самых разнообразных веществ, не обладающих окраской. Благодаря этому методу удается разделение, очистка и получение в чистом виде витаминов, аминокислот, белков, пептидов, ферментов, различных неорганических веществ и т. д. При разделении и идентификации очень малых количеств веществ исключительно большую помощь оказывает биохимикам одна из разновидностей хроматографического анализа — так называемая распределительная хроматография на бумаге, разработанная английскими биохимиками А. Мартином и Р. Сингом. Она основана на том, что различные вещества по-разному диффундируют и распределяются на листе фильтровальной бумаги, пропитанном смесью определенных органических растворителей. Особенно чувствительными разновидностями хроматографии являются называемые тонкослойная и газовая хроматографии, которые находят все бол широкое применение в биохимии, биоорганической химии и пищевой химии. Газовая хроматография в настоящее время — наиболее точный и быстрый метод анализа липидов. [13] Методы извлечения каротиноидов. Традиционные методы извлечения каротиноидов из природных объектов состоят в гомогенизировании биомассы при охлаждении (процесс проводят обычно в присутствии антиоксидантов в темноте), извлечении пигментов полярными растворителями, например ацетоном или метанолом. Далее каротиноиды переводят в неполярные растворители — гексан или петролейный эфир. Индивидуальные пигменты получают путем хроматографирования в тонком слое адсорбента (силикагель, алюминий). При использовании последнего сорбента разделение каротиноидов целесообразнее проводить в системе растворителей, содержащей различное количество гексана и ацетона. При разделении ксантофиллов перед тонкослойной хроматографией на силикагеле проводят предварительный щелочной метанолиз. Если каротиноиды связаны с белками, то для их извлечения используют детергенты, например тритон Х-100 (2 %) или додецилсульфат натрия (1%). Первоначальную информацию о строении выделенного каротиноида дает исследование спектров поглощения пигмента в видимой области. Эти данные наряду с принятыми химическими методами исследования каротиноидов (озонолиз, восстановление NaBH4 и др.) позволяют составить представление о возможной структуре пигмента. Далее определяют сравнительную полярность изучаемого пигмента в разных хроматографических системах. Масс-спектрометрия. Масс-спектрометрия используется для установления молекулярной массы каротиноида и особенностей строения. Информацию о наличии определенных функциональных групп в пигменте могут дать ИК- и ЯМР-спектры. Стереохимия каротиноида является конечным этапом его изучения. Наиболее полные данные о стереохимии каротиноида можно получить, используя спектры кругового дихроизма и низкотемпературные спектры поглощения (при температуре жидкого азота). Окончательное заключение о строении изучаемого каротиноида дают рентгеноструктурный анализ и тотальный синтез полиена. Следует отметить, что все перечисленные выше анализы могут быть проведены с небольшим количеством образца (около 10 — 20 мг), что в значительной степени содействовало развитию в последние 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 осуществляется в заводских масштабах. Традиционными источниками получения каротиноидов служат также некоторые растения - морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха и др. Наряду с этим все шире в тех же целях используют мицелиальные грибы и дрожжи. Как продуценты каротиноидов представляют также интерес бактерии и водоросли. [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 и красители при изготовлении таких пищевых продуктов, как колбасы и ветчинные изделия, сливочное масло. Как краситель используют также β-апо-8-каротиналь, придающий оранжевую окраску многим кондитерским изделиям, сырам и овощным 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 и добавляют вытяжку из моркови или β-каротин, который при такой температуре хорошо растворяется в масле. Водорастворимые или по крайней мере диспергируемые в воде производные β-каротина, кантаксантин и апокаротиноиды, применяются для окрашивания напитков и других пищевых продуктов. В Италии существует давняя традиция добавлять каротиноиды в макаронные изделия. β-Ка-ротин и β-апо-8-каротиналь добавляют также в сыры и овощные пасты. Эти же каротиноиды используют для окраски яичного желтка (β-апо-8-каротиналь добавляют в пищевой рацион кур). [2] Часто каротиноиды-красители используют в сочетании с аскорбиновой кислотой, что обеспечивает большую стабильность пигментов. Для лучшей сохранности каротиноидов при использовании их в качестве красителей применяют также особые препаративные формы пигментов. Каротиноиды растворяют в маслах или готовят вододисперсные формы: в такой форме пигменты заключают в микрокапсулы (наиболее удобная форма сохранения каротиноидов). Велико значение каротиноидов, в частности ликопина, при изготовлении колбас и ветчинных изделий, где, они могут заменить нитрит натрия. Как краситель используют также β-апо-8-каротиналь, придающий оранжевую окраску леденцам, пищевым пастам, кексам и другим 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, индуцируемого УФ-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 о том, что β-каротин оказывает терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемого УФ-излучением или диметилбензантраценом. Установлено, что и другой каротиноид — кантаксантин, а также полиен фитоин обладают антираковой активностью в отношении рака кожи, индуцированного УФ-излучением. Таким образом, изучение каротиноидов весьма перспективно и позволяет широко использовать эти соединения в промышленности, медицине и сельском 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.