ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЯДЕРНО-МАГНИТНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ СОСТАВА РАСТИТЕЛЬНЫХ ЖИРОВ ИЗ СЕМЯН КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОЯСОВ

Поиск по сайту www.EAST-ECO.com

Растительный жир как основной энергетический источник из семян многих растений стал использоваться очень давно. Семена растений в отличие от мяса и рыбы, а также плодов, удобно хранить, что позволяло переживать голодные периоды, также семенные растения легко окультуриваются. Нет устоявшегося мнения о том, какие первые растительные масла человечество стало получать первыми. Есть представления, что одной из первых культур, из которой активно стали получать масло был лён. Эту культуру, по мнению некоторых ученых, завезли в древнюю Русь скифы из средней Азии, что выглядит несколько странным, так как дикорастущий лен на всей территории средней полосы России широко распространен в отличие от средней Азии. Доподлинно известно, что на территории Руси уже в XIII веке льняное масло использовалось в кулинарии.

К.А. Дроздов (1,2,3), Н.В.Звягинцев(1), А.В. Есипов(1)

1 Тихоокеанский институт биоорганической химии моря им. Г.Б. Елякова ДВО РАН,; 690022, г. Владивосток;
2 Дальневосточный федеральный университет, 690922, г Владивосток;
3 Биолого-почвенный институт ДВО РАН, 690022, г. Владивосток;

Растительный жир как основной энергетический источник из семян многих растений стал использоваться очень давно. Семена растений в отличие от мяса и рыбы, а также плодов, удобно хранить, что позволяло переживать голодные периоды, также семенные растения легко окультуриваются. Нет устоявшегося мнения о том, какие первые растительные масла человечество стало получать первыми. Есть представления, что одной из первых культур, из которой активно стали получать масло был лён. Эту культуру, по мнению некоторых ученых, завезли в древнюю Русь скифы из средней Азии, что выглядит несколько странным, так как дикорастущий лен на всей территории средней полосы России широко распространен в отличие от средней Азии. Доподлинно известно, что на территории Руси уже в XIII веке льняное масло использовалось в кулинарии. История исследования свойств растительных жиров насчитывает несколько тысячелетий. Правда, последние полвека можно наблюдать угасания интереса к их исследованию, но не из-за снижения потребления, а скорее по причине, если можно так сказать, ощущения полной исследованности данного объекта. Однако за последние 10 лет отмечен повышенный интерес к этой области. Это вызвано, конечно, изменением экономического вектора в производстве растительных жиров, а именно: значительное увеличение производства пальмового масла, если быть более точным, то масла масличной пальмы (Elaeis guineensis). И как следствие замещение и частичное вытеснение животных жиров с продовольственного рынка. Появилось много работ доказывающих, как несомненную пользу употребления в пищу жира масличной пальмы (Золочевский, 2011), так и указывающих на его значительный вред здоровью (Ходенков, Букатенко, 2014). Классическими методами анализа растительных жиров является хроматография, а также определение химических и физических показателей, таких как температура плавления, показатели преломления, йодного числа и т.д. Ядерно-магнитная резонансная (ЯМР) спектроскопия относится к новым методам исследования масел. ЯМР показал свою эффективность в биологических исследованиях не только чистых веществ, но и смесей биологически активных веществ, таких как биологические жидкости: плазма крови, слезы, пот, жир (Дроздов, 2013).
Целью нашей работы была оценка возможностей использования метода ядерно-магнитного резонанса в исследовании свойств растительных масел, а также выявление принципиальных отличий биохимического состава пальмового масла от масла других культур.
Материалы и методы
Для получения спектров исследуемое масло смешивали с дейтерированным хлороформом в пропорции 1:3. После чего получали протонный спектр на спектрометре фирмы Bruker (Германия) с резонансной частотой протонов 300 Мгц. После чего были получены интегралы ЯМР сигналов от двух областей от 0 до 6 ppm, это значение приравнивалось к 100%, как суммарный сигнал от всех триглицеридов в масле, затем получали интеграл от 5 до 6 ppm (Рис. 1). Интеграл в этом диапазоне включает в себя сигнал от одного водорода входящего в состав глицерина и сигналы от всех водородов находящихся в двойных связях жирных кислот, это значение характеризует ненасыщенность радикалов жирных кислот входящих в состав масла (Тбл. 1).


Рис.1. H1-ЯМР спектр льняного масла (Bruker, 300 Мгц). Ось абсцисс – химический сдвиг ppm (parts per million), ось ординат – интенсивность ЯМР сигнала от образца в данной частотой области (безразмерная величина).

Метиловые эфиры жирных кислот (ЖК) получали по методу Ж. Каро и Ж. Дюбоска (Carreau, Dubacq 1978). Очистку метиловых эфиров ЖК проводили методом колоночной хроматографии на силикагеле в системе растворителей гексан:диэтиловый эфир (98:2 по объему) (Kates, 1978).
Анализ метиловых эфиров ЖК проводили на газовом хроматографе Shimadzu GC-2010 plus с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой Supelcowax-10 (длина – 30 мм, внутренний диаметр – 0,25 мм, толщина фазы – 0,25 мкм; температура инжектора - 250°C, колонки – 200°C, детектора - 270°С); в качестве газа-носителя использовали гелий с линейной скоростью потока в 40 см/с. ЖК идентифицировали с помощью стандартов и по значениям эквивалентной длины цепи (Stransky et al., 1997).


Рис.2. Соотношение йодных чисел масел с интенсивностью ЯМР сигнала от двойных связей в масле. Левая шкала ординат: интенсивность ЯМР сигнала от ядер водорода в двойных связях. Правая шкала ординат: йодное число масла. Шкала абсцисс исследуемое масло.

Результаты

Растительные жиры состоят из молекул глицерина и присоединенных к ним различных ЖК (Рис.1). Результаты, полученные с помощью ЯМР, полностью соответствуют данным хроматографии, а именно процентное соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в масле.

Рис.3 Соотношение температуры прорастания семян к содержанию двойных связей в масле. Ось ординат слева - температура прорастания семян, ось ординат справа - йодное число масла.

Таблица 1. Биологические и химические свойства растительных масел растений, произрастающих в разных климатических поясах.

Сопоставление сравнительных данных ЯМР с йодными числами исследуемых масел показало полное соответствие показателей (Рис.2). Йодное число – это количество граммов йода, необходимого для насыщения ненасыщенных ЖК, содержащихся в 100 г жира. Оно является одним из наиболее важных показателей для масел (жиров), поскольку позволяет судить о степени насыщенности масла (жира), о склонности его к высыханию, прогорканию и другим изменениям, происходящим при хранении и переработке пищевых и технических масел. Чем больше содержится в жире ненасыщенных и полиненасыщенных ЖК, тем выше йодное число. Уменьшение йодного числа в процессе хранения масла является показателем его порчи (Гузиков и др., 2007).
Таким образом, можно заключить, что метод ЯМР позволяет давать точные характеристики растительных масел, а именно с высокой точностью определять относительное содержание двойных связей в составе жирных кислот. Также можно определять относительное содержание полиненасыщенных ЖК и ω-3 жирных кислот. Основываясь на наших данных, можно сделать вывод о том, что процентное содержание двойных связей в семенах растений является важной функцией приспособления к внешним условиям среды. Для прорастания в условиях северных территорий необходимо большее содержания ненасыщенных ЖК в семенах растений.

1. Гузиков А.Я., Макасеева О.Н.. ТкаченкоЛ.М. химия и биохимия липидов. Методические указания. Учебное издание. Могилев: «Могилевский государственный университет продовольствия». 2007. 44 с.
2. Дроздов К.А. Применение магнитно-резонансной томографии и спектроскопии для характеристики функциональных и метаболических изменений мозга в ранний восстановительный посткоммоционный период. Автореферат канд. диссертации. СПб. Институт физиологии им. И.П. Павлова. 2013. 24 с.
3. Золочевский В. Т. Стандарт на пальмовое масло: за и против // МАСЛА и ЖИРЫ No.7/2011, c. 22 – 24. (http://mjsr.ru/wp-content/uploads/2011/08/Золочевский _Pages-from-+Oil_07_2011.pdf)
4. Ходенков А.Э., Букатенко Н.А. Влияние пальмового масла на организм человека. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» // Безпека людини в сучасних умовах. 2014, С. 327 – 329.
5. Краткая химическая энциклопедия. Том 2. Под ред. И. Л. Кнунянца, 1963. с.
6. Химия и биохимия липидов: Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 1-49 01 01, 1-49 01 92, 1-91 01 01 Могилевский государственный университет продовольствия; сост. А.Я. Гузиков, О.Н.Макасеева, Л.М.Ткаченко.–Могилев, 2007.–41с.
7. Carreau J. P., Dubacq J. P. Adaptation of a macro-scale method to the micro-scale for fatty acid methyl transesterification of biological lipid extracts // J. Chromatogr. 1978. Vol. 151, Iss. 3. P. 384-390.
8. Kates M. Techniques of lipidology. Isolation, analysis and identification of lipids. – New York: Elevier, 1973. 341 pp.
9. Stransky K., Jursik T., Vitek A. Standard equivalent chain length values of monoenic and polyenic fatty acids // J. High Resol. Chromatogr. 1997. Vol. 20, No. 3. P. 143-158.

Список работ автора:

Дроздов К. А., Звягинцев Н. В., Есипов А. В. Исследование методом ядерно-магнитной резонансной спектроскопии состава растительных жиров из семян культурных
растений различных климатических поясов // Программа и материалы научной конференции «Биоразнообразие и эволюция», посвященной памяти академика О. Г. Кусакина,
Владивосток, 4–6 окт. 2016 г. – Владивосток, 2016. – С. 53–58. – Библиогр.: 9 назв.
http://east-eco.com/node/6337

К.А. Дроздов, А.В. Усольцев. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ КОФЕИНА В ВОДНЫХ ЭКСТРАКТАХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ КОФЕИНА МЕТОДОМ ЯДЕРНО-МАГНИТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ.
ISSN 2227-1384 «Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема» № 3(32)2018, с. 29-35.
http://east-eco.com/node/6295

К.А. Дроздов. АВТОНОМНАЯ СТАНЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ISSN 2227-1384 «Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема» № 3(32)2018, с. 23-28.
http://east-eco.com/node/6257

Дроздов К. А., Куриленко В. В.. Биохимические решения проблемы пластикового замусоривания // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. – 2019. – Т. 3, № 36, с. 29-35 – Библиогр.: 7 назв.
http://east-eco.com/node/6254