CC BY
21
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив Серия В. Техника и технологии, том XIII., Съюз на учените, сесия 5 - 6 ноември 2015 Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIII., Union of Scientists, ISSN 1311-9419, Session 5 - 6 November 2015.
ВОЛТАМПЕРИЧНО ИЗСЛЕДВАНЕ НА АНТИОКСИДАНТНА АКТИВНОСТ НА ЕКСТРАКТИ ОТ БИОМАСА НА SPOROBOLOMYCES SALMONICOLOR AL1 Иванка Стоилова, Марин Георгиев, Алберт Кръстанов Университет по Хранителни Технологии - Пловдив
VOLTAMPEROMETRIC STUDY OF ANTIOXIDANT ACTIVITY OF EXTRACTS FROM BIOMASS OF SPOROBOLOMYCES SALMONICOLOR AL1 Ivanka Stoilova, Marin Georgiev, Albert Krastanov University of Food Technologies- Plovdiv
Abstract
Voltamperometric method, based on electrochemical reduction of oxygen, is a comprehensive method for modeling of biological activity of the systems, as is similar to the oxygen reduction in the tissue. Different extracts from biomass of Sporobolomyces salmonicolor obtained by hexane and acetone and fraction of the hexane extract have been studied. It has been shown that the hexane extract of the yeast biomass exhibits a maximum antioxidant activity at a concentration of 6 ^g / ml, fraction of the hexane extract and the acetone yeast extract at a concentration of 0.2 ^g / ml. The highest antioxidant activity exhibit fraction of hexane extract, and the value of the kinetic criteria K is 21.02 ^mol/(l.min). The course of change of voltamperogramme in the presence of the extracts of yeast and fraction of the hexane extract is characteristic of the compounds of phenolic nature, flavonoids.
Keywords: kinetic criteria K, extracts, Sporobolomyces salmonicolor AL1
ВЪВЕДЕНИЕ
Биосинтезът на каротеноиди е един от защитните механизми, които дрождите от Антарктическия регион са си изградили. Тези фотопротективни вещества, са бариера срещу повишена ултравиолетова радиация [1], която предпазва дрождевите клетки от увреждащото й действие [6]. Каротеноидите са неензимни антиоксиданти, които имат способността да елиминират кислородните радикали, получени в следствие на UV- инициирани фотохимични реакции [4]. Психрофилните дрождите S. salmonicolor AL1 [5] са изолирани от Антарктически проби, и в биомасата им е доказано наличието на пигментите Р-каротен, торулен, торулародин [2]. При използването на антиоксиданти в медицината и фармацевтичната промишлеността, моделните реакции за определяне на обща антиоксидантна активност, трябва да бъдат близки до реакциите в тъканите на организма. За изследване на антиоксидантната активност на биологични системи, волтамперичният метод е подходящ поради това, че механизмът на електрохимична 124
редукция на кислород върху стъкловъглероден електрод е подобен на кислородната редукция в тъканите [3].
Целта на това изследване е да се определи антиоксидантната активност на екстракти от биомаса на S. salmonicolor AL1, съдържащи биологично активни вещества, с волтамперичния метод.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИ
Екстракцията на добре стрита биомаса от щама се провежда с n-хексан или ацетон на Соксле-апарат в продължение на 8ч. Концентрацията на екстрактите е 20 mg/ml ацетон Фракцията, съдържаща торулародин е получена от хексановия екстракт след тънкослойно разделяне на Silicagel G60.
Апарат АНАЛИЗАТОР АОА-1 (Русия). При работата с апарата „АНАЛИЗАТОР АОА-1" първоначално се регистрира волтамперограмата на тока от електро-редукцията на кислорода във фоновия електролит (I0). В същия електролит се добавя изследвания екстракт от дрождева биомаса в различни концентрации. Антиоксидантите, съдържащи се в екстрактите взаимодействат с молекулния кислород и кислородните радикали и се регистрира нова волтамперограма (I). От резултатите автоматично се построява графична зависимост на функцията: (1 - I/I0) от времето t и се определя кинетичният критерий К. Той отразява количеството активни кислородни радикали, реагирали с антиоксидантите (или сумарното съдържание на антиоксидантите) за 1 минута. Размерността на К е цто1/ (l.min). За определяне на антиоксидантното дейсвие на хексанов и ацетонов екстракт като фонов електролит е използван ацетонитрил, индиферентен електролит 0.1M NaClO4 Сравнителният електрод е с преситен разтвор на KCI. За фракцията от хексановия екстракт, съдържаща торулародин: фонов електролит - 96% етанол, индиферентен електролит - 0.1 M NaClO4. Сравнителен електрод - спиртен разтвор на тетраетиламониев хлорид.
Използваните концентрации от екстрактите и от фракцията са от 0.1 до 10 ^g/ml.
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНИЯ
Хексанов екстракт. Хексановият екстракт съдържа ß-каротен, торулен, торулародин в съотношение приблизително 5:2,5:1 (данните не са показани). Антиоксидантната активност на общ хексанов екстракт на дрождева биомаса с доминираща концентрация на ß-каротен, е илюстриран на фиг. 1а, б, в. Известно е,
а б в
Фиг . 1. Волтамперограма на оксиген електроредукция в отсъствие (горна крива) и в присъствие (долна крива) на хексанов екстракт : а) екстракт 6 ц^ т1, К =14.46 цМ/ (Ьтт) ; б) екстракт, 8 ц§/ т1, К =4.78 цМ/(Ьтщ); в) екстракт 10 ц§/ т1, К =4.05 цМ/ (1•min)
че антиоксидантната активност зависи от концентрацията на антиоксидантите в пробата. За да се установи тази зависимост, изследваните разтвори са прибавяни към фоновия електролит в различни концентрации по с. в. По отношение на кинетичния критерий хексановият екстркт, в който Р-каротена е в 5 пъти по-висока концентрация от
торулародина, проявява най-висока антиоксидантна активност при 6 ^g/ml, като кинетич-ния критерий е 14.46 ^M/(bmin). Нарастването на концентрацията на хексановия екстракт до 6.0 ^g/ml, резултира с нарастване на кинетичният критерий, над 6 ^g/ml намалява. Тази тенденция се дължи на факта, че скоростта на взаимодействие на антиоксидантите с кислородните радикали е по-висока от скоростта на електроредукцията на кислорода до радикали. Такова поведение е характерно за най-активните антиоксиданти.
Фракция, съдържаща торулародин Получена е от хексановия екстракт след тънкослойно разделяне на Silicagel G60 с подвижна фаза петролеев етер: диетилов етер (1:1), като е отделена ивицата само на торулародина. Концентрацията на тази фракция, разтворена в ацетон е 20 mg/ml.
Фракцията проявява силна антиоксидантна активност, като К достига до 21.019 |imol(/l. min) при концентрация 0.2 ^g/ml (фиг.2а). Ходът на изменение на волтамперограмата в присъствие на антиоксиданти дава информация и за химичната природа на тези вещества. Намаляването на тока в присъствие на фракцията, съдържаща торулародин, както и в присъствие на хексановия екстракт е характерно за съединения с фенолна природа, флавоноиди, витамините А, Е, С, В, коензим Q
а б в
Фиг. 2. Волтамперограма на оксиген електроредукция в отсъствие (плътна крива) и в присъствие (долната крива) на фракция с торулародин: а) торулародин 0.1 ^/т1, К = 12.520 цМ/(1-тт); б) торулародин 0.2 ^/т1, К = 21.019 цМ/(1-тт); в) торулародин
0.4 ^/т1, К = 6.352 цМ/(1-тт)
Ацетонов екстракт. Ацетоновият екстракт (10 mg/m1 разтворен в ацетон ) съдържа торулародин, торулен, Р-каротен приблизително в съотношение 5:1:1. Ангиоксидантната активност на ацетоновия екстракт, с доминираща концентрация на торулародин, при използване на различни концентрации е отразена на фиг. 3, а, б, в. Максимален кинетичен критерии К 10.108 цто1/(1.тш) се отчита при концентрация 0.2^/т1 . Над тази концентрация К намалява.
а б в
Фиг. 3. Волтамперограма на оксиген електроредукция в отсъствие (плътна крива)
и в присъствие (долна крива) на ацетонов екстракт: а) концентрация на екстракта
0.2 ^/т1, К =10.108 цМ/(1-тт); б) концентрация на екстракта 2 ц§/т1, К =9.103 цМ/ (1-тт); в) концентрация на екстракта 4 ^/т1, К =4.823 цМ/(1-тт)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Най-значимо е антиоксидантното действие на фракцията с торулародин от S. salmo-nicolor AL1, характеризиращо се с най-висока стойност на кинетичния критерий. По-сла-ба е антиоксидантната активност на хексановия и ацетоновия екстракт. И двата екстракта съдържат торулародин, торулен, p-каротен, но в различно съотношение. Вероятно съот-ношението между тези биологично активни вещства в двата екстракта не благоприятства възникване на синергизъм в антиоксидантното им действие, което би довело до действие по-високо от това на фракцията с торулародин.
Фракцията с торулародин, както и двата екстракта над определени концентрации взаимодействат с кислородните радикали с по-висока скорост от скоростта на електроредукцията на кислорода до радикали.
Изследванията с фракцията и двата екстракта потвърждават механизма надействие на съединения с фенолна природа, флавоноди, коензим Q10
ЛИТЕРАТУРА
1. Bhosale P. and Gadre R. 2004. Production of b-carotene by a mutant of Rhodotorula glutinis. Appl Microbiol Biotechnol, 55: 423-427.
2. Dimitrova S., Pavlova K., Lukanov L., Savova I. 2008. Chemical composition of lipids and other lipophilic compounds from antarctic yeast strains. Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences, 61:481-486 .
3. Korotkova E. I., Karbainov Y. A., Avramchik O. A. 2003. Investigation of antioxidant and catalytic properties of some biologically active substances by voltammetry. Analytical and Biological Chemistry, 375: 465-468.
4. Krinsky N. 1979. Carotenoid protection against oxidation. Pure and Applied Chemistry, 51: 649-660.
5. Pavlova K., Koleva A., Savova I., Koleva L., Pishtiyski I., & Mecheva, R. 2006. A study of Antarctic yeasts for protease production. Bulgarian Antarctic Research, 5: 63-74.
6 . Tsimako M., Guffogg S., Thomas-Hall S. and Watson K. 2002. Resistance to UVB radiation in Antarctic yeasts. Redox Report, 7 (5): 312-314
