CC BY
338
УДК 543.544:547.913
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ЛИМОНА, РОЗОВОГО ГРЕЙПФРУТА, КОРИАНДРА, ГВОЗДИКИ И ИХ СМЕСЕЙ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
© А.Л. Самусенко
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, ул. Косыгина, 4,
Москва, 119991 (Россия), e-mail: [email protected]
Методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии исследованы антиоксидантные свойства индивидуальных эфирных масел лимона (Citrus limon), розового грейпфрута (Citrus paradisi), кориандра (Coriandrum sativum L.), почек гвоздики (Caryophyllus aromaticus L.) и их смесей. Оценка антиоксидантных свойств проведена по реакции окисления алифатического альдегида (гексаналя) в соответствующую карбоновую кислоту. Найдено, что наибольшей антиокси-дантной активностью обладало эфирное масло гвоздики, а наименьшей - грейпфрута. Смеси эфирных масел, содержащие масло гвоздики, также эффективно ингибировали окисление гексаналя. Обнаружены синергетический и антагонистический эффекты в смесях эфирных масел. изучены изменения в составе эфирных масел и их смесей при длительном хранении на свету. Наблюдали увеличение стабильности цитраля в смеси эфирных масел лимона и кориандра по сравнению с индивидуальными маслами.
Ключевые слова: пряно-ароматические растения, эфирные масла, антиоксидантная активность, капиллярная газовая хроматография.
Введение
использование природных антиоксидантов в пищевых продуктах, напитках и парфюмерной промышленности в последнее время значительно возросло вследствие растущего интереса потребителей к ингредиентам природного происхождения, так как синтетические добавки потенциально вредны [1, 2]. В связи с этим отмечено [3], что альтернативой синтетическим антиоксидантам могут служить эфирные масла пряно-ароматических растений. В последнее время в результате многочисленных исследований установлена биологическая активность эфирных масел пряно-ароматических растений, в том числе антиоксидантная [4-8]. В ряде работ показано, что добавки эфирных масел к свежим ягодам и фруктам увеличивают антиоксидантную (АО) активность последних [9-10]. Методы определения АО активности эфирных масел приведены в недавно опубликованном обзоре [11].
Биологическая активность эфирных масел зависит от их состава. Показано, что сильными антибактериальными и АО свойствами обладают эфирные масла, содержащие замещенные фенолы - эвгенол, тимол, карвакрол и гваякол [12-17]. изучение индивидуальных терпенов и фенолов, являющихся компонентами различных эфирных масел, показало, что многие терпены обладают АО и антирадикальной активностью; причем активность циклических монотерпеновых углеводородов с двумя двойными связями сопоставима с активностью полифенолов и a-токоферола [18-19]. Важным качеством эфирных масел является стабильность их состава в процессе их использования. Однако сведений об изменениях состава масел в процессе их хранения недостаточно. Установлено, что эфирные масла душицы [20], гвоздики, кардамона [21], майорана [22], лавра и фенхеля [23] значительно изменялись в процессе их хранения, при этом основным являлось окисление отдельных компонентов эфирных масел. Было показано, что устойчивость лабильных компонентов масла фенхеля существенно увеличивалась в смеси с эфирными маслами кориандра и лавра [23].
Цель работы - изучение АО свойств эфирных масел лимона, розового грейпфрута, кориандра, гвоздики и их смесей и сопоставление АО активности с изменением состава эфирных масел в процессе автоокисления.
Экспериментальная часть
исследовали свежие образцы эфирных масел: лимона (Citrus limon), («R. C. TREATT», Великобритания), розового грейпфрута (Citrus paradisi) («Frutarom», израиль), кориандра (Coriandrum sativum L.) и почек гвоздики (Caryophyllus aromaticus L.) («Plant Lipids Ltd.», индия), а также смеси масел лимона и гвоздики (1 : 1), лимона и кориандра (1 : 1), лимона, кориандра и гвоздики (1 : 1 : 1).
Для оценки АО свойств эфирных масел и их смесей в 50 мл н-гексана растворили 400 мкл гексаналя и 400 мкл н-додекана (8 мкл/мл); последний служил внутренним стандартом. Раствор разделили на аликвоты по 5 мл, которые поместили в стеклянные пробирки объемом 10 мл, и добавили по 600 мкл (120 мкл/мл) эфирных масел лимона, розового грейпфрута, кориандра и гвоздики или по 600 мкл смесей этих масел в указанных выше соотношениях. В контрольный образец масло или смесь масел не добавляли. Каждый образец был приготовлен двукратно. Образцы в закрытых пробками пробирках держали на свету при комнатной температуре в течение 145 суток. источником света служило естественное освещение в лаборатории. Каждую неделю пробирки открывали и продували 10 мл воздуха с помощью пипетки. Количественное содержание гексаналя в пробирках определяли методом капиллярной газовой хроматографии через каждые 8-12 сут в первые 3 мес. хранения, а затем с интервалом в 1 мес. изменения в составе эфирных масел фиксировали через 1, 2, 3, 4 и 5 мес. с начала хранения.
Газохроматографический анализ образцов эфирных масел и их смесей проводили на хроматографе «Micromat-412» фирмы «Nordion Instr.» (Финляндия) на кварцевой капиллярной колонке SPB-1 («Supelco», США, 35 м х 0.32 мм, толщина слоя фазы 0.25 мкм) при программировании температуры колонки от 60 до 250 °С со скоростью 8°/мин. Скорость газа-носителя - гелия - составляла 1 мл/мин, температура инжектора и пламенно-ионизационного детектора - 250 °С. идентификацию компонентов в образцах масел осуществляли на основе величин индексов удерживания путем их сопоставления с литературными [24] или экспериментальными данными, полученными нами. Количественное содержание гексаналя и компонентов эфирных масел рассчитывали по отношению площадей пиков, соответствующих веществам и внутреннему стандарту, содержание которого принимали кратным 8 мкл/мл. Степень окисления гексаналя и компонентов эфирных масел (отн. %) определяли по отношению к их содержанию в исходных образцах.
Результаты и обсуждение
Для оценки антиоксидантной активности (АОА) исследуемых эфирных масел и их смесей мы использовали тест «альдегид/карбоновая кислота» [12, 14]. Метод основан на ингибировании автоокисления альдегида до карбоновой кислоты, в нашем случае - до гексановой, в присутствии веществ, обладающих АОА. Этот метод в сочетании с капиллярной ГЖХ позволяет изучить АО свойства, а также определить количественные изменения в содержании каждого компонента эфирных масел при их автоокислении. При использованном соотношении гексаналя и эфирного масла 1 : 15 гексаналь не влиял на автоокисление эфирного масла. В контрольном растворе гексаналь окислялся полностью до гексановой кислоты за 145 суток, при этом уже через 27 суток его количество составляло 45% от исходного, через 60 суток -13%, а через 110 суток оставалось только 3% не окисленного гексаналя. Эфирные масла и их смеси в той или иной степени ингибировали окисление гексаналя. На рисунке 1 приведено количество гексаналя (отн. %), оставшегося неокисленным в изученных системах через 110 суток. Этот показатель мы использовали в качестве критерия для оценки относительной антиоксидантной активности эфирных масел и их смесей. Как видно, из индивидуальных масел максимальной АОА обладало масло гвоздики, в присутствии которого окисление гексаналя начиналось только после 90 суток хранения, а через 110 суток сохранялось 84% альдегида. Масло розового грейпфрута обладало минимальной АОА, причем значительное окисление альдегида наблюдали уже через неделю хранения. Скорость окисления гексаналя в присутствии этого масла была намного выше, чем в других маслах. Масло кориандра практически полностью ингибировало окисление альдегида в течение 60 суток, но затем его окисление проходило с возрастающей скоростью. Такой же АОА обладало масло лимона, но скорость окисления гексаналя была меньше, чем в системе с эфирным маслом кориандра. Это связано, с нашей точки зрения, с тем, что используемое масло кориандра содержало только 2% у-терпинена, тогда как в лимонном масле его содержание составляло 12.5%. Как было показано в [17], у-терпинен обладает АОА, сопоставимой с активностью фенольных антиоксидантов. Поэтому следовало ожидать, что смесь эфирных масел лимона и кориандра будет обладать величиной АОА, проме-
жуточной между величинами АОА лимонного масла и масла кориандра, так как в их смеси (1 : 1) содержание у-терпинена составляло около 7%. Однако полученные нами результаты показали, что АОА этой смеси меньше, чем каждого из масел, взятых в отдельности (рис. 1). По-видимому, в данном случае мы имеем дело с антагонистическим эффектом, возникающим при смешении масел лимона и кориандра. Самой высокой АОА обладала смесь эфирных масел лимона и гвоздики, т.е. при смешении этих масел проявляется обратный антагонистическому - эффект синергизма (рис. 1). Интересно отметить, что аналогичное явление -проявление эффектов антагонизма и синергизма наблюдали при смешении масел гвоздики и корицы в работе [25], посвященной изучению антибактериальных свойств эфирных масел.
Согласно данным работы [17], антиоксидантными свойствами обладали практически все соединения, входящие в состав изученных эфирных масел, но их активность значительно различалась. Так, АОА индивидуальных у- и а-терпиненов, терпинолена в модельной системе окисления метил линолеата составляла 80-95%, лимонена, а- и р-пиненов - около 30% [17]. Эфирное масло грейпфрута содержало около 94% лимонена, найденная нами его АОА составляла 32% (рис. 1), что совпадало с литературными данными [17].
Мы проследили за изменениями содержания каждого компонента эфирных масел в процессе их автоокисления и оценили влияние состава эфирных масел на скорость окисления основных компонентов (рис. 2-5) и АОА (рис. 1). В исходном эфирном масле грейпфрута концентрация лимонена - 96%, при хранении она монотонно уменьшалась и через 120 суток составила только 46% от исходной (рис. 2). Одновременно отмечено увеличение содержания эпоксилимонена, карвона и а-терпинеола, которые образуются при окислении лимонена. В конце хранения наблюдали помутнение раствора и существенное изменение запаха масла. Ранее отмечено высокое содержание антоцианинов и флаваноидов в грейпфруте и других цитрусах [26-27]; однако отсутствие в составе эфирного масла розового грейпфрута соединений с выраженной АОА делает его самым слабым антиоксидантом среди всех исследованных масел.
Основными компонентами лимонного масла являлись лимонен, р-пинен и у-терпинен. Кроме того, в лимонном масле содержалось 2% цитраля (нераль и гераниаль). Сравнение скоростей окисления компонентов масла лимона и гексаналя показало, что гексаналь окислялся медленнее, чем у-терпинен, а последний полностью окислялся в р-цимен по схеме:
у-терпинен
р-цимен
8 “Г
1 Ї5
О I
со то н о о £ ф ф и- I-
2
о
4 5
Образцы
Рис. 1. Содержание гексаналя (отн. %) в растворе после хранения на свету в течение 110 сут в присутствии индивидуальных эфирных масел и их смесей: 1 - контроль; 2 - лимон;
3 - розовый грейпфрут; 4 - кориандр;
5 - гвоздик; 6 - лимон + гвоздика; 7 - лимон + кориандр; 8 - лимон + кориандр + гвоздика
Время, сут
Рис. 2. Лимонен: 1 - розовый грейпфрут;
2 - лимон + кориандр; 3 - кориандр; 4 - лимон; 5 - лимон + кориандр + гвоздика; 6 - лимон + гвоздика
Время, сут
Рис. 3. Гераниаль: 1 - лимон; 2 - лимон + гвоздика; 3 - лимон + кориандр + гвоздика; 4 - лимон + кориандр
Время, сут
Рис. 4. Линалоол: 1 - розовый грейпфрут;
2 - лимон + кориандр; 3 - кориандр; 4 - лимон + кориандр + гвоздика; 5 - лимон
Время, сут
Рис. 5. у-Терпинен: 1 - кориандр; 2 - лимон + кориандр; 3 - лимон; 4 - лимон + кориандр + гвоздика; 5 - лимон + гвоздика
Изменение количества основных компонентов (отн. %) в составе эфирных масел и их смесей при автоокислении на свету (общий заголовок к рисункам 2-5)
При этом концентрация р-цимена увеличивалась в той же степени, в какой уменьшалась концентрация у-терпинена. Полному окислению подверглись также циклические монотерпеновые углеводороды, а-терпинен и а-терпинолен, однако их содержание в лимонном масле и до хранения было невелико. Содержание основного компонента - лимонена стало снижаться после 60 суток хранения, но осталось все же достаточно высоким (рис. 2). В лимонном масле, в отличие от масла грейпфрута, терпинены, а также цитраль (на примере гераниаля, рис. 3) ингибировали окисление лимонена. Мы не наблюдали деградацию остальных мо-нотерпеновых углеводородов, входящих в состав эфирного масла лимона.
Эфирное масло кориандра, как и лимонное масло, имело в своем составе активный антиоксидант -у-терпинен, однако его содержание было гораздо меньше, около 2%. При хранении масла у-терпинен практически полностью окислялся за 60 суток (рис. 5). Интересно отметить, что в эти же 60 суток содержание остальных компонентов эфирного масла кориандра оставалось без изменения, а также в это же время не окислялся гексаналь. Но после полного исчезновения у-терпинена окисление гексаналя проходило с высокой скоростью; уменьшалось также количество лимонена (рис. 2) и линалоола (рис. 4), которые окислялись в терпинеол, карвон и линалоолоксиды. Таким образом, в эфирном масле лимона и кориандра АО свойствами обладали у-терпинен, цитраль, лимонен и линалоол. В смеси этих масел концентрация у-терпинена и лимонена была больше, чем в масле кориандра, но меньше, чем в масле лимона. Меньше были концентрации цитраля и линалоола. В результате гексаналь (рис. 1), лимонен (рис. 2) и линалоол (рис. 4) в этой смеси
* Количество любого из исследованных компонентов масел до окисления принималось равным 100%.
окислялись в большей степени, чем в системах с индивидуальными маслами, но степень окисления гера-ниаля была меньше (рис. 3).
Таким образом, добавление эфирного масла кориандра к маслу лимона уменьшало по сравнению с индивидуальными маслами стабильность лимонена и линалоола, но увеличивало сохранность ключевого компонента запаха лимона - цитраля, так как в этой смеси через 120 суток хранения его свыше 50%, а в масле лимона только 10%.
В отличие от масел лимона, розового грейпфрута и кориандра масло гвоздики не подверглось какому-либо значительному изменению в своем составе даже при длительном (5 мес.) хранении на свету. Из основных компонентов гвоздичного масла - эвгенола, р-кариофиллена и эвгенил ацетата незначительное окисление наблюдали только для р-кариофиллена, при этом возрастало содержание его оксида (рис. 6). Эфирное масло гвоздики содержало около 80% эвгенола и поэтому являлось эффективным антиоксидантом (рис. 1). Полученные нами данные находятся в соответствии с данными работ [15, 17, 19, 28], где отмечена высокая АОА эфирного масла гвоздики. Смесь, состоящая из двух «лидеров-антиоксидантов», а именно - эфирных масел гвоздики и лимона, также обладала высокой АОА (рис. 1). Более того, состав этой смеси практически не изменялся в процессе хранения. Деградация монотерпеновых углеводородов была незначительна, а окисление у-терпинена до р-цимена происходило медленнее, чем в индивидуальном лимонном масле (рис. 5). Можно полагать, что в паре «гвоздика + лимон» эфирное масло гвоздики увеличивало стабильность компонентов масла лимона, а также отвечало за высокую АОА смеси в целом. В смеси трех эфирных масел: лимона, кориандра и гвоздики стабильность лимонена и у-терпинена была значительно больше, чем в индивидуальных маслах, но меньше, чем в смеси масел лимона и гвоздики (рис. 2 и 5). Присутствие эвгенола в смесях не влияло на стабильность гераниаля (рис. 3) и незначительно увеличивало устойчивость линалоола (рис. 4).
Таким образом, проведенное исследование показало, что эфирные масла лимона, розового грейпфрута, кориандра и гвоздики обладают антиоксидантной активностью, которая в значительной степени зависит от состава масел. АОА масел, стабильность масел в процессе хранения, скорость окисления отдельных компонентов эфирных масел сложным образом связаны с составом масел и их смесей, а также с концентрацией и соотношением наиболее активных компонентов. Знания о взаимном влиянии компонентов на свойства и стабильность системы в целом позволяют целенаправленно регулировать эти качества путем составления смесей эфирных масел или их компонентов с заранее заданными свойствами.
Рис. 6. Изменение содержания основных компонентов (отн. %) в составе эфирного масла почек гвоздики при хранении на свету в течение
5 мес.: І - эвгенол; 2 - р-кариофиллен;
З - фарнезен; 4 - эвгенил ацетат; З - 5-кадинен,
6 - кариофиллен оксид
Компоненты эфирного масла гвоздики
Выводы
Методом капиллярной газовой хроматографии найдено, что наибольшей антиоксидантной активностью обладало эфирное масло гвоздики, а наименьшей - розового грейпфрута.
Обнаружены синергетический и антагонистический эффекты в смесях эфирных масел лимона и гвоздики, лимона и кориандра соответственно.
Шблюдали увеличение стабильности ключевого компонента запаха лимонного масла - цитраля в смеси эфирных масел лимона и кориандра по сравнению с индивидуальными маслами.
Список литературы
1. Schilderman P., ten Vaarwerk F.J., Lutgerink J.T., Van der Wurff A., ten Hoor F., Kleinjans J.C. Induction of oxidative DNA damage and early lesions in rat gastro-intestinal epithelium in relation to prostaglandin H synthase-
mediated metabolism of butylated hydroxyanisole // Food Chem. Toxrcol. 1995. V. ЗЗ. Pp. 99-109.
2. Witschi H., Morse C. Enhanced lung tumor formation in mice by dietary BHT // J. Natl. Cancer Inst. 198З. V. 71.
Pp. 859-866.
140
120
100
80
60
40
20
0
0 1 2 б
0 1 2 б 0 1 2 б 0 1 2 б 0 1 2 б 0 1 2 б
1
3. Durling N.E., Catchpole O.J., Girey J.B., Webby R.F., Mitchell K.A., Foo L.Y., Perry N.B. Extraction of phenolics and essential oils from dried sage (Salva officinalis) using methanol-water mixture // Food Chemistry. 2007. V. 101, N4. Pp. 1417-1424.
4. Zhelyazkov V.D., Cantrell C.L., Tekwani B., Khan S.I. Content, composition, and bioactivity of the essential oils of three basil genotypes as a function of harvesting // J. Agric. Food Chem. 2008. V. 56, N2. Pp. 380-385.
5. Murcia M.A., Egea I., Romojaro F., Parras P., Jimeanez A.M., Martianez-Tomea M. Antioxidant evaluation in dessert species compared with common food additives. Influence of irradiation procedure // J. Agric. Food Chem. 2004. V. 52, N7. Pp. 1872-1881.
6. Sacchetti G., Maietti S., Muzzoli M., Scaglianti M., Manfredini S., Radice M., Bruni R. Comparative evaluation of 11 essential oils of different origin as functional antioxidants, antiradicals and antimicrobials in foods // Food Chem. 2005. V. 91, N4. Pp. 621-632.
7. Wei A., Shibamoto T. Antioxidant activities and volatile constituents of various essential oils // J. Agric. Food Chem.
2007. V. 55, N5. Pp. 1737-1742.
8. El-Ghorab A., Shaaban H.A., El-Nassry K.F., Shibamoto T. Chemical composition of volatile extract and biological activities of volatile and less-volatile extracts of juniper berry (Juniperus drupacea L.) fruit // J. Agric. Food Chem.
2008. V. 56, N13. Pp. 5021-5025.
9. Wang C.Y., Wang S.Y., Chen C. Increasing antioxidant activity and reducing decay of blueberries by essential oils // J. Agric. Food Chem. 2008. V. 56, N10. Pp. 3587-3592.
10. Wang C.Y., Wang S.Y., Yin J.J., Parry J., Yu L.L. Enhancing antioxidant, antiproliferation, and free radical scavenging activities in strawberries with essential oils // J. Agric. Food Chem. 2007. V. 55, N16. Pp. 6527-6532.
11. Moon J.-K., Shibamoto T. Antioxidant assays for plant and food components // J. Agric. Food Chem. 2009. V. 57, N5. Pp. 1655-1666.
12. Lee K.-G., Shibamoto T. Determination of antioxidant potential of volatile extracts isolated from various herbs and spices // J. Agric. Food Chem. 2002. V. 50, N17. Pp. 4947-4952.
13. Dorman H.J.D., Figueiredo A.C., Barroso J.G., Deans S.G. In vitro evaluation of antioxidant activity of essential oils and their components // Flavour Fragr. J. 2000. V. 15. Pp. 12-16.
14. Lee K.-G., Shibamoto T. Antioxidant properties of aroma extract isolated from clove buds [Syzygium aromaticum (L.) Merr. et Perry] // Food Chemistry. 2001. V. 74, N4. Pp. 443-448.
15. Kahkonen M.P., Hopia A.I., Vuorela H. J., Rauha J.-P., Pihlaja K., Kujala T.S., Heinonen M. Antioxidant Activity of Plant Extracts Containing Phenolic Compounds // J. Agric. Food Chem. 1999. V. 47, N10. Pp. 3954-3962.
16. Areias F., Valentao P., Andrade P.B., Ferreres F., Seabra R.M. Flavonoids and Phenolic Acids of Sage: Influence of Some Agricultural Factors // J. Agric. Food Chem. 2000. V. 48, N12. Pp. 6081-6084.
17. Ruberto G., Baratta M.T. Antioxidant activity of selected essential oil components in two lipid model systems // Food Chemistry. 2000. V. 69, N2. Pp. 167-174.
18. Yanishlieva N.V., Marinova E.M., Gordon M.H., Raneva V.G. Antioxidant activity and mechanism of action of thymol and carvacrol in two lipid systems // Food Chemistry. 1999. V. 64, N1. Pp. 59-66.
19. Foti M.C., Ingold K.C. Mechanism of inhibition of lipid peroxidation by y-terpinene, an unusual and potentially useful hydrocarbon antioxidant // J. Agric. Food Chem. 2003. V. 51, N9. Pp. 2758-2765.
20. Sivropoulou A., Papanikolaou E., Nikolaou C., Kokkini S., Lanaras T., Arsenakis M. Antimicrobial and Cytotoxic Activities of Origanum Essential Oils // J. Agric. Food Chem. 1996. V. 44, N5. Pp. 1202-1205.
21. Gopalakrishnan N. Studies on the Storage Quality of CO2 -Extracted Cardamom and Clove Bud Oils // J.Agric. Food Chem. 1994. V. 42, N3. Pp. 796-798.
22. Мишарина Т.А., Полшков А.К, Ручкина Е.Л., Медведева И.Б. Изменение состава эфирного масла майорана в процессе хранения // Прикладная биохимия и микробиология. 2003. T. 39, №3. C. 353-358.
23. Мишарина Т.А., Полшков А..К Антиоксидантные свойства эфирных масел. Автоокисление эфирных масел лавра, фенхеля и их смеси с эфирным маслом кориандра // Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т. 41, №6. С. 693-702.
24. Jennings W., Shibamoto T. Qualitative Analysis of Flavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. New York; London; Sydney; Toronto; San Francisco, 1980. 472 p.
25. Goni P., Lopez P., Sanchez C., Gomez-Lus R., Becerril R., Nerin C. Antimicrobial activity in the vapour phase of a combination of cinnamon and clove essential oils // Food Chemistry. 2009. V. 116, N4. Pp. 982-989.
26. Harnly J.M., Doherty R.F., Beecher G.R., Holden G.R., Haytowitz D.B., Bhagwat S., Gebhardt S. Flavanoid content of US fruits, vegetables, and nuts // J. Agric. Food Chem. 2006. V. 54, N26. Рp. 9966-9977.
27. Dugo P., Piperno A., Romeo R., Cambria M., Russo M., Carnovale C., Mondello L. Determination of oxygen heterocyclic components in citrus products by HPLC with UV detection // J. Agric. Food Chem. 2009. V. 57, N15. Рp. 6543-6551.
28. Jirovitz L., Buchbauer G., Stoilova I., Stoyanova A., Krastanov A., Shmidt E. Chemical Composition and antioxidant properties of clove essential oil // J. Agric. Food Chem. 2003. V. 51, N17. Pp. 6303-6307.
Поступило в редакцию 8 апреля 20І0 г.
