Каротиноиды 2020. Каротиноиды (Провитамины А)
 Скачать 97 Kb.
|
|
Каротиноиды (Провитамины А). В растениях широко распространены желтые, оранжевые или красные пигменты, которые могут встречаться практически во всех органах растений, но в основном локализуются в листьях, цветках и плодах. Всего известно около 600 соединений этой группы и почти все они являются тетратерпенами, т.е. С40-соединениями, углеродный скелет которых построен из восьми С5-изопреновых фрагментов. Основная структура молекулы симметрична и состоит из двух С20-половин; примером такого соединения может служить ликопин – красный пигмент томатов.  изопрен  ликопин (ψ, ψ-каротин) Основная структура может быть модифицирована: на одном или обоих концах молекулы может присутствовать шестичленное (или иногда пятичленное) кольцо как например у β-каротина.  β-каротин (β, β-каротин) Все каротиноиды делятся на каротины – углеводородные каротиноиды (к этой группе относятся ликопин и β-каротин) и ксантофиллы – их производные с кислородсодержащими функциональными группами – гидрокси-, метокси-, эпокси-, кето, альдегидной и карбоксильной. Заместители обычно локализованы у С9-концевых групп (см. ниже). Важнейшими, широко распространенными ксантофиллами являются локализованные в хлоропластах лютеин, виолаксантин и неоксантин.  лютеин (β,ε-каротин,-3,3`-диол)  виолаксантин (5,6,5`,6`-диэпокси- 5,6,5`,6`-тетрагидро- β, β -каротин,-3,3`-диол)  неоксантин (5`,6`-эпокси- 6,7-дидегидро- 5,6,5`,6`-тетрагидро-β, β -каротин,-3,5,3`-триол) Полиеновая система каротиноидов предоставляет широкий простор для существования большого числа геометрических (цис-транс) изомеров. Так ликопин – симметричная молекула с 11 сопряженными двойными связями – теоретически способен существовать в 1056 формах, а для несимметричных каротиноидов возможно наличие еще большого числа изомеров. В природе большинство каротиноидов существует исключительно или главным образом в полностью транс-форме. По соглашению термины цис – и транс- в применении к каротиноидам используются для относительного расположения тех заместителей при двойной связи, которые образуют часть главной цепи углеродных атомов.  β-каротин (полная транс-форма) Многие органические молекулы являются хиральными. Это значит, что они существуют только в виде одного из двух возможных энантиомеров – стереоизомеров, несовместимых со свои зеркальным отображением. Наиболее распространенный тип хиральности наблюдается при наличии ассиметрического атома углерода. Хиральность часто наблюдается у каротиноидов, и обычно она обусловлена присутствием ассиметрического атома углерода в молекуле (лютеин, виолаксантин, неоксантин). Номенклатура каротиноидов. Многие каротиноиды, особенно наиболее важные и известные уже в течение многих лет, носят общепринятые тривиальные названия. Обычно такие названия происходят из биологического источника, из которого эти каротиноиды были впервые выделены. В последние годы для внесения ясности в случайную и часто запутанную тривиальную номенклатуру была введена новая полусистематическая номенклатура. Наименование того или иного каротиноидного углеводорода составляется путем добавления приставки к слову «каротин» двух греческих букв, характеризующих две концевые С9-группировки.     β (бета) γ (гамма) ε (эпсилон) κ (каппа)    φ (фи) χ (хи) ψ (пси) Греческие приставки помещают в алфавитном порядке. Если две концевые группировки различны, то не помеченные штрихом номера даются атомам С той группы, которая обозначена (греческой буквой) в названии соединения первой. Формула должна быть изображена таким образом, чтобы С-атомы, обозначенные без штриха, были расположены с левой стороны. Группировки заместителей, обозначаются приставкой или суффиксом согласно обычным правилам органической химии. Физико-химические свойства. Каротиноиды представляют собой кристаллические вещества желтого, оранжевого или красного цвета. Они легко растворяются в органических растворителях – каротины лучше в неполярных, таких как гексан, бензин, бензол, ксантофиллы – в полярных: этаноле, метаноле, ацетоне. И те, и другие нерастворимы в воде. Выделенные из растительных тканей каротиноиды, как без растворителя, так и в растворе очень чувствительны к свету и теплу (которые вызывают цис-транс-изомеризацию), к кислотам (которые также вызывают цис-транс-изомеризацию и особенно превращение 5,6-эпоксидов в 5,8-фураноидные оксиды) и в некоторых случаях к основаниям (которые вызывают аутоокисление 3-гидрокси-4-кето-концевых групп).  1. 2. Система сопряженных двойных связей делает каротиноиды чрезвычайно подверженными окислению кислородом воздуха, ведущему к их обесцвечиванию. Одна из реакций окисления, протекающая в слизистой кишечника при участии соответствующих ферментов, имеет особое значение, поскольку приводит к образованию ретиналя (витамина А).  β-каротин является таким образом «эталонным» провитамином А, поскольку из одной его молекулы образуется 2 молекулы ретиналя. In vivo каротиноиды обычно являются составной частью структуры клетки или органеллы и находятся в ассоциации или с белками, или с другими клеточными липидами. В этих условиях каротиноиды стабилизированы и защищены от перечисленных выше вредных влияний. Хромофор, ответственный за поглощение каротиноидами видимого света, представляет собой систему сопряженных двойных связей. Чем больше длина такой полиеновой цепи, тем в более длинноволновой области спектра поглощает свет молекула каротиноида. Такой возрастающий батохромный эффект (сдвиг в длинноволновую сторону) можно проиллюстрировать на примере каротиноидов, структура которых приведена выше. Все эти соединения имеют типичный для каротиноидов трехпиковый спектр поглощения. Ликопин, имея систему из 11 сопряженных двойных связей, имеет максимумы поглощения при 444, 470 и 502 нм и окрашен в оранжево-красный цвет. Виолаксантин с системой из 9 сопряженных двойных связей, сильно поглощает свет при 417, 443 и 472 нм и окрашен в желтый цвет. В случае каротиноидов, имеющих β-кольцо (β-каротин, лютеин) двойные связи внутри кольца сопряжены со связями главной полиеновой цепи. Однако из-за пространственных ограничений между метильными заместителями в кольце и главной полиеновой цепью молекула изгибается относительно одинарной связи С6-С7 таким образом, что π-орбиталь 5,6-двойной связи кольца не лежит в одной плоскости с π-электронной системой полиена. Наблюдающееся при этом уменьшение степени перекрывания π-орбиталей означает, что эффективная длина хромофора в случае β-каротина меньше, чем полная система из 11 сопряженных двойных связей, и, следовательно максимумы поглощения находятся при более коротких длинах волн, чем в случае ликопина, а именно при 425, 450 и 480 нм. Методы выделения каротиноидов из растительного сырья. Извлечение каротиноидов из растительного материала осуществляется в лабораторном масштабе в научно-исследовательских и аналитических целях и в промышленном масштабе для производства лекарственных препаратов, биологически активных добавок и пищевых красителей. В лабораторной практике каротиноиды экстрагируют из сухого сырья органическим растворителем (петролейным эфиром, бензолом, диэтиловым эфиром, ацетоном), после чего растворитель отгоняют. С учетом лабильности каротиноидов к свету и кислотам, всю работу рекомендуют проводить при неярком освещении, часто экстракцию ведут, добавляя карбонат натрия или кальция для нейтрализации органических кислот. Остаток после отгонки растворителя обрабатывают едкой щелочью для омыления липидов и каротиноиды извлекают петролейным эфиром или гексаном. Экстракт смешивают с метанолом и после расслоения получают два слоя: гексановый, содержащий углеводородные каротины и метанольный, в котором заключены ксантофиллы. Дальнейшее разделение полученных фракций проводят хроматографически на окиси алюминия, силикагеле или других сорбентах. В промышленном масштабе получают суммарные препараты, стандартизация которых осуществляется по сумме каротиноидов «Облепиховое масло», «Масло шиповника» и др. При их производстве сырье экстрагируют органическим растворителем – хлористым метиленом, растворитель отгоняют и остаток растворяют в растительном масле. В промышленном масштабе также получают индивидуальные каротиноиды - β-каротин, ликопин и лютеин, используемые для производства лекарственных препаратов и БАДов. Одним из источников промышленного получения β-каротина являются корнеплоды моркови. Технологическая схема получения β-каротина из моркови выглядит следующим образом: Получение сока моркови. Морковь измельчается и мезга прессуется. Каротиноиды в корнеплодах моркови образуют в комплексы с белками и в таком виде растворяются в воде. Сок отделяют и фильтруют. Получение белкового коагулята. Полученный сок нагревают до 75°С и выпавший осадок свернувшихся белков отфильтровывают и высушивают. Экстракция каротина. Высушенный белковый коагулят экстрагируют дихлорэтаном в течения 1 – 1,5 часов в экстракторе непрерывного типа. После чего дихлорэтан отгоняется в присутствии СО2 при температуре не выше 50°С. Омыление концентрата. Омыление производят 10% раствором КОН, которого добавляют около 10% к массе концентрата. Процесс проводят в течение 20 мин при 50°С. При омылении образуется осадок содержащий до 80% каротина и жидкое мыло. Осадок отфильтровывают и промывают спиртом от мыла. Экстракция каротина из омыленной массы. Каротин экстрагируют дихлорэтаном при комнатной температуре. Дихлорэтан отгоняют до получения пересыщенного раствора. Кристаллизация каротина. Пересыщенный раствор помещают в кристаллизатор, где ведут кристаллизацию в течение нескольких часов, сначала при комнатной температуре, затем при пониженной (до 5°С). Для увеличения выхода каротина, в кристаллизационную смесь добавляют этанол в соотношении 1:2. Выпавшие кристаллы β-каротина отделяют, промывают этанолом и высушивают. Качественный и количественный анализ каротиноидов. Для обнаружения каротиноидов в растительном сырье в исследовательской практике обычно используют аналитическую ТСХ на окиси алюминия или силикагеле. Обнаруживают каротиноиды на хроматограммах по собственной окраске или применяя общие окислительные или комплексообразующие реактивы (SbCl3 – пятна синего или фиолетового цвета, Н2SO4 – синие пятна, фосфорномолибденовая кислота – синие пятна на желтом фоне). Действующими нормативными документами на ЛРС и лекарственные препараты предусмотрено для качественной идентификации каротиноидов снятие УФ-спектров, которые должны иметь максимумы поглощения совпадающие с указанными в ФС. На препарат «Масло шиповника» αmax = 450 ± 2 нм, «Облепиховое масло» - αmax = 471 ± 2 нм, «Тыквеол» - αmax = 440 ± 2 нм. Количественное определение суммы каротиноидов в растительном сырье и экстракционных препаратах проводят спектрофотометрическим методом по собственному поглощению каротиноидов в видимой области спектра, обычно при 450 нм. Метод вследствие своей простоты и надежности стал классическим. При анализе экстракционных препаратов аликвоту препарата растворяют в органическом растворителе и проводят измерение оптической плотности. При анализе сырья не содержащих хлорофиллоносных тканей (плоды, цветки) проводят исчерпывающую экстракцию каротиноидов органическим растворителем и затем измеряют оптическую плотность полученного раствора. При определении содержания каротиноидов в листьях или траве полученный экстракт, очищают от примеси хлорофилла, который кроме основного максимума поглощения при 680 нм, имеет вторую полосу поглощения с максимумом при 440 нм, перекрывающуюся с полосой поглощения каротиноидов и мешает определению. Очистку обычно проводят на колонке с окисью алюминия, вымывая зону каротиноидов петролейным эфиром или гексаном. Спектрофотометрический метод определения каротиноидов имеет еще то достоинство, что в качестве стандартного образца здесь используется стандартизованный по β-каротину раствор калия бихромата, который в отличие от самих каротиноидов является доступным и стойким реактивом. Для количественного определения индивидуальных каротиноидов в экстрактах из растительного сырья, в настоящее время лучшим является метод ВЭЖХ. Стандартизация российскими нормативными документами ЛРС и лекарственных препаратов по содержанию каротиноидов
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||