Основное содержание работы
объекты и методы исследования
Для сравнительного анализа нами использованы семена зерновых и овощных сортов (Воронежский, Кинельский, Крепыш, Кизлярец, Янтарь) амаранта печального (Amaranthus hypochondriacus L.), интродуцированных в Украине, в Российской Федерации (Центральный и Сибирский ФО) и интенсивно культивируемых в Воронежской, Белгородской и Липецкой областях.
Анализ БАВ проводили классическими и современными методами исследований, в частности бумажной (БХ) и тонкослойной хроматографией (ТСХ), методом капиллярного электрофореза (прибор Applied Biosystem 273 Т, США), хромато-масс-спектрометрией (ГХ/МС) (газовый хроматограф 6850 с масс-селективным детектором 5973 фирмы Agilent Technologies, США), ВЭЖХ с фотометрической детекцией (аминокислотные анализаторы: ААА-400, Чехия, и Hitachi 835, Япония), масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (масс-спектрометр ELAN-DRC-e, США), титриметрией, УФ-спектрофотометрией (СФ-56), товароведческого анализа, фармакологическими методами оценки острой и хронической токсичности, моделирования раздражающего, гипохолестеринемического, антибактериального действия, используя унифицированные биохимические методы исследования крови. При этом в работе использовали реактивы, стандарты, растворители, отвечающие требованиям соответствующей нормативной документации. Статистическую обработку данных проводили общепринятыми методами и с помощью программы "Statistica - 6,0".
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Элементный состав
Определение макро-, микро - и ультрамикроэлементов в семенах пяти сортов амаранта печального и их шрота (после экстракции жирного масла гексаном с пищевым нефрасом) проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборе ELAN-DRC-e (США). Для контроля точности определений применяли метод добавок.
В анализируемых образцах нами выявлен 61 элемент, среди которых 7 макро-, 54 микро - и ультрамикроэлемента (табл.1), третья часть из которых является эссенциальными. Каждый образец характеризовался индивидуальными особенностями в накоплении отдельных элементов. Среди макроэлементов в семенах амаранта сорта Воронежский до и после экстракции преобладали калий и кальций, сорта Кизлярец, Кинельский и Янтарь - фосфор, калий, кальций, сорта Крепыш - фосфор, кальций и магний. Из микроэлементов во всех анализируемых образцах доминировало железо, затем в значительных количествах накапливались марганец, цинк, несколько меньше рубидий, титан, медь, стронций, барий и др.
Из приведённых в таблице 1 данных видно, что до экстракции жирного масла гексаном с пищевым нефрасом содержание половины элементов было большим, чем после неё, и наоборот. Содержание доминирующих элементов в семенах амаранта коррелировало с таковым в семенах льна (М.А. Гарумова, 2005), семенах гречихи (Л.И. Бутенко, 2010) и плодах расторопши пятнистой (А.В. Волоцуева, 2004.; В.М. Рыжов, 2009).
Накопление токсичных элементов (Pb, As, Cd, Hg) в семенах 5 сортов амаранта печального не превышало предел допустимых концентраций на период заготовки и исследования сырья (СанПиН 2.3.2.1078-01 от 2001 года). В связи с чем их следует считать экологически безопасными. Отмеченное послужило основанием к дальнейшему исследованию семян и получению из них жирного масла.
Из изложенного следует, что семена амаранта печального и, что важно, его шрота - источник многих эссенциальных элементов, недостаток которых в организме человека приводит к различным заболеваниям.
ВЕЩЕСТВА ПЕРВИЧНОГО И ВТОРИЧНОГО ОБМЕНА
Углеводы. Наличие углеводов в водных извлечениях из семян подтверждали обработкой трехкратным объемом 96% спирта этилового. Полученные рыхлые бело-серые осадки использовали для проведения реакции с реактивом Фелинга, подтвердившим присутствие в исследуемых образцах сахаров в связанном виде. Гравиметрическим методом определено содержание водорастворимых полисахаридов, пектинов, гемицеллюлозы А и В 5 сортов изучаемых семян. Отмечено наиболее высокое суммарное содержание углеводов в семенах амаранта печального сорта Воронежский (57 %), использованных для углубленного изучения состава моносахаров. Методом прямофазной ВЭЖХ нами не обнаружены моносахариды в свободном состоянии, а из связанных сахаров методом капиллярного электрофореза определено довольно значительное содержание глюкозы (9,8 %).
Таблица 1 - Элементный состав семян пяти сортов амаранта печального до экстракции жирного масла (мкг/г)
|
Элемент |
Воронежский |
Крепыш |
Кизлярец |
Кинельский |
Янтарь |
Элемент |
Воронежский |
Крепыш |
Кизлярец |
Кинельский |
Янтарь |
|
|
Макроэлементы |
Микро - и ультрамикроэлементы |
|||||||||||
|
Алюминий (Al) |
403,000 |
169,000 |
282,000 |
252,000 |
128,000 |
Гольмий (Ho) |
0,0039 |
0,0023 |
0,0057 |
0,0076 |
0,0152 |
|
|
Калий (K) |
8303,000 |
2506,400 |
7381,700 |
4832,000 |
7802,500 |
Йод (I) |
0,1225 |
0,3977 |
0,0386 |
0,2926 |
0,3788 |
|
|
Кальций (Ca) |
4738,800 |
4249,300 |
4268,600 |
2616,000 |
3371,000 |
Лантан (La) |
0,3577 |
0,7160 |
0,0997 |
0,3342 |
0,7869 |
|
|
Магний (Mg) |
2702,600 |
3997,700 |
4202, 200 |
1907,100 |
3279,000 |
Литий (Li) |
0,2855 |
0,2889 |
0,2107 |
0,0255 |
0,2829 |
|
|
Натрий (Na) |
49,282 |
41,758 |
61,860 |
64,721 |
50,563 |
Лютеций (Lu) |
0,0062 |
0,0080 |
0,0042 |
0,0036 |
0,0074 |
|
|
Фосфор (P) |
3015,600 |
9197,000 |
5545,800 |
8304,400 |
8303,300 |
Марганец (Mn) |
73,1890 |
114,8700 |
71,1740 |
124,6100 |
30,3200 |
|
|
Кремний (Si) |
346,390 |
281,580 |
885,000 |
429,640 |
990,720 |
Молибден (Mo) |
0,2294 |
1,8287 |
0,2335 |
1,0227 |
1,8641 |
|
|
Микро - и ультрамикроэлементы |
Ниобий (Nb) |
0,0262 |
0,0811 |
0,2197 |
0,0120 |
0,3217 |
||||||
|
Серебро (Ag) |
0,0340 |
0,0170 |
0,0610 |
0,0340 |
0,0570 |
Неодим (Nd) |
0,2671 |
0,1899 |
0,0260 |
0,1586 |
0,0141 |
|
|
Мышьяк (As) |
0,0010 |
0,0030 |
0,0010 |
0,0030 |
0,0040 |
Никель (Ni) |
2,6031 |
0,9807 |
4,4831 |
5,0372 |
4,6971 |
|
|
Золото (Au) |
0,0020 |
0,0150 |
0,0200 |
0,0120 |
0,0190 |
Свинец (Pb) |
0,3971 |
0,1227 |
0,2507 |
0,2136 |
0,5685 |
|
|
Бор (B) |
31,5000 |
31, 2000 |
31,4000 |
43,5000 |
20,4000 |
Празеодим (Pr) |
0,0125 |
0,1793 |
0,0352 |
0,1474 |
0,1576 |
|
|
Барий (Ba) |
9,8000 |
44,7000 |
30,9000 |
31,6000 |
16,6000 |
Рубидий (Rb) |
20,0740 |
1,6871 |
37,2200 |
35,1420 |
29,2610 |
|
|
Бериллий (Be) |
0,0089 |
0,0001 |
0,0040 |
0,0071 |
0,0054 |
Сурьма (Sb) |
0,0177 |
0,0188 |
0,0645 |
0,0115 |
0,0168 |
|
|
Висмут (Bi) |
0,0094 |
0,0035 |
0,0055 |
0,0123 |
0,0137 |
Селен (Se) |
0,7224 |
0,4204 |
0,2358 |
0,7903 |
0,5952 |
|
|
Бром (Br) |
9, 2000 |
5,7000 |
2,000 |
0,9000 |
6,4000 |
Самарий (Sm) |
0,1402 |
0,0361 |
0,0614 |
0,1757 |
0,0790 |
|
|
Кадмий (Cd) |
0,0122 |
0,0451 |
0,0515 |
0,0187 |
0,0324 |
Олово (Sn) |
0,0206 |
0,0531 |
0,0756 |
0,0454 |
0, 1973 |
|
|
Церий (Ce) |
0,8680 |
0,8237 |
0,3000 |
0,9044 |
0,4092 |
Стронций (Sr) |
26,8260 |
19,5490 |
1,6005 |
31,0580 |
5,0614 |
|
|
Кобальт (Co) |
0,1607 |
0,0575 |
0,1085 |
0,7506 |
0,7810 |
Тантал (Ta) |
0,0051 |
0,0179 |
0,0051 |
0,0066 |
0,0007 |
|
|
Хром (Cr) |
6,5778 |
1,4225 |
4,9876 |
2,2861 |
0,6382 |
Тербий (Tb) |
0,0181 |
0,0115 |
0,0072 |
0,0064 |
0,0202 |
|
|
Цезий (Cs) |
0,2554 |
0,2490 |
0,2186 |
0,1655 |
0,2232 |
Торий (Th) |
0,0874 |
0,2144 |
0,1432 |
0,1105 |
0,0604 |
|
|
Медь (Cu) |
16,1390 |
37,9430 |
7,8438 |
36,3360 |
16,6730 |
Титан (Ti) |
34,8400 |
24,3640 |
31,5710 |
36,6270 |
8,7518 |
|
|
Диспрозий (Dy) |
0,0693 |
0,0508 |
0,1126 |
0,0229 |
0,0820 |
Таллий (Tl) |
0,0046 |
0,0098 |
0,0193 |
0,0129 |
0,0203 |
|
|
Эрбий (Er) |
0,0383 |
0,0461 |
0,0514 |
00514 |
0,0213 |
Тулий (Tm) |
0,0013 |
0,0042 |
0,0071 |
0,0057 |
0,0068 |
|
|
Европий (Eu) |
0,0077 |
0,0127 |
0,0321 |
0,0040 |
0,0022 |
Уран (U) |
0,0550 |
0,0296 |
0,0307 |
0,0573 |
0,0717 |
|
|
Железо (Fe) |
510,4200 |
479,0700 |
364,7400 |
416,4300 |
286, 1900 |
Ванадий (V) |
0,2102 |
1,1037 |
1,4670 |
1,3551 |
0,2919 |
|
|
Галлий (Ga) |
0,1223 |
0,0682 |
0,6711 |
0,1893 |
0,2867 |
Вольфрам (W) |
0,0638 |
00585 |
0,0099 |
0,0797 |
0,0545 |
|
|
Гадолиний (Gd) |
0,0893 |
0,0420 |
0,0899 |
0,0900 |
0,700 |
Иттрий (Y) |
0,0174 |
0,5077 |
0,2573 |
0,6052 |
0,4579 |
|
|
Германий (Ge) |
0,0451 |
0,0631 |
0,0076 |
0,0171 |
0,0075 |
Иттербий (Yb) |
0,0377 |
0,0046 |
0,0475 |
0,0262 |
0,0362 |
|
|
Гафний (Hf) |
0,0104 |
0,0676 |
0,0460 |
0,0451 |
0,0481 |
Цинк (Zn) |
31,2800 |
23,6000 |
29,3200 |
65,4600 |
55,3000 |
|
|
Ртуть (Hg) |
0,0001 |
0,0010 |
0,0003 |
0,0005 |
0,0001 |
Цирконий (Zr) |
2,2100 |
0,9600 |
0,6400 |
0,9200 |
1,0300 |
Более разнообразный состав моносахаров (девять) обнаружен методом ГХ/МС. При анализе семян и шрота амаранта печального (сорт Воронежский) отмечено, что среди углеводов доминировали сахароза (89,98 % и 70,67 % от общей суммы углеводов) и галактоза в фуранозной форме (7,97 и 9, 46 %). В шроте идентифицирована пентоновая (ксилоновая) кислота (табл.2).
Таблица 2 - Содержание углеводов в этанольных извлечениях семян амаранта печального (сорт Воронежский) до и после экстракции жирного масла
|
Углевод |
Время удерживания, мин |
Содержание, % отн. |
||
|
семена |
шрот |
|||
|
Арабиноза |
8,40 |
0,55 |
0,58 |
|
|
Галактоза |
9,55 |
5,71 |
2,75 |
|
|
Галактофураноза |
9,76 |
7,97 |
9,46 |
|
|
Глюкопираноза |
9,22 |
2,16 |
1,75 |
|
|
Ксилит |
8,32 |
0,24 |
4,49 |
|
|
Ксилоновая кислота |
8,61 |
не обн. |
8,44 |
|
|
Рибоза |
8,42 |
0,56 |
0,75 |
|
|
Сахароза |
11,80 |
89,98 |
70,67 |
|
|
Фруктоза |
8,41 |
1,36 |
1,11 |
аминокислоты. Для первоначального обнаружения белкового комплекса семян использовали нингидриновую пробу. Содержание протеина в них варьировало в зависимости от сорта (11,61-15,34 %). Количественное определение аминокислот в семенах проводили с помощью аминокислотного анализатора Hitachi (Япония) в стандартных условиях после гидролиза (табл.3 и рис.1).
В результате исследований обнаружили 18 аминокислот, из них 7 заменимых (Ala, Gly, Ser, Cys, Asp, Glu, Pro), 3 - условно заменимых (Tyr, His, Arg) и 7 - незаменимых (Val, Ile, Leu, Met, Phe, Thr, Lys). Орнитин выявлен в следовых количествах. Доля незаменимых аминокислот (в среднем по сортам около 33 % в общей сумме) значительно ниже (более чем в 2 раза), чем заменимых (около 67 %). По мере убывания содержания отдельные аминокислоты можно расположить в следующий ряд: Glu > Arg > Asp > Gly > Lys > Leu > Ser > Val > Phe > Thr > Pro > Ala > Ile > His > Tyr > Cys > Met. От общей суммы аминокислот доля глютаминовой кислоты, аргинина, аспарагиновой кислоты, глицина, лейцина, лизина и серина составляла около 65%.
По содержанию лизина, лейцина, фенилаланина и других незаменимых аминокислот протеины семян амаранта превосходят белки семян льна (М.А. Гарумова, 2005) и плодов расторопши пятнистой (А.В. Волоцуева, 2004). Возможно, это свидетельствует о значительной биологической ценности семян амаранта печального. Аналитическими исследованиями подтвержден уникальный сбалансированный аминокислотный состав белков в семенах амаранта, который имеет наибольшее совпадение с теоретически рассчитанным идеальным белком ФАО/ВОЗ (67-87 баллов).
Таблица 3 - Аминокислотный состав пяти сортов семян амаранта печального (n = 5, p ? 0,05)
|
Аминокислота |
Воронежский |
Кинельский |
Крепыш |
Янтарь |
Кизлярец |
|||||||
|
мг/г |
% |
мг/г |
% |
мг/г |
% |
мг/г |
% |
мг/г |
% |
|||
|
Asp |
Аспарагиновая кислота |
1,37 |
8,54 |
1,35 |
8,46 |
1,71 |
7,99 |
1,49 |
8,57 |
1,21 |
9,43 |
|
|
Thr |
Треонин* |
0,62 |
3,87 |
0,63 |
3,95 |
0,71 |
3,32 |
0,58 |
3,36 |
0,40 |
3,12 |
|
|
Ser |
Серин |
0,98 |
6,11 |
0,93 |
5,83 |
1,33 |
6,22 |
1,03 |
5,92 |
0,73 |
5,68 |
|
|
Glu |
Глутаминовая кислота |
2,51 |
15,66 |
2,91 |
18,24 |
3,95 |
18,47 |
3,08 |
17,71 |
2,14 |
16,67 |
|
|
Pro |
Пролин |
0,58 |
3,62 |
0,53 |
3,32 |
1,22 |
5,70 |
0,84 |
4,83 |
0,35 |
2,73 |
|
|
Gly |
Глицин |
1,29 |
8,05 |
1,25 |
7,87 |
1,60 |
7,48 |
1,38 |
7,93 |
1,09 |
8,49 |
|
|
Ala |
Аланин |
0,58 |
3,62 |
0,68 |
4,26 |
0,88 |
4,11 |
0,72 |
4,14 |
0,57 |
4,43 |
|
|
Cys |
Цистеин |
0,36 |
2,25 |
0,26 |
1,63 |
0,47 |
2,21 |
0,31 |
1,76 |
0, 20 |
1,55 |
|
|
Val |
Валин* |
0,82 |
5,12 |
0,72 |
4,51 |
0,90 |
4,21 |
0,76 |
4,37 |
0,60 |
4,67 |
|
|
Met |
Метионин* |
0,36 |
2,24 |
0,39 |
2,45 |
0,49 |
2,29 |
0,40 |
2,30 |
0,24 |
1,87 |
|
|
Ile |
Изолейцин* |
0,55 |
3,43 |
0,61 |
3,82 |
0,76 |
3,55 |
0,65 |
3,74 |
0,52 |
4,05 |
|
|
Leu |
Лейцин* |
1,02 |
6,36 |
0,97 |
6,08 |
1,24 |
5,80 |
1,06 |
6,10 |
0,81 |
6,31 |
|
|
Tyr |
Тирозин |
0,53 |
3,31 |
0,50 |
3,12 |
0,68 |
3,18 |
0,55 |
3,16 |
0,42 |
3,27 |
|
|
Phe |
Фенилаланин* |
0,74 |
4,62 |
0,70 |
4,39 |
0,88 |
4,11 |
0,77 |
4,43 |
0,61 |
4,75 |
|
|
His |
Гистидин |
0,55 |
3,43 |
0,51 |
3, 20 |
0,67 |
3,13 |
0,58 |
3,34 |
0,44 |
3,43 |
|
|
Lys |
Лизин* |
1,18 |
7,36 |
1,08 |
6,77 |
1,33 |
6,22 |
1,11 |
6,38 |
0,91 |
7,09 |
|
|
Arg |
Аргинин |
1,99 |
12,41 |
1,93 |
12,10 |
2,57 |
12,01 |
2,08 |
11,96 |
1,60 |
12,46 |
|
|
Сумма кислот |
16,03 |
100 |
15,95 |
100 |
21,39 |
100 |
17,39 |
100 |
12,84 |
100 |
||
|
в т. ч. заменимых |
10,74 |
67 |
10,85 |
68,03 |
15,08 |
70,5 |
12,06 |
69,32 |
8,75 |
68,14 |
||
|
незаменимых |
5,29 |
33 |
5,10 |
31,97 |
6,31 |
29,5 |
5,33 |
30,68 |
4,09 |
31,86 |
Рисунок 1 - Хроматограмма аминокислот семян амаранта печального (сорт Воронежский)
Липофильная фракция. При анализе методом ГХ/МС этанольного извлечения семян сорта Воронежский обнаружено 31, а в шроте - 30 соединений липофильной природы (табл.4 и 5).
Таблица 4 - Жирнокислотный состав этанольного извлечения семян сорта Воронежский до и после экстракции жирного масла
|
Насыщенные жирные кислоты |
Содержание,%* |
Насыщенные жирные кислоты |
Содержание,%* |
|||
|
семена |
шрот |
семена |
шрот |
|||
|
Капроновая (6: 0) |
0,40 |
0,10 |
Лигноцериновая (24: 0) |
не обн. |
0,37 |
|
|
Каприловая (8: 0) |
0,80 |
0,18 |
Церотиновая (26: 0) |
не обн. |
0,05 |
|
|
Пеларгоновая (9: 0) |
0,32 |
0,08 |
Всего: |
29,78 |
55,83 |
|
|
Каприновая (10: 0) |
0,74 |
0,13 |
Ненасыщенные жирные кислоты |
|||
|
Лауриновая (12: 0) |
не обн. |
0,27 |
Пальмитолеиновая (16: 1щ7) |
1,47 |
1,45 |
|
|
Пентадекановая (15: 0) |
3,53 |
3,21 |
Олеиновая (18: 1щ9) |
19,09 |
2,00 |
|
|
Пальмитиновая (16: 0) |
9,57 |
0,89 |
Гадолеиновая (20: 1щ11) |
0,24 |
13,05 |
|
|
Маргариновая (17: 0) |
7,28 |
22,04 |
Эруковая (22: 1щ13) |
0,24 |
9,92 |
|
|
Стеариновая (18: 0) |
6,49 |
19,05 |
Нервоновая (24: 1щ9) |
не обн. |
0,27 |
|
|
Нонадекановая (19: 0) |
0,24 |
2,00 |
Линолевая (18: 2щ6) |
26,98 |
13,51 |
|
|
Арахиновая (20: 0) |
0,27 |
7,15 |
Докозадиеновая (22: 2щ6) |
0,08 |
0,10 |
|
|
Генэйкозановая (21: 0) |
0,14 |
0,26 |
Линоленовая (18: 3щ3) |
22,12 |
3,87 |
|
|
Бегеновая (22: 0) |
не обн. |
0,05 |
Всего: |
70,22 |
44,17 |