CC BY
169
УДК 664.8
ПРИРОДНЫЕ БИОАНТИОКСИДАНТЫ. АНТИРАДИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ОРЕГАНО, ТИМЬЯНА И ЧАБЕРА
Т.А. Мишарина. Е.С. Алинкина, Л.Д. Фаткуллина, И.Б. Медведева
ФГБУН Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4, tmish@rambler.ru.
Целью работы являлось изучение антирадикальных свойств эфирных масел тимьяна (Thymus vulgare), орегано (Origanum vulgare) и чабера (Satureja hortensis) и их сравнение с ионолом. Основными соединениями в изученных эфирных маслах были карвакрол и тимол. Антиоксидантная активность этих изомерных фенольных монотерпеноидов подтверждена в тестах in vitro и in vivo. Полученные результаты позволяют рекомендовать эфирные масла этих растений в качестве биологически активных добавок (БАД) как эффективных природных биоантиоксидантов. Библиограф. 9 назв.
Ключевые слова: Биоантиоксиданты, БАДы, эфирные масла Thymus vulgare, Origanum vulgare и Satureja hortensis, расчет величины антирадикальной эффективности (АЕ).
ANTIRADICAL PROPERTIES OF ESSENTIAL OILS OF THYMUS VULGARE, ORIGANUM VULGARE AND SATUREJA HORTENSIS
T.A. Misharina, E.S. Alinkina, L.D. Fatkullina, I.B. Medvedeva
N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS, 4, Kosygin St., Moscow, 119991, Russia.
The aim of the research was to assess the antiradical properties of essential oils of Thymus vulgare, Origanum vulgare and Satureja hortensis in comparison with ionol. Carvacrol and thymol were found to be the main compounds in the examined essential oils. The antioxidant activity of these isomeric phenolic monoterpenoids have been confirmed in tests in vitro and in vivo. The results obtained allow us to characterize the essential oils as effective natural bioantioxidants.
9 sources.
Keywords: bioantioxidants, essential oils, Thymus vulgare, Origanum vulgare, Satureja hortensis, antiradical efficiency.
Проведенное нами in vivo изучение биологической активности эфирных масел (ЭМ) показало, что регулярный прием малых доз (около 0,3 мкг/сутки) масла чабера с едой или питьевой водой на 30% увеличивал продолжительность жизни мышей высокораковой линии АКР и снижал частоту заболевания лейкозом [1]. Регулярный прием здоровыми мышами линии Balb малых доз эфирного масла орегано увеличивал среднюю продолжительность их жизни на 120 дней [2]. Эфирное масло действовало как биоантиоксидант, значительно снижая в крови, печени и мозге мышей содержание продуктов перекисного окисления липи-дов и увеличивая их устойчивость к окислению. В мозге старых мышей (24 мес), принимавших эфирное масло орегано, сохранялся уровень важнейших полиненасыщенных жирных кислот, тогда как в контрольной группе доля этих кислот уменьшалась на 20% [2]. Такое действие обусловлено наличием у эфирных масел различных видов биологической активности, в том числе антиоксидант-ной. Полученные in vivo биологические эффекты обусловили наш интерес к детальному изучению способности эфирных масел взаимодействовать со свободными радикалами, которые могут приводить к развитию окислительного стресса и всех сопутствующих ему нарушений в здоровье.
Целью работы являлось изучение антирадикальных свойств эфирных масел тимьяна (Thymus vulgare), орегано (Origanum vulgare) и чабера (Satureja hortensis) и их сравнение с синтетическим антиоксидантом - ионолом.
Основными соединениями в изученных ЭМ были карвакрол и тимол - изомерные фенолы с метильным и изопропильным заместителями. Схожесть их структурного строения обусловливает наличие одинаковых видов биологической активности, в том числе антиоксидантной, которая была подтверждена в тестах in vitro и in vivo [3,4]. Для определения антирадикальной активности (АРА) мы выбрали широко известную реакцию со стабильным 2,2-дифенил-1-пикрилгадразил радикалом (ДФПГР) [5,6]. Сравнение антирадикальных свойств ЭМ и ионола проводили по величинам EC50, которые эквивалентны количеству антиокси-данта (эфирного масла, ионола), необходимому для восстановления половины радикала. Из кинетических кривых восстановления радикала в модельных растворах с различными концентрациями масел или ионола были построены линейные зависимости степени восстановления радикала за 30 мин от концентрации ЭМ. По ним рассчитали концентрацию ЭМ, при которой степень восстановления радикала составляла 50% (ЕС50). Величины ЕС50 были близки для ЭМ и составляли: для орегано, тимьяна и чабера 0,223, 0,245 и 0,262 г/л, соответственно. Согласно данным ГЖХ анализа,
исследованные ЭМ различались по содержанию и соотношению тимола и карвакрола. Так, в ЭМ орегано суммарное содержание этих двух соединений было максимальным и составляло 67,51%, в масле тимьяна - 47,47% и чабера - 49,71%. При этом соотношение карвакрол : тимол также было разным: в масле орегано оно составляло 15 : 1, тимьяна - 1:19, чабера - 1,8 : 1.
Расчет кинетических характеристик реакции компонентов масел с радикалом проведен для кривых, полученных при концентрации ЭМ 300 мкг/мл и ионола - 10 мкг/мл. Восстановление радикала имело две стадии - первую быструю, вторую - медленную, обе стадии описывались линейными уравнениями псевдопервого порядка. Из уравнений определены скорости реакций первой и второй стадии. Скорости первой стадии реакций для ЭМ орегано была 0,0693, тимьяна - 0,0655 и чабера - 0,0602 нмоль/мл сек. Для ионола скорость первой стадии реакции была в два раза меньше, чем для эфирных масел. На второй стадии скорости реакций всех антиоксидантов были близки и варьировались в пределах от 0,0021 до 0,0029 нмоль/мл сек.
Из кинетических кривых определены время окончания первой стадии и концентрация восстановленного за этот период радикала, по которой рассчитали содержание активных антирадикальных компонентов, вступивших в первую стадию реакции. Эта величина в эквиваленте радикала составляла от 61 до 67 нмоль/мл и убывала в порядке: ЭМ орегано > ионол = ЭМ тимьяна > ЭМ чабера. С учетом того, что каждое масло содержало по два активных антирадикальных компонента - карвакрол и тимол с ММ 150 а.е.м., содержание этих фенолов, вступивших в реакцию составляло 10,08, 9,38 и 9,15 мкг/мл для ЭМ орегано, тимьяна и чабера, а ионола - 13,75 мкг/мл. В реакционные смеси было добавлено по 300 мкг/мл ЭМ и 10 мкг/мл ионола, реальное содержание суммы фенолов было меньше, оно уменьшалось в ряду ЭМ орегано > ЭМ чабера > ЭМ тимьяна и составляло 202,5, 149,1 и 142,4 мкг/мл, соответственно. Это означает, что в реакции участвовало только 5% фенолов из ЭМ орегано, 6,6% из ЭМ тимьяна и 6,1% из ЭМ чабера. Из этих результатов можно сделать два вывода. Во-первых, антирадикальные активности карвакрола и тимола различались, более активным был тимол. Действительно, в ЭМ тимьяна доля тимола была намного больше, чем карвакрола, при этом содержание фенолов было минимальным, но их расход в ЭМ тимьяна был больше, чем в других маслах. С другой стороны, мы не смогли количественно описать взаимное влияние тимола и карвакрола в проявлении их антирадикальной активности. Это говорит о том, что не следует количественное содер-
жание антиоксидантных компонентов в образце отождествлять с его общей антирадикальной активностью. Вероятно, для наличия антиоксидантных и антирадикальных свойств в эфирных маслах важно не только содержание отдельных компонентов с высокой активностью, но и их сочетание, а также присутствие других соединений [7]. Менее активные компоненты ЭМ также делают свой вклад в общую АРА, например, монотерпе-новые углеводороды, терпинолен, а- и Y-терпинены, благодаря которым ЭМ, не содержащие фенолов, способны проявлять относительно высокую АОА [8,9]. В таких сложных многокомпонентных композициях, как эфирные масла, не исключена возможность как синергетического, так и антагонистического взаимодействия отдельных составляющих друг с другом, что, конечно же, может не изменить, но может повысить или понизить общую АРА исследуемых ЭМ.
Механизм реакции ионола был сложным. По нашим данным, даже в первой быстрой стадии реакции одна молекула ионола реагировала более, чем с одной молекулами радикала, так как «эффективный» расход фенолов в этой реакции был 137%. Детальное изучение показало, что механизм реакции ДФПГР с ионолом (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенолом) включал быструю реакцию фенольной группы с радикалом, процессы делокализации димеризации, комплексообра-зования, протекающих между образующимися полупродуктами, за счет которых одна молекула ионола восстанавливала 2,8 молекул радикала [5,6]. Еще сложнее будут реакции радикала с компонентами эфирных масел, в которых одновременно протекает сразу несколько реакций с участием и компонентов ЭМ, и образующихся продуктов, способных как ускорять, так и замедлять процесс восстановления ДФПГР. Для описания таких систем мы использовали характеристику, связывающую время восстановления половины радикала (ТК50) и необходимую для этого концентрацию субстрата
(ЕС50). Это величина антирадикальной эффективности (АЕХ которая рассчитывается по формуле, предложенной в [5].
AE = 1/ (Е050 х TEC50 )
Величины АЕ составляли: для ЭМ орегано -4,15 х 10 -3 , ЭМ тимьяна - 3,09 х 10 -3, ЭМ чабера -
3 2
,77 х 10 - , ионола - 2,65 х 10 - л/г сек. Для эфирных масел значения АЕ различались в 1,5 раза, а для ионола эта величина была больше, чем для масел в 5-10 раз. Однако стоит отметить, что ^^ эфирных масел было в два раза меньше, чем для ионола, то есть «быстрые» антирадикальные компоненты ЭМ имели высокую реакционную способность.
На основе полученных данных можно сделать вывод, что хотя АРА ЭМ очень сильно зависит от их состава, не всегда количественное содержание антиоксидантных компонентов в образце пропорционально его антирадикальной активности. Большое значение имеет соотношение компонентов, благодаря которому могут проявляться синер-гетические эффекты, обусловливающие более высокую АРА многокомпонентных смесей по сравнению с индивидуальными соединениями. Таким образом, все три ЭМ, несмотря на различия в количественном соотношении основных компонентов, близки по своим свойствам и практически не уступают синтетическому антиоксиданту ионолу. Полученные результаты позволяют рекомендовать эфирные масла орегано, тимьяна и чабера в качестве основных составляющих биологически активных добавок с широким спектром действия, в том числе как эффективных природных биоанти-оксидантов. Определение кинетических характеристик и выяснение механизмов синергетического и антагонистического действия антиоксидантов очень важно, так как это позволяет расширять круг доступных и высоко эффективных препаратов для различных отраслей промышленности, включая пищевую, фармацевтическую, косметическую и др.
1. Бурлакова Е.Б., Ерохин В.Н., Мишарина Т.А., Фаткуллина Л.Д.,Семенов В.А., Теренина М.Б., Воробьева А.К., Голощапов А.Н. // Изв РАН. Сер. Биол. 2010. Т.37. № 6. С. 612-618.
2. Бурлакова Е.Б., Мишарина Т.А., Воробьева А.К., Алинкина Е.С., Фаткуллина Л.Д., Теренина М.Б., Крикунова Н.И. // Доклады РАН. 2012. Т. 438. Вып. 5.
3. Ruberto G., Baratta M.T. // Food Chemistry. 2000. V. 69. P. 167-174.
4. Mastelic J. // J. Agric. Food Chem. 2008. V. 56. № 14. P. 3989-3996.
ЕСКИЙ СПИСОК
5. Brand-Williams W., Cuvelier M.E., Berset C. // Lebenm. Wiss. Technology. 1995. V. 28. № 1. P.25-30.
6. Sanchez-Moreno C., Larrauri J.A., Saura-Calixto F. // J. Sci. Food Agric. 1998. V. 76. № 1. P.270-276.
7. Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И. // Прикладная биохим. и микробиол. 2009.Т. 45. № 6. С. 710-716.
8. Sacchetti G., Maietti S., Muzzoli M., Scaglianti M., Manfredini S., Radice M., Bruni R. // J. Agric. Food Chem. 2005. V. 91. № 3. P. 621-632.
9. Wang H.F., Yih K.H., Huang K.F. // J. Food and Drug Analysis. 2010. V. 18. № 1. P. 24-33.
Поступило в редакцию 1 июля 2012 г
