CC BY
723
УДК 581.175.11.088:543.544
Шиповникприродный концентрат
витаминов и антиоксидантОВ
Резюме. Рассмотрены исторические и современные аспекты использования плодов шиповника, являющихся перспективным источником биологически активных соединений, витаминов и антиоксидантов, для создания пищевых добавок. Получены данные, согласно которым дозированные добавки порошка плодов этого растения к стандартному рациону питания сопровождаются развитием позитивных эффектов в отношении соматического статуса экспериментальных животных. Шиповник заслуживает внимания исследователей-биологов, медиков, работников сельского хозяйства, пищевой промышленности и может быть включен в перечень перспективных плодово-ягодных культур.
Ключевые слова: плоды шиповника, каротиноиды, аскорбиновая кислота, биологически активные вещества.
Николай Ламан,
заведующий лабораторией роста и развития растений Института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси, академик
Наталия Копылова,
старший научный сотрудник лаборатории роста и развития растений Института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси, кандидат биологических наук
настоящее время человечество испытывает острую потребность в биологически активных соединениях природного происхождения. Ухудшающаяся экологическая обстановка, загрязнение атмосферы, исто-
и вызываемых ими аллергических реакциях, а диетологи настоятельно советуют употреблять необходимые вещества в виде рас тительной пищи. Однако этот совет выполнить непросто: например, дневная норма фолиевой кислоты (0,4 мг/сут. для взрослого человека) содержится в 1,2-2,5 кг капусты или 3 кг картофеля, или 10-13 кг яблок, или 2-5 кг других фруктов или ягод, либо в 60 шт. куриных яиц, либо в 4-5 л цельного молока [1].
Решением проблемы может стать производство экологически безопасных биологически активных добавок (БАД) из растительного сырья. Среди представителей флоры умеренных широт одним из наиболее перспективных кандидатов для создания поливитаминных
щение почв, климатические изменения приводят к снижению иммунитета, росту сердечнососудистых и онкологических заболеваний, а также поражению желудочно-кишечного тракта и дыхательной системы. Период расцвета химического синтеза витаминов и биоактивных соединений подходит к концу. Появляется все больше сообщений о невысокой степени усвояемости синтетических препаратов
препаратов является шиповник.
Плод шиповника - ложная ягода-многосе-мянка. Бесчисленные плодолистики, каждый из которых с одной семяпочкой, сидят на разросшемся, кувшинообразно вогнутом цветоложе, называемом гипантием (рис. 1А). Он состоит из наружной кожицы, клеток мякоти и внутренней кожицы, густо покрытой волосками (рис. 1Б). Одиночные односемянные
о
46
Гипантий
Плод-орешек
Волоски
внутренней
поверхности
гипантия
Рис. 1. Плод шиповника: А - схематический разрез гипантия шиповника [2], Б - высушенный гипантий шиповника с плодами и волосками
Рис. 2.
плодики-орешки, расположенные внутри гипантия, состоят из твердой деревянистой оболочки с зародышем. Каротиноиды и аскорбиновая кислота сконцентрированы в мякоти ложного плода (гипантия).
До 1930-х гг. шиповник считали малоценным пищевым продуктом из-за большого количества семян и волосков внутри гипантия.
В 1931 г. Ф. Ган указал на высокое содержание в плодах витамина С [3]. Это послужило толчком для широкомасштабных исследований эколого-биологических свойств, систематики, условий произрастания, разведения и агротехники, ареалов распространения различных видов и форм шиповников [4], а также их химического состава. Подробные анализы проведены Ю.В. Бранке, Н.В. Сабуровым, В.А. Вадовой, исследованы минеральные элементы плодов [5]. Установлено, что они исключительно богаты солями калия, содержат много железа, магния и фосфора. В 1934-1935 гг. сотрудники Ленинградского Витаминного института разработали технологию получения концентрата витамина С из шиповника [6]. Широкомасштабные исследования его биологии и хозяйственной ценности, фенологии,
морозоустойчивости, урожайности, витамин-ности, способов размножения, болезней и вредителей были начаты в Центральном ботаническом саду Академии наук БССР в 1936 г.
В то время коллекция шиповников насчитывала 98 видов. К сожалению, в послевоенные годы она была практически утеряна, и в настоящее время научные работы с данной культурой в ЦБС НАН Беларуси не ведутся.
В пределах СССР в 1950-1960-е гг. дальнейшие исследования были связаны с анализом содержания витамина С в различных видах растения. Было установлено, что наиболее богаты аскорбиновой кислотой шиповники секции Rosa Cinnamomea (шиповник Беггера, Уэбба, Федченко, коричный, иглистый, морщинистый и т.д.) (рис. 2).
Много работ было посвящено изучению динамики накопления витаминов в зависимости от форм и видов шиповника, географического положения, метеорологических условий, почвы, применения удобрений и других факторов среды. Огромный вклад в исследование шиповника как источника биологически активных соединений внесли Витаминная лаборатория при Всесоюзном институте растениеводства, Всесоюзный научно-исследовательский витаминный институт (ВНИВИ), Воронцовская центральная биологическая станция ВНИВИ, Западно-Сибирский и Якутский филиалы Академии наук СССР [5].
В 1960-х гг. начались закладка плантаций шиповника и окультуривание дикорастущих зарослей (общая площадь их составила более 8 тыс. га) с целью создания постоянной сырьевой базы для витаминной промышленности. В это же время продолжились активные
Виды шиповников со средним содержанием каротиноидов и аскорбиновой кислоты, распространенные в условиях Беларуси (1, 2), и с высоким содержанием данных соединений (3-5)
1 - шиповник морщинистый, 2 - шиповник коричный, 3 - шиповник Беггера, 4 - шиповник Альберта, 5 - шиповник Федченко
Вид Содержание биологически активных веществ, мг на 100 г сырой массы
ликопин в-каротин лютеин токоферолы витамин С
Шиповник собачий 35,47±1,44 1,91±0,082 0,758±0,03 0,345±0,016 163,0±5,10
Шиповник вонючий 83,6±3,21 12,8±0,55 - 1,304±0,033 78,93±2,20
Шиповник Беггера 141,75±8,10 34,09±1,30 0,380±0,01 3,74±0,12 361,69±12,20
Шиповник морщинистый 9,3±0,47 21,62±1,01 4,08±0,22 1,10±0,037 278,44±10,82
Брусника обыкновенная - 0,03±0,001 0,065±0,003 0,04±0,002 5,2±0,13
Клюква болотная - 0,099±0,005 0,011±0.0005 0,065±0,0025 20,2±1,01
Клюква крупноплодная - 0,035±0,0001 0,029±0,0001 0,22±0,09 13,12±0,61
Голубика обыкновенная - 0,044±0,0022 - 2,13±0,096 49,0±1,98
Примечание: «-» - данный компонент в экстракте не обнаружен
исследования биохимического состава плодов, которые показали, что кроме аскорбиновой кислоты они содержат каротиноиды (ликопин, каротины, лютеин, криптоксантин, рубиксан-тин, тараксантин) [6], а- и ^-токоферолы (витамин Е), флавоноиды (кверцетин, кемпферол, изокверцитрин, тилирозид-кемпферол-7-р-ку-мароил-Э-в-глюкозид), катехины (эпигаллока-техин, галлокатехин, эпигаллокатехингаллат, эпикатехингаллат), антоцианы (цианидин) [7].
К 1970-м гг. относится разработка технологических схем промышленного получения препаратов витамина С и каротиноидов [8]. Однако вскоре они потеряли актуальность, так как аскорбиновую кислоту стали получать методом химического синтеза. Каротиноиды были менее изучены, им уделяли намного меньше внимания. Необходимо лишь отметить, что шиповник морщинистый широко применяется в целях озеленения городских территорий.
Скрининг различных видов растений в поиске потенциальных источников природных биологически активных соединений для создания витаминных и антиоксидантных препаратов снова привлек внимание к шиповнику как кладезю ценнейших для организма веществ. Еще в 1950-х гг. было установлено, что среди представителей флоры территории СССР шиповник имеет рекордное содержание аскорбиновой кислоты и витамина Р, поэтому его заслуженно назвали естественным концентратом этих важных соединений. В его плодах «аскорбинки» в 10 раз больше, чем в ягодах черной смородины или в белокочанной капусте, в 50 - чем в лимоне, в 100 - чем в яблоках, в Э0-40 - чем в голубиках обыкновенной и высокорослой [1].
В докладе Министерства сельского хозяйства и продовольствия и НАН Беларуси «Состояние биоразнообразия для производства
продовольствия и ведения сельского хозяйства в Республике Беларусь» (2016 г.) большое значение придается созданию плантаций плодовоягодных растений семейства Брусничные, в том числе голубики высокорослой, клюквы крупноплодной [9]. Задача организации промышленных посадок шиповника, к сожалению, не ставится, хотя по содержанию важнейших антиоксидантов - каротиноидов, токоферолов, аскорбиновой кислоты - он значительно превосходит все упомянутые в докладе виды (табл. 1). Кроме того, гипантии шиповника отличаются высокой концентрацией каротиноида ликопина, который рассматривается как соединение с мощным антиоксидантным эффектом и применяется в качестве средства лечебно-профилактического действия при различных заболеваниях, включая онкологические [11].
В настоящее время в производстве ликопина (например, препарат «Томатогенин») используют томаты и изготовляемые из них соусы, пасты, кетчупы. Однако в зависимости от степени зрелости томаты могут содержать токсичный алкалоид томатин (3-5 мг%) [12], а также пуриновые основания, способствующие развитию нарушений азотистого обмена. Плоды томатов богаты кальциевыми солями щавелевой кислоты, что делает их нежелательным продуктом для людей, страдающих заболеваниями суставов и подагрой. Кроме того, они существенно уступают шиповнику по наличию аскорбиновой кислоты.
Известно, что в бытовых условиях широко используются сухие или свежие плоды шиповника, из которых готовят чаи и отвары, а отжим, как правило, выбрасывают. Между тем в нем большое количество липофильных антиоксидантов, главным образом каротиноидов и токоферолов (витамин Е). В промышленности из гидрофильной фракции экстракта плодов
Таблица 1.
Содержание
биологически
активных
соединений
в плодах
представителей
семейств
Розоцветные
и Брусничные [10]
с использованием двух
эмульгаторов -лецитина и агар-агара
40Х 20micron
производят «Холосас», витамины С и Р, а сухой жом разделяют путем сепарации на мякоть и семена; из семян получают масло шиповника, а из мякоти - масляный каротиноидный экстракт каротолин. Область применения двух последних препаратов неширока - при трофических язвах, экземах, некоторых видах эритро-дермии, то есть преимущественно наружно.
Более актуальной представляется разработка комплексного средства, содержащего одновременно гидрофильные и липофильные биологически активные соединения. Производство такой субстанции позволило бы рационально использовать ценное растительное сырье и являлось бы практически безотходным.
Химический состав гипантиев шиповника хорошо изучен, в том числе современными высокоточными методами анализа. В плодах имеются аскорбиновая кислота (3,2210,84% на абсолютно-сухую массу, или 2,465,2% на абсолютно-сухую массу целых плодов), витамины В2, К, ликопин и ^-каротин (от 5 до 140 мг на 100 г в зависимости от вида), пектиновые вещества (до 4%), лимонная кислота, сахара (до 23,93%), флавоноиды, обладающие Р-витаминной активностью (до 4%), токоферолы и др. В плодах-орешках - токоферолы (0,17-0,2%), каротиноиды (0,01%) и жирное масло, состоящее из глицеридов линоле-вой, линоленовой, олеиновой и твердых жирных кислот [5, 13]. Такое обилие ценных компонентов делает плоды шиповника незаменимым продуктом питания и профилактики заболеваний, особенно в экологически неблагоприятных условиях. Поэтому актуальной представляется разработка технологии получения комплексного препарата, содержащего наряду с жирорастворимыми БАВ-полярные вещества.
С этой целью нами исследованы параметры процесса экстракции каротиноидов и токоферолов из гипантиев шиповника при помощи различных растворителей. Показано, что применение растительного масла в качестве экстрагента позволяет создать средство с достаточно высоким содержанием липофильных антиоксидантов без использования токсичных органических соединений. Такой способ выделения дает возможность дольше сохранять каротиноиды в экстрактах. Хотя растительные масла обладают более низкой экстрагирующей способностью по сравнению с органическими растворителями, они имеют ряд преимуществ: не токсичны, включают широкий спектр БАВ, в частности токоферолы, непредельные жирные кислоты, и позволяют получать суммарные фитопрепараты с высоким содержанием действующих веществ [14]. Исследованы также условия и способы экстракции аскорбиновой кислоты из плодов шиповника. Максимальный в нашем случае выход аскорбиновой кислоты наблюдается при двуступенчатой экстракции сырья этанолом с последующим добавлением эквивалентного количества воды [15].
При создании лечебно-профилактических субстанций важное место занимает вопрос биодоступности компонентов. Поскольку каротиноиды и токоферолы имеют липофильную природу, для хорошего усвоения в желудочнокишечном тракте они должны быть эмульгированы. Кроме того, эмульгирование необходимо для объединения в составе единой субстанции гидрофильных и липофильных биологически активных веществ гипантиев шиповника. Для достижения данной цели нами исследованы условия получения устойчивой эмульсии с БАВ различной химической природы, подобраны эмульгаторы и определена их оптимальная концентрация, соотношение гидрофильной и липофильной фаз, способ механического воздействия, температурный режим (рис. 3) [16].
Более доступным и дешевым способом, на наш взгляд, было бы получение порошка из целых плодов шиповника, который содержал бы сумму витаминов и антиоксидантов, относящихся к различным классам химических соединений. Как уже было упомянуто, жесткие волоски внутри гипантия шиповника трудно поддаются удалению и служат одной из причин недостаточного использования этого ценного поливитаминного сырья, поскольку вызывают раздражение слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта. Мы
предположили, что от волосков можно избавиться путем повышения степени измельчения целых плодов. Кроме того, в «орешках» присутствует масло с высоким уровнем токоферолов и ненасыщенных жирных кислот, что будет увеличивать ценность готового порошкообразного препарата. Нами определены условия (время и кратность) измельчения, подобран размер сит, позволяющих в максимальной степени отделять волоски гипантиев и их фрагменты, исследована возможность добавления порошка к жиросодержащим продуктам питания (сметана, йогурты и т.п.).
Эксперименты по исследованию влияния данной биодобавки на жизнеспособность и физическую форму, проведенные на крысах линии Вистар, показали, что дозированные дополнения стандартного рациона смесью сметаны и порошка плодов шиповника с суточной нормой каротиноидов сопровождаются развитием позитивных эффектов в отношении соматического статуса и функционального состояния подопытных животных [17]. В опытах при добавках к стандартному рациону питания крыс, обладающих избыточной массой тела, смеси сметаны (высококалорийный продукт) с порошком плодов шиповника, содержащего однократную суточную дозу каротиноидов и аскорбиновой кислоты, обнаружено ослабление прироста массы тела у особей исследуемой группы. Этот феномен целесообразно верифицировать в наблюдениях на добровольцах и, в случае его подтверждения, премикс можно с успехом использовать в питании спортсменов.
Одна из насущных проблем практической реализации экспериментальных наработок - отсутствие сырьевого источника, то есть плантаций шиповника, дающих достаточно продукта для удовлетворения потребности в пищевых добавках для населения Республики Беларусь. В упомянутом докладе Минсельхозпрода, намечающем перспективы практического применения культурных и дикорастущих видов растений, шиповник практически не упоминается, за исключением коллекции плодовых, ягодных, орехоплодных культур и винограда Института плодоводства НАН Беларуси, где он представлен 13 интродуциро-ванными сортами на основе видов Rosa rugosa Thunb. и Rosa cinnamomea L., из которых три образца - бесшипные (Бесшипный ВНИВИ, Российский-1, Российский-2), один - белорусской селекции (Ружовы) [9]. В этом же документе отмечается, что недооценка потенциала
культурных и дикорастущих видов, недостаточные объемы их ресурсов, отсутствие нормативной технической базы для производства продуктов питания и биодобавок - существенный недочет, ведущий к неполному и нерациональному использованию природного биоразнообразия для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства.
Таким образом, шиповник заслуживает большего внимания исследователей-биологов, медиков, работников сельского хозяйства, пищевой промышленности и должен быть включен в перечень перспективных плодово-ягодных культур как сырья для производства БАДов. ЕЗ
http://innosfera.by/2017/10/Rosehips
ЛИТЕРАТУРА
1. Скурихин И.М. Химический состав пищевых продуктов: справочник.- М., 1987.
2. Зайчикова С.Г., Барабанов Е.И. Ботаника: учебник.- М., 2013.
3. Hahn F. Vitamenstudien dritte Reihe. Der Vitamengehalt des Obstes // Ztschr. f. Untersuch. d. Lebensmittel. 1931. V. 61, S. 369-411.
4. Стрелец В.Д. Шиповник в культуре.- М., 2009.
5. Игнатьев Б.Д. Шиповник и его использование.- Новосибирск, 1946.
6. Кущинская И.Н., Шнайдман Л.О. Идентификация каротиноидов, содержащихся в сухих плодах шиповника // Медицинская промышленность СССР. 1964, №4. С. 38-40.
7. Шнайдман Л.О., Кущинская И.Н. Идентификация флавоновых и катехиновых веществ плодов шиповника // Медицинская промышленность СССР. 1965, №2. С. 14-17.
8. Шнайдман Л.О. Производство витаминов.- М., 1973.
9. Состояние биоразнообразия для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства в Республике Беларусь: страновой доклад / М-во сел. хоз-ва и прод. Респ. Беларусь, Нац. акад. наук Беларуси.- Минск, 2016.
10. Ламан Н.А., Копылова Н.А, Беляков В.М. Исследование каротиноидов и токоферолов в плодах и листьях плодово-ягодных и зеленных культур методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Ботаника (исследования). Вып. 40.- Минск, 2011. С. 458-468.
11. Khan N., Afaq F., Mukhtar H. Cancer chemoprevention through dietary antioxidants: progress and promise // Antioxid. Redox Signal. 2008. Vol. 10, №3. P. 475-510.
12. High Alpha-tomatine Content in Ripe Fruit of Andean Lycopersicon Esculentum var. Cerasiforme: Developmental and Genetic Aspects / Rick C.M. [et.al.] // Proceedings of National Academy of Science U.S.A. 1994. Vol. 91, №12. P. 877-881.
13. Ламан Н.А., Копылова Н.А., Беляков В.М. Разработка методик экстракции и количественного определения каротиноидов в мякоти плодов растений // Растительные ресурсы. 2012. Т. 48, вып. 3. С. 469-475.
14. Копылова Н.А., Ламан Н.А. Исследование условий экстракции водорастворимых и липофильных БАВ из гипантиев шиповника // Весц! НАН Беларусь Сер. б!ял. навук. 2013, №1. С. 24-29.
15. Копылова Н.А., Ламан Н.А. Особенности экстракционного извлечения аскорбиновой кислоты из гипантиев шиповника // Материалы II междунар. науч.- практ. конф. «Проблемы сохранения биологического разнообразия и использования биологических ресурсов». 22-26 октября 2012 г., Минск. С. 345.
16. Экспериментальное обоснование условий получения устойчивой эмульсии из гидрофильного и липофильного экстрактов плодов шиповника (Rosa rugosa Thunb.) / Н.А. Копылова, Н.А. Ламан // Ботаника (исследования). Вып. 42.- Минск, 2013. С. 349-358.
17. Влияние биологически активных веществ плодов шиповника (Rosa rugosa Thunb.) на интегральные показатели состояния экспериментальных животных / Н.А. Ламан, Н.А. Копылова, М.О. Досина, Д.П. Токальчик, В.А. Кульчицкий // Ботаника (исследования). Вып. 45.- Минск, 2016. С. 230-239.
