О применении сверхкритических углекислотных экстрактов в качестве антиоксидантных добавок

О применении сверхкритических углекислотных экстрактов
из растительного сырья в качестве антиоксидантных добавок.

Попова И.Ю., Сизова Н.В., Водяник А.Р.


Было проведено исследование антиоксидантной активности 17-ти сверхкритических углекислотных (СК-СО2) экстрактов – горофитов – из растительного сырья, произведенных НИЦ ЭР «ГОРО», г. Ростов-на-Дону. Исследования были проведены на базе Института химии нефти Томского филиала СО РАН.
Зарубежными исследователями в области сверхкритической экстракции отмечается тот факт, что сверхкритические флюидные экстракты являются более сильными антиоксидантами по сравнению с экстрактами, полученными на основе классических методов . На основании проведенного исследования антиоксидантной активности методом микрокалориметрии было установлено, что все горофиты обладают антиокислительной активностью в различной степени. Для всех экстрактов наблюдается процесс замедления или полное ингибирование окисления, сила которого прямо пропорциональна активности компонентов и их концентрации. По антиокислительной активности все горофиты можно разделить на группы:
содержащие антиоксиданты с высокой константой скорости ингибирования и наличием периода индукции (соединения №1-10, см. табл.1). К этой группе относятся экстракты шалфея, розмарина, калины, моркови, боярышника, граната, грецкого ореха, шиповника, ромашки, петрушки;
содержащие антиоксиданты и тормозящие окисление по иному механизму, без периода индукции (соединения № 11-17, см. табл.1). К данной группе относятся: зеленый чай, тысячелистник, рябина, полынь горькая, фенхель, виноград, облепиха;
экстракты, содержащие два типа ингибиторов. К ним относятся экстракты боярышника, петрушки и моркови.
По литературным данным известно, что наивысшей антиоксидантной способностью обладают травы с высоким содержанием фенольных и полифенольных соединений, а также витаминов А, Е, К и С. Кроме того, антиоксидантную активность проявляют такие биологически активные соединения, как терпеноиды фенольного ряда, такие как карнозол, хамазулен, кумарин, кверцитин и другие, которые обеспечивают эфирным маслам и комплексу жирных кислот, содержащихся в СК-СО2 экстрактах, в частности экстрактам розмарина, антиоксидантные свойства. Так, в работе Яцюк В.Я., Сидоренко А.Ф., Сухомлинов Ю.А. "Антиоксидантные свойства эфирных масел различных видов тысячелистника" авторы считают, что хамазулен обеспечивает эфирным маслам различного вида тысячелистника антиоксидантные свойства.

По результатам исследований были выявлены горофиты с наибольшей степенью воздействия на перекисные радикалы. Максимальную концентрацию антиоксидантов содержат экстракты шалфея, розмарина, калины и моркови. Для десяти экстрактов (см. таблицу 1) константы скорости ингибирования имеют такие же высокие значения, как и для синтетических антиоксидантов, применяемых в пищевой промышленности. Так, например, экстракт розмарина превысил ионол по мощности взаимодействия с перекисными радикалами в 10 раз.

По уровню антиокидантов в экстрактах шалфея, розмарина, калины и моркови можно отметить, что их содержится, соответственно, в 10; 5; 4,2 и в 4 раза больше, чем в масле рыжика ярового (Camelina Sativa (L.) Crantz.), полученного холодным прессованием. Масло рыжика, взятое в качестве сравнения, в ряду жирных масел отличается стабильностью вследствие высокой концентрации токоферолов и каротиноидов .
Исследования химического состава горофитов показали, что большинство экстрактов содержат эти соединения в разных соотношениях (см. таблицу 1).

Таблица 1. Содержание веществ, влияющих на антиоксидантную активность в горофитах.№ п/п

Наименование горофита - Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект - Содержание антиоксидантов, 10(-2) моль/кг
1 Шалфей (трава) -Терпеноиды – до 60% (камфара-6,9, борнеол-1,4, изотуйон-6,9%;кафиофиллен-3%, ледол-6%, эпиманоол-40,9%); стероиды до 7%; токоферолы – 2,15% - 10,1
2 Розмарин (трава) - Терпены и терпеноиды до 30,3% (борнеол, карен, камфара, вербенол, кариофиллен, кадинен, стероиды), воска до 24% - 5,3
3 Ромашка (цветы) - Флавоноиды до 30% (фар-незен, хамазулен, бисаболол, кумарин); стеролы – до 14%; токоферолы – до3%, - ~2
4 Калина (плоды) - Каротиноиды , токоферолы – до 1% - 1,4
5 Морковь (плоды) - Терпены до 16%, флавоноиды - до 9%, стерины – до2% - 1,2
6 Боярышник (плоды)- Тритерпены до 14%, токоферолы – до 1%, каротиноиды – до 80 мг% - 0,8
7 Гранат (семена) - Бензойная к-та – до 0,1%, стеролы – 1,3%; токоферолы - 0,19% - 0,6
8Грецкий орех (лист) - Терпеноиды до 38% (хиноны – до 20%), стерины – 4,4%, токоферолы – 0,6% - 0,5
9 Шиповник (семена) - каротиноиды до 70мг%; токоферолы – до 2%, - 0,2
10 Петрушка (плоды) - Терпены –до 23%, флаваноиды (элемицин, апиол, гермакрон)- до 50%, токоферолы – до 1% - 0,2
11 Чай зеленый (лист) - Терпеноиды – до 25% (катехины) - Присутствие сильных антиоксидантов, полностью ингибирующих окисление, не обнаружено. Данные экстракты замедляют скорость перекисного окисления без периода индукции
12 Тысячелистник (трава) - Терпеноиды – до 24% (в т.ч. флавоноиды), стерины –12,3%; воска – 38,6%
13 Рябина (плоды) - Флавоноиды – до 1%, карот-иноиды - до 80 мг%, воска – до 2,8%,
14 Полынь горькая (трава) - Терпены и терпеноиды – до 19% (флавоноиды - до 9%); стероиды – 11,2%; витамины А, Е – до 1%; воска до 60%
15 Виноград (плоды) - Токоферолы – до 3%, стерины - до 0,1%.
16 Облепиха (плоды) - Терпены (гвайен до 1%), каротиноиды до 300 мг%, воска –1%,
17 Фенхель (плоды) - Терпены – до 50%; терпеноиды – до 10%, токоферолы – до 0,4%


Можно утверждать, что антиокислительная активность горофита (СК-СО2 экстракта) винограда, а также всех экстрактов, полученных из косточек, АО активность объясняется присутствием токоферолов, как у горофита винограда, в составе которого определяются, в основном, токоферолы. Наши исследования по составу виноградного СК-СО2 экстракта подтверждаются и иностранными авторами . Различная АО активность горофитов и, в том числе, всех масляных экстрактов объясняется присутствием различных форм токоферолов, а так же синергической поддержкой каротиноидов, фосфолипидов, витаминов А,С.

Физиологическое действие витамина Е обусловлено его участием в окислительно-восстановительных реакциях организма. Свободная ОН-группа обуславливает свойства витамина Е как антиоксиданта. Квантовомеханическими расчетамми и экспериментальными даннымми установлено, что максимальной реакционной способностью обладает α-токоферол. Уменьшение АО активности происходит в сторону ε-токоферола .

В химическом составе исследованных горофитов, что характерно для такого типа экстрактов, сочетается присутствие токоферолов и широкого спектра моно-, ди-, три- и тетратерпенов. При этом отмечается следующая закономерность: большое содержание терпеноидов фенольного типа способствует увеличению антиокислительной способности. Так, содержание терпеноидов в горофитах шалфея, розмарина, ромашки, моркови, граната, грецкого ореха и петрушки в сочетании с токоферолами позволяет им полностью ингибировать процесс окисления. При этом наблюдается прямая зависимость от величины содержания этих веществ в экстрактах (см. табл.1). В то же время даже небольшое присутствие терпеноидов фенольного типа усиливает антиоксидантный эффект витамина Е, что можно наблюдать на примерах горофитов калины, ромашки, петрушки, полыни и фенхеля. Здесь так же наблюдается прямая зависимость от процентного содержания как терпеноидов, так и токоферола.

Горофиты(*) шиповника, рябины и облепихи, кроме терпеноидной фракции и витамина Е, имеют в своем составе каротиноиды. Хотя известно, что основным липидным антиоксидантом является витамин Е, но все большее количество данных свидетельствует о том, что он работает в комплексе с другими компонентами, которые синергически дополняют его действие. Так, по данным некоторых авторов каротиноиды, фосфолипиды являются синергистами токоферолов .

Горофиты калины и боярышника сочетают в себе терпены, токоферол и каротиноиды, что обеспечивает им положение сильных ингибиторов окисления, тогда как простое содержание каротиноидов в сочетании с низким процентным содержанием фенольных терпеноидов способствует всего лишь снижению скорости окислительного процесса.

Таким образом, можно отметить, что содержание свыше 20% фенольных терпеноидов, относящихся к ингибиторам второго типа, позволяет классифицировать по своему действию ряд СК-СО2 экстрактов как ингибиторы окислительного процесса (розмарин, морковь, шиповник). А содержание токоферола и каротиноидов, относящихся к ингибиторам первого типа, еще более усиливает их антиокислительную способность (шалфей, калина, боярышник, гранат, грецкий орех, ромашка, петрушка). В то же время, отдельное присутствие в экстракте токоферола, каротиноидов или низкое содержание фенольных представителей терпеноидной фракции приводит к проявлению АО действия по типу снижения скорости окислительного процесса. Методически этот прием для оценки АО-активности природных экстрактов применен в работе . Это можно наблюдать на примерах экстрактов зеленого чая, тысячелистника, фенхеля, облепихи, полыни горькой, рябины и винограда.

Наблюдаемая нами взаимозависимость химического состава и антиоксидантной активности дает нам право предполагать, что введение в рецептуру БАДов, пищевой и косметологической продукции горофитов позволит обеспечить им антиоксидантый эффект как на стадии хранения, так и по воздействию на организм человека в целом.

Ввод в косметические композиции и в БАДы СК-СО2 экстрактов шалфея и розмарина в концентрации 0,1-0,3%, а ромашки, калины и моркови в концентрации 0,3-0,5% обеспечит присутствие в продуктах мощных природных антиоксидантов и повысит их окислительную стабильность и биологическую эффективность.

Выводы.
На модельной реакции окисления кумола установлено, что все горофиты обладают антиоксидантным действием.
Ингибиторы, обладающие высокой константой скорости ингибирования, содержатся в экстрактах шалфея, розмарина, калины и граната. Концентрация антиоксидантов наиболее высокая в экстрактах шалфея, розмарина, калины, моркови и ромашки.
Содержание свыше 20% терпеноидов фенольного типа позволяет классифицировать по своему действию СК-СО2 экстракты как ингибиторы окислительного процесса второго типа (розмарин, морковь, шиповник).
В экстрактах, содержащих токоферол и каротиноиды, механизм АО реакции осуществляется по первому типу ингибирования, т.е. иначе, чем в присутствие большого количества фенольных терпеноидов и флавоноидов. Скорость окислительной реакции наиболее эффективно снижают экстракты тысячелистника, зеленого чая и фенхеля.
Содержание токоферола и каротиноидов, относящихся к ингибиторам первого типа, еще более усиливает антиокислительную способность экстрактов, содержащих терпеноиды фенольного типа (шалфей, калина, боярышник, гранат, грецкий орех, ромашка, петрушка).
Присутствие в экстрактах по отдельности токоферолов или каротиноидов, а также низкое содержание фенольных представителей терпеноидной фракции способствует снижению скорости окисления, но не более того, что можно наблюдать на примерах зеленого чая, тысячелистника, фенхеля, облепихи, полыни горькой, рябины и винограда.
Целесообразно компоновать экстракты одного типа антиоксидантного действия с другим типом в целях сочетания различных механизмов, предотвращающих окисление липидов, а также в целях обогащения косметических композиций и БАДов фармакотерапевтическим воздействием на организм человека.


(*) Горофиты - коммерческое название растительных экстрактов, производимых компанией "Горо" (Ростов-на-Дону) по технологии сверхкритической экстракции (экстрагирование растительного сырья с помощью диоксида углерода, находящегося в сверхкритических условиях).