CC BY
36
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ИЗУЧЕНИЕ МАКРО И МИКРОНУТРИЕНТОВ ЦИСТ АРТЕМИИ АРАЛЬСКОГО МОРЯ
Хажибаев Кувват Ганиевич
базовый докторат, Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук ККО АН РУз,
Узбекистан, г. Нукус E-mail: Khajibayev_93@mail.ru
Бердимбетова Гулсара Есеновна
канд. хим. наук, ст. научн. сотр., Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук
ККО АН РУз, Узбекистан, г. Нукус E-mail: Gulsara2@rambler. ru
Карлыбаева Бахтыгуль Пердебаевана
базовый докторант Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук ККО АН РУз,
Узбекистан, г. Нукус E-mail: bqarlibaeva@inbox. ru
Ощепкова Юлия Игоревна
д-р хим. наук, ст. науч. сотр., Институт биоорганической химии АН РУз,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: Joshepkova05@rambler.ru
STUDY OF MACRO- AND MICRONUTRIENTS OF ARTEMIA CYSTS IN THE ARAL SEA
Quvvat Khajibayev
basic doctoral student Karakalpak Branch Academy of Sciences of Uzbekistan Karakalpak,
Uzbekistan, Nukus
Gulsara Berdimbetova
PhD in ^emistry, senior researcher of the Karakalpak Branch Academy of Sciences of Uzbekistan Karakalpak,
Uzbekistan, Nukus
Baxtigul Qarlibayeva
basic doctoral student Karakalpak Branch Academy of Sciences of Uzbekistan Karakalpak,
Uzbekistan, Nukus
Yuilia Oshchepkova
doctor of chemical science, senior researcher of the Institute ofBiorganic chemistry AS RUz, Uzbekistan,
Uzbekistan, Nukus
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты изучения макро- и микронутриентов цисты Artemia parthenogenetica Аральского моря (А. моря), измельчённой до 40 мкм. Установлено содержание общего белка (49,2%), жира (15,8%) и углеводов (30,6%). Методом ВЭЖХ определено количество водорастворимых витаминов В1, В2, РР, В6, С. Методом ИСП-МС установлено содержание 29 макро- и микроэлементов. Показано высокое содержание эссенциальных макро- (К, Са, Мg, Na, Р) и микроэлементов (Fe, Zn и Se). Особо токсичные элементы кадмий, свинец и мыщьяк отсутствуют или находятся в пределах, допустимых нормой.
ABSTRACT
The results of the study of macro - and micronutrients of the Aral Sea (A. sea) cysts Artemia parthenogenetic, crushed to 40 microns are presented. The content of total protein (49.2%), fat (15.8%) and carbohydrates (30.6%) was determined. The amount of water-soluble vitamins B1, B2, PP, B6, C was determined by HPLC. ICP-MS determined the content of
Библиографическое описание: Изучение макро и микронутриентов цист артемии Аральского моря // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. Хажибаев К.Г. [и др.]. 2019. № 9(63). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7769
29 macro- and microelements. A high content of essential macro- (K, Ca, Mg, Na, P) and micro-elements (Fe, Zn, and Se) is shown. The especially toxic elements cadmium, lead and mousy are missing or are within normal limits.
Ключевые слова: циста, Артемия, макро- и микронутриентов, белок, липид, углевод, витамин, макро-и микроэлементы, масс-спектрометрия, Аральское море.
Keywords: cysts, Artemia, macro- and micronutrients, protein, lipids, carbohydrate, vitamin, macro- and microelement, mass spectrometry, Aral Sea.
Введение
Экологический кризис Приаралья, аридизация, загрязнение окружающей среды, низкий уровень профилактической медицины являются серьезными угрозами для здоровья местного населения, приводящими к распространению инфекционных, обострению хронических заболеваний и резкому снижению иммунитета человека.
Для минимизации негативных антропогенных факторов, во всем мире специалистами ведется активное изучение лечебного и профилактического действия нутрицевтиков и лекарственных средств на основе природного сырья растительного и животного происхождения.
Статистические данные доказывают, что оптимальное питание, которое будет включать сбалансированное соотношение макро- и микронутриентов, окажет существенное влияние на изменение и сохранение здоровья населения в целом.
Одним из перспективных сырьевых источников для получения БАДов, премиксов, нутрицевтиков в Каракалпакстане становятся цисты рачка Л^втга parthenogenetica, которые были обнаружены в акватории А. моря в конце 20 века [2, с. 42; 3, с. 62], и сейчас, вследствие высокой минерализации водной среды, стали единственным, успешно размножающимся видом в А. море, запасы которого в настоящее время достигают промысловых объемов.
Особую ценность представляют цисты, которые как известно, содержат высокий уровень полноценного белка, весь комплекс незаменимых аминокислот, водо- и жирорастворимых витаминов, легкоусвояемых липидов, полиненасыщенных жирных кислот, макро- и микроэлементов, стимуляторов роста, антиоксидантов, что позволяет создать широкий ассортимент биопродуктов.
Достоверно известно из литературных данных, что благодаря высоким адаптационным свойствам, Артемия может динамично менять внешние признаки, и в особенности биохимический состав в зависимости от таких факторов как место обитания, качество пищи, время сбора [1, с. 6-23]. Учитывая эти особенности и широкие возможности местного сырья - возникает необходимость тщательного и сравнительного исследования его химических составных, их оценки в качестве источников природных нутри-цевтиков.
Целью исследования является количественное изучение макро- и микронутриентов цист рачка Лrtemia parthenogenetica А. моря.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись цисты рачка артемии, собранные осенью 2018 г. с побережья А.
моря, предварительно обессоленные (промытые от морских солей на его поверхности), измельченные на шаровой мельнице до размера частиц 40 мкм, при влажности 5,1 ± 0,2%. Полученная мука цист представляет собой порошок темно-коричневого цвета, со специфическим рыбным запахом.
Макронутриенты.
Одним из основных макронутриентов цисты являются белки, липиды и углеводы.
В муке цист артемии, общие липиды определяли экстракцией смесью хлороформ-метанол (2: 1, об/об.) по методу Folch et э1. (1957) [4, с. 497-509], количество общего белка - по методу Кьельдаля [5, с. 22-27], определение количества общего сахара проведено фенол-сернокислотным методом [6, с. 350356] и золы по ГОСТу 26226-95 [7].
Микронутриенты
Водорастворимые витамины определяли методом ВЭЖХ [8, с. 315-324] в обращенно-фазовом, ион-парном варианте, в изократическом режиме со спек-трофлуориметрическим детектированием. Массовую концентрацию витаминов определяли по площади пика при соответствующих длинах волн спектрофо-тометрического детектирования после введения в хроматографическую систему анализируемых проб и градуировочных растворов.
Для определения градуировочного коэффициента готовили серию калибровочных растворов (не менее 5) тиамина и пиридоксина с концентрациями в интервале от 0,01 до 0,200 мкг/мл, рибофлавина с концентрациями от 0,02 до 0,100 мкг/мл, аскорбиновой кислоты с концентрациями в интервале от 0,01 до 0,200 мкг/мл.
ВЭЖХ- анализ стандартных растворов витаминов и испытуемых образцов проводили на колонке Zorbax SB-C18 (4,6 х 75 мм), 3,5^. Буфер А: 0.05 М раствор KH2PO4, pH-2,5; В: CHзCN. Программа градиента - 0,6% В 0-0,5мин; 6% В - 4 мин; 30% В - 12 мин, 60% В - 16 мин. Скорость потока 1 мл/мин, поглощение 254 нм.
Количественное определение микро- и макроэлементов проведено с помощью метода масс-спектро-метрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС), позволяющей одновременно определять почти все химические элементы с низкими пределами обнаружения и широким диапазоном концентрации в рамках одного измерения [9, с. 45-57].
Навеску сухой пробы исследуемого вещества 0,0500-0,5000 г взвешивали на аналитических весах и помещали в тефлоновые вкладыши, добавляли соответствующие количества очищенных концентрированной минеральной кислоты (азотной кислоты (х/ч)
и перекиси водорода (х/ч). Сосуды помещали в автоклавы, закрывали и ставили на прибор микроволнового разложения Berghof c программным обеспечением MWS-3+. Определяли программу разложения исходя из типа исследуемого вещества, указывали степень разложения и количество автоклавов (до 12 шт).
После разложения содержимое в автоклавах количественно переносили в 50 или 100 мл мерные колбы и доводили объем до метки с 0,5% азотной кислотой.
Анализ исследуемого вещества проводили на приборе - оптико-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ОЭС с ИСП). В методе определения указывали оптимальную длину волны определяемых микро- или макроэлементов, при которой они имеют максимальную эмиссию. В построении последовательности анализов указывали количество в мг и степень его разведения в мл. После получения данных, прибор автоматически вычисляет количественное содержание вещества в исследуемом образце и вводит в виде мг/кг или мкг/г с пределами ошибки и RSD в %.
Определение количества общего сахара фенол-сернокислотным методом предусматривает построение калибровочной кривой по РСО глюкозы. Стандартный раствор глюкозы (1мг/мл) готовили в мерной колбе, растворяя 100мг глюкозы в 50мл H2O и далее доведя водой до метки (100мл). Методом раз-
бавления исходного раствора были получены растворы разной концентрации для построения калибровочной кривой.
Для определения общего количества сахара фенол-сернокислотным методом к 0,5 мл стандартных образцов глюкозы концентрации 10, 20, 40, 80, 100, 120 мкг/мл и исследуемому раствору добавляли по 0,5мл 5% раствора фенола и 2,5 мл конц. Н2SO4. Определяли показания светопоглощения оптического прибора (спектрофотометра) при длине волны 480 нм и температуре 100С.
Результаты исследования и их обсуждение
Ценность любого пищевого продукта заключается в его способности удовлетворять потребность организма в белках, незаменимых аминокислотах, липидах, углеводах, витаминах, макро- и микроэлементах. В работе проведена оценка количественного содержания макронутриентов (углеводов, липидов, белка) мукообразного образца цисты артемии А. моря.
При определении содержания общего количества сахара фенол-сернокислотным методом была построена калибровочная кривая стандартных образцов глюкозы различной концентрации. Калибровочная кривая и уравнение линии тренда приведены на рис.1.
Количество общего сахара в исследуемом образце водного экстракта муки цисты Аральского моря, определенное калибровочной кривой по глюкозе и рассчитанное по уравнению, соответствует 30,6 ± 0,2 %.
Рисунок 1. Калибровочная кривая для определения количества глюкозы фенол-сернокислотным методом
Для оценки белковой ценности нашего образца, мы провели анализ литературных данных по содержанию белка в основных пищевых продуктах.
Согласно этим данным, максимальное содержание отмечается в сое (34-35%), говядине (19-22%), баранине (16-21%). В рыбных и других морепродуктах содержание белка колеблется в пределах 10-22%. Причем, при содержании белка в пределах 10-13%,
рыба классифицируется как малобелковая, а выше -как высокобелковая. Так, например, самое высокое содержание белка до 32% присутствует в икре осетровых.
Как видно из таблицы 1, содержание белка в цисте составляет примерно 50%. Высокое содержание белка в цисте артемии А. моря характеризует про-
дукт как высокобелковый сырьевого продукт, который можно использовать для дополнительного обогащения рациона белком и незаменимыми аминокислотами.
О биологической ценности продуктов питания также судят по их липидному компоненту. Так, например, запасные жиры в растениях аккумулируются в основном в семенах. Для зерновых культур содержание жира в семенах составляет в среднем: 2 -6%. Масличные культуры содержат значительно больше жиров: подсолнечник 30 - 50%, соя 20 - 30%, клещевина 50 - 60%. Учитывая, что циста по своей природе является морепродуктом, проведено сравнение количественного содержания жира (около 16%) с
данными для рыб. Жирность рыб колеблется в весьма широких пределах от 0,5 до 20 %. Обычно ее по жирности разделяют на группы: нежирная — до 5 %, среднежирная 5—15 % и жирная, свыше 15 %.
По результатам анализа нашего образца по количественному содержанию жиров (липидов) циста относится к группе жирных продуктов среди рыб, а сравнительно с растениями приближена к масличной культуре сое - продукции средней жирности.
В таблице 1 приведены определенные количественные показатели макронутриентов цисты Артемии А. моря [4-7].
Таблица 1.
Количество макронутриентов цисты артемии А. моря
(M±n, n=3), %
Влажность Жир Белок Углеводы Зола
Цисты, мука 5,1 ± 0,2 15,8 ± 0,5 49,2 ± 0,4 30,6 ± 0,2 7,01 ± 0,3
Как видно из результатов анализа, цисты артемии по своим количественным показателям макронутриентов можно отнести к числу ценного природного сырья в качестве источника получения белка, жира и углеводов.
Не менее важными компонентами продукта питания являются и микронутриенты: витамины, макро- и микроэлементы.
Согласно требованиям и методикам Государственной фармакопеи, при анализе каждый витамин определяется отдельно. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) - один из самых популярных методов определения водорастворимых витаминов, благодаря возможности одновременного определения сразу нескольких соединений. Но одновременное определение всех водорастворимых витаминов в изократическом варианте затруднительно. Решить данную проблему можно, используя либо ион-парные реагенты, либо градиентное элюирова-ние. Для одновременного определения нескольких
витаминов традиционно используется вариант ион-парной хроматографии.
Извлечения водорастворимых витаминов из муки цисты артемии проводили дистиллированной водой при комнатной температуре и перемешивании в течение 2-х часов. Центрифугированием отделяли экстракт от осадка.
При анализе водорастворимых витаминов цисты артемии А. моря массовую концентрацию витаминов определяли по площади пика при соответствующих длинах волн спектрофотометрического детектирования после введения в хроматографическую систему анализируемых проб и градуировочных растворов витаминов (тиамина, пиридоксина, рибофлавина и аскорбиновой кислоты).
На рисунке 2 представлена хроматограмма смеси исследуемых стандартных витаминов и время их удерживания в аналитической колонке.
т------I " !..... [—' I---'-[ ......Г- п,,[........Г1"" '1-|-1--1-I-1-|-1-I-1---1--р—...---Г • "11......--~f-1--1---|----;---
1 2 3 4 5 6 mir
Рисунок 2. ВЭЖХ- анализ стандартной смеси водорастворимых витаминов на колонке 4,6 х 75 мм Zorbax ББ-С18, 3,5цш. Буфер А: 0.05 Мраствор КН2РО4рН-2,5; В:СНзС^. Программа градиента - 0,6% В 0-0,5мин; 6% В 4мин; 30% В 12мин. Скорость потока 1мл/мин, поглощение 254 нм.
Таблица 2.
Количество водорастворимых витаминов цисты артемии А. моря мг/кг (М±п, п=3)
B1 Б2 РР Б6 С
Цисты, мука 12,25±0.7 27,42±0,8 150,7±0,1 18,40±0,3 425,2±0,5
Проведенный анализ показал наличие витаминов В1, В2, В6, РР, С. Полученные данные по содержанию водорастворимых витаминов представлены в таблице 2.
Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи человека, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности любого организма. Кроме того, элементный состав природных объектов может также отражать воздействие окружающей среды и определять уровень их экологической чистоты, способности накапливать токсические элементы, для оценки качества и безопасности применения в качестве биопродуктов [11, с. 79-84].
Для получения достоверной информации об элементном составе цисты артемии А. моря был использован метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Это современный, эффективный, высокочувствительный метод анализа, способный определять одновременно почти все химические элементы с низкими пределами обнаружения и широким диапазоном концентрации в рамках одного измерения [9, с. 45-57].
Изучение элементного состава цисты артемии и его золы показало наличие 29 элементов. Среди них, в наибольшем количестве содержатся эссенциальные (жизненно-важные для человека) макроэлементы, та-
кие как К, Са, Мg, №, Р, а из эссенциальных микроэлементов следует отметить высокое содержание Fe и Zn.
Особо следует отметить наличие среди них селена ^е). Новейшие результаты научных исследований показали, что селен является одним из наиболее перспективных антиканцерогенных факторов пищи [10, с. 34-42].
Среди микроэлементов присутствуют и условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах) - (Аб), (Ga), (Д), (№), (V), (Сб), токсичные - (М), (Ва), (Be), (Bi), (СЯ), (Pb), (Tl) и потенциально-токсичные микроэлементы - (Ag), (Rb), (Sr).
Для оценки экологической чистоты цист особое значение имеют результаты определения в них особо токсичных металлов, таких как кадмий, свинец и мышьяк. Результаты проведенных исследований показали отсутствие кадмия в муке цисты и невысокое содержание остальных особо токсичных элементов.
В таблице 3 отражены данные, полученные при анализе, для измельченной (муки) цисты и золы.
Как видно из результатов анализа, содержание макро- и микроэлементов в муке цист достаточное для обеспечения суточной потребности организма.
Содержание тяжелых и особо токсичных металлов в исследуемом образце находится в пределах допустимых норм.
Таблица 3.
№ Наименование показателей Фактически, мг/кг
Цисты, мука Цисты, зола
Макроэлементы
1 (Са) 2081.02 25607,7
2 (К) 5438.05 170219,12
3 (М) 1739.51 52025,18
4 (Ка) 870.393 71552,22
5 (Р) 8560,612 239579
6 (Si) 0,89125 601,721
Микроэлементы
1 (А1) 153.601 2364,71
2 (А) 9.45395 31,1481
3 (Ай) 0.152687 0,0193505
4 (Ва) 6.50094 21,4876
5 (Ве) 0.016988 0,8912
6 (Bi) 0.957058 23,2913
7 (Cd) 0 0,6815
8 (Со) 0.980075 31,6473
Количество макро- и микроэлементов цисты артемии А. моря (М±п, п=3)
9 (Cr) 2.83083 14,6677
10 (Cs) 2.51530 18,2596
11 (Cu) 7.46502 104,807
12 (Fe) 646.810 14491,3
13 (Ga) 0,09812 11,2794
14 (Li) 0.574831 48,9486
15 (Mn) 11.2307 217,633
16 (Ni) 3.64529 35,7078
17 (Pb) 63.1838 5,80466
18 (Rb) 3.40011 85,2015
19 (Se) 14.6589 0,019894
20 (Sr) 39.7572 924,035
21 (Tl) 8.29429 35,2571
22 (V) 2.65396 5,15474
23 (Zn) 110.989 1696,08
Таким образом, цисты артемии Аральского моря в виде мукообразного порошка включают в себя все основные виды макро- и микронутриентов - белки, углеводы, липиды, водорастворимые витамины,
макро- и микроэлементы в достаточно большом количестве, и могут послужить сырьевым источником для создания нутрицевтиков.
Список литературы:
1. Rudneva. I.I. Artemia Prospects for use in the national economy// Kiev naukova dumka (1991) 6-23
2. Brad Marden, Gilbert Van Stappen, Ablatdyin Musaev, Iskandar Mirabdullayev, Iliya Joldasova, Patrick Sorgeloos. Assessment of the production potential of an emerging Artemia population in the Aral Sea, Uzbekistan// Journal of Marine Systems 92 (2012) 42-52
3. Musaev A.K., Abdurahimova A.H., Mirabdullaev I.M. Quality of cysts of Artemia of the Aral// Вестник Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан. №1, 2012-г, 62-64
4. Folch J., Lees M., Stanley G.H., 1957, A simple method for isolation and purification of total lipids from animal tissues// J. Biol. Chem. 226, 497-509
5. Khajibayev Q. G'., Olimjonov Sh.S., Oshchepkova Y.I., Berdimbetova G.E. Determination of the quality and chemical composition of the Aral Sea Artemia cysts// Science and Education in Karakalpakstan 2018 №4 22-27
6. Dubois M., Gilles K.A., Hamilton J., Robers P.A., Smith F. Colorimetrik method for determination of sugars and reiated substances// Analyt. Chem. 1956.V.28.P.350-356.
7. ГОСТ 26226-95. Межгосударственный стандарт. Методы определения сырой золы.
8. Бендрышев А.А., Пашкова Е.Б., Пирогов А.В., Шпигун О.А. Определение водорастворимых витаминов в витаминных премиксах, биологически - активных добавках и фармацефтических препаратах методом ВЭЖХ с градиентным элюированием// Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия. 2010. Т. 51. №4 315-324стр.
9. Смирнова Е. В., Зарубина О. В. Определение Макро- и микроэлементов в биологических стандартных образцах растительного и животного происхождение методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой// Стандартные образцы 2014г. №3 45-57стр.
10. Полянская И.С. Новая классификация биоэлементов в биоэлементологии// Молочно-хозяйственный вестник, №1(13), 1 кв.2014
11. Слепян., Ивановна Л.К., Евгеньевна И.Г., Николаевна О.П., Сергеевна Н.В., Александровна М.Я., Владимировна М., Шантырь И.И. Биоэлементы в листьях тропических лекарственных растений Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey(Araliaceae), Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и биологически активных добавок// butlerov.com © Butlerov Communications. 2014.Vol.37. No.3. P.79-84
