Лікарське рослинництво: від досвіду минулого до новітніх технологій: матеріали четвертої Міжнародної науково–практичної інтернет–конференції. – Полтава, 14-15 травня 2015 р.
УДК: 577.11 Пархоменко А.С., аспирант, Курицына Д.И., студент Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия ОБЩАЯ БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСТРАКТОВ КУКУРУЗЫ ЛИНИИ ПУРПУРНАЯ САРАТОВСКАЯ Ключевые слова: биофлавоноидная кукуруза, натуральный краситель. В настоящее время почти все синтетические красители, используемые в пищевой промышленности, признаны далеко не безвредными для человека вследствие их токсических, аллергенных, канцерогенных или мутагенных свойств. Натуральные красители наиболее безопасны и даже обладают полезными фармакологическими свойствами – антиоксидантными, антистрессовыми, радиопротекторными и продляющими сроки жизни. Однако, традиционные источники сырья не могут лежать в основе массового, высоко рентабельного производства. Поэтому, необходимо выявление (или экспериментальное создание) новых, нетрадиционных высокопродуктивных форм растений – источников полезных и в то же время достаточно дешёвых пищевых красителей и лекарственных препаратов. Нами в качестве одного из видов предложена кукуруза (Zea mays L.), так как ранее на кафедре генетики Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского была выделена линия Пурпурная Саратовская (ПС), характеризующаяся темно-фиолетовой окраской стеблей, листьев, кроющих листьев початков, соцветий и зерновок [1]. Наличие данного селекционного материала привело к необходимости определения путей и возможностей его использования для практических целей. В связи с этим, целью настоящей работы было определение биохимического состава экстрактов кукурузы линии Пурпурная Саратовская (ПС). В качестве объекта изучения отбирали диплоидные растения кукурузы линии ПС на стадиях опыления и сбора урожая, которые впоследствии измельчали (0,5х0,5 см) и просеивали сквозь сито №2 (№3). Затем взвешивали измельченное растительное сырье (навески по 4г). После этого навески кукурузного сырья заливали экстрагентами (дистиллированная вода; этиловый спирт 50%, 70% и 96%; ацетон; водный ацетон 50%) в соотношении 1:10 (4 г на 40 мл) и оставляли настаиваться без перемешивания в течение трех дней при комнатной температуре. После настаивания экстракты фильтровали и центрифугировали. Согласно литературным данным, флавоноиды образуются практически во всех органах растений, поэтому методы их выделения зависят и от сырья, и от типа выделяемых флавоноидов. Считается, во-первых, что предварительная сушка растительного сырья способствует увеличению выхода экстрактивных веществ, а, вовторых, в свежесобранных растениях возможен собственно ферментативный гидролиз гликозидов, поэтому экстракция такого сырья должна проводиться кипящими экстрагентами [2]. Для проверки этих предположений первую часть пробирок с сухим и свежесобранным растительным сырьём заливали выбранными экстрагентами, не подвергая их какой-либо термической обработке. Вторую часть пробирок уже после экстракции подвергали нагреванию. Третью часть пробирок заливали доведенными до кипения экстрагентами. Четвертую часть – заливали доведенными до кипения экстрагентами, а также повторно нагревали после экстракции. Со всеми экстрактами были проведены качественные реакции на основные группы биологически активных веществ. 245
Лікарське рослинництво: від досвіду минулого до новітніх технологій: матеріали четвертої Міжнародної науково–практичної інтернет–конференції. – Полтава, 14-15 травня 2015 р.
Для определения наличия в экстрактах С=О содержащих, а также фенольных соединений использовались такие реактивы, как NН 3 (в парах или растворе) и 1-5 % водный раствор FеСl 3 . По цвету раствора от оранжево-красного до зелено-коричневого (при добавлении NН 3 ) и от сине-фиолетового до зеленого и коричневого (при добавлении FеСl 3 ) судили о присутствии или отсутствии в экстракте: флавонов, флавононов, флавонолов со свободной 3-ОН группой, карбоновых кислот, антрахинонов, халконов, ауронов. Для установления наличия в экстрактах катехинов, конденсированных дубильных веществ, флаваноидов, флаван-3,4-диолов, антоцианов использовалась реакция Запрометова (1 % ванилин в конц. HCI или H 2 SO 4 ). За положительную реакцию принимался цвет раствора от бледно-розового (после нагревания) и желтого до красно-фиолетового и красно-оранжевого. В качестве реактива, показывающего наличие дубильных веществ, применяли 1 % водный раствор железоаммониевых квасцов (ЖАК). Зеленая окраска раствора свидетельствовала о наличии дубильных веществ с пирокатехиновым фрагментом, темная окраска до черного – о наличии дубильных веществ с пирогалловым фрагментом, а серая окраска до серо-фиолетового – о наличии в экстракте фенолокислот. Также использовались такие реактивы, как нингидрин (для установления наличия аминокислот, аминосахаров, алкалоидов с NH 2 и NH-группами) и фосфорно-вольфрамовая кислота (для подтверждения или опровержения наличия алкалоидов). Кроме того, проводились 2 пробы: "лактонная" и на "пенообразование" для обнаружения кумаринов и сапонинов соответственно. Наиболее подходящими экстрагентами как для сухого, так и для свежесобранного растительного сырья являются дистиллированная вода, этиловый спирт 50%, 70% и 96%, и 50% водный ацетон, что подтверждается более насыщенной и яркой окраской экстрактов, свидетельствующей о большем количестве экстрагированных веществ. Однако, для пищевой индустрии наиболее целесообразными экстрагентами являются дистиллированная вода и этиловый спирт (50%, 70% и 96%). В исследованных экстрактах кукурузы линии ПС обнаружены все основные группы БАВ кроме алкалоидов и сапонинов: С=О содержащие соединения (флавоноиды, пигменты, антоцианы, антрахиноны, халконы, ауроны, ксантоны), антрацены, фенольные соединения, флавоноиды и другие фенольные соединения с рядовым расположением ОН-групп или сочетанием рядом стоящих С=О и ОН-групп, дубильные вещества (гидролизуемого и конденсированного типов), катехины, аминокислоты, аминосахара и кумарины. Присутствие данных групп веществ и отсутствие алкалоидов и сапонинов делает возможным применение данных экстрактов в качестве основы для получения полезных натуральных красителей и отдельных БАВ. Предположение о возможном ферментативном гидролизе гликозидов в свежесобранных растениях не подтвердилось, так как экстрагенты без нагревания, с нагреванием, доведенные до кипения и доведенные до кипения с нагреванием показали идентичные результаты. Предварительная сушка растений увеличила выход экстрактивных веществ по сравнению со свежесобранным сырьём, что проявилось в более насыщенной окраске растворов. Реакции на основные группы БАВ экстрактов различных частей растения кукурузы линии ПС на стадиях опыления и сбора урожая представлены в таблице. Основываясь на насыщенности цвета вытяжек можно сказать, что экстракты из диплоидных растений кукурузы линии ПС и на стадии опыления, и на стадии сбора урожая содержат достаточно высокие концентрации БАВ. Наиболее богаты экстрактивными веществами метелки, листовые влагалища, стебли и кроющие листья початков исследуемых растений. Однако, в ходе исследования выяснилось, что выделение БАВ некоторыми экстрагентами зависит как от части растения, так и от стадии его онтогенеза. 246
Лікарське рослинництво: від досвіду минулого до новітніх технологій: матеріали четвертої Міжнародної науково–практичної інтернет–конференції. – Полтава, 14-15 травня 2015 р.
Таблица Реакции на основные группы БАВ экстрактов различных частей растения кукурузы линии ПС на стадиях опыления (I) и сбора урожая (II) Основные группы БАВ С=О содержащие соединения (флавоноиды, пигменты, антоцианы, халконы и др.)
Антрацены, халконы, ауроны
Фенольные соединения Флавоноиды и др. фенол. соед. с рядовым распол. ОН-групп или соч. рядом стоящих С=О и ОН-групп Дубильные вещества (гидролизуемого и конденсированно го типов) Катехины, конденсированны е дубильные вещества, антоцианы Аминокислоты, аминосахара, алкалоиды с NH 2 и NH-группами
Кумарины
Метёл ка
Стебе ль
Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон
I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон Дис. вода 50% этиловый спирт 70% этиловый спирт 96% этиловый спирт Ацетон х.ч. 50% водный ацетон
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Экстрагент
Лис тья
Листовые влагалища
Кроющие листья початка I II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Корень I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
II + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Примечание: + - положительная проба, – - отрицательная проба В частности, ацетон не экстрагирует С=О содержащие соединения из метелок и корней на стадии сбора урожая, некоторые флавоноиды и другие фенольные соединения с линейным расположением ОН-групп или сочетанием рядом стоящих С=О 247
Лікарське рослинництво: від досвіду минулого до новітніх технологій: матеріали четвертої Міжнародної науково–практичної інтернет–конференції. – Полтава, 14-15 травня 2015 р.
и ОН-групп из листьев растений на стадии опыления, катехины и антоцианы из метелок на стадии сбора урожая, а дистиллированная вода не экстрагирует аминокислоты и аминосахара из листьев растений на стадии опыления (таблица). Помимо этого, с помощью качественных реакций на дубильные вещества (ЖАК) было выявлено, что на стадии сбора урожая в растениях существенно уменьшается количество дубильных веществ и значительно увеличивается количество фенолокислот, что свидетельствует о возможном применении растений в лекарственной промышленности. Таким образом, водные и спиртовые экстракты кукурузы линии Пурпурная Саратовская можно успешно применять в качестве основы для получения натуральных пищевых красителей. Экстракты обладают термоустойчивостью, а также содержат большое количество биологически активных веществ (сапонины и алкалоиды отсутствуют). Библиография. 1. Полуконова Н.В., Разуваева К.А., Тырнов В.С. Антимикробная активность экстракта антоциановой формы кукурузы Zea mays L./ — Фундаментальные науки и практика: сб. науч. тр. (Мат. III Межд. Телеконф. «Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии»)./ —Томск, 2010. Том 1, №4. 2. Корулькин Д.Ю., Абилов Ж.А., Музычкина Р.А., Толстиков Г.А. Природные флавоноиды. - Новосибирск: ГЕО, 2007. – 232 с.
248