Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1 Характеристика химического состава ягод брусники и клюквы 8
1.2 Минеральный состав ягод брусники и клюквы 24
1.3 Пищевая и биологическая ценность ягод брусники и клюквы 26
1.4 Заключение к литературному обзору 32
Глава 2. Обсуждение результатов 34
2.1 Качественный состав ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris 35
2.2 Идентификация и количественное определение биологически активных органических соединений ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris 38
2.2.1 Органические кислоты 39
2.2.2 Витамин С 49
2.2.3 Соединения, содержащие фенольные и спиртовые гидроксильные группы 50
2.2.4 Альдегиды и кетоны 55
2.2.5 Терпеноиды 57
2.3 Сравнительный анализ компонентного состава дикорастущих ягод и синтетических ароматизаторов 61
2.4 Изменчивость содержания БАВ ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris в процессе созревания 65
2.5 Влияние температуры хранения на компонентный состав ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris 69
2.6 Изучение состава химических компонентов водно-спиртовых экстрактов дикорастущих ягод 76
2.7 Оценка перспективности использования дикорастущих ягод брусники и клюквы и ягодных экстрактов в производстве напитков 80
Глава 3. Экспериментальная часть 85
3.1 Методы исследования 85
3.2 Подготовка ягод и экстрактов к физико-химическим испытаниям 86
3.3 Математико-статистическая обработка результатов исследования 93
Выводы 96
Практические рекомендации 98
Литература 99
Приложения 112
- Минеральный состав ягод брусники и клюквы
- Соединения, содержащие фенольные и спиртовые гидроксильные группы
- Оценка перспективности использования дикорастущих ягод брусники и клюквы и ягодных экстрактов в производстве напитков
- Математико-статистическая обработка результатов исследования
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы большое внимание уделяется изучению биологически активных компонентов дикой флоры, особенно ягодных растений. Ценность дикорастущих растений состоит в том, что они имеют относительно высокую приспособленность к условиям окружающей среды и проявляют иммунитет ко многим заболеваниям. В связи с этим дикоросам присущи наиболее стабильные урожаи, а по содержанию многих биологически активных веществ (БАВ) и пищевой ценности они превосходят культурные сорта. Кроме того, дикорастущие ягоды, в отличие от культивируемых, в период роста не обрабатываются химическими препаратами.
В природных условиях северной территории Тюменской области произрастают 4 вида растений рода Vaccinium, среди которых доминирует брусника (Vaccinium vitis-idaea L.) и клюква болотная (Oxycoccus palustris). Средний ежегодный запас дикорастущих ягод в Тюменской области составляет около 1 млн. тонн.
Ягоды брусники и клюквы широко применяются в народной медицине в качестве жаропонижающего, мочегонного, стимулирующего и тонизирующего средства, для профилактики простудных заболеваний и повышения иммунитета. В настоящее время на их основе производятся и активно продаются как у нас в стране, так и за рубежом настойки, сиропы, экстракты и порошки, биологически активные добавки, лечебная косметика, а также фармакологические препараты (например, «Urisan», Hankintatukku Oy, Финляндия). Спектр действия каждого из перечисленных продуктов определяется составом ягодных экстрактов. Однако известно, что состав и уровень накопления БАВ зависят от почвенно- климатических факторов, условий вегетационного периода, фазы развития плодов. Поэтому изучение химического состава низкомолекулярных метаболитов ягод брусники и клюквы, собранных с ранее не изученных в этом плане территорий севера Тюменской области, является важной и актуальной задачей. Данное исследование может стать научной основой подбора и оценки перспективности использования дикорастущего сырья для местного производства продуктов питания, в том числе напитков, обладающих стимулирующими и общеукрепляющими свойствами. Последнее обстоятельство имеет большое значение для поддержания здоровья, работоспособности и продления активного периода жизни населения, проживающего в условиях Северных территорий.
Цель и задачи работы. Целью данной работы является изучение состава БАВ и определение минеральных элементов дикорастущих ягод брусники и клюквы, собранных в разных эколого-географических районах севера Тюменской области, с применением современных инструментальных методов - газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), газо-жидкостной хроматографии с масс-селективным детектором (ГЖХ-МС), атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) - и оценка перспективности их использования в качестве сырьевых источников при создании функциональных напитков.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1) исследование качественного состава БАВ ягод брусники и клюквы из разных природно-климатических районов севера Тюменской области; 2) определение содержания веществ, обусловливающие полезные свойства ягод брусники и клюквы количественными методами анализа; 3) сопоставление состава природных компонентов дикоросов и искусственных пищевых ароматизаторов; 4) оценка изменчивости состава БАВ по мере созревания ягод и хранения сырья; 5) изучение состава БАВ ягодных экстрактов, полученных методом исчерпывающей экстракции свежих ягод водно- спиртовыми смесями (с содержанием спирта 10, 25, 40%) и оценка полученных полуфабрикатов в качестве сырья перспективного для производства функциональных напитков.
Научная новизна работы. В результате настоящей работы впервые проведено исследование состава БАВ ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris, произрастающих в разных природно-климатических условиях севера Тюменской области - Нижневартовском, Сургутском районах Ханты-Мансийского автономного округа и Тобольском районе Тюменской области. С помощью современных физико-химических методов (ГЖХ, ВЭЖХ, ГЖХ-МС) в дикоросах идентифицировано более 90 соединений, о наличии 67 из которых в ягодах Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris ранее не сообщалось. Выявлены особенности накопления отдельных компонентов в зависимости от места произрастания плодов. Прослежена изменчивость состава БАВ в процессе созревания ягод и хранения. Впервые исследован компонентный состав водно-спиртовых экстрактов (с различным содержанием спирта), полученных на основе этих ягод. Методом ААС определены концентрации металлов (Zn, Fe, Cu, Mn, Pb, Cr, Ni, Cd).
Практическая значимость работы. Проведенное исследование вносит весомый вклад в изучение состава БАВ наиболее распространенных видов брусники и клюквы, произрастающих в разных климатических условиях севера Тюменской области. Полученные данные могут быть использованы при оценке в качестве пищевого сырья для пищевых производств региона. Показано, что биологическую ценность представляют не только непосредственно ягоды брусники и клюквы, но их 40%-ные водно- спиртовые экстракты. Изучение состава экстрактов позволило установить динамику природных веществ, в том числе биологически активных, и проследить их трансформации в растворах (полуфабрикатах при производстве функциональных напитков). Даны практические рекомендации по использованию полученных экспериментальных результатов, в частности по срокам сбора сырья, способам хранения, условиям экстрагирования природных соединений, методам подготовки ягод и продуктов их переработки (экстрактов) к анализу, с целью контроля сохранности полезных веществ на всех этапах технологической последовательности производства напитков - от свежесобранного сырья до готового изделия.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Данные сравнительного исследования химического состава брусники и клюквы, произрастающих в северных районах Тюменской области.
-
Результаты определения компонентного состава коммерческих ароматизаторов «Брусника» и «Клюква» квалификации «идентичный натуральному».
-
Сравнение состава БАВ ягод брусники и клюквы после многократного замораживания и свежесобранных ягод.
-
Динамика изменения концентрации некоторых соединений (бензойной, коричной, суммы жирных кислот и витамина С) во время созревания ягод брусники и клюквы.
-
Сведения о химическом составе 40%-ных водно-спиртовых экстрактов.
-
Анализ содержания металлов (Zn, Fe, Cu, Mn, Pb, Cr, Ni, Cd) по отношению к предельно-допустимым значениям, установленным нормативными документами на сырье и пищевые продукты.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на IX Международной научно-практической конференции «Вода и напитки», (Москва, 2007 г.); II Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008 г.); III Всероссийской конференции с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы» (Москва, 2009 г.); Открытой окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2009 г.); IV Всероссийской научной конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2009 г.); Международной конференции «Актуальные проблемы химии природных соединений» (Ташкент, 2010 г.); VII Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2011 г.); VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев 2012» (Санкт- Петербург, 2012 г.); V Всероссийской конференции с международным участием «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2012 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в журнале, рекомендованных ВАК, и тезисы 9 докладов на Международных и Всероссийских конференциях.
Диссертация обсуждена и одобрена на расширенном заседании кафедры химии ГБОУ ВПО «Сургутского государственного университета ХМАО-Югры» 6 декабря 2012 г.
Личный вклад соискателя в проведении исследования. Соискателем был выполнен анализ литературы по теме исследования, разработаны подходы к исследованию и проведено планирование экспериментов, лично получена основная часть результатов, осуществлен анализ и интерпретация полученных экспериментальных данных, написаны статьи и подготовлены доклады на конференциях. На защиту вынесены только те положения и результаты экспериментов, в получении которых роль соискателя была определяющей.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 124 страницах, включает 18 таблиц, 12 рисунков, 4 приложения и 133 библиографических ссылок.
Минеральный состав ягод брусники и клюквы
Биохимическую характеристику плодов брусники и клюквы дополняет разнообразный минеральный состав с суммарным содержанием: 0.26ч0.66% и 0.19ч0.28% соответственно [1,6-12,31,49,53]. Больше всего их в семенах (10.3%), значительно меньше в кожице (1.26%) и еще меньше в мякоти (0.2%). Сравнительные данные о содержании минеральных веществ в ягодах клюквы и брусники приведены в таблице 4.
Из макроэлементов в бруснике и клюкве преобладает калий (730 и 685ч1160 мг на кг свежих ягод соответственно), входящий в состав водо- и спирторастворимых солей. Содержание натрия в зрелых плодах брусники и клюквы колеблется в интервалах 70ч170 и 110ч190 мг/кг сырой массы соответственно, кальция – 94.6ч400 и 142ч800 мг/кг, магния – 22.4ч70 и 21.9ч80 мг/кг, фосфора – 44.5ч160 и 148.7ч314 мг/кг [9,11,12,49,54,55]. В ягодах брусники и клюквы содержится йод, барий, бор, кобальт, никель, олово, свинец, серебро, титан, хром, цинк, алюминий. Многие элементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений и играют важную роль в жизнедеятельности человека.
Авторами отмечается что, что количество зольных веществ в плодах брусники по мере созревания уменьшается в 1.5-2 раза. Данных о динамике содержания отдельных элементов в ягодах брусники и клюквы очень мало. Установлено, что содержание натрия в ягодах бруснике по мере их созревания увеличивается, хотя в отдельные годы эта закономерность не всегда сохранялась. Концентрация марганца в зеленой и зрелой бруснике варьирует незначительно [12]. По мере созревания ягод клюквы некоторых элементов, например цинка, меди, бария, свинца становиться меньше, других – олова и кальция – больше, а доля железа, фосфора и прочих элементов остается примерно на одном уровне. По данным А.Ф. Черкасова [11], содержание азота, фосфора и калия в ягодах клюквы меньше, чем в завязи. В подснежных ягодах клюквы некоторые элементы (кальций, фосфор, медь, молибден, олово, хром) содержатся в меньшем количестве, чем в осенних, другие (калий, вольфрам, магний, никель, свинец, серебро, стронций) – почти не изменяются, а третьи (барий, титан, цинк) – в большем. Автором [56] приводятся данные о минеральном составе ягод клюквы в зависимости от места произрастания. Содержание азота, фосфора и калия в ягодах из сосняка сфагнового несколько меньше, чем из сосняка осоково-сфагнового.
Из некоторых работ [7,19] по исследованию химического состава ягод брусники и клюквы известно, что кожица, мякоть и семена содержат одни и те же элементы, но в разных количествах. Например, основное количество фосфора, марганца, меди и цинка сконцентрировано в семенах. Азота в семенах содержится 75% от всего его количества в ягоде, а почти все (95%) железо находится в мякоти. Мякоть брусники и клюквы наиболее бедна другими минеральными элементами (кальций, натрий, магний, бор, барий), в большей степени они содержаться в семенах и кожице. А серебро преобладает в кожице ягод.
Таким образом, в настоящее время продолжаются исследования по изучению химического состава дикорастущих ягод брусники и клюквы с целью поиска и установления структуры новых соединений, обладающих терапевтическими свойствами. Поскольку именно физиологически активные компоненты, входящие в биокомплекс, обуславливают наличие тех или иных полезных свойств, как пищевых, так и лечебно-профилактических.
Пищевая ценность ягод брусники и клюквы определяется, прежде всего, теми биологически активными веществами, которые играют важную роль в физиологии питания и восстановлении организма. Однако, полезные свойства растений не исчерпываются одним наличием абсолютных количеств тех или иных биологически активных веществ. Ценность их возрастает во много раз благодаря тому, что присутствующие в растении вещества образуют биологические комплексы, действующие во взаимоусиливающем направлении. Так, одновременное присутствие и оптимальное сочетание в ягодах витаминов Р и С обеспечивает условия благоприятного проявления в организме биологического действия этих веществ [57]. Установлено роль флавоноидов как естественных стабилизаторов витамина С. Объясняется это тем, что аскорбиновая кислота образует с флавоноидами (таннином и галловой кислотой) соединения, которые более стабильны, чем аскорбиновая кислота [47,59].
Витамин С, содержащийся в бруснике и клюкве, является общепризнанным антиоксидантом, значение которого для организма сложно переоценить. Аскорбиновая кислота принимает участие в непрерывно происходящих в живой клетке окислительно-восстановительных процессах, и её рассматривают как мощный стимулирующий фактор для укрепления иммунной системы, повышающий устойчивость организма к агрессивному воздействию окружающей среды. Витамин С и в-каротин проявляют антирадикальную активность по отношению к гидроксильному радикалу [59].
Фруктовые кислоты благоприятно влияют на жировой обмен и активизируют деятельность пищеварительного тракта. Они не повышают кислотную нагрузку на организм человека, поскольку в процессе обмена веществ быстро окисляются [44,59].
Благодаря наличию фенолокислот (бензойной, коричных, хлорогеновой), ягоды брусники и клюквы обладают бактерицидными и антибактериальными свойствами. Кроме того, бензойная кислота – это природный антиоксидант. Существенна её роль в укреплении клеток мембран в организме. Исследование антимикробного действия сока брусники и клюквы осенней и подснежной показало, что достаточной для прекращения роста грибов рода Candida была концентрация брусничного сока 6,66%, сока осенней и подснежной клюквы – 5,33% [60]. В опытах на белых мышах установлено, что сок брусники полностью ликвидирует инвазию трихомонад и лямблий, показаны антимикробные свойства брусники и клюквы по отношению к Staphylococcus Pyogenus aureus, Proteus vulgaris, Salmonella Enteritidis [1]. Известно, что не только свежевыжатый сок обладает антимикробными свойствами, но и сок, хранившийся в течение длительного времени (до 25-20 недель). Автоклавированный сок этих ягод дал аналогичные результаты [61].
Соединения, содержащие фенольные и спиртовые гидроксильные группы
Хромато-масс-спектрометрическое исследование брусничных и
клюквенных хлороформных концентратов нейтральных и основных соединений (полученного при рН 10), показало наличие веществ, имеющие в своем структурном составе фенольные и спиртовые гидроксильные группы. Идентифицированы представители алифатических спиртов (44 - 49), в том числе метаболиты жирных кислот - спиртов жирного ряда, фенола (50) и фенольных производных (51 – 55), а также ароматических спиртов (56 - 60) (табл. 7).
Высокомолекулярные спирты (цетиловый (45), эйкозанол (46), гексадец-9-ен-1-ола (47), олеиновый (48), октадека-9,12-диен-1-ол (49)), найденные в дикоросах, скорее всего, также как и жирные кислоты входят в состав воскового налета ягод, который содержится в кутикулярном слое и покрывает клетки эпидермиса [82]. Уровень их концентрации в ягодах брусники и клюквы внутри района коррелирует с содержанием соответствующих жирных кислот. Можно отметить некоторое увеличение содержания жирных спиртов в брусничных образцах, собранных в южном районе севера Тюменской области – окрестности г.Тобольска (рис. 6). Наибольшее количество жирных спиртов в клюкве наблюдается в ягодах собранных в Нижневартовском районе.
. Суммарное содержание жирных спиртов 44 – 49 (мг на 100 г сырого веса) в ягодах брусники и клюквы Одним из производных фенола содержащихся в лесных ягодах брусники и клюквы является ионол (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол) (51). Во всех растительных образцах ионол (51) регистрируется как хромато-масс-спектрометрическим методом (рис. 12, приложение 3), так и методом газожидкостной хроматографии (рис. 13, приложение 3). Время выхода на колонке SE-54 (ГЖХ-МС) данного вещества 20.86±0.02 мин. Вероятность совпадения экспериментального масс-спектра ионола (51) с библиотечным составляет 97%.
Примечание: 1) НВ – Нижневартовский район (окрестности г.Нижневартовск), СУР – Сургутский район (окрестности г.Когалым), ТОБ – Тобольский район (окрестности г.Тобольск); 2) знак «+» означает, что содержание соответствующего компонента на уровне следов, знак «-» - концентрация компонента ниже предела обнаружения; 3) жирным курсивом выделено соединение идентифицированное в растении впервые; 4) -отмечены соединения масс-спектры, которых приведены в приложении 3; 5) погрешность определения указана в разделе 3.3.
На рис. 7 представлено графическое изображение количественных содержаний алкилфенолов, в том числе ионола (51). Отмечается некоторое снижение данного соединения в ягодах брусники (1.76 мг%) и клюквы (0,38 мг%) более южной части севера Тюменской области. Наибольшее количество ионола (51) обнаружено в ягодах брусники (6.93 мг%) и клюквы (4.23 мг%)
Сургутского района. Абсолютное содержание ионола (51) в растительных образцах определяли методом газо-жидкостной хроматографии с использованием неполярной колонки SE-30, поскольку ее неподвижная фаза более селективна к разделению фенолов [95]. В результате фракционного анализа сока и выжимок ягод, нами установлено, что в соке ягод клюквы из Сургутского местообитания концентрация соединения 51 достигает 16.2 мг/л, а в соке брусники ионола (51) значительно больше 81.1 мг/л, что возможно связано с условиями произрастания дикороса. В выжимках брусники и клюквы концентрация ионола (51) ниже предела обнаружения, что позволяет сделать вывод о содержании данного соединения только в соке дикорастущих ягод.
Известно, что ионол (51) применяется в качестве антиоксиданта в производстве пищевых продуктов. Также является исходным соединением для синтеза различных производных пространственно затрудненных фенолов, многие из которых обладают биологической активностью или находят применение в промышленности.
В растениях ионол (51), скорее всего, выполняет защитную функцию – замедляет или предотвращает окислительные процессы органических соединений, содержащие особо чувствительные к кислороду воздуха ненасыщенные связи или группы атомов (например: стабилизация ациклических терпеновых углеводородов) [96]. В растительных образцах идентифицированы, также и другие алкилфенолы - 2,4,6-трис(1,1-диметилэтил)фенол (52) и 4-(1,1,3,3 тетраметилбутил)фенол (53). Их концентрация, также как и соединения 51, варьирует в зависимости от места произрастания дикоросов. Наибольшее содержание 4-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенола (53) отмечается в ягодах брусники, собранной в окрестностях города Нижневартовска и Когалым (2.79 и 3.4 мг% соответственно). В клюквенных образцах соединение 53 также больше содержится в ягодах с северных территорий - Нижневартовский (1.93 мг%) и Сургутский (2.39 мг%) районы. Концентрация 2,4,6-трис(1,1 диметилэтил)фенола (52) в бруснике из окрестностей города Нижневартовска несколько больше, чем в остальных растительных образцах (1.98 мг%). В ягодах клюквы существенной вариации по содержанию соединения 52 не наблюдается (1.79 – 2.14 мг%). Соединения 51, 52 и 53, скорее всего, предотвращают перекисное окисление липидов и повышают устойчивость растения к неблагоприятным факторам окружающей среды. В растительных образцах в небольших концентрациях идентифицирован 4-винилгваякол (54), возможно, участвующий в биосинтезе ванилина (71) и пирокатехина [14].
Спирты – 2-этилгексанол-1 (44), б,б–диметилфенилметанол (60) в максимальных количествах отмечаются в бруснике, собранной в окрестностях города Когалым (5.97 и 6.51 мг% соответственно). В ягодах клюквы Нижневартовского и Тобольского мест произрастания уровень содержания 2-этилгексанол-1 (44) практически в 2-3 раза больше, чем в Когалымской клюкве.
Бензиловый спирт (56) идентифицируется во всех исследованных растительных образцах и относительно умеренных количествах. При этом наибольшее его содержание в ягодах брусники Сургутского района (18.58 мг%), чуть меньше его накапливается в бруснике, собранной на территорииa Нижневартовского района (14.29 мг%), и еще меньше в дикоросах из Тобольской зоны произрастания (12.19 мг%). Аналогичная тенденция образования соединения 56 в зависимости от места произрастания прослеживается и для клюквы.
Остальные спирты (п-кумаровый спирт (55), фенилэтиловый спирт (57), 3-фенил-н-пропанол (58), 6-фенил-н-гексанол (59)) в растениях обнаружены на уровне следовых – небольших количеств. Вероятно, данные соединения являются участниками в биосинтезе других фенольных веществ. Так, например, п-кумаровый спирт (55) после возникновения быстро вовлекается в процессы образования лигнина [92].
Оценка перспективности использования дикорастущих ягод брусники и клюквы и ягодных экстрактов в производстве напитков
Одним из обязательных показателей качества, определяемых при оценке безопасности использования растительного сырья в пищевом производстве, является содержание тяжелых металлов, концентрации которых строго нормируется [106,114,115]. Поэтому следующий этап нашего исследования был посвящен количественному определению ряда металлов в ягодах брусники и клюквы.
Результаты спектрального анализа содержание ряда минеральных компонентов (Zn, Fe, Cu, Mn, Pb, Cr, Ni, Cd) представлены в таблице 15.
Примечание: 1) НВ – Нижневартовский район (окрестности г.Нижневартовск), СУР – Сургутский район (окрестности г.Когалым), ТОБ – Тобольский район (окрестности г.Тобольск); 2) в квадратных скобках приведены литературные ссылки; 3) н.п.о. – концентрация элемента ниже предела обнаружения (0,8 мкг/кг); 4) погрешность определения концентраций металлов указана в разделе 3.3.
Анализируя приведенные значения концентраций металлов, явно прослеживается следующий порядок их аккумуляции в ягодах брусники и клюквы: Mn Fe Zn Cu Pb.
Сопоставляя полученные результаты с нормативными данными, можно отметить, что концентрация железа, цинка, меди, свинца в несколько раз ниже предельно-допустимой концентрации. Кадмий, являясь кумулятивным ядом, токсичен для растений и животных [118]. Его содержание в дикоросах ниже предела обнаружения, что говорит о безопасности растительного сырья. В литературе отсутствует информация о граничных концентрациях марганца, хрома и никеля в растительном сырье, поэтому в таблице приведены данные по верхнему допустимому уровню их потребления [117]. Чтобы достичь такого уровня, необходимо употребить как минимум 1 кг ягод, что маловероятно, поскольку ягоды брусники и клюквы обладают повышенной кислотностью.
Оценивая пищевую ценность дикоросов по содержанию металлов, необходимо отметить и то, что некоторые металлы в определенных количествах положительно влияют на жизнедеятельность человеческого организма. Например, железо входит в состав гемоглобина, главная функция которого перенос кислорода. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желез, снижает риск развития атеросклероза. Цинк оказывает иммунотерапевтическое, противовирусное действие, участвует в процессах дыхания, белкового и нуклеинового обмена. Никель активизирует в организме фермент трипсин, основной функцией которого является пищеварение [100].
Анализируя справочные данные [119-123] и полученные результаты по органическому компонентному составу, важно отметить следующие моменты. Практически все обнаруженные вещества в ягодах брусники и клюквы, а также брусничных водно-спиртовых экстрактах с массовой долей спирта 40% относятся к малотоксичным и практически не токсичным веществам, так как ЛД50 отдельных компонентов варьирует в пределах от 0.5 до 33 г/кг веса тела (крысы, перорально). Наличие яблочной, лимонной, аскорбиновой, коричной и жирных кислот в образцах ягод и экстракта, вообще не вызывает опасений, поскольку не проявляет токсического действия [119].
Кроме того, многие из перечисленных выше соединений способны стимулировать защитные силы организма и тем самым повышать его работоспособность и сопротивляемость внешним факторам (табл. 16). В результате их действия активизируются функции органов и систем. Так, аскорбиновая кислота и ионол являются антиоксидантами. Природные антиоксидантные системы регулируют процессы свободно-радикального окисления, и как следствие снижают риск многих заболеваний - атеросклероза, инсульта, инфаркта, онкологические и воспалительные заболевания, инфекционные болезни [107]. щ-3-полиненасыщенные жирные кислоты в лечебной практике считают вспомогательным средством, которое рекомендуется для снижения риска повторных инфарктов миокарда, а также для лечения ожирения [107,119]. Таблица 16 Характеристика некоторых химических соединений, содержащихся в ягодах и экстрактах, по биологическому значению [119-123]
Название вещества Биологическое действие вещества Название вещества Биологическое действие вещества
Олеиновая кислота гипохолестеринемическое, снижает возможностьожирения, рискинсультов, инфарктовмиокарда, ишемическойболезни сердца Эвкалиптол антисептическое,отхаркивающее,стимулирующеесердечную деятельность,седативное Линолевая кислота Эвгенол антимикробное, антисептическое Линоленовая кислота в-Ионон участвует в регуляции обменных процессов Бензойная бактерицидное,бактериостатическое,противомикробное Ментол болеутоляющее, антисептическое, спазмолитическое Коричная кислота антибактериальное, противогрибковое Фарнезол бактериостатическое Оксибензойные и оксикоричные кислоты антисептическое,антиоксидантное,противовоспалительное,антибактериальное,защищают организм отдействия некоторыхтоксикантов б-Пинен диуретическое,дезинфицирующее,отхаркивающее,желчегонное,бактерицидное,противовоспалительное Витамин С (L-аскорбиновая кислота) антиоксидантное,противоцинготное,иммуностимулирующее,противовоспалительное,холестеринснижающее в-Мирцен Ионол антиканцерогенное Скавлен гипохолестеринемическое, иммуностимулирующее 2-Феноксиэтанол антимикробнаяактивность противсинегнойной палочки,особенно опасной длячеловека Кампестерин холестеринснижающее Ванилин успокаивающее Ситостерин б-Терпинеол антимикробное Линалоол бактерицидное,противовоспалительное,седативное Терпеновые вещества проявляют достаточно разнообразные биологические действия: так, эвкалиптол и ментол обладают антисептической активностью; всем хорошо известная камфора – кардиотоническое и аналептическое средство – усиливает сердечную деятельность, возбуждает центральную нервную систему, стимулирует дыхание и кровообращение. Спектр действия сесквитерпенов достаточно широк: они обладают бактерицидной, иммуностимулирующей активностью, снижают риск возникновения атеросклероза [86,124].
Таким образом, дикорастущие ягоды брусники и клюквы, а также водно-спиртовые извлечения на их основы могут безопасно применяться в производстве напитков. Употребление напитков, содержащие целый комплекс биологически активные веществ, особенно важно для нормализации механизмов длительной адаптации, профилактике заболеваний и вредных факторов окружающей и производственной среды, а также лечения хронически протекающих болезней.
Математико-статистическая обработка результатов исследования
Обработку полученных результатов проводили по общепринятым методикам [130,131]. Используя тест Диксона проводили проверку подозрительно выделяющихся значений в пределах каждой выборки по следующим уравнениям: Q1 = (X2 - X1)/(Xn - X1) 0.51 (1) Qn = ( Xn – Xn-1)/(Xn – X1) 0.51 (2) Все результаты относятся к одной совокупности если Q1 и Qn меньше табличного критического значения Q (Pдов = 0.95, n = 7) = 0.51 Стандартное отклонение и относительное стандартное отклонение, которые являются мерой рассеяния (разброса) результатов измерений вокруг среднего, рассчитывали по формулам 3 и 4: Доверительный интервал при имеющейся выборке п результатов с вероятностью Pдов = 0.95 рассчитывали по следующему уравнению: Относительная погрешность хромато-масс-спектрометрического определения веществ в пробах в условиях сходимости не превышала 12% (Р=0.95), что удовлетворяет требованиям МУК [132,133]. Сходимость результатов (не более 5.5%) полученных при определении бензойной кислоты методом ВЭЖХ в ягодах не превышала норматива оперативного контроля сходимости (6.5%), а относительная погрешность метода указанная в ГОСТ составляет ±8% [126].
Для определения прецизионности (воспроизводимости) методики анализа аскорбиновой кислоты методом ВЭЖХ была установлена повторяемость, которой достаточно для целей фармацевтического анализа. Для этого проводили 7 параллельных определений и вычисляли величину стандартного отклонения и величину относительного стандартного отклонения. Погрешность определения при Р=0.95 составила не более 7%, что соответствует требованиям ГОСТ [127].
Аналогичным образом устанавливали прецизионность методики определения ионола методом газо-жидкостной хроматографии. Результаты статистической обработки данных 7 параллельных измерений показали, что величина относительной погрешности в условиях сходимости (Р=0.95) не превышает 10%.
Для оценки возможности применения методики по атомно абсорбционному определению металлов в ягодах был проведен расчет относительного стандартного отклонения результатов анализа от среднего значения по 6 пробам. Относительное стандартное отклонение от среднего значения при доверительной вероятности 0.95 для цинка, железа и марганца не превышает 5 %, меди и свинца составляет 7 – 9 %, для никеля – 15 %. Полученные метрологические характеристики удовлетворяют требованиям нормативного документа [129].
1. Впервые проведено исследование качественного состава биологически активных веществ ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris, произрастающих в разных районах севера Тюменской области. С помощью современных физико-химических методов (ГЖХ, ВЭЖХ, ГЖХ-МС) в дикоросах идентифицировано более 90 соединений, о наличии 67 из которых в изученных объектах ранее не сообщалось. Предложены новые приемы пробоподготовки и методики анализа, позволяющие достаточно эффективно идентифицировать ряд определенных метаболитов ягодных растений: ионола (методом ГЖХ), витамина С (методом ВЭЖХ), кислот, спиртов, алкилфенолов, эфиров, кетонов и альдегидов, а также терпеноидов (методом ГЖХ/МС).
2. Различными хроматографическими методами определено количественное содержание летучих и нелетучих биологически активных компонентов дикорастущих ягод Vaccinium vitis-idaea L. и Oxycoccus palustris. Установлено, что преобладающими соединениями плодов, произрастающих на территории изученных районов, являются яблочная, лимонная, бензойная, коричная, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая кислоты, 2-этилгексан-1-ол, цетиловый, олеиновый спирты, гексадец-9-ен-1-ол, октадека-9,12-диен-1-ол, ионол, бензиловый спирт, деканаль, 9-октадец-9-еналь, лимонен, б-терпинеол, камфора, кампестерин и ситостерин.
3. Установлено, что ягоды брусники и клюквы северных мест произрастания (Нижневартовский и Сургутский районы) больше накапливают бензойных кислот и алкилфенолов. Брусника и клюква из Тобольского района по уровню накопления жирных спиртов, жирных и коричных кислот превосходит плоды брусники и клюквы из других мест произрастания.
4. В результате изучения динамики концентраций бензойной, коричной, аскорбиновой и жирных кислот выявлено, что лучшем периодом сбора ягод брусники и клюквы является середина-конец сентября, когда концентрации перечисленных соединений сбалансированы в оптимальном соотношении. После первых заморозков, концентрации компонентов снижаются.
5. Прослежено изменение состава биологически активных веществ дикоросов при их хранении на протяжении осенне-зимнего периода. В процессе хранения в условиях нестабильных температур в ягодах брусники и клюквы происходят большие потери многих соединений. В клюкве, хранившейся всю зиму под снегом в естественных условиях в отличие от многократно перемороженной, качественный и количественный состав активных компонентов сохраняется лучше.
6. Впервые проведено изучение химических компонентов водно-спиртовых экстрактов с массовой долей спирта 10, 25, 40%, полученных исчерпывающей экстракцией ягод брусники. Установлено, что качественный состав 40%-го спиртового ягодного экстракта практически идентичен составу самих ягод, немного изменяется их количественное соотношение, что свидетельствует о биологической ценности не только плодов, но и продуктов их переработки.
7. Проведена оценка безопасности и перспективности использования ягод и их экстрактов в производстве напитков. Благодаря наличию биологически активных веществ ягоды обладают высокой вкусовой, пищевой и биологической ценностью. Показано, что дикорастущие ягоды всех зон произрастания по уровню концентраций металлов (Zn, Fe, Cu, Mn, Pb, Cr, Ni, Cd) являются безопасным сырьем для производства напитков.
