 |
Химическая природа и виды каротиноидов
|
|
|
|
Содержание
Введение
1. Обзор литературы
1.1 Химическая природа, свойства и виды каротиноидов
1.1.1 Физико-химические свойства каротиноидов
1.1.2 Химическая природа и виды каротиноидов
1.2 Содержание каротиноидов в плодах и овощах
1.3 Роль каротиноидов для организма человека
1.3.1 Значение и функции
1.3.2 Нормы потребления
1.3.3 Усвоение каротиноидов организмом человека
1.4 Методы количественного определения каротиноидов
1.5 Использование каротиноидов
Заключение
Список использованных источников
Введение
Каротиноиды — наиболее многочисленная и широко распространенная группа природных пигментов. Они обнаружены у всех представителей растительного царства, как в фотосинтезирующих, так и в нефотосинтезирующих тканях, а также часто встречаются у микроорганизмов. Они полностью или частично обуславливают окраску многих животных, особенно птиц, рыб, насекомых, являются основой зрительных пигментов, ответственных за восприятие света и различение цветов. Они нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях.
Каротиноиды образуются высшими растениями, водорослями, фототрофными бактериями и рядом хемотрофных бактерий. Кроме того, каротиноиды синтезируют некоторые мицелиальные грибы и дрожжи. Присутствуют каротиноиды также в организме некоторых членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но самостоятельно эти пигменты не образуются, а поступают с пищей и служат источником обогащения организма витамином А. Каротиноиды находятся у растений и микроорганизмов в свободной форме, могут образовывать гликозиды, каротино-белко-вые комплексы, но значительно чаще встречаются в виде эфиров, длинноцепочечных жирных кислот.
|
|
|
К группе каротиноидов относят вещества, окрашенные в желтый или оранжевый цвет. Наиболее известные представители каротиноидов — каротины — пигменты, дающие специфическую окраску корням моркови, а также лютеин — желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от присутствующих в них каротинов и каротинои-дов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов тома-та обусловлена каротиноидом ликопином.
Обзор литературы
Химическая природа, свойства и виды каротиноидов
Физико-химические свойства каротиноидов
По химической природе каротиноиды относятся к огромному классу терпеноидов, включающих также эфирные масла, фитогормоны, стероиды, сердечные гликозиды, жирорастворимые витамины, млечный сок. Их углеводородная структура состоит из цепи двух или более изопренов (С5-углеводородов). Каротиноиды относятся к тетратерпенам; они состоят из длинных ветвящихся углеводородных цепей, содержащих несколько сопряженных двойных связей, заканчивающихся на одном (α-каротин) или обоих концах (β-каротин) кольцевой циклической структурой — иононовым кольцом.
Длинная цепь сопряженных двойных связей образует хромофор всех каротиноидов, что позволяет отнести их к природным пигментам. Человеческому глазу каротиноиды с 7–15 конъюгированными двойными связями видятся в цвете от желтого до красного. Их хромофорные электронные системы находятся также под влиянием других дополнительных двойных связей и различных функциональных групп (например, карбонильной, эпокси-группы и др.), которые также оказывают влияние на поглощение волн света определенных длин и, как следствие, на цвет молекул. [2]
К общим свойствам каротиноидов можно отнести их нерастворимость в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (хлороформе, бензоле, гексане, петролейном эфире, четыреххлористом водороде и др.). Гидроксилсодержащие каротиноиды лучше растворяются в спиртах (метанол, этанол). Растворы каротиноидов в органических растворителях при спектрофотометрических исследованиях дают характеристические полосы поглощения в основном в видимой области спектра, а стереоизомеры показывают их также и в ультрафиолетовой области. Это один из наиболее точных показателей, используемых при идентификации этих веществ.
|
|
|
Характерной является также особенность каротиноидов избирательно абсорбироваться на минеральных и некоторых органических абсорбентах, что позволяет разделять их при помощи методов хроматографирования.
Для отдельных каротиноидов характерны некоторые специфические реакции, в том числе цветные. [10]
Следует учитывать, что каротиноиды в чистом виде характеризуются высокой лабильностью — они весьма чувствительны к воздействию солнечного света, кислорода воздуха, нагреванию, воздействию кислот и щелочей. Под воздействием этих неблагоприятных факторов они подвергаются окислению и разрушению. В тоже время, входя в состав различных комплексов (например, протеиновых), они проявляют большую стабильность. [9]
Химическая природа и виды каротиноидов
Известна классификация каротиноидов, основанная на различиях химического строения этих пигментов. Каротиноиды делят, например, на каротины (содержат только углерод и водород) и гидроксикаротиноиды, в молекулу которых входит также кислород. Последние называют иногда общим термином ксантофиллы. Другая химическая классификация делит каротиноиды на ациклические, моноциклические и бициклические, Имеется также классификация каротиноидов, в основу которой положены отличия в функциональном значении этих пигментов. [3]
В зависимости от степени поглощения каротиноиды разделяются на 2 группы: каротины и ксантофилы. Все незамещенные каротиноиды — каротины. Они не содержат атомов кислорода, являются чистыми углеводородами и обычно имеют оранжевый цвет. Наиболее известный представитель этой группы — β-каротин. Каротиноиды, окрашенные в цвета от желтого до красного характеризуются наличием кислородсодержащих функциональных групп и называются ксантофилами. Продукты распада дифференцируются как апо-, секо- и норкаротиноиды.
|
|
|
Из-за многочисленных двойных связей, обычно циклического окончания молекул и наличия ассимметричных атомов углерода каротиноиды имеют разнообразные конфигурации и стереоизомеры с различными химическими и физическими свойствами. Большинство каротиноидов имеют цис- и трансгеометрические изомеры. Атом углерода с 4 различными заместителями обусловливает возможность оптических R- или S-изомеров. Эти различия между молекулами одной и той же формулы оказывают заметное влияние на физические свойства и на эффективность каротиноидов как пигментов.
Одна из характерных особенностей этих соединений — наличие в них значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноиды могут рассматриваться как производные ликопина — каротиноида, обнаруженного в плодах томатов, а также в некоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопина С40Н56. Строение ликопина представлено на рисунке 1
Рисунок 1 – химическая структура ликопина
Путем образования кольца на одном или обоих концах молекулы ликопина образуются его изомеры: α-, β- или γ-каротины (рисунки 2, 3, 4).
Рисунок 2 – химическая структура α-каротина
Рисунок 3 – химическая структура γ-каротина
Рисунок 4 – химическая структура β-каротина
Сопоставляя формулы, можно заметить, что α-каротин отличается от β-изо-мера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам молекулы. В отличие от α- и β-изомеров γ-каротин имеет только лишь один цикл. [2]
Каротины являются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопин и каротины содержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена. Все без исключения другие природные каротиноиды — производные четырех указанных выше углеводородов: ликопина и каротинов. Они образуются из этих углеводородов путем введения гидроксильных, карбонильных или метоксильных групп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. [4]
|
|
|
В результате введения в молекулу β-каротина двух оксигрупп образуется каротиноид, содержащийся в зерне кукурузы и называемый цеаксантином С40Н56О2 (3,3'-диокси-β-каро-тин), его строение представлено на рисунке 5.
Рисунок 5 – химическая структура цеаксантина
Введение двух оксигрупп в молекулу α-каротина приводит к образованию лютеина С40Н56О2 (3,3'-диокси-α-каротина), изомера цеаксантина, обнаруженного наряду с каротином в зеленых частях растений. В результате присоединения к молекуле β-каротина одного атома кислорода с образованием фураноидной структуры получается каротиноид цитроксантин С40Н56О, содержащийся в кожуре цитрусовых (рисунок 6).
Рисунок 6 – химическая структура цитроксантина
Продуктами окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле являются кроцетин С20Н24О4, биксин С25Н30О4 и β-цитраурин С30Н40О2.
Кроцетин – красящее вещество, находящееся в рыльцах крокуса в соединении с двумя молекулами дисахарида гентиобиозы в виде гликозида кроцина. Кроцетин представляет собой дикарбоновую кислоту (рисунок 7).
Рисунок 7 – химическая структура кроцетина
Биксин – пигмент красного цвета, содержащийся в плодах тропического растения Bixa orellana, применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов (рисунок 8).
Рисунок 8 – химическая структура биксина
β-Цитраурин находится в кожуре плодов цитрусовых, его строение представлено на рисунке 9.
Рисунок 9 – химическая структура β-цитраурина
В бурых водорослях обнаружен каротиноид фукоксантин С40Н60О6, который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента (рисунок 10).
Рисунок 10 – химическая структура фукоксантина
В организме человека и животных каротиноиды играют важную роль в качестве исходных веществ, из которых образуются витамины группы А, а также «зрительный пурпур», участвующий в зрительном акте. В растительном организме каротиноиды играют важную роль в процессе фотосинтеза. [2]
Исходя из химического строения каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются в растении переносчиками активного кислорода и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растениях кислородных производных каротиноидов — эпоксидов, чрезвычайно легко отдающих свой кислород.
|
|
|
Примером такого кислородного производного может служить диэпоксид β-каротина (рисунок 11). [19]
Рисунок 11 – химическая структура диэпоксида β-каротина
Каротиноиды легко образуют перекиси, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и может затем легко окислять различные вещества. Каротиноиды в качестве основной структурной единицы имеют изопрен (рисунок 12).
Рисунок 12 – химическая структура изопрена
Фитол и каротиноиды так же, как терпены, гутта, каучук и рассматриваемые ниже стероиды, представляют собой изопреноиды.
В настоящее время фитол, каротиноиды, терпены, каучук, гутту, стероиды, а также убихиноны, пластохиноны, витамин Е и витамин К объединяют общим термином терпеноиды.
Исходным материалом для синтеза терпеноидов является радикал ацетила СН3СО, а промежуточным продуктом, образующимся при биосинтезе терпеноидов из соединений, содержащих активный ацетил, — мевалоновая кислота. [1]
Содержание каротиноидов в плодах и овощах
Несмотря на то, что каротин может быть получен с помощью химического синтеза, его производят преимущественно из природного сырья.
В качестве источников каротина используют растения, бактерии, водоросли и грибы с высоким содержанием целевого вещества.
Каротиноиды в зеленых листьях составляют примерно 0,07 — 0,2-% при расчете на сухую массу листьев. В отдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов. Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеина и каротиноида, называемого антераксантином. [21]
Каротиноидные композиции у различных групп и видов живых организмов не только отличаются по количественному содержанию, но и различны по качественному составу. Следует отметить, что в природе каротиноиды могут находиться в различных состояниях: в свободном виде они чаще встречаются в пластидах растений, мышечной ткани рыб, яйцах птиц, в виде эфиров жирных кислот — в хроматофорах и эпидермальных структурах растений, в форме каротин-протеинов — в эпидермальных тканях животных и т. д. [2]
В большинстве фруктов и овощей основным или иногда даже единственным источником активности витамина А является β-каротин. Единственным исключением здесь является морковь, содержащая примерно 30 каротиноидов в виде α-каротина. В таблице 1 приводится содержание других каротиноидов в продуктах. Значения по криптоксантинам зачастую не дифференцируют — преобладающей является их β-форма, а α-форма представлена гораздо меньшим количеством. Содержание β-каротина эквивалентно сумме β-каротина и половины присутствующих α-каротина и криптоксантинов; значение эквивалента ретинола составляет одну шестую от эквивалента β-каротина. В ликопене активности витамина А не наблюдается. [22]
Таблица 1
Содержание каротиноидов в продуктах, мкг/100г съедобной части
| № п/п | Продукт | Каротиноидные фракции | ||||
| α-Каротин | β-Каротин | β-Криптоксантин | Эквивалент каротина | Эквивалент ретинола | ||
| Бобовые | ||||||
| 1 | Стручковая фасоль (мунг), сырая | 20 | 20 | 20 | 40 | 7 |
| 2 | Кормовые бобы, замороженные отварные без соли | 12 | 220 | 0 | 225 | 37 |
| 3 | Зеленая фасоль / французская фасоль, отваренная без соли | 52 | 494 | 0 | 520 | 87 |
| Горошек | ||||||
| 4 | Зеленый горошек, сырой | 19 | 290 | 0 | 300 | 50 |
| 5 | Зеленый горошек, отваренный без соли | 7 | 245 | 0 | 250 | 41 |
| 6 | Зеленый горошек, замороженный, отваренный без соли | 26 | 558 | 0 | 571 | 95 |
| 7 | Зеленый горошек, консервированный, разогретый, без жидкости | 15 | 526 | 0 | 534 | 89 |
| Овощи разные | ||||||
| 8 | Спаржа, сырая | 10 | 310 | 0 | 315 | 53 |
| 9 | Спаржа, отваренная в соленой воде | 0 | 389 | 0 | 389 | 65 |
| 10 | Баклажан, сырой | 60 | 40 | 0 | 70 | 12 |
| 11 | Баклажан, жаренный на кукурузном масле | 110 | 70 | 0 | 125 | 21 |
| 12 | Свекла, сырая | 20 | 10 | 0 | 20 | 3 |
| 13 | Морковь старая, сырая | 4070 | 10400 | 0 | 12500 | 2080 |
| 14 | Морковь молодая, сырая | 3380 | 6120 | 0 | 7810 | 1300 |
| 15 | Морковь молодая, отваренная без соли | 3420 | 5990 | 0 | 7700 | 1280 |
| 16 | Морковь, консервированная разогретая подсушенная | 729 | 1710 | 0 | 2070 | 345 |
| 17 | Кабачки-цуккини, сырые | 0 | 550 | 0 | 610 | 100 |
| 18 | Кабачки-цуккини, поджаренные на кукурузном масле | 0 | 450 | 0 | 500 | 83 |
| 19 | Капуста кудрявая, сырая | 0 | 3130 | 32 | 3150 | 525 |
| 20 | Капуста кудрявая, отваренная без соли | 0 | 3350 | 33 | 3380 | 560 |
| 21 | Тыква (сорт карела), сырая | 95 | 295 | 0 | 345 | 57 |
| 22 | Салат-латук, сырой | 0 | 1020 | 0 | 1023 | 171 |
| 23 | Бамия, сырая | 30 | 500 | 0 | 515 | 85 |
| 24 | Бамия, отваренная без соли | 29 | 450 | 0 | 465 | 77 |
| 25 | Стручковый перец, капсикум, зеленый, сырой | 9 | 260 | 0 | 265 | 44 |
| 26 | Стручковый перец, зеленый, отваренный в соленой воде | 8 | 235 | 0 | 240 | 40 |
| 27 | Тыква, сырая | 14 | 445 | 0 | 450 | 75 |
| 28 | Тыква, отваренная в соленой воде | 29 | 940 | 0 | 450 | 75 |
| 29 | Шпинат, сырой | 0 | 3520 | 35 | 3540 | 589 |
| 30 | Шпинат, отваренный без соли | 0 | 3820 | 39 | 3840 | 640 |
| 31 | Зеленый лук, сырой | 0 | 2620 | 216 | 2630 | 438 |
| 32 | Зеленый лук, отваренный без соли | 0 | 2260 | 23 | 2270 | 378 |
| 33 | Сладкая кукуруза (зерно), консервированная, разогретая, без жидкости | 0 | 22 | 180 | 110 | 19 |
| 34 | Сладкая кукуруза, в початке, цельная, отваренная без соли | 0 | 14 | 115 | 71 | 12 |
| 35 | Помидоры, сырые | 0 | 564 | 0 | 564 | 94 |
| 36 | Помидоры, жаренные на кукурузном масле | 0 | 740 | 42 | 765 | 125 |
| 37 | Помидоры, жаренные на гриле | 0 | 1790 | 97 | 1840 | 306 |
| 38 | Помидоры, консервированные | 0 | 362 | 0 | 362 | 60 |
| Фрукты | ||||||
| 39 | Абрикосы, сырые | 2 | 405 | 0 | 405 | 67 |
| 40 | Абрикосы, консервированные в сиропе | 0 | 810 | 0 | 810 | 135 |
| 41 | Авокадо | 8 | 540 | 0 | 545 | 91 |
| 42 | Ежевика, сырая | 4 | 78 | 0 | 80 | 13 |
| 43 | Ежевика с сахаром | 3 | 61 | 0 | 62 | 10 |
| 44 | Вишня, сырая | 4 | 23 | 0 | 25 | 4 |
| 45 | Вишня, консервированная в сиропе | 4 | 15 | 0 | 17 | 3 |
| 46 | Клементины | 5 | 73 | 0 | 75 | 13 |
| 47 | Крыжовник, с сахаром | 3 | 40 | 0 | 41 | 7 |
| 48 | Грейпфрут, сырой | 9 | 12 | 0 | 17 | 3 |
| 49 | Гуава, сырая | 0 | 380 | 110 | 435 | 73 |
| 50 | Киви | 0 | 40 | 0 | 40 | 7 |
| 51 | Мандарины, консервированные в собственном соку | 7 | 92 | 0 | 95 | 16 |
| 52 | Мандарины, консервированные в сиропе | 7 | 105 | 0 | 105 | 18 |
| 53 | Манго, зрелые, сырые | 0 | 682 | 27 | 696 | 116 |
| 54 | Дыня-канталупа | 19 | 1760 | 0 | 1770 | 294 |
| 55 | Арбуз | 0 | 116 | 0 | 116 | 19 |
| 56 | Нектарины | 0 | 114 | 0 | 114 | 19 |
| 57 | Апельсины | 26 | 14 | 39 | 47 | 8 |
| 58 | Маракуйя | 410 | 360 | 370 | 750 | 125 |
| 59 | Папайя, сырая | 0 | 130 | 1365 | 810 | 135 |
| 60 | Персики, сырые | 0 | 119 | 0 | 119 | 19 |
| 61 | Груши, сырые | 0 | 17 | 3 | 18 | 3 |
| 62 | Груши, сырые, без кожуры | 0 | 18 | 3 | 19 | 3 |
| 63 | Слива, сырая | 23 | 355 | 19 | 376 | 63 |
| 64 | Сливы, консервированные в собственном соку | 15 | 135 | 0 | 140 | 23 |
| 65 | Сливы, готовые к употреблению | 27 | 125 | 0 | 140 | 3 |
| 66 | Мандарины сацума | 5 | 73 | 0 | 75 | 13 |
| 67 | Танжерины | 6 | 94 | 0 | 97 | 16 |
| Фруктовые соки | ||||||
| 68 | Апельсиновый сок, без добавления сахара | 2 | 5 | 21 | 17 | 3 |
|
|
|
