CC BY
260
УДК 581.48:582.663 (571.56-191.2) А Н. Журавская, И. В. Воронов, Е. Р. Поскачина
ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА СЕМЯН И ЛИСТЬЕВ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА AMARANTHUS L. , ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Исследовано содержание общего белка, масла, сквалена в семенах и амарантина в листьях трёх видов амаранта (A. hypochondriacus, A. cruentus, A.retroflexus), выращиваемых в Центральной Якутии. Показано, что наибольшее количество масла получено из семян A. retroflexus при холодном отжиме. Максимальное содержание сквалена и общего белка было выявлено в семенах A. hypochondriacus (сорт «Янтарь») и A. retroflexus. Наибольшие количество амарантина было выделено из листьев A. retroflexus и A. сruentus (сорт «Чергинский»). Исследования показали, что щирица запрокинутая может конкурировать по содержанию ряда биологически активных веществ с сортами амаранта, рекомендованными для возделывания в Сибири.
Ключевые слова: род Amaranthus L. , семена, масло, сквален, белок, амарантин.
A. N. Zhuravskaya, I. V. Voronov, E. R. Poskachina
Determine of the component composition of the seeds and leaves of Amaranthus L. genus growing in Central Yakutia
The content of total protein, oil, squalene in seeds and amaranthine in leaves of three amaranth species (A. hypochondriacus, A. Cruentus, A.retroflexus) growing to Central Yakutia were investigated. It is shown that the greatest amount of oil obtained from seeds of A. retroflexus by cold pressing. The maximum content of squalene and total protein were found in the seeds of A. hypochondriacus (“Amber” variety) and A. retroflexus. The greatest number of Amaranthine was allocated from the leaves of A. retroflexus and A. cruentus (“Tcherginsky” variety). Studies have shown that A. retroflexus can compete on the content of biologically active substances with amaranth varieties recommended for cultivation in Siberia.
Key words: Amaranthus L. genus, seeds, oil, squalene, protein, amaranthine.
Якутия относится к территориям рискованного земледелия с коротким летом, обеднёнными и засоленно-защелоченными почвами, с высокой среднегодовой амплитудой колебания температур и влиянием многолетней мерзлоты [1]. Для преодоления недостатка кормовой базы (зелёной массы, сена и силоса) в сельском хозяйстве необходимо введение в культуру растений, богатых высоким содержанием белков, жиров и углеводов, имеющих короткий вегетационный период и высокую продуктивность. Таковыми являются растения рода Amaranthus L., как культурные, так и дикорастущие. По данным ряда авторов [2, 3], в семенах и вегетативной массе расте-
ЖУРАВСКАЯ Алла Николаевна - д. б. н., профессор, в. н. с. Института биологических проблем криолитозоны СО РАН.
E-mail: [email protected]
ВОРОНОВ Иван Васильевич - к. б. н., н. с. Института биологических проблем криолитозоны СО РАН.
E-mail: viv_2002 @ mail.ru
ПОСКАЧИНА Елена Рудольфовна - ст. лаборант Института биологических проблем криолитозоны СО РАН.
E-mail: poskachinalena @ yandex.ru
ний этого семейства содержатся биологически активные соединения, необходимые для живых организмов. Например, установлено, что содержание минеральных веществ в семенах сортовых амарантов превышает этот показатель по сравнению с зерновыми злаками. Листья амаранта богаты кальцием, железом и калием, витаминами А и С. В состав растений входят такие элементы как бор, железо, марганец, титан, цинк. Семена амаранта содержат масло (от 6 до 17 %), в котором обнаружен антиоксидант сквален. В амарантовом масле находится до 67 % полиненасыщен-ных жирных кислот (омега-6), лецитин, содержится много токоферола в токотриенольной (хорошо усвояемой) форме. В его состав входят линолевая, олеиновая, пальмитиновая, стеариновая и другие жирные кислоты [3]. Важным в исследовании некоторых видов рода Amaranthus является вопрос содержания амарантина в их органах этих. Амарантин (С29Н31О19) относится к алкалоидам-беталаинам, является естественным антиоксидантом, ингибирующим развитие свободнорадикальных состояний, состоит из агликона бетанидина и углеводной части, имеет красно-фиолетовый цвет. Амарантин принимает участие в окислительно-восстановительных реак-
циях фотосинтеза. Известно, что продукты свободнорадикальных реакций вызывают нарушение работы биологических мембран, за счет развития процессов перекисного окисления мембранных липидов. Интерес к амарантину возник благодаря тому, что он является водорастворимым антиоксидантом. Тогда как большинство антиоксидантов (токоферол, убихинон, каротиноиды) не растворимы в воде, что затрудняет их использование [4].
Среди многочисленных представителей сем. Amaranthaceae, особый интерес вызывает A. retroflexus, обильно произрастающий как сорняк на огородах и полях в Центральной Якутии, химический состав которого изучен недостаточно.
Эксперимент проводили на семенах амаранта сортов «Чергинский», «Янтарь» и местного вида амаранта - щирицы запрокинутой.
Сорт «Чергинский» относится к виду Amaranthus cruentus, имеет высокую пластичность, что дает возможность для его возделывания в самых разнообразных условиях, в том числе и в Якутии (вегетационный период - 100 дней). Замечательная особенность этого сорта - его скороспелость, хорошая адаптивная способность, что позволяет получать полноценные семена в условиях Сибири. Этот сорт содержит большое количество протеина, клетчатки, сахаров и ряд органических кислот. В зерне содержится до 6 % масла, содержащего до 5 % сквалена
- ценного лекарственного вещества, обладающего высоким антиоксидантным действием [3, 5].
Сорт «Янтарь» относится к виду Amaranthus hypochondriacus L., который получен путём скрещивания пяти самоопыляемых линий с высокой комбинационной ценностью. В отличие от сорта «Чергинский» имеет относительно длинный вегетационный период - 100-110 дней [6].
Щирица запрокинутая - Amaranthus retroflexus L. Это однолетнее травянистое растение высотой 15100 см с розоватым корнем. Стебель восходящий, усаженный короткими волосками. Листья очередные, на длинных черешках, яйцевидно-продолговатые, тупые, с коротким остроконечием, по краю слегка волнистые, к основанию клиновидные. Цветки мелкие, желтовато-зеленые, сухоперепончатые, собраны в клубочки, а затем в густые колосовидные метельчатые соцветия. Цветет в июне - августе. Растет как сорное растение. Растение используют только в народной медицине, хорошо поедается животными [7].
Семена двух сортов амаранта, полученные из лаборатории генофондов и систем размножения растений Института цитологии и генетики Сибирского Отделения РАН, высевали в открытый грунт рассадным способом в конце мая. Щирицу высевали в эти же сроки семенами в грунт. Уборку растений проводили в конце августа. Высушивали в снопах под
навесом. Семена собирали в это же время.
Масло получали двумя взаимодополняющими способами: методом прессования на ручном
гидравлическом прессе воздушно сухих семян с предварительным нагревом их до 60-70 °С и экстракционным методом из жмыха, полученного после ручного прессования, с применением органического растворителя гексана.
Качественное и количественное определение содержание сквалена в масле проводили с применением ВЭЖХ на жидкостном хроматографе «Миллихром А-02» с ультрафиолетовым детектором. За основу была взята методика, предложенная в работе [8]. Для внесения пробы в жидкостной хроматограф готовили раствор масла в смеси: ацетонитрил:изопрапанол: гексан (72:17:11) в
соотношении - 9 мкл масла на 5 мл растворителя. Для лучшего извлечения сквалена из масла смесь ставили на роторную мешалку на 30 мин. Раствор сквалена фильтровали через нейлоновый фильтр диаметром 0,45 мкм. Полученный фильтрат вносили в хроматограф.
Для определения объемной доли сквалена (ю,об. %) в масле использовали следующую формулу:
ю (об. %) = (С^раств.^0Д)/(0,86^масла)
где:
С - концентрация сквалена в пробе, мкг/мл. Определяется на жидкостном хроматографе.
Vраств. - объем растворителя взятого для разведения масла, л;
Vмасла - объем масла, взятого для анализа, л;
0,86 •ЮЗ - плотность сквалена, г/л.
Определение общего белка в семенном материале проводили по стандартной методике Лоури [9]. Массу 1000 семян (г) определяли по ГОСТу Р 52325-2005 [10]. Содержание амарантина в вегетативных частях амаранта и щирицы определяли по методике, предложенной М. С. Гинс [11].
При определении биохимических параметров статистический разброс определяли путем учета 1 % ошибки, при измерении объёма масла в семенах закладывалась 10 % ошибка на метод. Анализ и оценка достоверности результатов проводились по Г. Ф. Лакину [12].
Одним из важных параметрических показателей растений является масса их семян. На вес семян влияет множество факторов, таких как засуха и недостаток влаги в почве, обеспеченность растений питательными веществами, полегание стеблей, поражение растений болезнями и повреждение вредителями. Масса семян может быть показателем потенциальной продуктивности растительного организма в определенных условиях произрастания [13]. Масса 1000 семян сорта «Чергинский» соста-
Рис. 1. Масса 1000 семян исследованных растений По оси абсцисс - 1-Л. cruentus (сорт «Чергинский»); 2 - A. hypochondriacus (сорт «Янтарь»): 3 - A. retroflexus (щирица запрокинутая).
По оси ординат - масса 1000 семян, г
вила Q.92±Q.1 г, «Янтаря» - Q.86±Q.1 г, а масса
A. retroflexus - Q.53±Q.1 г (рис.1).
Таким образом, было установлено, что статистически достоверного различия между массой семян двух сортов амаранта не обнаружено. У A.retroflexus масса 1QQQ семян была в 1,6-1,7 раз ниже, чем у культурных сортов амаранта.
Содержание в амарантовом масле фосфолипидов достигает 1Q %, основным компонентом которых является фосфатидилхолин (лецитин). По составу жирных кислот амарантовое масло относится к группе линолевой кислоты (до 5Q %) и также содержит около 1 % омега-3 линоленовой кислоты, обладающей высокой биологической активностью [14]. Анализ биохимического состава амарантового масла показал, что по количеству и набору биологически активных веществ и, главным образом сквалена, амарантовому маслу нет равных среди известных масел, обладающих биологической активностью. Главной особенностью этого масла, отличающей его от всех известных масел, является высокое содержание в нем таких физиологически активных компонентов,
как фитостеролы и сквален. Фитостеролы обладают свойством снижать содержание холестерина в крови (гипохолестеролэмический эффект). Сквалена в амарантовом масле содержится до 8 %. Для примера, оливковое масло содержит Q,7 % сквалена, масло из рисовых отрубей — Q,3 %, из пшеничных зародышей и кукурузное — Q,1 % [3, 15].
В табл. 1 представлены данные о количестве масла в 1QQ г семян изученных амарантов. Видно, что при использовании отжима семян ручным прессом с предварительным нагревом из 1QQ г навески выход масла у сорта «Чергинского» составил 1,2±Q,1, у «Янтаря» - Q,8±Q,1 и у A. retroflexus - 1,8±Q,2 мл. При дальнейшем экстрагировании гексаном полученного жмыха, с предварительной его обработкой на мельнице до состояния гомогенного порошка, получили следующие объёмы масла: «Чергинский» - 2,2±Q,2, «Янтарь» - 2,3±Q,2, A. retroflexus - 1,7±Q,2 мл масла.
Установлено, что наибольшее количество масла получено при холодном отжиме, при использовании ручного гидравлического пресса, у A. retroflexus (51,4 % от общего количества масла). Метод холод-
Таблица 1
Содержание масла в семенах исследованных амарантах
Название Масса навески, г Объем масла при ручном отжиме, мл Объем масла при экстракции гексаном жмыха, мл Общее количество масла, мл
A. cruentus (сорт «Чергинский») 1QQ,Q±Q,1 1,2±Q,1 2,2±Q,2 3,4±Q,3
A. hypochondriacus (сорт «Янтарь») 1QQ,Q±Q,1 Q,8±Q,1 2,3±Q,2 3,1±Q,3
A. retroflexus 1QQ,Q±Q,1 1,8±Q,2 1,7±Q,2 3,5±Q,3
Рис. 2. Содержание общего белка в семенах амарантов По оси абсцисс - 1- А. сгивпи (сорт «Чергинский»); 2 - А. куроско^гіаст (сорт «Янтарь»):
3 - А. гвґго/івхиз (щирица запрокинутая). По оси ординат - содержание общего белка, мг/гсем
ного прессования относится к трудоемким процессам с использованием больших производственных мощностей и с применением дорогостоящего оборудования (прессы, центрифуги и т. д.). Поэтому себестоимость производства амарантового масла достаточна высока. Для снижения себестоимости производства необходим поиск новых методов его получения с применением поэтапного его выделения с использованием разных методов экстракции. Следует отметить, что общее количество масла, с применением двух методов его получения, статистически достоверно неотличимо во всех вариантах эксперимента.
Наличие сквалена в масле семян рода Amaranthus позволяет использовать эти растения в различных областях медицинского, пищевого, косметологичес-кого и сельскохозяйственного направлений. Сква-лен (спинацен; 2,6,10,15,19,23-гексаметилтетракоза-2,6,10,14,18,22-гексаен) — углеводород тритерпенового ряда природного происхождения. Принадлежит к группе каротиноидов. Сквален является промежуточным соединением в биологическом синтезе стероидов, в том числе холестерина (через ланостерол) и витамина D, участвует в обмене веществ, обладает
ярко выраженным антимикробным и фунгицидным эффектом, является мощным антиоксидантом, выполняет в организме роль регулятора липидного и стероидного обмена, снижает уровень общего холестерина. Сквален — обязательный компонент сальных желез подкожной клетчатки человека, при повреждении которой концентрация его резко возрастает, что свидетельствует о его защитной роли. Эти и другие свойства сквалена придают ему высокую физиологическую активность [16, 17].
В табл. 2 представлено содержание сквалена в масле семян двух сортов амаранта и A. retroflexus. С использованием ручного пресса установлено наиболее высокое содержание у сорта «Янтарь» (до 6,8. %) и A. retroflexus (до 6,6. %), а у сорта «Чергинский» - 4,5 %. При экстрагировании гексаном жмыха полученного после холодного отжима масло исследованных амарантов содержало сквалена в семенах A. retroflexus 6,2 %, сорта «Янтарь» - 6,6 % и сорта «Чергинский» - 4,3 %.
Концентрация сквалена в масле, полученного разными способами, статистически достоверно не изменяется и не зависит при первичном отжиме от объема, выделенного масла.
Таблица 2
Содержание сквалена в масле семян исследованных амарантов
Сорт, вид Ручной пресс, ю сквалена, об. % Экстрагирование гексаном, ю сквалена, об. %
А. сгивпи 4,5±0,1 4,3±0,1
(сорт «Чергинский»)
А. кypocкondriacus (сорт «Янтарь») 6,8±0,1 6,6±0,1
А. rвtroflвxus 6,6±0,1 6,2±0,1
Рис. 3. Содержание амарантина в листьях исследованных растений По оси абсцисс - 1- A. cruentus (сорт «Чергинский»); 2 - A. hypochondriacus (сорт «Янтарь»): 3 - A. retroflexus (щирица запрокинутая). По оси ординат - содержание амарантина,
мг/гсух. тк.
Содержание общего белка в семенах исследованных амарантов и А. гйгоАехиБ приведено на рис. 2. Наибольшее количество белка было зафиксировано в семенах А. геІгоАехиє (210 мг/г), сорте «Янтарь» (192,1 мг/г), а наименьшее - в сорте «Чергинский»
- 157,0 мг/г.
Проведенные исследования по содержанию амарантина в листьях позволило выявить наиболее богатые этим антиоксидантом растения (рис. 3).
Установлено, что наибольшее количество амарантина было обнаружено в листьях сорта «Чергинский» (0,73±0,01) и А. rвtroflвxsus (0,74±0,01мг/гсух. тк.). Содержание его в листьях сорта «Янтарь», по сравнению с остальными растениями, было низким и составило 0,48±0,01 мг/гсух. тк. Таким образом, проведенные исследования содержания амарантина в листьях у опытных растений показали, что местный дикорастущий вид (щирица запрокинутая - АшагаПкш гв^оАвхи' Ь.) рода Ашага^ки' может конкурировать с сортами амаранта, рекомендованными для возделывания в Сибири.
Л и т е р а т у р а
1. Коноровский А. К. Режимы мерзлотных пойменных почв долины Лены. - Новосибирск: Наука, 1974. - 168 с.
2. Кононков П. Ф., Сергеева В. А. Амарант - ценная овощная и кормовая культура многопланового использования // Аграрный вестник Урала. - 2011. - № 4. - С. 63-64.
3. Железнов А. В. Амарант: научные основы интродукции. - Новосибирск: Академ. изд. «Гео», 2009. - 239 с.
4. Капитанов А. Б., Пименов А. М. Каротиноиды как антиоксидантные модуляторы клеточного метаболизма //
Успехи современной биологии. - 1996. - Т. 116. Вып. 2. -С. 179-173.
5. Железнов А. В. Амарант - хлеб, зрелище и лекарство // Химия и жизнь. - 2005. - № 6. - С. 56-61.
6. Железнов А. В., Железнова Н. Б., Шукис Е. Р. Амарант Янтарь //Селекция и семеноводство. - 2008. - № 3-4.
- С. 32-34.
7. Кислова Н. М. Полезные свойства сорняков. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА. 2009. - 288 с.
8. Vidal-Escales E., Borros S. New methodology to follow the evolution of squalene by-products during model compound vulcanization studies // Talanta - 62 (2004). - Р. 539-547.
9. Колб В. Г., Камышников В. С. Клиническая биохимия.
- Минск: Беларусь, 1976. - 311 с.
10. ГОСТ Р 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия.
11. Гинс М. С. Биологически активные вещества амаранта. Амарантин: свойства, механизмы действия и
практическое использование. - М.: РУДН, 2002. - 183 с.
12. Лакин Г. Ф. Биометрия. - М.: Высш.школа, 1980. - 293 с.
13. Павленко В. Н., Салдаев А. М., Салдаев Г. А., Салдаев Д. А., Павленко А. В. Способ оценки потенциальной продуктивности бобовой культуры. - Патент № 2366156(13)C1 от 10.01.2008.
14. Химическая энциклопедия / Полимерные - Трипсин.
- М.: Большая Российская Энциклопедия, 1995. Т. 4. - 639 с.
15. Цехановский С. Н., Камышева И. М. Амарантовое масло // Медицина Петербурга. - 2007. - №3 (245). - С. 25-28.
16. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. - М.: Химия, 1979. - 639 с.
17. Биленко Н. Б. Ишемические и реперфузионные повреждения органов. - М.: Медицина. 1989. - 176 с.
si
