О применении сверхкритических углекислотных экстрактов из растительного сырья в качестве антиоксидантных добавок.

Было проведено исследование антиоксидантной активности 17-ти сверхкритических углекислотных (СК-CO2) экстрактов - горофитов - из растительного сырья, произведенных НИЦ ЭР "ГОРО", г. Ростов-на-Дону. Исследования были проведены на базе Института химии нефти Томского филиала СО РАН.

Зарубежными исследователями в области сверхкритической экстракции отмечается тот факт, что сверхкритические флюидные экстракты являются более сильными антиоксидантами по сравнению с экстрактами, полученными на основе классических методов.

На основании проведенного исследования антиоксидантной активности методом микрокалориметрии было установлено, что все горофиты обладают антиокислительной активностью в различной степени. Для всех экстрактов наблюдается процесс замедления или полное ингибирование окисления, сила которого прямо пропорциональна активности компонентов и их концентрации.

По антиокислительной активности все горофиты можно разделить на группы:
- Содержащие антиоксиданты с высокой константой скорости ингибирования и наличием периода индукции (соединения №1-10, см. таблицу 1). К этой группе относятся экстракты шалфея, розмарина, калины, моркови, боярышника, граната, грецкого ореха, шиповника, ромашки, петрушки.
- Содержащие антиоксиданты и тормозящие окисление по иному механизму, без периода индукции (соединения № 11-17, см таблицу 1). К данной группе относятся: зеленый чай, тысячелистник, рябина, полынь горькая, фенхель, виноград, облепиха;
- Экстракты, содержащие два типа ингибиторов. К ним относятся экстракты боярышника, петрушки и моркови.

По литературным данным известно, что наивысшей антиоксидантной способностью обладают травы с высоким содержанием фенольных и полифенольных соединений, а также витаминов А, Е, К и С.

Кроме того, антиоксидантную активность проявляют такие биологически активные соединения, как терпеноиды фенольного ряда, такие как карнозол, хамазулен, кумарин, кверцитин и другие, которые обеспечивают эфирным маслам и комплексу жирных кислот, содержащихся в СК-CO2 экстрактах, в частности экстрактам розмарина, антиоксидантные свойства. Так, в работе авторы считают, что хамазулен обеспечивает эфирным маслам различного вида тысячелистника антиоксидантные свойства.

По результатам исследований были выявлены горофиты с наибольшей степенью воздействия на перекисные радикалы. Максимальную концентрацию антиоксидантов содержат экстракты шалфея, розмарина, калины и моркови. Для десяти экстрактов (см. таблицу 1) константы скорости ингибирования имеют такие же высокие значения, как и для синтетических антиоксидантов, применяемых в пищевой промышленности. Так, например, экстракт розмарина превысил ионол по мощности взаимодействия с перекисными радикалами в 10 раз.

По уровню антиокидантов в экстрактах шалфея, розмарина, калины и моркови можно отметить, что их содержится, соответственно, в 10; 5; 4,2 и в 4 раза больше, чем в масле рыжика ярового, полученного холодным прессованием. Масло рыжика, взятое в качестве сравнения, в ряду жирных масел отличается стабильностью вследствие высокой концентрации токоферолов и каротиноидов.
Исследования химического состава горофитов показали, что большинство экстрактов содержат эти соединения в разных соотношениях (см. таблицу 1).

Таблица 1.

1. Наименование горофита: Шалфей (трава)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпеноиды - до 60% (камфара-6,9, борнеол-1,4, изотуйон-6,9%;кафиофиллен-3%, ледол-6%, эпиманоол-40,9%); стероиды до 7%; токоферолы - 2,15%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 10,1

2. Наименование горофита: Розмарин (трава)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены и терпеноиды до 30,3% (борнеол, карен, камфара, вербенол, кариофиллен, кадинен, стероиды), воска до 24%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 5,3

3. Наименование горофита: Ромашка (цветы)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Флавоноиды до 30% (фар-незен, хамазулен, бисаболол, кумарин); стеролы - до 14%; токоферолы - до 3%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: ~2

4. Наименование горофита: Калина (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Каротиноиды , токоферолы - до 1%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 1,4

5. Наименование горофита: Морковь (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены до 16%, флавоноиды - до 9%, стерины - до 2%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 1,2

6. Наименование горофита: Боярышник (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Тритерпены до 14%, токоферолы - до 1%, каротиноиды - до 80 мг%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 0,8

7. Наименование горофита: Гранат (семена)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Бензойная к-та - до 0,1%, стеролы - 1,3%; токоферолы - 0,19%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 0,6

8. Наименование горофита: Грецкий орех (лист)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпеноиды до 38% (хиноны - до 20%), стерины - 4,4%, токоферолы - 0,6%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 0,5

9. Наименование горофита: Шиповник (семена)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Каротиноиды до 70мг%; токоферолы - до 2%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 0,2

10. Наименование горофита: Петрушка (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены -до 23%, флаваноиды (элемицин, апиол, гермакрон)- до 50%, токоферолы - до 1%.
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг: 0,2

11. Наименование горофита: Чай зеленый (лист)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпеноиды - до 25% (катехины).
Содержание антиоксидантов, 10-2 моль/кг:
Присутствие сильных антиоксидантов, полностью ингибирующих окисление, не обнаружено. Данные экстракты замедляют скорость перекисного окисления без периода индукции.

12. Наименование горофита: Тысячелистник (трава)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпеноиды - до 24% (в т.ч. флавоноиды), стерины -12,3%; воска - 38,6%

13. Наименование горофита: Рябина (плоды)

14. Наименование горофита: Полынь горькая (трава)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены и терпеноиды - до 19% (флавоноиды - до 9%); стероиды - 11,2%; витамины А, Е - до 1%; воска до 60%.

15. Наименование горофита: Виноград (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Токоферолы - до 3%, стерины - до 0,1%.

16. Наименование горофита: Облепиха (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены (гвайен до 1%), каротиноиды до 300 мг%, воска -1%

17. Наименование горофита: Фенхель (плоды)
Соединения, обеспечивающие а/окс. эффект: Терпены - до 50%; терпеноиды - до 10%, токоферолы - до 0,4%.


Можно утверждать, что антиокислительная активность горофита (СК-CO2 экстракта) винограда, а также всех экстрактов, полученных из косточек, АО активность объясняется присутствием токоферолов, как у горофита винограда, в составе которого определяются, в основном, токоферолы. Наши исследования по составу виноградного СК-CO2 экстракта подтверждаются и иностранными авторами. Различная АО активность горофитов и, в том числе, всех масляных экстрактов объясняется присутствием различных форм токоферолов, а так же синергической поддержкой каротиноидов, фосфолипидов, витаминов А,С.

Физиологическое действие витамина Е обусловлено его участием в окислительно-восстановительных реакциях организма. Свободная ОН-группа обуславливает свойства витамина Е как антиоксиданта. Квантовомеханическими расчетамми и экспериментальными даннымми установлено, что максимальной реакционной способностью обладает -токоферол. Уменьшение АО активности происходит в сторону -токоферола.

В химическом составе исследованных горофитов, что характерно для такого типа экстрактов, сочетается присутствие токоферолов и широкого спектра моно-, ди-, три- и тетратерпенов. При этом отмечается следующая закономерность: большое содержание терпеноидов фенольного типа способствует увеличению антиокислительной способности. Так, содержание терпеноидов в горофитах шалфея, розмарина, ромашки, моркови, граната, грецкого ореха и петрушки в сочетании с токоферолами позволяет им полностью ингибировать процесс окисления. При этом наблюдается прямая зависимость от величины содержания этих веществ в экстрактах (см. табл.1). В то же время даже небольшое присутствие терпеноидов фенольного типа усиливает антиоксидантный эффект витамина Е, что можно наблюдать на примерах горофитов калины, ромашки, петрушки, полыни и фенхеля. Здесь так же наблюдается прямая зависимость от процентного содержания как терпеноидов, так и токоферола.

Горофиты шиповника, рябины и облепихи, кроме терпеноидной фракции и витамина Е, имеют в своем составе каротиноиды. Хотя известно, что основным липидным антиоксидантом является витамин Е, но все большее количество данных свидетельствует о том, что он работает в комплексе с другими компонентами, которые синергически дополняют его действие. Так, по данным некоторых авторов каротиноиды, фосфолипиды являются синергистами токоферолов.

Горофиты калины и боярышника сочетают в себе терпены, токоферол и каротиноиды, что обеспечивает им положение сильных ингибиторов окисления, тогда как простое содержание каротиноидов в сочетании с низким процентным содержанием фенольных терпеноидов способствует всего лишь снижению скорости окислительного процесса.

Таким образом, можно отметить, что содержание свыше 20% фенольных терпеноидов, относящихся к ингибиторам второго типа, позволяет классифицировать по своему действию ряд СК-CO2 экстрактов как ингибиторы окислительного процесса (розмарин, морковь, шиповник). А содержание токоферола и каротиноидов, относящихся к ингибиторам первого типа, еще более усиливает их антиокислительную способность (шалфей, калина, боярышник, гранат, грецкий орех, ромашка, петрушка). В то же время, отдельное присутствие в экстракте токоферола, каротиноидов или низкое содержание фенольных представителей терпеноидной фракции приводит к проявлению АО действия по типу снижения скорости окислительного процесса. Методически этот прием для оценки АО-активности природных экстрактов применен в работе. Это можно наблюдать на примерах экстрактов зеленого чая, тысячелистника, фенхеля, облепихи, полыни горькой, рябины и винограда.


Наблюдаемая нами взаимозависимость химического состава и антиоксидантной активности дает нам право предполагать, что введение в рецептуру БАДов, пищевой и косметологической продукции горофитов позволит обеспечить им антиоксидантый эффект как на стадии хранения, так и по воздействию на организм человека в целом.

Ввод в косметические композиции и в БАДы СК-CO2 экстрактов шалфея и розмарина в концентрации 0,1-0,3%, а ромашки, калины и моркови в концентрации 0,3-0,5% обеспечит присутствие в продуктах мощных природных антиоксидантов и повысит их окислительную стабильность и биологическую эффективность.

Выводы:
На модельной реакции окисления кумола установлено, что все горофиты обладают антиоксидантным действием.

Ингибиторы, обладающие высокой константой скорости ингибирования, содержатся в экстрактах шалфея, розмарина, калины и граната. Концентрация антиоксидантов наиболее высокая в экстрактах шалфея, розмарина, калины, моркови и ромашки.

Содержание свыше 20% терпеноидов фенольного типа позволяет классифицировать по своему действию СК-CO2 экстракты как ингибиторы окислительного процесса второго типа (розмарин, морковь, шиповник).

В экстрактах, содержащих токоферол и каротиноиды, механизм АО реакции осуществляется по первому типу ингибирования, т.е. иначе, чем в присутствие большого количества фенольных терпеноидов и флавоноидов. Скорость окислительной реакции наиболее эффективно снижают экстракты тысячелистника, зеленого чая и фенхеля.

Содержание токоферола и каротиноидов, относящихся к ингибиторам первого типа, еще более усиливает антиокислительную способность экстрактов, содержащих терпеноиды фенольного типа (шалфей, калина, боярышник, гранат, грецкий орех, ромашка, петрушка).

Присутствие в экстрактах по отдельности токоферолов или каротиноидов, а также низкое содержание фенольных представителей терпеноидной фракции способствует снижению скорости окисления, но не более того, что можно наблюдать на примерах зеленого чая, тысячелистника, фенхеля, облепихи, полыни горькой, рябины и винограда.

Целесообразно компоновать экстракты одного типа антиоксидантного действия с другим типом в целях сочетания различных механизмов, предотвращающих окисление липидов, а также в целях обогащения косметических композиций и БАДов фармакотерапевтическим воздействием на организм человека.

Авторы: Попова И.Ю., Сизова Н.В., Водяник А.Р.