Характеристика каротиноидов плодов и овощей

Каротиноиды -- наиболее многочисленная и широко распространенная группа природных пигментов. Они обнаружены у всех представителей растительного царства, как в фотосинтезирующих, так и в нефотосинтезирующих тканях, а также часто встречаются у микроорганизмов. Они полностью или частично обуславливают окраску многих животных, особенно птиц, рыб, насекомых, являются основой зрительных пигментов, ответственных за восприятие света и различение цветов. Они нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях.

Каротиноиды образуются высшими растениями, водорослями, фототрофными бактериями и рядом хемотрофных бактерий. Кроме того, каротиноиды синтезируют некоторые мицелиальные грибы и дрожжи. Присутствуют каротиноиды также в организме некоторых членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но самостоятельно эти пигменты не образуются, а поступают с пищей и служат источником обогащения организма витамином А. Каротиноиды находятся у растений и микроорганизмов в свободной форме, могут образовывать гликозиды, каротино-белко-вые комплексы, но значительно чаще встречаются в виде эфиров, длинноцепочечных жирных кислот.

К группе каротиноидов относят вещества, окрашенные в желтый или оранжевый цвет. Наиболее известные представители каротиноидов -- каротины -- пигменты, дающие специфическую окраску корням моркови, а также лютеин -- желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от присутствующих в них каротинов и каротинои-дов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов тома-та обусловлена каротиноидом ликопином.

1. Обзор литературы
1.1 Химическая природа, свойства и виды каротиноидов

1.1.1 Физико-химические свойства каротиноидов
По химической природе каротиноиды относятся к огромному классу терпеноидов, включающих также эфирные масла, фитогормоны, стероиды, сердечные гликозиды, жирорастворимые витамины, млечный сок. Их углеводородная структура состоит из цепи двух или более изопренов (С5-углеводородов). Каротиноиды относятся к тетратерпенам; они состоят из длинных ветвящихся углеводородных цепей, содержащих несколько сопряженных двойных связей, заканчивающихся на одном (б-каротин) или обоих концах (в-каротин) кольцевой циклической структурой -- иононовым кольцом.

Длинная цепь сопряженных двойных связей образует хромофор всех каротиноидов, что позволяет отнести их к природным пигментам. Человеческому глазу каротиноиды с 7-15 конъюгированными двойными связями видятся в цвете от желтого до красного. Их хромофорные электронные системы находятся также под влиянием других дополнительных двойных связей и различных функциональных групп (например, карбонильной, эпокси-группы и др.), которые также оказывают влияние на поглощение волн света определенных длин и, как следствие, на цвет молекул. [2]

К общим свойствам каротиноидов можно отнести их нерастворимость в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (хлороформе, бензоле, гексане, петролейном эфире, четыреххлористом водороде и др.). Гидроксилсодержащие каротиноиды лучше растворяются в спиртах (метанол, этанол). Растворы каротиноидов в органических растворителях при спектрофотометрических исследованиях дают характеристические полосы поглощения в основном в видимой области спектра, а стереоизомеры показывают их также и в ультрафиолетовой области. Это один из наиболее точных показателей, используемых при идентификации этих веществ.

Характерной является также особенность каротиноидов избирательно абсорбироваться на минеральных и некоторых органических абсорбентах, что позволяет разделять их при помощи методов хроматографирования.

Для отдельных каротиноидов характерны некоторые специфические реакции, в том числе цветные. [10]

Следует учитывать, что каротиноиды в чистом виде характеризуются высокой лабильностью -- они весьма чувствительны к воздействию солнечного света, кислорода воздуха, нагреванию, воздействию кислот и щелочей. Под воздействием этих неблагоприятных факторов они подвергаются окислению и разрушению. В тоже время, входя в состав различных комплексов (например, протеиновых), они проявляют большую стабильность. [9]

1.1.2 Химическая природа и виды каротиноидов
Известна классификация каротиноидов, основанная на различиях химического строения этих пигментов. Каротиноиды делят, например, на каротины (содержат только углерод и водород) и гидроксикаротиноиды, в молекулу которых входит также кислород. Последние называют иногда общим термином ксантофиллы. Другая химическая классификация делит каротиноиды на ациклические, моноциклические и бициклические, Имеется также классификация каротиноидов, в основу которой положены отличия в функциональном значении этих пигментов. [3]

В зависимости от степени поглощения каротиноиды разделяются на 2 группы: каротины и ксантофилы. Все незамещенные каротиноиды -- каротины. Они не содержат атомов кислорода, являются чистыми углеводородами и обычно имеют оранжевый цвет. Наиболее известный представитель этой группы -- в-каротин. Каротиноиды, окрашенные в цвета от желтого до красного характеризуются наличием кислородсодержащих функциональных групп и называются ксантофилами. Продукты распада дифференцируются как апо-, секо- и норкаротиноиды.

Из-за многочисленных двойных связей, обычно циклического окончания молекул и наличия ассимметричных атомов углерода каротиноиды имеют разнообразные конфигурации и стереоизомеры с различными химическими и физическими свойствами. Большинство каротиноидов имеют цис- и трансгеометрические изомеры. Атом углерода с 4 различными заместителями обусловливает возможность оптических R- или S-изомеров. Эти различия между молекулами одной и той же формулы оказывают заметное влияние на физические свойства и на эффективность каротиноидов как пигментов.

Одна из характерных особенностей этих соединений -- наличие в них значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноиды могут рассматриваться как производные ликопина -- каротиноида, обнаруженного в плодах томатов, а также в некоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопина С40Н56. Строение ликопина представлено на рисунке 1

Рисунок 1 - химическая структура ликопина

Путем образования кольца на одном или обоих концах молекулы ликопина образуются его изомеры: б-, в- или г-каротины (рисунки 2, 3, 4).

Рисунок 2 - химическая структура б-каротина

Рисунок 3 - химическая структура г-каротина

Рисунок 4 - химическая структура в-каротина

Сопоставляя формулы, можно заметить, что б-каротин отличается от в-изо-мера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам молекулы. В отличие от б- и в-изомеров г-каротин имеет только лишь один цикл. [2]

Каротины являются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопин и каротины содержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена. Все без исключения другие природные каротиноиды -- производные четырех указанных выше углеводородов: ликопина и каротинов. Они образуются из этих углеводородов путем введения гидроксильных, карбонильных или метоксильных групп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. [4]

В результате введения в молекулу в-каротина двух оксигрупп образуется каротиноид, содержащийся в зерне кукурузы и называемый цеаксантином С40Н56О2 (3,3'-диокси-в-каро-тин), его строение представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 - химическая структура цеаксантина

Введение двух оксигрупп в молекулу б-каротина приводит к образованию лютеина С40Н56О2 (3,3'-диокси-б-каротина), изомера цеаксантина, обнаруженного наряду с каротином в зеленых частях растений. В результате присоединения к молекуле в-каротина одного атома кислорода с образованием фураноидной структуры получается каротиноид цитроксантин С40Н56О, содержащийся в кожуре цитрусовых (рисунок 6).

Рисунок 6 - химическая структура цитроксантина

Продуктами окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле являются кроцетин С20Н24О4, биксин С25Н30О4 и в-цитраурин С30Н40О2.

Кроцетин - красящее вещество, находящееся в рыльцах крокуса в соединении с двумя молекулами дисахарида гентиобиозы в виде гликозида кроцина. Кроцетин представляет собой дикарбоновую кислоту (рисунок 7).

Рисунок 7 - химическая структура кроцетина

Биксин - пигмент красного цвета, содержащийся в плодах тропического растения Bixa orellana, применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов (рисунок 8).

Рисунок 8 - химическая структура биксина

в-Цитраурин находится в кожуре плодов цитрусовых, его строение представлено на рисунке 9.

Рисунок 9 - химическая структура в-цитраурина

В бурых водорослях обнаружен каротиноид фукоксантин С40Н60О6, который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента (рисунок 10).

Рисунок 10 - химическая структура фукоксантина

В организме человека и животных каротиноиды играют важную роль в качестве исходных веществ, из которых образуются витамины группы А, а также «зрительный пурпур», участвующий в зрительном акте. В растительном организме каротиноиды играют важную роль в процессе фотосинтеза. [2]

Исходя из химического строения каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются в растении переносчиками активного кислорода и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растениях кислородных производных каротиноидов -- эпоксидов, чрезвычайно легко отдающих свой кислород.

Примером такого кислородного производного может служить диэпоксид в-каротина (рисунок 11). [19]

Рисунок 11 - химическая структура диэпоксида в-каротина

Каротиноиды легко образуют перекиси, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и может затем легко окислять различные вещества. Каротиноиды в качестве основной структурной единицы имеют изопрен (рисунок 12).

Рисунок 12 - химическая структура изопрена

Фитол и каротиноиды так же, как терпены, гутта, каучук и рассматриваемые ниже стероиды, представляют собой изопреноиды.

В настоящее время фитол, каротиноиды, терпены, каучук, гутту, стероиды, а также убихиноны, пластохиноны, витамин Е и витамин К объединяют общим термином терпеноиды.

Исходным материалом для синтеза терпеноидов является радикал ацетила СН3СО, а промежуточным продуктом, образующимся при биосинтезе терпеноидов из соединений, содержащих активный ацетил, -- мевалоновая кислота. [1]

1.2 Содержание каротиноидов в плодах и овощах

Несмотря на то, что каротин может быть получен с помощью химического синтеза, его производят преимущественно из природного сырья.

В качестве источников каротина используют растения, бактерии, водоросли и грибы с высоким содержанием целевого вещества.

Каротиноиды в зеленых листьях составляют примерно 0,07 -- 0,2-% при расчете на сухую массу листьев. В отдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов. Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеина и каротиноида, называемого антераксантином. [21]

Каротиноидные композиции у различных групп и видов живых организмов не только отличаются по количественному содержанию, но и различны по качественному составу. Следует отметить, что в природе каротиноиды могут находиться в различных состояниях: в свободном виде они чаще встречаются в пластидах растений, мышечной ткани рыб, яйцах птиц, в виде эфиров жирных кислот -- в хроматофорах и эпидермальных структурах растений, в форме каротин-протеинов -- в эпидермальных тканях животных и т. д. [2]

В большинстве фруктов и овощей основным или иногда даже единственным источником активности витамина А является в-каротин. Единственным исключением здесь является морковь, содержащая примерно 30 каротиноидов в виде б-каротина. В таблице 1 приводится содержание других каротиноидов в продуктах. Значения по криптоксантинам зачастую не дифференцируют -- преобладающей является их в-форма, а б-форма представлена гораздо меньшим количеством. Содержание в-каротина эквивалентно сумме в-каротина и половины присутствующих б-каротина и криптоксантинов; значение эквивалента ретинола составляет одну шестую от эквивалента в-каротина. В ликопене активности витамина А не наблюдается. [22]

Таблица 1

Содержание каротиноидов в продуктах, мкг/100г съедобной части

№ п/п	Продукт	Каротиноидные фракции
		б-Каротин	в-Каротин	в-Криптоксантин	Эквивалент каротина	Эквивалент ретинола
	Бобовые
1	Стручковая фасоль (мунг), сырая	20	20	20	40	7
2	Кормовые бобы, замороженные отварные без соли	12	220	0	225	37
3	Зеленая фасоль / французская фасоль, отваренная без соли	52	494	0	520	87
	Горошек
4	Зеленый горошек, сырой	19	290	0	300	50
5	Зеленый горошек, отваренный без соли	7	245	0	250	41
6	Зеленый горошек, замороженный, отваренный без соли	26	558	0	571	95
7	Зеленый горошек, консервированный, разогретый, без жидкости	15	526	0	534	89
	Овощи разные
8	Спаржа, сырая	10	310	0	315	53
9	Спаржа, отваренная в соленой воде	0	389	0	389	65
10	Баклажан, сырой	60	40	0	70	12
11	Баклажан, жаренный на кукурузном масле	110	70	0	125	21
12	Свекла, сырая	20	10	0	20	3
13	Морковь старая, сырая	4070	10400	0	12500	2080
14	Морковь молодая, сырая	3380	6120	0	7810	1300
15	Морковь молодая, отваренная без соли	3420	5990	0	7700	1280
16	Морковь, консервированная разогретая подсушенная	729	1710	0	2070	345
17	Кабачки-цуккини, сырые	0	550	0	610	100
18	Кабачки-цуккини, поджаренные на кукурузном масле	0	450	0	500	83
19	Капуста кудрявая, сырая	0	3130	32	3150	525
20	Капуста кудрявая, отваренная без соли	0	3350	33	3380	560
21	Тыква (сорт карела), сырая	95	295	0	345	57
22	Салат-латук, сырой	0	1020	0	1023	171
23	Бамия, сырая	30	500	0	515	85
24	Бамия, отваренная без соли	29	450	0	465	77
25	Стручковый перец, капсикум, зеленый, сырой	9	260	0	265	44
26	Стручковый перец, зеленый, отваренный в соленой воде	8	235	0	240	40
27	Тыква, сырая	14	445	0	450	75
28	Тыква, отваренная в соленой воде	29	940	0	450	75
29	Шпинат, сырой	0	3520	35	3540	589
30	Шпинат, отваренный без соли	0	3820	39	3840	640
31	Зеленый лук, сырой	0	2620	216	2630	438
32	Зеленый лук, отваренный без соли	0	2260	23	2270	378
33	Сладкая кукуруза (зерно), консервированная, разогретая, без жидкости	0	22	180	110	19
34	Сладкая кукуруза, в початке, цельная, отваренная без соли	0	14	115	71	12
35	Помидоры, сырые	0	564	0	564	94
36	Помидоры, жаренные на кукурузном масле	0	740	42	765	125
37	Помидоры, жаренные на гриле	0	1790	97	1840	306
38	Помидоры, консервированные	0	362	0	362	60
	Фрукты
39	Абрикосы, сырые	2	405	0	405	67
40	Абрикосы, консервированные в сиропе	0	810	0	810	135
41	Авокадо	8	540	0	545	91
42	Ежевика, сырая	4	78	0	80	13
43	Ежевика с сахаром	3	61	0	62	10
44	Вишня, сырая	4	23	0	25	4
45	Вишня, консервированная в сиропе	4	15	0	17	3
46	Клементины	5	73	0	75	13
47	Крыжовник, с сахаром	3	40	0	41	7
48	Грейпфрут, сырой	9	12	0	17	3
49	Гуава, сырая	0	380	110	435	73
50	Киви	0	40	0	40	7
51	Мандарины, консервированные в собственном соку	7	92	0	95	16
52	Мандарины, консервированные в сиропе	7	105	0	105	18
53	Манго, зрелые, сырые	0	682	27	696	116
54	Дыня-канталупа	19	1760	0	1770	294
55	Арбуз	0	116	0	116	19
56	Нектарины	0	114	0	114	19
57	Апельсины	26	14	39	47	8
58	Маракуйя	410	360	370	750	125
59	Папайя, сырая	0	130	1365	810	135
60	Персики, сырые	0	119	0	119	19
61	Груши, сырые	0	17	3	18	3
62	Груши, сырые, без кожуры	0	18	3	19	3
63	Слива, сырая	23	355	19	376	63
64	Сливы, консервированные в собственном соку	15	135	0	140	23
65	Сливы, готовые к употреблению	27	125	0	140	3
66	Мандарины сацума	5	73	0	75	13
67	Танжерины	6	94	0	97	16
	Фруктовые соки
68	Апельсиновый сок, без добавления сахара	2	5	21	17	3

1.3 Роль каротиноидов для организма человека

1.3.1 Значение и функции
Хотя многие аспекты физиологических функций каротиноидов остаются невыясненными до конца, можно с уверенностью утверждать, что они играют важную роль в различных физиологических процессах, без которых жизнь в существующей форме была бы невозможна.

Одна из важнейших функций каротиноидов -- А-провитаминная активность. Человек и животные не способны синтезировать витамин А, который является незаменимым для зрения, роста, репродукции, защиты от различных бактериальных и грибковых заболеваний, нормального функционирования кожи и слизистых. Витамин А не образуется и в растительных тканях, и может быть получен только путем преобразования провитамин-А активных каротиноидов (прежде всего в-каротина, а также б-каротина, криптоксантина, 3,4-дигидро-в-каротина, астаксантина, кантаксантина и др.). [6]

Ранее исследования показывали, что в-каротин, будучи антиоксидантом, снижает вероятность заболеваний раком людей, употребляющих много продуктов, богатых в-каротином. Но последние крупные исследования показали, что в-каротин увеличивает риск раковых заболеваний у курильщиков. В ходе ряда исследований было доказано, что употребление в-каротина приводит к увеличению вероятности заболевания раком легких и раком простаты курильщиков, а также людей, работающих на асбестовом производстве .

Однако это действие каротина относится только к курильщикам и людям контактирующим с вредными веществами. Это связано с тем, что бета-каротин активизирует канцерогенные вещества, находящиеся в табачном дыме и асбесте. А канцерогены в свою очередь повреждают человеческие клетки и превращают их в раковые. [12]

В то же время, витамин А и его производные ретиноиды - можно использовать при нарушении процессов керотинизации, а также для профилактики и лечения некоторых раковых заболеваний. В основу этих рекомендаций положены данные о том, что ретиноиды способны влиять на рост опухолей путем воздействия на иммунную систему, на дифференциацию ткани (особенно эпителиальной), на адгезивные свойства клеток и клеточные взаимодействия. Витамин А и его производные оказались эффективным средством при лечении прелейкемического синдрома, канцеромы языка, меланомы. Особенно ценным в действии ретиноидов на опухоли является то, что эффект этих соединений основан на иных механизмах подавления роста злокачественных клеток, чем при использовании обычной цитотоксической хемотерапии. [2]

Представляет интерес влияние каротиноидов на эндокринную систему, особенно это касается полового развития и созревания, оплодотворения, прохождения репродуктивных процессов.

Еще одна важная функция -- способность образовывать комплексы с протеинами. Известно, что маленькие молекулы (так называемые аллостерические эффекторы) изменяют агрегационное состояние протеинов, тем самым стабилизируя их протеиновую и энзимовую активность. Эта способность также обуславливает изменения проницаемости мембран.

Каротиноиды могут косвенно поддерживать водный баланс организма, способствуют работе обонятельных рецепторов и хеморецепторов.

Считается, что каротиноиды (ксантофилы) используются как запас кислорода в нейрональной дыхательной цепочке и потому важно их наличие в кислородных клетках и тканях.

Учитывая существующую взаимосвязь между высокой каротиноидной и кальциевой концентрацией, в особенности в компонентах митохондрий с каротиноидсодержащими мембранами, можно заключить, что эти липохромы играют большую роль в транспорте кальция через мембраны. [7]

Установлена иммуностимулирующая роль каротиноидов. Например, обнаружено, что рыбы с высоким содержанием каротиноидов были значительно более устойчивы к инфекционным и грибковым заболеваниям; цыплята -- устойчивы к энцефалопатии и т.д. Каротиноиды увеличивают цитостатическую активность клеток-киллеров, замедляют рост опухоли и ускоряют ранозаживление. Они также проявляют аппетитстимулирующую активность (и физиологически, и этиологически).

Весьма важной, проявляющейся внешне, функцией каротиноидов является их способность обеспечивать яркую окраску организмов, которая может выполнять сигнальную функцию, нести информацию.

Отмечено, что продукты разложения каротиноидов также обладают специфическими физиологическими функциями: например, участвуют в синтезе фитогормонов. [8]

1.3.2 Нормы потребления
Согласно методическим рекомендациям по нормам рационального питания 6 мкг бета-каротина эквивалентны 1 мкг витамина А. Среднее потребление в разных странах 1,8-5,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для взрослых - 5 мг/сутки. Ликопина следует употреблять порядка 5 мг в сутки, верхний допустимый уровень потребления -- 10 мг в сутки. Рекомендуемый уровень потребления лютеина в России -- 5 мг в сутки. Верхний допустимый уровень потребления -- 10 мг в сутки.

Благодаря контролируемому превращению бета-каротина в витамин А избыточное потребление бета-каротина не приводит к развитию гипервитаминоза А. Избыточный прием каротиноидов при различных заболеваниях (гиперлипемия, сахарный диабет, нефротический синдром или гипертиреоз) может вызывать гиперкаротедермию, которая проявляется в желтоватом оттенке кожи в основном ладоней и подошв стоп. При уменьшении или прекращении приема каротиноидов желтый цвет исчезает. [14, 16]

1.3.3 Усвоение каротиноидов организмом человека
Человек и животные не могут синтезировать каротиноиды de novo, их поступление зависит только от источников питания. Усвоение каротиноидов, как и других липидов, происходит в дуоденальной области тонкого кишечника. Под влиянием желудочно-кишечной среды (например кислотности желудочного сока), наличия специфических рецепторов протеинов каротиноиды могут разрушаться окислителями или энзимами или метаболизировать, как например в-каротин в витамин А в слизистой. Провитаминные свойства в -каротина и его окислительное преобразование в витамин А являются общими для всех животных. Согласно принятой гипотезе в -каротин превращается в витамин А в слизистой кишечника под воздействием фермента каротиндиоксигеназы. Молекула в -каротина, которая теоретически должна образовывать 2 молекулы витамина А, уменьшается с одного конца цепи в результате последовательного окисления до ретиналя (С20-соединения) и образует одну молекулу витамина А. Другие каротиноиды также могут проявлять А-провитаминную активность. [11, 24]

Установлено, что содержащиеся в продуктах питания каротиноиды далеко не полностью усваиваются организмом. Находясь внутри неповрежденных клеток растительных продуктов, каротиноды ресорбируются в кровь обычно в очень малой степени. Значительно лучше происходит усвоение из мелко измельченных и предварительно обработанных продуктов, в которых клеточные мембраны разрушены.

Кроме того, важным фактором для усвоения каротиноидов организмом является наличие жировой среды. Еще в 1941 году было установлено, что количество каротина, усвояемого организмом из сырой моркови при диете, лишенной жиров, не превышает 1%. При тех же условиях из вареной моркови усваивается 19% каротина. После добавления растительного масла усвоение каротина увеличивается до 25%. [5, 9]

1.4 Методы количественного определения каротиноидов

В настоящее время каротиноиды изучены очень хорошо. Замечательные успехи, достигнутые биохимией в области выделения, очистки, установления структуры изучения биохимических реакций каротиноидов, были сделаны благодаря гениальному по простоте и изяществу методу хроматографического адсорбционного анализа, разработанному в 1903 г. М.С. Цветом.

Хроматографический метод. Принцип этого метода заключается в том, что сложная смесь различных окрашенных веществ, растворенных в каком-либо органическом растворителе, например смесь различных каротиноидов, полученная путем экстрагирования листьев петролейным эфиром или сероуглеродом, пропускается через вертикально поставленную стеклянную трубку, наполненную адсорбентом. В качестве адсорбента могут быть использованы карбонат кальция, тальк, крахмал и другие вещества. Так как каждый из содержащихся в растворе пигментов обладает определенной, только ему свойственной способностью адсорбироваться на заполняющем трубку адсорбенте, то происходит разделение этих пигментов, и каждый из них концентрируется в строго определенном слое адсорбента. В стеклянной трубке с адсорбентом, называемой адсорбционной колонкой, получается несколько полос, окрашенных в разные цвета, в зависимости от того, какой пигмент адсорбировался в том или ином слое адсорбента. Слой адсорбента, содержащий тот или иной пигмент, вынимают из трубки, и адсорбированное вещество, отделенное таким образом от других присутствующих в растворе веществ, может быть экстрагировано (элюировано) из адсорбента с помощью какого-либо другого растворителя, например спирта. Выделенные таким образом пигменты могут быть подвергнуты повторному хроматографическому анализу на других адсорбентах и с другими растворителями. Если данный пигмент представляет собой смесь двух и трех изомеров, имеющих одинаковую эмпирическую формулу, но различающихся лишь незначительными особенностями своих структурных формул, то с помощью дальнейшего хроматографического анализа можно разделить такие, весьма близкие по своим свойствам изомеры. Этим методом были разделены, выделены в чистом виде и исследованы три изомера каротина, имеюгцие одинаковую эмпирическую формулу С40Н56. С помощью хроматографического анализа было показано также, что пигменты желтой кукурузы представляют собой смесь трех каротиноидов -- лютеина, криптоксантина и цеаксантина. [9]

Хроматографический адсорбционный анализ, разработанный Цветом на смесях окрашенных веществ, в настоящее время нашел широчайшее применение при разделении, выделении и исследовании самых разнообразных веществ, не обладающих окраской. Благодаря этому методу удается разделение, очистка и получение в чистом виде витаминов, аминокислот, белков, пептидов, ферментов, различных неорганических веществ и т. д. При разделении и идентификации очень малых количеств веществ исключительно большую помощь оказывает биохимикам одна из разновидностей хроматографического анализа -- так называемая распределительная хроматография на бумаге, разработанная английскими биохимиками А. Мартином и Р. Сингом. Она основана на том, что различные вещества по-разному диффундируют и распределяются на листе фильтровальной бумаги, пропитанном смесью определенных органических растворителей.

Особенно чувствительными разновидностями хроматографии являются называемые тонкослойная и газовая хроматографии, которые находят все бол широкое применение в биохимии, биоорганической химии и пищевой химии.

Газовая хроматография в настоящее время -- наиболее точный и быстрый метод анализа липидов. [13]

Методы извлечения каротиноидов. Традиционные методы извлечения каротиноидов из природных объектов состоят в гомогенизировании биомассы при охлаждении (процесс проводят обычно в присутствии антиоксидантов в темноте), извлечении пигментов полярными растворителями, например ацетоном или метанолом. Далее каротиноиды переводят в неполярные растворители -- гексан или петролейный эфир. Индивидуальные пигменты получают путем хроматографирования в тонком слое адсорбента (силикагель, алюминий). При использовании последнего сорбента разделение каротиноидов целесообразнее проводить в системе растворителей, содержащей различное количество гексана и ацетона. При разделении ксантофиллов перед тонкослойной хроматографией на силикагеле проводят предварительный щелочной метанолиз. Если каротиноиды связаны с белками, то для их извлечения используют детергенты, например тритон Х-100 (2 %) или додецилсульфат натрия (1%).

Первоначальную информацию о строении выделенного каротиноида дает исследование спектров поглощения пигмента в видимой области. Эти данные наряду с принятыми химическими методами исследования каротиноидов (озонолиз, восстановление NaBH4 и др.) позволяют составить представление о возможной структуре пигмента. Далее определяют сравнительную полярность изучаемого пигмента в разных хроматографических системах.

Масс-спектрометрия. Масс-спектрометрия используется для установления молекулярной массы каротиноида и особенностей строения. Информацию о наличии определенных функциональных групп в пигменте могут дать ИК- и ЯМР-спектры. Стереохимия каротиноида является конечным этапом его изучения. Наиболее полные данные о стереохимии каротиноида можно получить, используя спектры кругового дихроизма и низкотемпературные спектры поглощения (при температуре жидкого азота). Окончательное заключение о строении изучаемого каротиноида дают рентгеноструктурный анализ и тотальный синтез полиена. Следует отметить, что все перечисленные выше анализы могут быть проведены с небольшим количеством образца (около 10 -- 20 мг), что в значительной степени содействовало развитию в последние годы химии каротиноидов. [9, 23]

1.5 Использование каротиноидов

Уже в течение многих лет каротиноиды широко применяются в сельском хозяйстве, медицине и пищевой промышленности. Их присутствие во многих природных продуктах делает их идеально пригодными для этой цели.

Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников -- растений и микроорганизмов. Химическим путем получают в-каротин, витамин А, в-апо-8-каротиналь, этиловый эфир в-апо-8-каротиновой кислоты, кантоксантин и ряд других каротиноидов, синтез которых осуществляется в заводских масштабах. Традиционными источниками получения каротиноидов служат также некоторые растения - морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха и др. Наряду с этим все шире в тех же целях используют мицелиальные грибы и дрожжи. Как продуценты каротиноидов представляют также интерес бактерии и водоросли. [20]

в-Каротин используют главным образом в пищевой промышленности, а также при изготовлении лекарств и косметических средств. в-Каротин и ликопин применяют как пигментные вещества и красители при изготовлении таких пищевых продуктов, как колбасы и ветчинные изделия, сливочное масло. Как краситель используют также в-апо-8-каротиналь, придающий оранжевую окраску многим кондитерским изделиям, сырам и овощным пастам. [18]

В пищевые жиры, особенно в сливочное масло и маргарин, добавляют в-Каротин, благодаря чему организм получает дополнительное количество необходимого для него витамина А, а масло - более привлекательный цвет. Масло нагревают до 30'С и добавляют вытяжку из моркови или в-каротин, который при такой температуре хорошо растворяется в масле. Водорастворимые или по крайней мере диспергируемые в воде производные в-каротина, кантаксантин и апокаротиноиды, применяются для окрашивания напитков и других пищевых продуктов. В Италии существует давняя традиция добавлять каротиноиды в макаронные изделия. в-Ка-ротин и в-апо-8-каротиналь добавляют также в сыры и овощные пасты. Эти же каротиноиды используют для окраски яичного желтка (в-апо-8-каротиналь добавляют в пищевой рацион кур). [2]

Часто каротиноиды-красители используют в сочетании с аскорбиновой кислотой, что обеспечивает большую стабильность пигментов. Для лучшей сохранности каротиноидов при использовании их в качестве красителей применяют также особые препаративные формы пигментов. Каротиноиды растворяют в маслах или готовят вододисперсные формы: в такой форме пигменты заключают в микрокапсулы (наиболее удобная форма сохранения каротиноидов). Велико значение каротиноидов, в частности ликопина, при изготовлении колбас и ветчинных изделий, где, они могут заменить нитрит натрия. Как краситель используют также в-апо-8-каротиналь, придающий оранжевую окраску леденцам, пищевым пастам, кексам и другим кондитерским изделиям. [15]

В медицине каротиноиды используются главным образом для профилактики или лечения авитаминоза А. В этих случаях рекомендуется пищевой рацион, богатый каротиноидами, или специальные препараты. Вместе с тем, как недавно показано, при некоторых кожных заболеваниях, которые обостряются под действием солнечного излучения, каротиноиды играют защитную роль. В частности, большие дозы в-каротина значительно смягчают симптомы эритропоэтической Порфирии. Для этой болезни характерно нарушение метаболизма порфиринов, в результате чего они накапливаются в организме и начинают играть роль фотосенсибилизаторов. У таких больных под влиянием солнечного света появляется зуд, жжение и отечность. В настоящее время рассматривается также возможность использования каротиноидов. Кроме того, установлено, что каротикаротиноиды оказывают терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемого УФ-излучением или диметилбензантраценом. [2]

Заключение
Каротиноиды представляют собой классический пример группы природных пигментов. Все члены этой группы обладают очень близкой структурой, основанной на сопряженном полиеновом хромофоре, который и обуславливает их светопоглощающие свойства. Они дают возможность наблюдать четкую корреляцию между максимумом поглощения и длиной хромофора. Каротиноиды чрезвычайно широко распространены у живых организмов и принимают участие во всех фотофункциях, обычно связанных с природными пигментами.

Использование каротиноидов в качестве пищевых добавок, красителей и провитаминов А уже происходит в большиз количествах и постоянно расширяется. Это связано с увеличением спроса на природные красители, которые часто предпочитают синтетическим красящим веществам, а также с налаженным промышленным производством каротиноидов. Если число каротиноидов, которые могут быть использованы, и особенно диапазон красок, который может быть получен, увеличаться, то применение каротиноидов станет еще более широким.

Несомненный интерес представляют данные о том, что в-каротин оказывает терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемого УФ-излучением или диметилбензантраценом. Установлено, что и другой каротиноид -- кантаксантин, а также полиен фитоин обладают антираковой активностью в отношении рака кожи, индуцированного УФ-излучением.

Таким образом, изучение каротиноидов весьма перспективно и позволяет широко использовать эти соединения в промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

Список использованных источников

1. Карнаухов, В.Н. Биологические функции каротиноидов/ В.Н. Карнаухов. - М.: Наука, 1988. - 240 с.

2. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов: пер. с англ. / Г. Бриттон. - М.: Мир, 1986. - 422 с.

3. Гудвин Т. Сравнительная биохимия каротиноидов: пер. с англ. Ф. В. Церевитина/ Т. Гудвин. - М.: Мир, 1974. - 541 с.

4. Гудвин Т. Введение в биохимию растений: Пер. с англ. под ред. В.Л. Кретовича/ Т. Гудвин, Э. Мерсер. - М., 1986. - 630 с.

5. Дмитровский А.А. Экспериментальная витаминология/ А. А. Дмитровский, Островская Ю. М. - Минск.: Наука и техника, 1979. - 233 с.

6. Душейко А.А. Витамин А / А.А. Душейко. - Киев: Наукова Думка, 1988. - 512 с.

7. Конъ И.Я. Биохимические механизмы действия витамина А / И.Я. Конь. - М.: Ин-т питания АМН СССР, 1987. - 216 с.

8. Коротилова А.И. Витамины / А.И. Коротилова, Е.П. Глушанков. - СПб.: 1976. - 273 с.

9. Кретович В.Л. Биохимия растений: Учеб. - 2-е изд., перераб. и доп.; для биол. спец. ун-тов / В.Л. Кретович. - М.: Высш. шк., 1986. - 503 с.

10. Метлицкий Л.В. Основы биохимии плодов и овощей / Л. В. Метлицкий.- М.: 1976. - 203 с.

11. Овчаров К.Е. Витамины растений / К.Е. Овчаров.- М.: 1969. - 492 с.

12. Кротов С.М. Популярная медицинская энциклопедия: 4-е издание/ С.М. Кротов, А.Г. Шлепаков - Ульяновск.: “Книгочей”, 1997. - 165 с.

13. Аркадьева З.А. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / З.А. Аркадьева, А.М. Безбородов, И.Н. Блохина [и др.]. - М.: Высш. шк., 1989. - 688 с.

14. Савинов Б.Г. Каротин (провитамин А) и получение его препаратов. / Б.Г. Савинов. - Киев: Наукова Думка, 1978. - 264 с.

15. Семенов В.Ф. Пигменты пищевых производств (меланоидины)/ В.Ф. Селеменов, О.Б. Руданов, Г.В. Славянская, Н.В. Дроздова. -М.: Дели принт, 2008. - 246 с.

16. Сисакян Н.М. Биохимия и физиология витаминов/ Н.М. Сисакян. - М.: Колос, 1953. - 254 с.

17. Скорикова Ю.Г. Полифенолы плодов и ягод и формирование цвета продуктов: учебник/ Ю.Г. Скорикова. - М.: Пищ. пром-ть. - 1973. - 230 с.

18. Слепнева А.С. Товароведение плодоовощных, зерномучных, кондитерских и вкусовых товаров / А.С. Слепнева, А.Н. Кудяш, П.Ф. Пономарев. -2-е изд., переработанное. - М.: Экономика, 2007. -243 с.

19. Стайлер Л.К. Биохимия/ Л.К. Стайлер.- М.: Мир., 1985. - 476 с.

20. Гончарова В.Н. Товароведение пищевых продуктов/ В.Н. Гончарова, Е.Я. Голощапова. - М.: Экономика, 1990 г. - 263 с.

21. Третьяков Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений/ Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин [и др.]. - М.: Колос, 2000. - 180 с.

22. Химический состав и энергетическая ценность пищевых продуктов: справочник Мак Канса и Уиддоусона/ пер. с англ. под общ. ред. А.К. Батурина. - СПб.: Профессия, 2006. - 416 с.

23. Энциклопедический словарь - М.: Большая советская энциклопедия, 1955. - 864с.

24. Яковлева Н.Б. Химическая природа нужных для жизни витаминов/ Н.Б. Яковлева. - М.: Просвещение, 2006. - 120 с.