CC BY
5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 635.152:543.544.43:543.51 DOI: 10.24412/1029-2551-2022-1-006
ГЖХ-МС АНАЛИЗ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ КОРНЕПЛОДОВ РЕДЬКИ ТРЕХ ПОДВИДОВ
С.Л. Белопухов, д.с.-х.н., Л.Б. Дмитриев, к.х.н., В.Л. Дмитриева, О.В. Елисеева, к.б.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: elysol11@yandex.ru
Методом ГЖХ-МС определен состав летучих компонентов, выделенных перегонкой с паром из корнеплодов редьки трех подвидов (Raphanus sativus L.). Обнаружены цианиды, изотиоцианиды, тиолы и другие соединения, содержание которых в разных подвидах значительно различалось. Установлено, что корнеплоды сорта Зимняя круглая черная европейского подвида редьки характеризовались относительно высоким содержанием фенэтил изотиоцианата (14,14%) и ме-тилпропил сульфида (10,14%), а также отсутствием цианидов. В корнеплодах сорта Маргелан-ская китайского подвида редьки выявлено присутствие металлил цианида в количестве 10,97% от общей суммы летучих компонентов, самое высокое среди изучаемых сортов фенэтил изотиоцианата (24,29%) и незначительного количества тиола - метилпропилсульфида (0,40%). Корнеплоды сорта Дубинушка японского подвида редьки в качестве цианида содержали о-толил цианид (11,93%) и большое количество бензил изотиоцианата (34,95%).
Ключевые слова: ГЖХ-МС, редька (Raphanus sativus L.), летучие компоненты, цианиды, изо-тиоцианаты, тиолы.
GLC-MS ANALYSIS OF VOLATILE COMPONENTS OF RADISH ROOT CROPS
Dr.Sci. S.L. Belopukhov, Ph.D. L.B. Dmitriev, V.L. Dmitrieva, Ph.D. O.V. Eliseeva
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: elysol11@yandex.ru
The composition of volatile components isolated by steam distillation from the root crops of three subspecies of radish (Raphanus sativus L.). Cyanides was explored with the GLC-MS method. Cyanides, isothiocyanates, thiols and other compounds were detected, the content of which differed significantly in different subspecies. It was found that the root crops of the Winter Round Black variety of the European subspecies of radish were characterised by a relatively high content of phenethyl isothiocyanate (14.14%) and methylpropyl sulphide (10.14%), as well as by the absence of cyanides. In the root crops of the Margelanskaya variety of the Chinese subspecies of radish the presence of metallyl cyanide in the amount of 10.97% of the total amount of volatile components, the highest among the studied varieties amount ofphenethyl isothiocyanate (24.29%) and an insignificant amount of thiol - methylpropyl sulphide (0.40%) were discovered. The root crops of the Dubinushka variety of the Japanese subspecies of radish contained o-tolyl cyanide (11.93%) and a large amount of benzyl isothiocyanate (34.95%).
Keywords: GLC-MS, radish (Raphanus sativus L.), volatile components, cyanides, isothiocyanates, thiols.
Качество жизни человека, а именно его здоровье и устойчивость к инфекциям и вредным факторам среды, рост и развитие, физическая активность, умственные способности, а также продолжительность жизни, зависит не только от генетических особенностей индивида, но и от внешних факторов среды, важнейшим из которых служит питание. Овощи, будучи неотъемлемой частью рациона человека, содержат в своем составе не только макро- и микроэлементы, углеводы, минеральные вещества, но и биологически активные или эссенциальные компоненты. Семейство капустных (Brassicaceae L.) включает в себя большую группу овощных культур. Это широко известные белокочанная, краснокочанная и
цветная капуста, брокколи, редис, редька, репа, брюссельская капуста, хрен и другие овощи. Отличительной чертой данной группы овощей служит их уникальный химический состав с высоким содержанием серосодержащих веществ - глюкозинолатов, благодаря которым эти овощи имеют свой специфический острый вкус и запах [1]. Среднее содержание глюкозинолатов в растениях семейства капустных колеблется от 50 до 390 мг/100 г продукта [2]. Глю-козинолаты выступают предшественниками изотио-цианатов и индольных соединений. В растительных клетках глюкозинолаты и ферменты, под действием которых происходит их гидролиз, пространственно разделены. При нарушении компартмента клетки из
органелл высвобождается фермент мирозиназа, катализирующий разрушение гликозидной связи в глюкозинолатах. Это приводит к образованию глюкозы и агликона. При нейтральной реакции среды в дальнейшем образуются стабильные изотиоциа-наты. Исключение составляют глюкозинолаты, содержащие индольную группу, которые превращаются в индольные изотиоцианаты, а затем в соответствующие им спирты [3]. На сегодняшний день известно свыше ста изотиоцианатов, образующихся из глюкозинолатов. Так, сульфорафан образуется из глюкорафанина, оксибензитизотиоцианат из си-нальбина, аллилизотиоцианат из синигрина, а ин-дол-3-карбинол из глюкобрассицина [4]. Изотиоци-анаты, содержащиеся в овощах семейства капустных, оказывают положительное влияние на организм человека, установлено, что употребление в пищу данных культур приводит к снижению риска развития рака молочной железы, шейки матки, простаты, а также рака легких, толстой и прямой кишки [4-8]. Способность изотиоцианатов индуцировать активность монооксигеназной системы и некоторых ферментов II фазы метаболизма ксенобиотиков обуславливает их биологическую активность [1].
В России наиболее распространены такие овощные культуры семейства капустных, как белокочанная капуста, репа, редис и редька. Причем редьку используют не только в пищу, но и в медицинских целях как отхаркивающее, антисептическое и желчегонное средство.
В в литературе встречаются работы по изучению состава эфирного масла разных представителей семейства Втаъъгсасеае Ь., как культурных, так и дикорастущих [9-14], но мало сведений о составе летучих компонентов растений редьки. В то же время известно, что редька - источник не только пищевых волокон, пектиновых веществ, но также фенольных соединений, изотиоцианатов и индольных соединений [15].
Цель работы - определить химический состав части летучих компонентов, выделяющихся из корнеплодов редьки европейского, китайского и японского подвидов при перегонке с водяным паром.
Методика. Объектом исследования послужила корнеплодная редька трех подвидов: европейского подвида (сорт Зимняя круглая черная), китайского (сорт Маргеланская) и японского (сорт Дубинушка). Летне-осенний посев проводили 18 июля. Массовое появление всходов 24 июля. Урожай учитывали 22 октября. Период вегетации составил 91 день.
Все изученные подвиды редьки относятся к одному виду - Яаркапш Ь., но имеют морфологические и вкусовые отличия [16], которые могут быть обусловлены разными условиями формирования, так как европейский подвид происходит из Средиземноморского центра, а китайский и японский -из Восточноазиатского [17].
К европейскому подвиду редьки относятся одно-и двулетние формы, которые в процессе вегетации формируют розетку лировидно-рассеченных листьев, образуют корнеплод, плоды - нечленистые стручки. Ареал распространения - преимущественно Европа [16].
Китайский подвид редьки (лоба) - одно- и двулетние растения, образующие или не образующие корнеплод, формирующие розетку цельных или лировидно-лопастных, раздельных или рассеченных листьев. Ареал распространения - преимущественно Центральная, Средняя и Юго-Восточная Азия [16].
Редька японского подвида (дайкон) - это однолетние растения, которые формируют розетку из узколировидно-рассеченных листьев, образуют корнеплод, плоды представляют собой членистые стручки с длинным носиком. Ареал распространения - преимущественно Япония, Юго-Восточная Азия [16].
Для определения состава летучих нерастворимых или плохорастворимых в воде соединений навески корнеплодов (200 г) перегоняли с паром по Гинзберг [18]. Нерастворимый в воде слой из приемника экстрагировали 1,5 мл гексана.
Состав извлеченных гексаном летучих компонентов устанавливали в Учебно-научном центре коллективного пользования «Сервисная лаборатория комплексного анализа химических соединений» кафедры химии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева методом хроматомасс-спектрометрии на аналитическом комплексе «Clarus 600M» фирмы Perkin Elmer. Нерастворимый в воде слой в приемнике аппарата Гинзберга отделяли только в виде тонкой пленки, что не позволяло определить общее количество выделенных продуктов.
Хроматографические условия: капиллярная колонка «Elite Wax» - 60 м х 0,32 мм х 0,5 мк; газ-носитель гелий - 1 мл/мин., объем пробы - 0,5 мкл, деление потока 1/50; температурный режим: 60°С - 5 минут, 3°/мин до 195°С, изотерма 15 минут; детектор МС; режим МС: энергия ионизации - 70 эВ, t интерфейса - 210°С, t источника - 180°С.
Идентификацию хроматографических пиков проводили путем сравнения их масс-спектров с данными масс-спектрометрической библиотеки «NIST/ERA/NIH, ver. 2-2011».
Результаты исследований. В таблице представлены данные по относительному составу продуктов, выделенных перегонкой с паром из корнеплодов трех подвидов корнеплодной редьки. Это цианиды и изотиоцианаты, а также сульфид (метилпропилсуль-фид), обладающие или очень сильным и резким запахом, или острым вкусом, как и многие серо- и азотсодержащие соединения. Достоверность идентификации всех компонентов подтверждается полным совпадением масс-спектров полученных данных с литературными (рис. 1 и 2).
Содержание компонентов эфирного масла корнеплодов редьки
Компонент эфирного масла Содержание компонента, % от суммы всех компонентов
Европейский подвид (сорт Зимняя круглая черная) Китайский подвид (сорт Маргеланская) Японский подвид (сорт Дубинушка)
Нитрилы (цианиды)
Металлил цианид 0,00 10,97 0,00
о-Толил цианид 0,00 0,00 11,93
Изотиоцианаты
Бензил изотиоцианат 3,78 13,99 34,95
Фенэтил изотиоцианат 14,14 24,29 1,85
Другие соединения
3-Гексен-1-ол 51,68 39,35 41,70
Метилпропилсульфид 10,14 0,40 6,53
Фенилацетальдегид 19,18 11,00 3,04
Пиперитон 1,08 0,00 0,00
72
3е-
39
54
45
ее
..„е..
72-G 72
41
54
44
е2 7G 75
a1
54
ее
92 1G2 1G9
a1
41
3G 4G 5G ig 7G 80 9G 1GG l-^-Manual Component IHead to Tail MF=457 i'm Me^3hallyl cyanide
30 40 50 60 70 80 90 100 (replib) Methallyl cyanide
Рис. 1. Идентификация металлил цианида:
вверху - экспериментальный масс-спектр; внизу - масс-спектр из библиотеки «NIST/ERA/NIH, ver. 2-2011»
UL
116 128
100-
1GG-
33 39 43 51 55 59 ,6,5 72 77 81 85
32 39 45 51 58 е5 72 77 82
105 _
163
116 128 134
147
105
116 128 134
Г
163
91
40 60 80 100 120 140 160 (replib) Benzene, (2-jsothiocyanatoethyl)-
30 40 50 60 70 80 ^Manual Component in E:\ 2G2G\\REDKA\I|
90 100 110 120
130
140 150 160 170 180
Head to Tail MF=938 RMF=946 W Benzene, (2-isothiocyanatoethyl)-
Рис. 2. Идентификация фенэтил изотиоцианата:
вверху - экспериментальный масс-спектр; внизу - масс-спектр из библиотеки «NIST/ERA/NIH,
ver. 2-2011»
41
N
81
G
91
91
100
97
98
50-
163
105
G
Нитрилы (цианиды) были обнаружены в пробах из корнеплодов китайской и японской редьки. Причем в корнеплодах китайской редьки сорта Марге-ланская содержалось 10,97% металлил цианида, а в корнеплодах японской редьки сорта Дубинушка примерно такое же количество (11,93%) о-толил цианида. В составе летучих компонентов корнеплодов редьки европейского подвида сорта Зимняя круглая черная соединений, относящихся к нитрилам (цианидам), выявлено не было. Эти соединения, вероятно, образуются в незначительных количествах при ферментативном гидролизе глюкозинолатов и часто наличествуют в растениях семейства Втаъъгсасеае
[9].
Изотиоцианаты (бензил- и фенэтил изотиоциа-нат) присутствовали в корнеплодах Я. ъаИуиъ Ь. всех
изучаемых подвидов в различных количествах. Причем в корнеплодах японского подвида преобладал бензил изотиоцианат (34,95%), в китайском подвиде этого соединения оказалось в 2,5 раза меньше, а в европейском почти в 10 раз меньше (3,78%). По содержанию фенэтил изотиоцианата лидирующую позицию занимал китайский подвид (24,29%).
Тиол - метилпропилсульфид, имеющий острый и неприятный запах и вносящий свой вклад во вкус и аромат корнеплодов этих подвидов редьки, присутствовал во всех образцах с относительным содержанием от 0,40 до 10,14%.
В корнеплодах R. sativus L. всех подвидов были обнаружены и другие соединения. Так, значительное содержание непредельного спирта 3-гексен-1-ол отмечено у европейского подвида - 51,68%. У китайского и японского подвидов его количество было
примерно на одном уровне и составляло, соответственно, 39,35 и 41,70%. Следует отметить, что 3-гексен-1-ол у всех изучаемых подвидов редьки составлял почти половину от общей суммы всех летучих компонентов, а у европейского подвида был даже больше половины. Это объясняется тем, что этот спирт присутствует практически в любом растительном сырье и почти всегда наличествует в пробах, получаемых методом перегонки с паром. В данном случае его высокое относительное содержание связано с очень низким содержанием в пробах других соединений.
Европейский подвид редьки выделялся также по содержанию фенилацетальдегида, относящегося к ароматическим альдегидам, которого в корнеплодах данного подвида было 19,18%. Наименьшее содержание фенилацетальдегида (3,04%) отмечено в корнеплодах японского подвида.
Следует отметить, что в корнеплодах европейского подвида было обнаружено в небольшом количестве (1,08%) соединение из класса терпеноидов -пиперитон, обладающее свежим камфорно-мятным
запахом и служащим компонентом эфирных масел различных эфироносных культур.
Таким образом, летучие компоненты, выделяемые методом перегонки с паром из корнеплодов редьки трех подвидов (европейского, китайского и японского), имеющих различное происхождение и ареал преимущественного распространения, отличались по качественному и по количественному составу. Корнеплоды европейского подвида сорта Зимняя круглая черная характеризовался относительно высоким содержанием фенэтил изотиоцианата и метилпропил сульфида и отсутствием цианидов. В корнеплодах китайского подвида сорта Маргеланская отмечено присутствие металлил цианида, изотиоцианатов и не значительного количества тиола. Корнеплоды японского подвида сорта Дубинушка в качестве цианида содержали о-толил цианид и большое количество бензил изотиоцианата. Содержание всех этих соединений относительно массы корнеплодов очень низкое и не представляет угрозы отравления, а определяет в совокупности их вкусовые и ароматические свойства.
Литература
1. Higdon J.V., Delage B., Williams D.E. Cruciferous vegetables and human cancer risk: epidemiologic evidence and mechanistic basis // Pharmacological Research, 2007, № 55. - Р. 224-236.
2. Higdon J.V. Indole-3-Carbinol. - Oregon: Linus Pauling Institute Oregon State University, 2005. - 20 р.
3. Holst B., Williamson G. A critical review of the bioavailability of glucosinolates and related compounds // Natural product reports, 2004, Vol. 21, № 3. - Р. 425-447.
4. Fowke J.H., Chung F.L., Jin F., Qi D., Cai Q., Conaway C. et al. Urinary isothiocyanate levels, brassica, and human breast cancer // Cancer Research, 2003, № 63. - Р. 3980-3986.
5. Joseph M.A. et al. Cruciferous Vegetables, Genetic Polymorphisms in Glutathione S-Transferases M1 and T1, and Prostate Cancer Risk // Nutrition and Cancer, 2004, № 50. - Р. 206-213.
6. Kristal A.R., Lampe J.W. Brassica vegetables and prostate cancer risk: a review of the epidemiological evidence // Nutrition and Cancer, 2002, № 42. - Р. 1-9.
7. Walters D.G., Young P.J., Agus C., Knize M.G., Boobis A.R., Gooderham N.J. et al. Cruciferous vegetable consumption alters the metabolism of the dietary carcinogen 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP) in humans // Carcinogenesis, 2004, № 25. - Р. 1659-1669.
8. Преображенская М.Н., Королев А.М. Индольные соединения в овощах семейства крестоцветных (Cruciferae) // Биоорганическая химия, 2000, Т. 26, № 2. - С. 97-111.
9. Breme K., Langle S., Fernandez X., Meierhenrich U.J., Brevard H., Joulain D. Character impact odorants from Brassicaceae by aroma extracts dilution analysis (AEDA): Brassica cretica and Brassica insularis // Flavour and Fragrance Journal, 2008, № 24. -Р. 88-93.
10. Valette L., Fernandez X., Poulain S., Lizzani-Cuvelier L., Loiseau A.-M. Chemical composition of the volatile extracts from Brassica oleracea L. var. botrytis 'Romanesco' cauliflower seeds // Flavour and Fragrance Journal, 2006, № 21. - Р. 107-110.
11. Afsharypuor S., Suleimany M. Volatile oil constituents of Brassica oleracea var. gongylodes seeds // Journal of Essential Oil Research, 2002, № 14(1). - Р. 18-19.
12. Jirovetz L., Smith D., Buchbauer G. Aroma compound analysis of Eruca sativa (Brassicaceae) SPME headspace leaf samples using GC, GC-MS, and olfactometry // Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, № 50. - Р. 4643-4646.
13. Miyazawa M., Nishiguchi T., Yamafuji C. Volatile components of the leaves of Brassica rapa L. var. perviridis Bailey // Flavour and Fragrance Journal, 2005, № 20. - Р. 158-160.
14. Зыкова И.Д., Тирранен Л.С., Наймушина Л.В., Саторник А.Д. Исследование компонентного состава и антимикробной активности эфирного масла Brassica rapa L. // Вестник КрасГАУ, 2016, № 5. - С. 130-136.
15. Бильтрикова Т.В., Битуева Э.Б. Биологически активные вещества Raphanus sativus L. // Фундаментальные исследования, 2014, № 9. - С. 501-505.
16. Руководство по апробации овощных культур и кормовых корнеплодов: под ред. Д.Д. Брежнева. - М.: Колос, 1982. -415 с.
17. Вавилов Н.И. Учение о происхождении растений после Дарвина. Избр. тр. - М.; Л.: Наука, 1965, Т. 5. - С. 157-176.
18. Гинзберг А.С. Упрощенный способ определения количества эфирного масла в эфироносах // Химико-фармацевтическая промышленность, 1932, № 8-9. - С. 326-329.
