Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8-35
1.1 Распространение и запасы Rosa acicularis и R. davurica на территории Забайкалья 8-10
1.2 Изученность Rosa acicularis и R davurica как источников биологически активных веществ 10-14
1.3 Аскорбиновая кислота как основное биологически активное вещество представителей рода Rosa 14-20
1.4 Флавоноиды, их роль в растении и применение в медицине 20-24
1.5 Каротиноиды и органические кислоты 24-31
1.6 Элементный состав растений 32-35
Глава 2. Физико-географическая характеристика района исследования ...36-50
2.2 Рельеф 36-37
2.3 Климат 37-41
2.4 Почва 41-46
2.5 Растительность 46-50
Глава 3. Объекты и методы исследования 51-58
3.1. Объекты исследования 51-56
3.2 Методы исследования 56-58
Глава 4. Фитоценотическая приуроченность видов Rosa 59-77
4.1 Фитоценотическая приуроченность Rosa acicularis и R. davurica 59-73
4.2 Морфометрические параметры плодов шиповника 73-74
4.3 Запасы сырья плодов шиповника в исследованных растительных сообществах 75-77
Глава 5. Фитохимическое изучение Rosa acicularis и R. davurica 78-95
5.1 Определение биологически активных веществ в шиповнике 78-86
5.2 Микроэлементный состав почв и растений 86-91
5.3 Диагностика содержания биологически активных веществ у шиповников 91-91
5.4 Разработка технологии овсяного печенья на основе растительного сырья 91-95
Выводы 96
Список использованной литературы 97-108
- Изученность Rosa acicularis и R davurica как источников биологически активных веществ
- Аскорбиновая кислота как основное биологически активное вещество представителей рода Rosa
- Морфометрические параметры плодов шиповника
- Диагностика содержания биологически активных веществ у шиповников
Введение к работе
Актуальность темы. Среди кустарниковых растений Забайкалья роза, или шиповник, Rosa L. занимает особое место, так как его виды являются ценными лекарственными растениями. Широкий спектр их лечебного действия обусловлен содержанием в плодах целого комплекса биологически активных веществ, в частности, витамина С, или аскорбиновой кислоты, и витамина Р, по количеству которых шиповник занимает первое место, а также благодаря высокому содержанию каротиноидов, флавоноидов, витаминов К, В2, E. Масло из плодов обладает ранозаживляющим, противовоспалительным и другими свойствами (Лебедев, Пайбердин, 1959). Кроме того, шиповник является ценным лесомелиоративным и декоративным кустарником (Пайбердин, 1963; Miller, 1996). В Забайкалье произрастают 2 вида шиповника - Роза иглистая - R. acicularis Lindl и Роза даурская - R. davurica Pall., которые, несмотря на широкий ареал, изучены все еще недостаточно. Изучение шиповников в научном плане имеет большое теоретическое и практическое значение. Точное знание видового состава, его эколого-географическая и биологическая характеристики служат основой рационального использования растительных ресурсов (Трофимова, 1967; Колобов, 1989; Артамонов, 1990). Около 65% естественных запасов плодов шиповника в Забайкалье остается неиспользованным (Бойков, 1963). Вместе с тем, остается практически неизученным такой аспект, как зависимость содержания биологически активных веществ у представителей рода Rosa от различных факторов: эколого-географических, фитоценотических, онтогенетических и других. На территории Забайкалья подобные исследования не проводились. В связи с этим, изучение содержания биологически активных веществ в лекарственных растениях, в том числе в представителях рода Rosa, представляет значительный теоретический и практический интерес.
Цель работы: выявление зависимости накопления биологически активных веществ Rosa acicularis и Rosa davurica от эколого-фитоценотической приуроченности видов в условиях Забайкалья.
Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:
1. Изучить эколого-фитоценотическую приуроченность двух видов шиповника R.acicularis и R.davurica в исследуемых районах и определить их ресурсные запасы.
2. Определить количественное содержание основных биологически активных веществ в плодах двух видов шиповника.
3. Выявить взаимосвязь между накоплением биологически активных веществ в плодах R.acicularis и R.davurica и эколого-фитоценотическими условиями их произрастания.
4. Установить возможность прогнозирования накопления биологически активных веществ в зависимости от различных факторов и оценить возможность использования плодов шиповника в производстве пищевых продуктов.
Научная новизна. Впервые на территории Забайкалья проведено исследование эколого-фитоценотической приуроченности Rosa acicularis и Rosa davurica. Определено количественное содержание аскорбиновой кислоты, флавоноидов, каротиноидов, органических кислот и микроэлементов в плодах шиповника и установлена зависимость их содержания от эколого-фитоценотической приуроченности. Показана возможность применения метода многоуровнего моделирования для прогнозирования содержания биологически активных веществ в плодах двух видов шиповника из различных местообитаний.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные о содержании биологически активных веществ (аскорбиновая кислота, флавоноиды, каротиноиды, органические кислоты и микроэлементы) в плодах двух видов шиповника расширяют и дополняют сведения о накоплении биологически активных веществ в лекарственных растениях, а также прослеживают зависимость их содержания от условий произрастания. Данные по учету запасов могут служить основой для планирования заготовки плодов шиповника в исследованных районах. По материалам биохимического исследования разработана рецептура овсяного печенья “Шиповник” с добавлением витаминной муки из плодов шиповника. Материалы диссертации могут использоваться в других регионах при проведении аналогичных исследований, а также при проведении спецкурсов по изучению лекарственных и охраняемых растений в школах, высших и средних учебных заведениях. Разработано устройство для дробления сухих плодов шиповника, боярышника и других плодов дикоросов, на которое получен патент РФ № 86416.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Накопление биологически активных веществ (аскорбиновой кислоты, флавоноидов, каротиноидов, органических кислот и микроэлементов) в плодах шиповника связано с их фитоценотической приуроченностью. На территории Забайкалья шиповник произрастает главным образом в таких фитоценозах, как ивняк разнотравный, березняк багульниковый, сосняк багульниково-сфагновый, в которых отмечена большая урожайность сырья.
2. С помощью метода многоуровнего моделирования возможно прогнозирование накопления биологически активных веществ в плодах шиповника в зависимости от эколого-фитоценотических факторов, при этом одним из основных факторов является количество осадков.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Всероссийской конференции молодых ученых “Экология в современном мире: взгляд научной молодежи” (Улан-Удэ, 2007), научной конференции сотрудников и аспирантов Восточно-Сибирского государственного технологического университета (Улан-Удэ, 2007, 2008, 2009 гг.), Всероссийской молодежной научно-практической конференции ботаников “Перспективы развития и проблемы современной ботаники” (Новосибирск, 2007), 3-ем Международном форуме молодых учёных и студентов “Актуальные проблемы современной науки” (Самара, 2007), V Всероссийской научной конференции “Химия и технология растительных веществ” (Уфа, 2008), Всероссийской научной конференция студентов и аспирантов “Молодые исследователи - регионам” (Вологда, 2008), XII Делегатском Съезде Русского Ботанического Общества (Петрозаводск, 2008), Международной научно-практической конференции “Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии” (Барнаул, 2008), международной молодежной конференции “Ломоносов” (Москва, 2009), Международной научно-практической конференции “Проблемы озеленения городов Сибири и сопредельных территорий” (Чита, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе две в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка используемой литературы. Работа изложена на 108 страницах машинописного текста. Содержит 21 рисунок, 17 таблиц. Список литературы состоит из 152 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
Изученность Rosa acicularis и R davurica как источников биологически активных веществ
Шиповник хорошо знали как лекарственное растение еще в Древней Греции. В IV в. до н.э. Теофраст в своей "Естественной истории" дал настолько подробное его описание, что оно многие века переходило из книги в книгу практически без изменений (Панков, 1987). Плоды дикорастущих видов ценились прежде всего как источники витамина С (аскорбиновой кислоты), который обнаружен практически во всех видах Rosa, встречающихся на территории России (Ширко, 1991). Кроме аскорбиновой кислоты, в плодах содержатся витамины В2 (до 3 мг%), Р, К, Р-каротин (18 мг%); пектины (до 4,0%); олеиновая, линолевая, линоленовая, лимонная, яблочная и аскорбиновая (4-6% ) кислоты; сахара (18%); дубильные вещества (4,5%) и эфирное масло (Сорокодуб, 2002; Цапалова и др., 2000). Семена содержат витамин Е и жирное масло с большим количеством каротина (до 40 мг%). Плоды содержат макроэлементы (мг/г): К- 16,80; Са - 9,80; Mg - 2,00; Fe - 0,06; Мп - 0,36; Си -1,46; Zn - 2,2; Mo - 0,64; Сг- 0,44; А1 - 0,17; V-0,02; Se -13,8; Ni - 0,27; I - 0,09 (максимальные показатели) (Биологические..., 1990). Настой плодов в тибетской медицине применяется при ревматизме, туберкулезе легких, неврастении, атеросклерозе, заболеваниях почек, печени, желудка, при инфекциях, ожогах, новообразованиях (Чжуд-ши, 2001). В монгольской медицине используется для лечения цинги и ее осложнений, при головной боли, головокружениях. В народной медицине отвар и настой листьев используют при гиповитаминозе, как желчегонное, общеукрепляющее, при инфекционных заболеваниях, ранениях, ожогах, обморожениях, атеросклерозе, гемофилии, метроррагиях, анемии, пневмониях, при переломах костей, астении, раке желудка, язвенной болезни, для профилактики гриппа, респираторных заболеваний (Петрова, 1987). Отвар незрелых плодов применяют при респираторных инфекциях, ревматизме и сердечно-сосудистых заболеваниях. Экстракт шиповника благотворно влияет на функцию печени при токсическом ее поражении. Е.Ф Шамрай, А. А. Микульская (1969) наблюдали влияние этого препарата на гликоген печени и белок у крыс. В норме процент гликогена в печеночной ткани составляет 2,9%, при отравлении четыреххлористым углеродом он снижался до 0,43%, а в результате введения в желудок в течение 7 дней экстракта шиповника количество гликогена увеличивалось до 1,63%, т. е. почти в 4 раза. Это свидетельствует об улучшении функции печени. Семена являются сырьем для получения препарата "Масло шиповника", применяемого наружно при трещинах, пролежнях, трофических язвах голени, дерматозах, озене, при ожогах, лучевых поражениях кожи, в виде клизм - при неспецифическом колите. В народной медицине отвар семян употребляют в качестве противовоспалительного, при мочекаменной болезни.
Отвар корней обладает желчегонными, вяжущими и антисептическими свойствами, применяется при почечнокаменной болезни, циститах, болезнях печени, малярии, анорексии, респираторных инфекциях, ревматизме, параличе, как диуретическое и закрепляющее. Настой листьев употребляется как антибактериальное и болеутоляющее при коликах и гастралгиях, при малярии и как мочегонное. Отвар и настой цветков применяется при туберкулезе легких, неврастении, атеросклерозе, острых респираторных заболеваниях и гриппе. Отвар, настойка корней в эксперименте усиливают моторику желудка, обладают противовоспалительными и сосудосуживающими свойствами. Отвар уменьшает, а настойка увеличивает желчеотделение. Рекомендуется для лечения диспепсии у телят (Рабинович, 1987). В Болгарии из лепестков готовят препарат Розанол, обладающий желчегонным, противоаллергическим, бактериостатическим и антисклеротическим действием. Препарат активен при лечении воспаления желчного пузыря, иногда даже разрушает желчные камни, полезен при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, бронхиальной астмы и различных аллергий. В Румынии экстракт из лепестков шиповника в смеси с медом считают эффективным против внутренних инфекций (в виде препарата Афтолизол). В Корее плоды шиповника используются как мочегонное и легкое слабительное средство, применяют при почечных и сердечных отеках, затрудненном мочеиспускании, привычном запоре, дисменореє. Плоды шиповника употребляют при недостаточном потреблении витамина С. Шиповник широко употребляют с профилактической и диетической целью, как вспомогательное средство при геморрагических диатезах, гемофилии, кровотечениях (носовых, легочных, маточных), при лучевой болезни, сопровождающейся кровоизлияниями, при передозировке антикоагулянтов, при инфекционных заболеваниях, заболевании печени, болезни Аддисона, длительно не заживающих язвах и ранах, при переломах костей, интоксикации промышленными ядами, во многих других случаях. Большие дозы аскорбиновой кислоты применяют в комплексном лечении злокачественных новообразований. Установлено, что у больных атеросклерозом, как правило, наблюдается полигиповитаминоз. Шиповник как источник аскорбиновой кислоты применяют в качестве противосклеротического средства. Под влиянием витамина С у больных коронарным атеросклерозом понижается содержание холестерина в крови. Уровень холестерина чаще снижается у лиц с пшерхолестеринемией и не изменяется или повышается при низком содержании холестерина (Борисенко, 1992)
Аскорбиновая кислота как основное биологически активное вещество представителей рода Rosa
Витамины - это жизненно необходимые органические соединения, которые в небольших количествах постоянно требуются для нормального протекания биохимических реакций в организме (Шараев,1994). Витамины были открыты в 1880 году русским ученым Н.И.Луниным. Они относятся к группе сравнительно низкомолекулярных органических соединений различного химического строения (Лебедев, 1988).Учеными описано более 50 витаминов и витаминоподобных веществ. Из этого количества 20 витаминов человек должен получать непременно. Среди них на первом месте стоит витамин С (аскорбиновая кислота) (Шараев, 1994) Аскорбиновая кислота - витамин С является одним из наиболее важных витаминов.
Впервые витамин С был выделен русским ученым Н. И. Бессоновым из сока капусты в 1922 году (Карабанов,1977). Венгерский ученый Сент-Гиорги обнаружил, что полученный им препарат витамина С является гексуроновой кислотой. В связи с физиологическим действием витамина С он получил новое название - аскорбиновая кислота (АК). Структуру этого витамина почти одновременно расшифровали английские и немецкие ученые (Эйлер, Хирст, 1923; Михель,1923; Колотилова, Глушанков,1976).
Аскорбиновая кислота представляет собой бесцветные кристаллы и имеет эмпирическую формулу СбН8Об, молекулярную массу 176 и в химическом отношении представляет собой лактон-2,3-диенол-1-гулоновой кислоты (Кретович,1971). В кристаллической форме аскорбиновая кислота довольно устойчивая. В водных растворах быстро теряет свою биологическую активность, особенно в присутствии воздуха и следов металла (Колотилова, 1976). Аскорбиновая кислота является одноосновной кислотой, дающей соли типа СбН7ОбМ. Она легко растворяется в метиловом спирте, но в высших спиртах почти не растворима (Кретович,1971).
Витамин С - близкое к сахарам соединение с сильными восстановительными свойствами (Гребинский,1975). В отличие от всех других витаминов, витамин С наиболее нестоек и легко разрушается (Букин, 1982). Наличие в молекуле этого витамина так называемой дненольной группировки обусловливает подвижность двух атомов водорода. При потере их, то есть окислении, аскорбиновая кислота переходит в дегндроаскорбиновую кислоту (ДГАК) (Карабанов,1977).
Если окисление не было глубоким, аскорбиновая кислота вновь может быть возвращена в исходную форму. Обе формы (собственно АК и ДГАК) биологически активны, только вторая менее устойчива.
Переходы (АК ДГАК) осуществляются разными ферментами. Аскорбиновая кислота окисляется при действии аскорбаторедуктазы, пероксидазы, полифенолоксидазы. Дегидроаскорбиновая кислота восстанавливается при участии аскорбаторедуктазы (Гребинский,1975). Среди условий, влияющих на скорость окисления аскорбиновой кислоты, кроме катализаторов, очень важную роль играет реакция среды: витамин С относительно более устойчив в кислой среде, малоустойчив в нейтральной и чрезвычайно быстро распадается в щелочной (Матусис,1975).
Аскорбиновая и дегидроаскорбиновая кислоты относятся к так называемой свободной аскорбиновой кислоте. Известна еще ее связанная форма - аскорбиген. Это устойчивое к окислению вещество, обладающее почти половинной активностью восстановленной аскорбиновой кислоты (Карабанов,1977). Природа и функции связанной формы аскорбиновой кислоты находятся в процессе изучения (Кретович,1971).
В растениях, так же как и в организме человека и животных, витамины ведут себя весьма активно. Если человек и животные приспособились получать готовые витамины из растений, то растениям приходится синтезировать их из простых соединений. Для этого в ходе эволюции они освоили сложные биохимические реакции, идущие с использованием солнечной энергии (Шараев, 1994).
Синтез витаминов и их накопление происходит уже при прорастании семян. В покоящихся семенах витамин С не обнаруживается, а при прорастании они становятся настоящими кладовыми этого "источника здоровья". Больше всего витамина С синтезируется в листьях растений, особенно на солнечной стороне. В период подготовки к цветению количество аскорбиновой кислоты достигает максимума. Во время цветения и плодообразования в зеленых частях растений витамина С становится все меньше и меньше, он накапливается в бутонах, цветках, завязях и плодах. Созревшие плоды, как правило, наиболее богаты витамином С (Овчаров, 1955).
Морфометрические параметры плодов шиповника
В ходе сбора растительного сырья (плоды) шиповника в 2006, 2007 гг нами проведен морфометрический анализ, основной целью которого являлось определение индивидуальной изменчивости морфологических признаков показателей исследуемого вида в зависимости от мест произрастания. Исследования проводили в Кяхтинском, Бичурском и Мухоршибирском (южная часть) и Иволгинский район (центральная часть). Работа прведена в трех ценопопуляциях. Отбор кустарников в пределах каждой из трех ценопопуляций проводили путем сплошного учета. Во всех трех пунктах число отобранных кустарников составляло 50. С каждого кустарника собирали по 50 плодов. Линейные размеры плодов измеряли при помощи штангенциркуля с точностью до 0.01 мм. Массу плода определяли путем взвешивания 50 шт плодов на аналитических весах. При выборе признаков для изучения мы обращали внимание на длину плода (1), ширину плода (с), отношение длины к ширине (индекс формы) плода (Ь); длину плодоножки (її).
Исследования показали, что в условиях Забайкалья наиболее распространенные формы плода - продолговатые, цилиндрические, шаровидные и яйцевидные. Окраска плодов варьировала от оранжево-красной до темно-красной. Длина плода у изученных популяций варьировала от 12.5 до 20 мм. Наиболее часто встречались кустарники с плодами 13-14 мм. дл. Число кустарников с длиной плода 15-16 мм встречалось редко, с крупными плодами (17-20 мм.дл) - также редко. Ширина плода изменялась от 0.65-12 мм, наиболее часто - от 0.70 до 0.80 мм, более широкие плоды (10-12 мм) встречались редко. Очень сильно варьировала длина плодоножки - от 0.65 до 21 мм, причем часто встречались плодоножки среднего размера (13-14 мм), редко - короткие (0.65 -10 мм) и совсем редко - очень длинные (20-21мм). Масса плода варьировала в пределах от 0.40 до 0.42 г. Наиболее часто встречались кустарники со средней массой плодов (0.41 г).
Одна из основных задач, стоящих сейчас перед ботаниками-ресурсоведами, — определение имеющихся в природе запасов лекарственных растений, их продуктивности и способности к восстановлению после заготовок. Чтобы определить возможные объемы и районы заготовок лекарственного сырья, нужно знать, где и в каких количествах произрастают лекарственные виды и знать их продуктивность. Все это необходимо для рациональной организации заготовок и эксплуатации растительных ресурсов, создания заказников, выращивания растений в культуре и в целом бережного отношения к природе
Запасы полезных растений способны восстанавливаться: ежегодно растение приносит новые плоды. Отрастают срезанные надземные части, при использовании подземных органов из оставшихся в почве семян, отрезков корневищ или корней могут вырасти новые экземпляры. Скорость возобновления зависит от того, какие органы растения используются, от биологических особенностей вида и от условий местообитания. Так, запасы плодов восстанавливаются ежегодно. В разных местообитаниях скорость восстановления запасов различна: чем благоприятнее условия для растений, тем быстрее они восстанавливают свою биомассу. Таким образом, в местах с большой урожайностью и скорость восстановления запасов больше.
Для того чтобы рационально использовать растительные ресурсы, нужно создавать условия для их расширенного воспроизводства. Самым важным условием является время. Растение должно восстановиться для проведения следующих заготовок. Объем ежегодных заготовок сырья определяется соотношением между двумя показателями: имеющимися запасами сырья и скоростью восстановления этих запасов после заготовки. Чем быстрее восстанавливаются запасы, тем больше сырья можно заготавливать ежегодно. Для успешного восстановления запасов необходимо и второе условие — сохранность природных сообществ, в которых эта заготовка проводится. Нарушение их выжиганием, вытаптыванием или просто неверным хозяйственным использованием (в частности, при сборе плодов облепихи, рябины, черемухи и др. обрубают ветви), также препятствует восстановлению ресурсов полезных растений (Худоногова, 1999). Нами проведено с 2006 г по 2008 г. определение запасов плодов шиповника на территории Республики Бурятия. Полученные данные представлены в таблице 10.
Диагностика содержания биологически активных веществ у шиповников
Для рационального сбора и использования растительного сырья необходимо применение методов прогнозирования содержания биологически активных веществ. Для этого можно использовать метод многоуровнего моделирования Б.Б. Танганова (1988) на основе уравнения Гаусса-Жордана, которое позволяет, используя ряд неизвестных данных, прогнозирование биологически активных веществ. Исходя из уравнения: Y=ax!+BX2+cx3 +е, получили следующую зависимость где высота над уровнем моря - х\, количество осадков - х2, среднемесячная температура воздуха - х3 и а, в, с, е коэффициенты уравнения.
Полученные данные показывают, что содержание витамина С в плодах изменяется при изменении указанных факторов, наиболее информативным из которых является количество осадков. При увеличении количества осадков содержание витамина С возрастает. Следовательно, возможно прогнозирование накопления биологически активных веществ в плодах шиповника, с учетом приведенных факторов, для сбора плодов в других районах республики.
В настоящее время при производстве кондитерских изделий одним из основных направлений является повышение их пищевой и биологической ценности изделий, снижение себестоимости, создание конкурентоспособных изделий. Среди способов повышения биологической и пищевой ценности кондитерских изделий одним из наиболее важных является включение в рецептуру готовой продукции компонентов растительного сырья.
Кондитерские изделия представляют собой группу продукции широкого ассортимента, обладают преимущественно сладким вкусом и имеют разнообразные формы, состав, консистенцию, структуру и аромат. Несмотря на то, что они не являются продуктом первой необходимости и не входят в состав «продуктовой корзины», благодаря своей потребительской привлекательности пользуются большим покупательским спросом населения, особенно детей. Все большее число россиян меняют свою ориентацию в вопросах питания, проявляя повышенный интерес к наиболее полезным для здоровья продуктам, то есть, основывая свой выбор не на количестве потребляемой пищи, а на ее качестве.
Повышение качества, пищевой ценности, расширение ассортимента мучных и кондитерских изделий, как общего назначения, так и диетического приобретает важное значение. В пищевой промышленности известно немало эффективных способов улучшения качества изделий из теста и стабилизации технологических процессов, среди которых особое внимание заслуживают способы, связанные с различным применением растительного сырья.
Особое место на рынке кондитерских изделии занимает «Здоровая продукция», содержащая в составе продукты переработки плодово-ягодного сырья (Веденова, 2008). Учитывая химический состав и технологические свойства овощей, плодов, ягод, перспективным сырьём для производства мучных и кондитерских изделий могут быть ценным источником биологически активных веществ.
Плоды и ягоды в виде повидла, джемов, соков и других продуктов применяются в пищевой промышленности (Поландова, 1986). Одним из ценных видов плодового и ягодного сырья являются облепиха и шиповник. Мы получили муку из плодов шиповника, путем измельчения на приборе. После измельчения плодов шиповника проход через сито составлял 49,5 %, так как семена и часть плодовой мякоти остаются на сите, и количество их составляет 50,5 %. Полученный порошок вводили в рецептуру овсяного печенья.
Для разработки рецептуры необходимо было определить оптимальное количество порошка из плодов шиповника. С этой целью были проведены экспериментальные выпечки овсяного печенья с добавлением порошка из плодов шиповника в количестве 5, 10, 15 и 20 % от массы муки по рецептуре. Полученные данные представлены в таблице 16.
