CC BY
86
УДК 615.33:615.1
ХАРАКТЕРИСТИКА АРОМАПРОДУКТОВ EREMOTHECIUM И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
© Шпичка А.И., Семенова Е. Ф.
Кафедра общей и клинической фармакологии Пензенского государственного университета, Пенза
E-mail: [email protected]
Проведено сравнительное изучение качественных и количественных показателей эремотецевого масла различного происхождения посредством методов физико-химического и химического анализа: рефрактометрического, титримет-рического и газожидкостной хроматографии. Дана оценка его качества в соответствии с нормативной документацией на розовое масло: ОСТ 10-б0-87 «Розовое масло», ГОСТ 31791-2012 РФ «Продукция и сырье эфиромасличное, травянистое и цветочное. Технические условия», ISO 9842:2003 «Rose Oil». Отмечено влияние генетических факторов и биотехнологических параметров на изучаемые характеристики аромапродуктов. Bыявлены возможные направления их использования в химико-фармацевтической, пищевой, парфюмерно-косметической промышленности.
Ключевые слова: Eremothecium, ароматические продукты, физико-химические характеристики, компонентный состав.
CHARACTERISTICS OF EREMOTHECIUM AROMAPRODUCTS AND PERSPECTITIVES OF THEIR USE
Shpichka A.I., Semenova E.F.
General and Clinical Pharmacology Department of Penza State University, Penza
The comparative study of qualitative and quantitative measures of Eremothecium oil with different origin were carried out via methods of physicochemical and chemical analysis: refractometric, titrimetric, gas-liquid chromatography. Its quality was estimated in accordance with normative documents for rose oil: certification system OST 10-60-87 « Rose Oil», certification system GOST 31791-2012 RF «Essential oil, herbal and floral raw material. Specifications », ISO 9842:2003 «Rose Oil». The influence of genetic factors and biotechnological parameters on the investigated aromaproducts’ characteristics was revealed. The possible ways of their use were shown in chemical, pharmaceutical, food, perfume, cosmetic industries.
Keywords: Eremothecium, aromatic products, physicochemical characteristics, component content.
В последние десятилетия значительно увеличился интерес к ароматобразующим микроорганизмам и биотехнологиям на их основе, которые являются новым путем получения натуральных душистых соединений, необходимых для удовлетворения потребностей пищевой, парфюмернокосметической и химико-фармацевтической промышленности. В исследованиях отечественных и зарубежных ученых [1, 7, 8, 12, 13, 15] показана возможность использования в качестве нетрадиционных источников эфирных масел микроорганизмов (бактерий, актиномицетов, грибов, дрожжей, водорослей), способных синтезировать эти субстанции de novo. Одними из перспективных продуцентов являются представители рода Eremothecium, а именно Eremothecium ashbyi Guilliermond 1935 и Eremothecium gossypii Kurtz-man 1995, синтезирующие эфирное масло, приближенное по компонентному составу к розовому маслу [1, 5, 6, 9, 15]. Цель проведенного исследования заключается в характеристике аромапро-дуктов, полученных на основе сырья Eremotheci-um, и выявлении перспектив их дальнейшего использования в разных отраслях промышленности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами изучения служили
аромапродукты, полученные в процессе культивирования Eremothecium ashbyi Guilliermond 1935 BKM F-124, ВКМ F-3009, ВКПМ F-36, ВКПМ F-6, ВКПМ F-340 и Eremothecium gossypii (S.F.Ashby et W.Nowell 1926) Kurtzman 1995 (синоним Ashbya gossypii (S.F.Ashby et W. Nowell 1926) Guilliermond 1928) BKM F-1398, BKM F-3276, BKM F-3296, ВКПМ F-35. Микромицеты поддерживали на скошенной агаризованной среде, содержащей соевую муку (4%) и сахарозу (1%), сусло-агаре, агаре Сабуро, картофельно-глюкозном агаре, мясо-пептонном агаре, среде Чапека, питательном агаре. Посевной материал культивировали в жидких питательных средах различного состава: соево-сахарозной и глюкозо-пептонной при непрерывном встряхивании в течение 24...72 часов. Ферментацию осуществляли на соево-сахарозной жидкой питательной среде в течение 27.64 часов. Объем инокулята - от 5 до 10% от объема засеваемой среды.
Выделение ароматообразующих веществ из сырья осуществляли методом трехкратной
экстракции с последующим удалением растворителя при помощи роторно-вакуумного испарителя. Определение компонентного состава эфирного масла проводилось методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) на полярной колонке с использованием пламенноионизационного детектора. Определение показателя преломления эремотецевого масла осуществлялось методом рефрактометрии при помощи рефрактометра Аббе типа ИРФ-454.
Кислотное число анализируемых образцов масла, растворенных в 95% этиловом спирте, нейтрализованном по фенолфталеину, определялось методом кислотно-основного титрования (вариант нейтрализации), где в качестве титранта использовался 0,1 Н раствор гидроксида натрия NaOH.
После кислотного числа проводилось определение эфирного числа методом обратного кислотно-основного титрования (вариант нейтрализации), в качестве титранта использовался 0,5 Н раствор серной кислоты H2SO4, которая вступает в реакцию с избытком гидроксида калия КОН, не израсходованного на омыление сложных эфиров, содержащихся в анализируемых образцах.
Статистический анализ полученных данных проводился с использованием программы STATISTICA 10.0, определялись медиана, среднее квадратичное отклонение. Степень достоверности оценивали с помощью критерия Манна-Уитни; уровень достоверности был принят равным 95% (р< 0,05) [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОBАHИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Как уже отмечалось, ранее было показано, что эремотецевое масло (эфирное масло, получаемое на основе Eremothecium), аналогично по компонентному составу розовому маслу, что указывает на целесообразность использования в качестве эталона сравнения показателей, регламентируемых нормативной документацией на масло из цветков розы при определении и разработке стандартных показателей нового ароматического продукта. На территории России действуют следующие стандарты, в которых указаны требования, предъявляемые к розовому маслу: ОСТ 10-60-S7 «Розовое масло», ГОСТ 31791-2012 РФ «Продукция и сырье эфиромасличное, травянистое и цветочное. Технические условия». Кроме того, следует также принять во внимание показатели, регламентируемые международным стандартом ISO 9S42:2003 «Rose Oil».
Одним из главных физико-химических показателей для всех масел (паровых и экстрактовых) является рефракция, которая косвенно подтверждает подлинность масла, указывая на обогащен-ность кислородсодержащими соединениями:
спирты, альдегиды, кетоны простые и сложные эфиры. В исследуемых образцах аромапродукта показатель преломления варьирует в пределах 1,4630.1,4680, что соответствует международному стандарту (1,4520.1,4700), но не согласуется с российскими стандартами, где рефракция составляет 1,4800.1,5200. Полученные результаты обусловлены более низким процентным содержанием в составе ароматического продукта кислородсодержащих веществ, в том числе Р-фенилэтилового спирта, которое ведет к снижению рефракции, и косвенно подтверждают более высокое качество по данному показателю эремо-тецевого масла.
Немаловажным показателем при определении качества розового масла согласно ГОСТ и ОСТ является кислотное число, показывающее количество гидроксида калия (КОН, мг), которое идет на нейтрализацию свободных кислот, содержащихся в 1 г эфирного масла. Повышение кислотного числа происходит при окислении монотерпенов и разложении эфиров в процессе кислотного гидролиза. Для эремотецевого масла значение кислотного числа варьирует в пределах 2,02.3,36, что соответствует требованиям российских стандартов (не более 7,00-7,50).
В отличие от российских стандартов КО контролирует не кислотное, а эфирное число, показывающее количество гидроксида калия (КОН, мг), пошедшее на омыление сложных эфиров, содержащихся в 1 г эфирного масла, повышение которого свидетельствует о высоком содержании сложных эфиров. Для анализируемых образцов ароматического продукта значение данного показателя составляет 14,96.33,66, согласно международному стандарту - 7,00-24,00, что свидетельствует о том, что показатели некоторых образцов эремотецевого масла входят в регламентируемые пределы.
При характеристике компонентного состава розового масла в российских и международном стандартах используются разные показатели. Согласно ГОСТ и ОСТ регламентируются общая массовая доля свободных спиртов (75-88%), массовая доля дегидратирующих (монотерпеновых) спиртов (не менее 8%). По КО методом газожидкостной хроматографии определяется хроматографический профиль показательных
и характерных компонентов (этанол, цитронел-лол, гераниол, нерол, фенилэтанол, гептадекан, нонадекан, ге-неай-козан). Следует отметить, что компонентный состав розового масла, соответствующего российским стандартам, отличается значительным содержанием Р-фенилэтилового спирта, который
Таблица 1
Массовая доля основных компонентов в эремотецевом и розовом маслах
Компонент Эремотецевое масло (экстракт.), % Эремотецевое масло (гидродист.), % Розовое масло (ГОСТ), % Розовое масло (ISO), %
Р-фенилэтанол 0,57...5б,0 21,70.5б,40 75,00.SS,00 0,00.3,50
Цитронеллол 0,б0...2б,99 3,00.5,10 не менее S,00 20,00.49,00
Г ераниол 3б,20.7б,б0 32,б0.б5,00 S,00.29,00
Нерол 1,90.11,S9 0,б0.9,10 3,00.12,00
Примечание: экстракт. - экстрактовое; гидродист. - гидродистилляционное.
Пищевая промышленность
-Кондитерские изделия -Алкогольные и безалкогольные напитки
Рис. 1. Направления использования ароматических продуктов, получаемых на основе Eremothecium.
существенно влияет на все физико-химические показатели. По данному компоненту анализируемый аромапродукт занимает промежуточное положение между маслами разных стандартов. Однако, на наш взгляд, следует в качестве эталона использовать именно данные КО, так как эфирное масло, регламентируемое международным стандартом, отличается более высоким качеством за счет сниженного содержания фенилэтанола и относительного увеличения доли монотерпено-вых спиртов. Процентное содержание отдельных монотерпеноидов в эремотецевом и розовом регламентируемом КО маслах представлено в таблице 1. Как видно из представленных данных, эремотецевое масло имеет более низкое значение содержания цитронеллола и более высокое - гераниола, и по этим показателям не соответствует розовому маслу, отвечающему международному стандарту. Однако гераниол является предшественником цитронеллола [10, 11], и при оптими-
зации параметров биосинтеза эфирного масла возможно достижение указанных показателей.
По полученным и ранее известным данным [5, S, 15] можно предложить многоцелевое использование аромапродуктов на основе Eremothe-cium в химико-фармацевтической, пищевой, парфюмерно-косметической промышленности, которое отражено на рис. 1.
Таким образом, в ходе проведенного исследования аромапродуктов, полученных на основе культур рода Eremothecium, нами было выявлено, что показатель преломления и кислотное число имели сниженные значения по сравнению с российскими стандартами на розовое масло, что указывает на более низкое содержание кислородсодержащих веществ, в том числе фенилэтилового спирта. Эфирное число эремотецевого масла укладываются в предел варьирования, указанный в международном стандарте. Проведенный ГЖХ-анализ компонентного состава в динамике масло-
накопления показал, что доля монотерпеновых спиртов в аромапродукте увеличена за счет снижения доли фенилэтанола. Эфирное масло, продуцируемое Eremothecium, имеет более низкое значение содержания цитронеллола и более высокое - гераниола по сравнению с розовым маслом, регламентируемым международным стандартом.
Однако следует принять во внимание, что при корректировке параметров биотехнологического процесса получения эремотецевого масла возможно достижение требуемых показателей по розовому маслу, так как гераниол является предшественником других монотерпеновых спиртов. Аромапродукты на основе Eremothecium могут найти широкое применение в химикофармацевтической, пищевой, парфюмернокосметической промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бугорский П.С., Семенова Е.Ф. Душистые вещества мицелиального гриба Ashbya gossypii // Химия природных соединений. - 1991. - № 3. -С. 428.
2. ГОСТ 31791-2012 РФ. Продукция и сырье эфиромасличное, травянистое и цветочное. Технические условия. - Введ. 2014-01-01. - М. : Стандартин-форм, 2013. - 24 с.
3. ОСТ 10-60-87. Масло эфирное розовое. -М.: Стандартинформ, 1988. - 7 с.
4. Рыжаков В.В., Рыжаков М.В. Приложение осред-ненных Q-матриц в экологии и биологии при диагностировании и прогнозировании систем с длительным сроком жизни (применения) и с конечным числом состояний // Известия вузов. Поволжский регион. Серия «Естественные науки». -2013. - № 1. - С. 60-71.
5. Семенова Е.Ф. Биосинтетическая активность и антимикробные свойства Eremothecium ashbyi Guill. // Известия вузов. Поволжский регион. Се-
рия «Медицинские науки». - 2007. - № 4. -С. 44-50.
6. Семенова Е.Ф., Шпичка А.И., Моисеева И.Я. Культурально-морфологические и физиологобиохимические свойства видов рода Eremothecium // Фундаментальные исследования. -2011. - № 6. - С. 210-214.
7. Шпичка А.И., Семенова Е.Ф. Сравнительная характеристика микроорганизмов, синтезирующих de novo летучие душистые вещества // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 8 (часть 5). -С. 1113-1124.
8. Шпичка А.И., Семенова Е.Ф. Современное состояние и перспективы развития биотехнологии на основе эремотеция - продуцента рибофлавина и эфирного масла // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 11. - С. 87-98.
9. Шпичка А.И., Семенова Е.Ф., Преснякова Е.В. Ци-томорфологическое исследование представителей рода Eremothecium // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Серия «Медицинские науки». - 2013. - № 4. - C. 53-60.
10. Bouvier F., Suire C., d’Harlingue A., Backhaus R.A., Camara B. Molecular cloning of geranyl diphosphate synthase and compartmentation of monoterpene synthesis in plant cells // The Plant Journal. - 2000. -Vol. 24, N 2. - P. 241-252.
11. Carrau F.M., Medina K., Boido E., Farina L., Gag-gero C., Dellacassa E., Versini G., Henschke P.A. De novo synthesis of monoterpenes by Saccharomyces cervesiae wine yeast // FEMS Microbiology Letters. -2005. - Vol. 243. - P. 107-115.
12. Hausler A., Munch T. Microbial production of natural flavors // ASM News. - 1998. - Vol. 63, N 10. -P. 551-559.
13. Krings U., Berger R.G. Biotechnological production of flavours and fragrances // Appl. Microbiol. Bio-technol. - 1998. - Vol. 49. - P. 1-8.
14. ISO 9842:2003. Rose oil. - 15 p.
15. Semenova E.F., Shpichka A.I., Moiseeva I.Ya. About explanation of elaboration of essential Eremothecium oil biotechnology // International journal of experimental education. - 2012. -№3. - P. 35-36.
