СРАВНЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ПИХТОВОГО

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
α-каротина, β-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 (СО2экстракция). 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 СО2экстракцией, 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 cибирской (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 k7-константу
скорости реакции между кумилперекисными радикалами и антиоксидантами. Выражение для мощности
тепловыделения (Wt) в момент времени t в режиме радикального окисления в присутствии ингибитора:
Wt = ∆H ⋅ V ⋅ [RH ]⋅
k2 1
,
⋅
k7 τ − t
(1)
где Н – энтальпия окисления кумола, Дж/моль; V – объем реакционной среды, л; [RH] – концентрация
окисляемого углеводорода, моль/л; k2 – константа скорости продолжения цепи по реакции (I), л/моль⋅с; k7 –
константа скорости обрыва цепей на ингибиторе, л/моль⋅ с; τ – 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:
[InH ]
0
=
wi ⋅ τ 0
,
f
(2)
где [InH]0 – концентрация ингибитора – токоферола; wi – начальная скорость инициирования; τ0 – время
действия ингибитора с учетом распада инициатора; f – коэффициент ингибирования.
В случае отсутствия периода индукции антиокислительную активность оцениваем по степени
понижения скорости окисления wок, которую вычисляем исходя из следующего выражения:
W = ∆H Vwок,
(3)
где ∆H – 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-массспектрометрическое сравнение химического состава пихтового эфирного масла, полученного воднопаровой дистилляцией и сверхкритической СО2-экстракцией лапки пихты сибирской. Установлено для
пихтового масла и СО2-экстракта наличие одних и тех же компонентов: альфа-пинена, камфена, беттафеландрена, 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 UVIKON 943 УФ-спектры свидетельствуют о присутствии в СО2-экстракте
растительных пигментов: α-каротина, β-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).
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 альфатокоферола – 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 СО2экстракта, 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 – эфирномасляничная фракция
СО2-экстракта лапки пихты
сибирской
4.0
Abs
3.0
Рис. 2. Спектры дифференциального поглощения пихтового масла
водно-паровой дистилляции и
эфирно-масляничной фракции
СО2-эктракта пихты сибирской
2.0
1.0
0.0
200.0
300.0
400.0
Testscan KONTRON UVIKON 900
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
nm
Таблица 1. Антиосидантная активность эфирных и жирных масел. t = 60 °С, wi = 6,8 10–8 л/моль с
Ингибитор
Эфирно-масляничная фракция
СО2-эктракта лапки пихты сибирской
Эфирное масло лапки пихты сибирской,
водно-паровая дистилляция
Подсолнечное масло
СО2-экстракт лущеных семян
подсолнечника
С, г/л
0,6
1,3
2,0
1,0
1,4
1,7
47,00
64,56
78,34
48,81
64,76
79,48
Wок 10-6,
моль/л с
3,9
3,3
2,0
6,4
4,3
4,5
6,9
7,5
6,9
5,1
6,1
6,7
[АО]⋅ 10-3,
моль/кг
–
[Тф],
мг%
–
–
–
1,27
1,21
1,28
1,89
1,73
1,63
55
53
55
81
75
70
102
Н.В. СИЗОВА
2.5
Abs
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
200.0
1
250.0
300.0
350.0
400.0
Testscan KONTRON UVIKON 900
2
450.0
500.0
550.0
600.0
nm
Рис. 3. Спектры электронного
поглощения: 1 – раствор масла
семян подсолнечника в гексане
С = 80 г/л; 2 – раствор
сверхкритического экстракта
лущеных семян подсолнечника
в гексане С = 80 г/л. В ячейке
сравнения – гексан
Заключение
Можно сделать вывод о несомненно большей эффективности экстрагирования биологически активных
веществ углекислотой, по сравнению с другими способами получения липофильных природных
субстратов. Можно предположить увеличение потребления углекислотных экстрактов, и развитие этого
способа экстракции состоит в подборе более эффективных технологических условий для извлечения
определенного спектра БАВ.
Список литературы
1.
Mira B., Blasko M., Subirats S., Berna A. Supercritical CO2 extraction of essential oils from orange peel //
J. Supercrit. Fluids. 1996. V. 9. №4. C. 238–243.
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. 3558–3564.
3. Сизова Н.В., Попова И.Ю., Водяник А.Р. Сравнительный анализ химического состава СО2-экстрактов и
экстрактов, полученных по другим технологиям // Сверхкритические флюидные технологии: инновационный
потенциал России: Тез. докл. I Междунар. науч.-практ. конф., Ростов-на-Дону, 2004. C. 98–102.
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. 1982. V. 59. №8. P. 339–345.
5. А. с. №741143 (СССР) Способ количественного определения ингибитора-токоферола в подсолнечном масле /
Л.М. Радченко, М.Е. Кончаловская, И.У. Юсупова, А.А. Шмидт, и др.
6. Харитонова А.А., 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. Никитина В.С., Шендель Г.В., Герчиков А.Я., Ефименко Н.Б. Флавоноиды листьев малины и ежевики и их
антиоксидантная активность // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т. 34. №11. С. 25–27.
8. Сизова Н.В., Веретнова О.Ю., Ефремов А.А. Оценка антиокислительной активности эфирных масел методом
микрокалоримтерии // Химия растительного сырья. 2002. №3. C. 57–60.
9. А. с. №1437696 (СССР): Дифференциальный микрокалориметр / А.А. Великов, А.А. Вичутинский // Б.И. 1988.
№42. С. 171.
10. Великов А.А., Карпицкий В.И., Сизова Н.В. Метод микрокалориметрии в жидкофазном окислении
углеводородов // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. Вып. 2. С. 321–325.
11. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Сизова Н.В., 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. 79–85.
12. Витамины / Под ред. М.И. Смирнова. М., 1974. С. 126.
Поступило в редакцию 25 мая 2004 г.
После переработки 7 октября 2004 г.