CC BY
246
Химия растительного сырья. 2004. №3. С. 99-102.
УДК 536.66 +543.86 сравнение антиоксидантной активности пихтового масла
и со2-экстракта пихты, подсолнечного масла и со2-экстракта семян подсолнечника
© Н.В. Сизова
Институт химии нефти СО РАН, пр. Академический, 3, Томск, 634021 (Россия), e-mail: [email protected]
Методом микрокалориметрии на модельной реакции окисления кумола проведено сравнение антиоксидантной активности пихтового масла и СО2-экстракта пихты, подсолнечного масла и СО2-экстракта семян подсолнечника.
Для углекислотного экстракта пихты увеличение антиоксидантной активности объясняется экстрагированием а-каротина, Р-каротина, хлорофилла, ликопина, транс-ликопина, кислородсодержащих пигментов.
Для масла семян подсолнечника, полученного отжимом и сверхкритической экстракцией, наблюдаемое увеличение количества антиоксидантов в углекислотном экстракте объясняется увеличением содержания токоферола. Это подтверждается сравнением Уф-спектров экстракта и масла, на котором наблюдается адекватное увеличение пика поглощения токоферола.
Введение
Получение экстрактов растительного сырья для парфюмерно-косметической промышленности, для пищевых добавок заставляет химиков-технологов искать условия экстракции, при которых выход биологически активных веществ (БАВ) максимален, а их разрушение под действие температуры и растворителей минимально. Традиционно используются в качестве экстрагентов спирты, углеводороды, хлороформ и т.д., растворители эти горючи, токсичны и плохо удаляются из готового продукта. Поэтому в последние годы широкое распространение получил метод экстракции сжиженной углекислотой (СО2-экстракция). Конечным продуктом данного способа является сложная по составу смесь, включающая водорастворимые компоненты, эфирные масла, жирные масла, воска, фитостеролы. Такие экстракты хорошо сохраняют запах, вкус и биологическую ценность исходного сырья, поэтому находят все большее применение в производстве пищевых и косметических продуктов.
Эфирные масла, полученные по технологии углекислотной экстракции, как правило, отличаются более сложным составом. Например, по данным работы [1] эфирное масло кожуры апельсина, полученное СО2-экстракцией, имеет интенсивную желтую окраску вследствие присутствия флавоноидов и каротиноидов. А ярко-красный экстракт из плодов красного перца (паприки) широко используется в пищевой промышленности из-за лечебных и красящих свойств каротиноидов [2].
Антиоксиданты относятся к классу биологически активных веществ, которые препятствуют окислению липидов и образованию нежелательных продуктов окисления. Как правило, в липофильных фракциях самыми мощными антиоксидатами являются токоферолы, они предохраняют натуральные растительные масла от окисления. Сверхкритические экстракты проявляют ярко выраженную антиоксидатную активность [3], это позволяет надеяться на то, что в продуктах питания возможна замена синтетических антиоксидантов натуральными. Авторами работы [4] показано, что экстракт розмарина препятствует окислению липидов, эффективно защищает цвет и вкус натуральных продуктов. Антиоксидантная активность розмарина вызвана в основном фенольными дитерпенами, карнозолом и карнозойной кислотой.
В настоящей работе проведено сравнение антиоксидантной активности углекислотных экстрактов и масел, полученных по традиционным технологиям.
100
Н.В. Сизова
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования взяты пихтовое эфирное масло (водно-паровая дистилляция) и эфирно-масличная фракция СО2-экстракта пихты сибирской (ООО «НБС» г. Томск) и жирное масло семян подсолнечника, полученное прессованием и СО2-экстракцией (ООО НИЦ экологических ресурсов «ГОРО»). Для жирных масел метод микрокалориметрии позволяет определять основной липидный антиоксидант - токоферол, который является ингибитором модельной реакции окисления кумола, что позволяет определять его количественно [5, 6]. Для эфирных масел, как слабых антиоксидантов, оценить антиоксидантую активность можно по степени понижения скорости окисления модельной реакции, как это сделано авторами работы [7]. Применяемая нами методика с использованием калориметрических измерений описана в работе [8].
Измерения проводили на дифференциальном микрокалориметре МКДП-2, сконструированном и построенном в Институте химии нефти (г. Томск) СО РАН [9]. Метод микрокалориметрии [10] позволяет по регистрации теплового эффекта модельной реакции окисления кумола определить к7-константу скорости реакции между кумилперекисными радикалами и антиоксидантами. Выражение для мощности тепловыделения в момент времени 1 в режиме радикального окисления в присутствии ингибитора:
г л к 1
Wt = АИ -V -[И]- --, (1)
к 7 т t
где Н - энтальпия окисления кумола, Дж/моль; V - объем реакционной среды, л; [КН] - концентрация окисляемого углеводорода, моль/л; к2 - константа скорости продолжения цепи по реакции (I), л/моль-с; к7 -константа скорости обрыва цепей на ингибиторе, л/моль- с; т - период индукции, с.
Методика измерений. Растительное масло растворяют в кумоле при комнатной температуре, готовый раствор загружают в ячейку и помещают в калориметр. Инициатор - АИБН в тефлоновой капсуле располагается в воздушном пространстве ячейки на сеточке. После термостатирования инициатор переворотом внутренней части калориметра попадает в жидкую фазу. Примеры кривых тепловыделения реакции окисления кумола в присутствии масел приводятся на рисунке 1. Период индукции окисления кумола прямо пропорционален количеству ингибитора-токоферола в растительном масле. По экспериментальной кривой определяется период индукции модельной реакции окисления кумола, затем количество ингибитора-токоферола вычисляется по формуле:
[1пИ ]о =
wl
(2)
/
где [1пН]0 - концентрация ингибитора - токоферола; - начальная скорость инициирования; т0 - время действия ингибитора с учетом распада инициатора; f - коэффициент ингибирования.
В случае отсутствия периода индукции антиокислительную активность оцениваем по степени понижения скорости окисления 'ок, которую вычисляем исходя из следующего выражения:
W = АН Vwок, (3)
где АН - энтальпия изучаемого процесса, равная 111±3 кДж/моль [10]; V - объем реакционной смеси, л.
Результаты и обсуждение
По приведенным данным (табл. 1) очевидно превышение антиоксидантной активности углекислотного экстракта лапок пихты над пихтовым маслом. Ранее, в работе [11], проведено хромато-масс-спектрометрическое сравнение химического состава пихтового эфирного масла, полученного водно-паровой дистилляцией и сверхкритической СО2-экстракцией лапки пихты сибирской. Установлено для пихтового масла и СО2-экстракта наличие одних и тех же компонентов: альфа-пинена, камфена, бетта-феландрена, борнеола и борнил-ацетата. Но в экстракте дополнительно содержится еще ряд соединений, что приводит к появлению светло-коричневого цвета и более качественного парфюмерного запаха. Полученные на приборе и'УЖОМ 943 УФ-спектры свидетельствуют о присутствии в СО2-экстракте растительных пигментов: а-каротина, р-каротина (479, 448 ммк); хлорофилла (660-665 ммк), ликопина, транс-ликопина (533,479 ммк), ксантофила (380-520 ммк), зеаксантина (423, 483 ммк), фитофлуэнола (368, 332 ммк) и др. (рис. 2).
т0
Сравнение антиоксидантной активности
101
В СО2-экстракте лущеных семян подсолнечника содержание антиоксидантов, рассчитанное по формуле (2), на 40% превышает содержание антиоксидантов в подсолнечном масле. В подсолнечном масле содержание антиоксидантов составляет 1,21 -10-3 моль/кг, рассчитанное из этой величины количество альфа-токоферола - 53 мг%, это соответствует литературным данным [6, 12]. В СО2-экстракте концентрация антиоксидантов составила 1,73-10-3 моль/кг, что соответствует количеству токоферолов 75 мг% (табл. 1).
На рисунке 3 приведен электронный спектр подсолнечного масла и СО2-экстракта семян подсолнечника. На спектре СО2-экстракта семян подсолнечника появляются пики поглощения растительных пигментов - каротиноидов, ликопинов, хлорофиллов в области 410, 470, 530 нм. Мощность пика поглощения токоферола (мах 297, 292 нм), примерно на 40% больше для масла, чем для СО2-экстракта, что адекватно количественному увеличению антиоксидантов, полученному кинетическим методом. Поэтому с большой вероятностью можно заключить, что методом микрокалориметрии, как антиоксидант, количественно определяется альфа-токоферол, а вклад других компонентов (каротиноиды, ликопины и др.) в торможение радикальной реакции окисления незначителен.
Рис. 1. Кривые тепловыделения модельной реакции окисления кумола в присутствии ингибиторов различного типа:
1 - без ингибитора; 2 - масло семян подсолнечника С = 64,56 г/л;
3 - СО2-экстракт лущеных семян подсолнечника С = 64,76 г/л;
4 - эфирное масло лапки пихты сибирской С = 1.01 г/л; 5 - эфирно-масляничная фракция СО2-экстракта лапки пихты сибирской
Рис. 2. Спектры дифференциального поглощения пихтового масла водно-паровой дистилляции и эфирно-масляничной фракции СО2-эктракта пихты сибирской
Таблица 1. Антиосидантная активность эфирных и жирных масел. 1 = 60 °С, = 6,8 10-8 л/моль с
Ингибитор С, г/л Шок Ю-6, [АО]- 10"3, [Тф],
моль/л с моль/кг мг%
Эфирно-масляничная фракция 0,6 3,9 - -
СО2-эктракта лапки пихты сибирской 1,3 3,3
2,0 2,0
Эфирное масло лапки пихты сибирской, 1,0 6,4 - -
водно-паровая дистилляция 1,4 4,3
1,7 4,5
Подсолнечное масло 47,00 6,9 1,27 55
64,56 7,5 1,21 53
78,34 6,9 1,28 55
СО2-экстракт лущеных семян 48,81 5,1 1,89 81
подсолнечника 64,76 6,1 1,73 75
79,48 6,7 1,63 70
102
H.В. СИЗOВA
Рис. 3. Спектры электронного поглощения: 1 - раствор масла семян подсолнечника в гексане С = S0 г/л; 2 - раствор сверхкритического экстракта лущеных семян подсолнечника в гексане С = S0 г/л. В ячейке сравнения - гексан
Заключение
Mожно сделать вывод о несомненно большей эффективности экстрагирования биологически активных веществ углекислотой, по сравнению с другими способами получения липофильных природных субстратов. Mожно предположить увеличение потребления углекислотных экстрактов, и развитие этого способа экстракции состоит в подборе более эффективных технологических условий для извлечения определенного спектра БAВ.
Список литературы
1. Mira В., Blasko M., Subirats S., Berna A. Supercritical CO2 extraction of essential oils from orange peel // J. Supercrit. Fluids. 1996. V. 9. №4. C. 23S-243.
2. Jaren-Galan M., Nienaber U., Schwartz S.J. Paprika (Capsicum annuum) oleoresin extraction with supercritical carbon dioxide // J. Arg. And Food Chem. 1999. V. 47. №9. C. 355S-3564.
3. Сизова КВ., Попова И.Ю., Водяник AP. Сравнительный анализ химического состава СО2-экстрактов и экстрактов, полученных по другим технологиям // Сверхкритические флюидные технологии: инновационный потенциал России: Тез. докл. I Mеждунар. науч.-практ. конф., Ростов-на-Дону, 2004. C. 9S-102.
4. Wu James W., Lee Min-hsiung, Ho Chi-Thang, Chang Stephen S. Elucidation of the chemical structures of natural antioxidants isolated from rosemary // J. Amer. Oil Chem. Soc. 19S2. V. 59. №S. P. 339-345.
5. A. с. №741143 (СССР) Способ количественного определения ингибитора-токоферола в подсолнечном масле / ЛЖ. Радченко, M.E. Кончаловская, И.У. Юсупова, A.A. Шмидт, и др.
6. Харитонова A.A., Козлова З.Г., Фепалов В.Ф., Гладышев Г.П. Кинетический анализ свойств антиоксидантов в сложных композициях с помощью модельной цепной реакции // Кинетика и катализ. 1979. Т. ХХ. Вып. 3. С. 593-599.
7. Hm^rarn В.С., Шендель Г.В., Герчиков A^., Ефименко КБ. Флавоноиды листьев малины и ежевики и их антиоксидантная активность // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т. 34. №11. С. 25-27.
S. Сизова КВ., Веретнова О.Ю., Ефремов A.A. Оценка антиокислительной активности эфирных масел методом микрокалоримтерии // Химия растительного сырья. 2002. №3. C. 57-60.
9. A. с. №1437696 (СССР): Дифференциальный микрокалориметр / A.A. Великов, A.A. Вичутинский // Б.И. 19SS. №42. С. 171.
10. Великов A.A., Карпицкий В.И., Сизова КВ. Mетод микрокалориметрии в жидкофазном окислении углеводородов // Кинетика и катализ. 19SS. Т. 29. Вып. 2. С. 321-325.
11. Сидельников ВК, Патрушев Ю.В., Сизова КВ., Петренко Т.В. Сравнительный анализ состава пихтового масла, полученного водно-паровой дистилляцией и эфиромасличной фракции СО2-экстракта лапки пихты сибирской // Химия растительного сырья. 2003. №1. С. 79-S5.
12. Витамины / Под ред. M.K Смирнова. M., 1974. С. 126.
Поступило в редакцию 25 мая 2004 г.
После переработки 7 октября 2004 г.
