CC BY
149
УДК [577.161.5 +577.164.2+577.169]: 577.19
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ МИКРОНУТРИЕНТОВ В ПЛОДАХ МОРОШКИ (RUBUS CHAMAEMORUS L.) НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРО-ВОСТОКЕ РОССИИ
Н.В. МАТИСТОВ, О.Е. ВАЛУЙСКИХ, Т.И. ШИРШОВА
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар [email protected]
Показана вариабельность содержания витаминов С и К1, нейтральных липидов и входящих в них жирных кислот, микро- и макроэлементов, пектиновых веществ в плодах морошки на европейском Северо-Востоке России.
Ключевые слова: Rubus chamaemorus L., микронутриенты, биологически активные вещества (БАВ)
N.V. MATISTOV, O.E. VALUYSKIKH, T.I. SHIRSHOVA. QUALITATIVE CHARACTERISTICS AND CONTENT OF MICRONUTRIENTS IN BERRIES OF RUBUS CHAMAEMORUS L. IN THE EUROPEAN NORTHEAST OF RUSSIA
The variability of the content of vitamins C and K1, neutral lipids and higher fatty acids, micro- and macroelements, pectines in berries of R. chamaemorus in the European northeast of Russia is shown.
Key words: Rubus chamaemorus L., micronutrients, biologically active substances (BAS)
Получение различных пищевых добавок (витаминно-минеральных комплексов, красителей, ароматизаторов, стабилизаторов) из натурального сырья в настоящее время производится в соответствии со стандартами, которые определяют необходимые требования к пищевым продуктам, методам их производства, переработки и безопасности использования. Одним из критериев выбора растительного сырья для использования его в промышленных целях является качественный состав и содержание нутриентов. Известно, что эти показатели могут колебаться в широких пределах и зависят от условий произрастания растений, прежде всего от влияния абиотических факторов (температуры, гидротермического режима, атмосферного увлажнения и др.) [1].
Один из ценных ресурсных растений на Севере - морошка приземистая (Rubus chamaemoшs). Популяции этого многолетнего травянистого двудомного длиннокорневищного растения являются доминантами характерных биотопов лесной и тундровой зон. Республика Коми (РК) территориально совпадает с центральной частью ареала морошки, где данный вид произрастает в разных типах местообитаний: на торфяных болотах, в заболоченных сосновых и еловых лесах, сырых ивняках, ерниках, моховых и кустарниковых тундрах [2].
В северных регионах России ресурсная роль морошки особенно значительна для человека. В последние годы этот вид все более активно используется в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности [3]. Ее применяют в дие-
тическом питании, для лечения сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваний, при отравлении тяжелыми металлами, в качестве противолихорадочного средства. Плоды морошки обладают противомикробным, потогонным, спазмолитическим действием, их можно использовать в качестве вспомогательного средства для профилактики и лечения гипоавитаминозов [4].
Цель работы - изучить качественный состав и содержание некоторых микронутриентов в плодах R. chamaemoшs и их вариабельность в зависимости от местообитания этого вида на европейском Северо-Востоке России.
Материалы и методы
Сбор плодов морошки осуществлялся в разных природных зонах на территории Республики Коми в 2009 и 2011 гг. (табл. 1). Как типичные местообитания морошки в подзоне средней и северной тайги выбраны участки по окраине олиготроф-ных болот в сосновых пушицево-кустарничково-сфагновых редколесьях, в лесотундре и тундре -на участках плоскобугристых торфяников в травяно-кустарниковых сообществах. Из каждого местообитания отобрано не менее 200 г зрелых плодов.
Определение содержания аскорбиновой кислоты осуществляли в полевых условиях не позднее 2-3 ч после съема титрованием гомогенатов, полученных из плодов, щелочным раствором 2,6-дихлорфенолиндофенола (реакция Тильманса) [5]. Анализ на содержание пектиновых веществ, нейтральных липидов, филлохинона (витамин К1) вы-
Таблица 1
Места сбора плодов морошки на территории Республики Коми
Номер образ- ца Дата сбора Административный район Природная зона GPS коор динаты
1 09.07.11 Сыктывдинский подзона средней тайги N 61 ° 57' 47,93" E 50° 21' 00,04"
2 06.07.09 Троицко- Печорский подзона средней тайги N 62° 39' 43,79" E 56° 03' 50,46"
3 28.07.09 Усть-Цилемский подзона северной тайги N 65° 30' 54,10" E 50° 41' 35,60"
4 10.08.11 Интинский лесотундра N 65° 59' 29,76" E 60° 12' 36,88"
5 12.08.11 Воркутинский подзона южных гипоаркти- ческих тундр N 67° 23' 48,88" E 64° 25' 17,27"
полняли в условиях лаборатории на сухих образцах. Плоды морошки сушили в вакуумном эксикаторе в присутствии водоотнимающего средства. Пектиновые вещества выделяли по усовершенствованной методике [6]. Массу пектиновых веществ определяли гравиметрическим способом. Анализ содержания витамина К1 проводили спектрофотометрическим методом на спектрофотометре <^Ы-madzu UV-1700 (PharmaSpec)» при длине волны 261 нм [7].
Для выделения нейтральных липидов (НЛ) высушенные и измельченные плоды подвергали трехкратной экстракции гексаном при комнатной температуре и постоянном перемешивании на перемешивающем устройстве «LS210 LOIP» (Россия). Экстракты объединяли, фильтровали через слой безводного №^04 и упаривали в вакууме на роторном испарителе при температуре не выше 40 °С (для предотвращения окисления липидов) до полного исчезновения запаха растворителя. Массовую долю НЛ определяли гравиметрическим методом.
Жирнокислотный состав НЛ устанавливали методом газожидкостной хроматографии метиловых эфиров, полученных по методике [8], на газовом хроматографе «Кристалл 2000 М» (Россия) с пламенно-ионизационным детектором. Метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК) разделяли в изотермическом режиме при температуре термостата колонок 200°С на кварцевой капиллярной колонке 30м х 0.2мм «TR-WAX, ТІїегто». Газ-носитель - гелий, чистота 99.99 %. Скорость потока газа-
носителя через колонку 0,6 мл/мин, деление потока -1:50. Расход вспомогательных газов: водород -20 мл/мин, воздух - 200 мл/мин. Температура испарителя и детектора 250°С. Регистрацию и обработку хроматограмм осуществляли с помощью системы сбора и обработки хроматографических данных «Хроматэк» (Россия). Для идентификации МЭЖК использовали метод хромато-масс-спектрометрии на приборе «TRACE-DSQ (^егто)». Количественный анализ проводили по методу внутреннего стандарта (2,4,5-трихлорфенол).
Компонентный состав и содержание метиловых эфиров жирных кислот, макро- и микроэлементов устанавливали в лаборатории "Экоаналит" Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Содержание металлов в кислоторастворимой форме вычисляли на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой «^рес^о» (ПНД Ф 16.1:2.3.3.11-98). Для определения серы использовали газовую хроматографию (газ-носитель гелий) на элементном анализаторе «1110 (СHNS-O)». Содержание в плодах макро- и микроэлементов морошки выражали в мг/кг сухого вещества.
Результаты и обсуждение
Плоды морошки обладают широким набором полезных веществ, содержат от 3 до 6 % сахаров (глюкоза и фруктоза), органические кислоты - лимонную и яблочную (0,8 %), витамины С (30200 мг%), В (0,025 мг%), РР (0,15 %) и довольно высокое содержание каротина (провитамин А), по содержанию которого морошка превосходит морковь. Кроме того, в плодах морошки содержатся антоцианы, дубильные и пектиновые вещества, макро- и микроэлементы - магний, фосфор, железо, кобальт и др. [9].
Нами показано, что содержание НЛ, аскорбиновой кислоты, витамина К! и пектиновых веществ в плодах морошки выше у растений южных местообитаний, чем в северных (табл. 2). Например, содержание НЛ в плодах морошки на олиготрофных болотах в подзонах средней и северной тайги в среднем составляло 3,34 % и уменьшалось до
Таблица 2
Химический состав плодов морошки
Номер образ- ца Влаж- ность, % НЛ*, % Аскорбиновая кислота, мг/% Витамин К-і*, мг/% Пектиновые вещества*, %
x | S(x) x 1 S(x) x 1 S(x) x 1 S(x)
82
80
80
78
84
3,68
3,22
3,12
2,114
2,101
0,01
0,01
0,01
0,005
0,005
144,82
72,51
68,81
57,39
50,70
0,07
0,05
0,03
0,05
0,02
0,0751
0,0703
0,0738
0,0645
0,0631
0,0005
0,0003
0,0003
0,0003
0,0005
2,63
2,61
2,29
2,20
2,13
0,01
0,01
0,01
0,02
0,01
Примечание.
содержание в расчете на сухое вещество; S(x) -стандартное отклонение внутрилабораторной прецизионности. Полученные данные обработаны статистически с помощью пакета компьютерных программ Statistica for Windows.
2,10 % на участках плоскобугристых торфяников в лесотундре и тундре.
Установлено, что жирнокислотный состав НЛ плодов морошки представлен семью кислотами с длиной цепи С14-С18 и четным числом углеродных атомов (табл. 3). Основными по содержанию были
Таблица 3
Относительное содержание жирных кислот в НЛ плодов морошки (% от общей суммы)
Но- мер об- разца Кислота
С14:0 С16:0 С18:0 С16:1 С18:1 С18:2 С18:3
1 1,1 6,1 2,2 0,3 18,8 42,8 28,6
2 1,2 9,5 2,4 0,1 10,3 40,2 36,3
3 1,1 4,8 2,1 0,6 17,7 50,2 31,5
4 0,4 4,0 1,9 0,8 16,5 42,5 33,9
5 1,2 7,0 1,7 0,5 10,5 37,6 41,5
Прмечание. Названия кислот: С14:0 - миристино-вая; С16:0 - пальмитиновая; С18:0 - стеариновая; С16:1 - пальмитолеиновая; С18:1 - олеиновая; С18:2 - линолевая; С18:3 - линоленовая.
линолевая и линоленовая кислоты, которые относятся к полиненасыщенным высшим жирным кислотам (ПНВЖК) и играют важную роль в растительном и животном организме. ПНВЖК включаются в липидный бислой клеточных мембран, регулируя их микровязкость, проницаемость, электрические свойства, снижая возбудимость, формируя соответствующее липидное окружение мембранных белков и ферментов. Как антиатеросклеротический фактор ПНВЖК способствуют метаболизму холестерина в печени и его элиминированию из организма, а также выступают как ингибиторы фермента (ГМГ-редуктаза), контролирующего биосинтез холестерина [10]. Во всех исследованных образцах, за исключением образца № 5, доля линолевой кислоты по сравнению с другими кислотами превышала 40 %. Олеиновая кислота относится к мононенасы-щенным жирным кислотам, входит в состав многих животных и растительных жиров. В плодах морошки ее содержание достигало 18 %. В целом, доля ненасыщенных жирных кислот в плодах морошки составляла 90 % (рис. 1). Из насыщенных жирных кислот преобладала пальмитиновая кислота, содержание которой, однако, не превышало 9 % (табл. 3).
Анализ содержания аскорбиновой кислоты в плодах морошки показал, что ее количество варьирует от 144,8 (табл. 2, образец № 1, подзона средней тайги) до 50,7 мг% (образец № 5, тундровая зона). Сравнение полученных результатов с литературными показало, что в районах исследований содержание аскорбиновой кислоты в плодах морошки было выше, чем приведенное для плодов морошки из Южной Карелии (12-22 мг%), Прианга-рья и Томской области (18,8 мг%) [11,12]. По данным Национального института здравоохранения (Финляндия), ее количество в местных образцах в среднем составляло 100 мг%.
Рис. 1. Массовая доля насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в нейтральных липидах плодов морошки.
Аскорбиновая кислота относится к одним из основных питательных веществ в рационе человека, которое необходимо для нормального функционирования соединительной и костной тканей. Она выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов, проявляет свойства антиоксиданта. Недостаток в организме витамина С приводит к ослаблению иммунной системы, целому ряду нарушений и является причиной такого острого заболевания, как цинга. Нормальное потребление витамина С особенно важно для жителей северных регионов, где недостаток солнечной энергии, длительный холодный период приводят к его дефициту.
Витамины группы К также относятся к важным для человека компонентам пищи. Существуют два семейства витаминов группы К: филлохиноны -витамины К!, встречающиеся в растениях, и мена-хиноны - витамины К2, имеющиеся у животных и бактерий [13]. Витамин К2 продуцируется бактериями в кишечнике, поэтому его недостаточность проявляется редко, преимущественно при дисбактериозах. Витамин К! играет значительную роль в обмене веществ в костях и соединительной ткани, а также обеспечивает нормальную работу почек, легких и сердца. Участвует в усвоении кальция и обеспечении взаимодействия кальция и витамина D [14]. Суточная потребность в витамине К! составляет 100-200 мкг [15]. По данным Национального института здравоохранения (Финляндия), содержание витамина К! в плодах морошки местного происхождения составляло 9 мг%. Исследованные нами плоды отличаются значительно более низким содержанием этого витамина (табл. 2). При этом соблюдается та же тенденция к снижению содержания витамина К! при продвижении с юга на север.
В исследованных нами образцах морошки обнаружено гораздо более высокое содержание пектиновых веществ (табл. 2) по сравнению с приведенными в литературе данными для плодов из популяций красноярского Приангарья [11].
Пищевая и фармакологическая ценность растений зависит от содержания в них макро- и микроэлементов, которые играют важную роль в
физиологических процессах, протекающих в человеческом организме. В литературе отмечается высокое содержание калия в плодах морошки [11], что подтверждается и нашими данными (табл. 4). Причем и в этом случае наблюдается снижение его содержания при продвижении с юга на север - от зон средней тайги до тундры. Так, в образце № 5 из Воркутинского р-на Республики Коми его содержание в два раза ниже, чем в образцах № 1-3 из более южных районов. В случае натрия наблюдается противоположная картина - содержание его в образцах № 4, 5 (зона тундры) в два-три раза превышает показатели для образцов № 1-3 (зона тайги). Из общего ряда выбиваются значения для образца № 2 (Троицко-Печорский р-н, подзона средней тайги), для которого все показатели гораздо выше, чем для образцов из других подзон.
Таблица 4
Содержание макроэлементов в ягодах морошки
Но- мер образ- ца K Na Са Mg P S
ы ±Д ы ±Д ы ±Д ы ±Д ы ±Д ы ±Д
1 12000 5000 100 40 1400 400 2500 700 2500 700 1200 400
2 18000 7000 110 40 2100 600 3100 900 35001000 1700 500
3 14000 6000 90 40 1400 400 2100 600 2700 800 1000 300
4 9000 4000 230 90 1300 400 2000 600 1900 600 1200 400
5 7000 3000 260 100 1300 400 1600 500 1700 500 1100 300
Примечание. ю - массовая доля элемента, мг/кг сухого вещества;
±Д - абсолютная погрешность определения массовой доли элемента в пробе мг/кг, при р=0,95.
Среди микроэлементов в плодах морошки доминирует марганец (71-130 мг/кг сухого вещества) (рис. 2). Уменьшение содержание микроэлементов можно представить в виде следующего ряда Мп^е^п>Си>Ы>Сг (рис.3). В отличие от БАВ органической природы содержание микроэлементов не зависит от эколого-географических условий произрастания.
Рис. 2. Содержание микроэлементов Zn, Мп, Fe в плодах морошки (здесь и далее столбики слева направо соответствуют образцам №2 1-5, табл. 1).
6 1
5 -]
4
Із
2 I
:н
Cu Ni Сг
Рис. 3. Содержание микроэлементов Cu, Ni, Cr в плодах морошки.
Заключение
Впервые дано описание качественного состава и содержания некоторых групп БАВ и микро-нутриентов в дикорастущих плодах морошки на европейском Северо-Востоке России. Установлено, что плоды морошки содержат до 90 % эссенциаль-ных высших жирных кислот - линолевой, линолено-вой, олеиновой от общей суммы кислот, входящих в состав нейтральных липидов, а также являются ценным источником витамина С, пектиновых веществ и таких микроэлементов, как Mn, Fe, Zn, Cu.
Показана вариабельность содержания БАВ и макроэлементов от места произрастания растений: при продвижении от южной границы Республики Коми (Сыктывдинский р-н, подзона средней тайги) до северной (Воркутинский р-н, подзона южных ги-поарктических тундр) наблюдается снижение их содержания. Эта закономерность не соблюдается для таких микроэлементов, как Cu и Ni.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке интеграционного проекта (Рег. номер 12-и-ч-2072) «Ресурсный и биотехнологический потенциал растений Урала и сопредельной территории европейского Северо-Востока России - продуцентов важнейших групп биологически активных веществ» Программы фундаментальных исследований УрО РАН.
Литература
1. Брусника / В.Ф.Юдина, К.Г.Колупаева, Т.В.Бе-лоногова, Ю.М.Муратов, Г.А.Богданова. М., 1986. 80 с.
2. Валуйских ОЕ, Тетерюк Л.В. Особенности структуры ценопопуляций Rubus chamae-morus L. в зонах тайги и тундры европейского Северо-Востока России // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т.12. № 1(3). С. 652-656.
3. Thiem B. Rubus chamaemorus L. - a boreal plant rich in biologically active metabolites: a review // BIOL. LETT. 2003.N 40(1). P. 3-13.
4. Казьмин В.Д. Лечебные свойства овощей, фруктов и ягод. Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. 320 с.
5. Фармакопея СССР. М.: Медицина, 1968. С. 43-44.
6. Речкина ЕА., Губаненко ГА, Рубчевская Л.П. Выделение пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной // Химия растительного сырья. 2010. № 4. С. 189-190.
7. Методы биохимического исследования растений / А.И.Ермаков, А.А.Арасимович, Н.П.Ярош, Ю.В.Перуанский, Г.А.Луковникова, М.И.Икон-никова. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.
8. А.с. 542932 СССР, G 01 N 1 /28. Способ приго-
товления проб липидов / К.М. Синяк, И.И. Даниленко, З.П. Васюренко и др. Киевский НИИ эпидемиологии, микробиологии и паразитологии; № 2138675; заявл. 26.05.75;
опубл. 15.01.77. Бюл. № 2.
9. Сафонов Н.Н. Полный атлас лекарственных растений. М.: Эксмо, 2005. 136 с.
10. Шабров А.В., Дадали ВА., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. М.: Авваллон , 2003. 183 с.
11. Руш ВА., Лизунова В.В. Химический состав дикорастущих ягод Сибири // Материалы к Всесоюзному научно-производственному совещанию. Киров, 1972. С. 42-44.
12. Баранова И.И., Смирнова Л.М., Ершова Г.Ф. Биологически активные вещества дикорастущих ягод Южной Карелии // Тезисы докладов на Всесоюзном совещании «Изучение, заготовка и охрана лесных дикорастущих ягодников на территории европейской части СССР в связи с задачами освоения природных ресурсов нечерноземной зоны СССР». Петрозаводск, 1980. С. 15-16.
13. Тюкавкина НА., Бауков Ю.И. Биоорганиче-ская химия. М.: Дрофа, 2008. 542 с.
14. Suttie, J.W., Vitamin K, In: Handbook of Lipid research: The fat-soluble vitamins (HF DeLuca, ed.), Plenum Press, 1978. Outstanding review of Vitamin K research from 1930-1978 by one of the leaders in the field.
15. Гичев Ю.Ю., Гичев Ю.П. Руководство по мик-ронутриентологии. М.:Триада-Х, 2006. 264 с.
Статья поступила в редакцию 20.12.2011.
