Биохимический анализ основных компонентов семян зиры (Вunium persicum (Вoiss.) B.Fedtsch.) в зависимости от зоны произрастания. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат биологических наук Усмонова, Шоистахон Хайдаркулиевна

• Усмонова, Шоистахон Хайдаркулиевна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Усмонова, Шоистахон Хайдаркулиевна

Глава I. Литературный обзор.

1.1 Биохимический состав эфирных масел.

1.1.2 Биохимические методы исследования эфирных масел.

1.2. Биохимические методы определения жирных масел и других липидов

1.2.1 Особенности важнейших липидов и методы их определения.

1.2.2 Определение общего содержания липидов (масел).

1.3 Хроматографический анализ каротиноидных соединений и пигментов растений.

1.3.1 Качественное разделение пигментов.

1.3.2 Способы разделения, основанные на хроматографии.

1.3.3 Количественное определение пигментов.

1.4 Биохимия фенольных соединений.

1.4.1 Идентификация фенольных соединений.

1.4.2 УФ- спектроскопия фенольных соединений.

1.4.3 ИК- и ЯМР- спектроскопия фенольных соединений.

Глава ^Экспериментальная часть.

2.1 Эфиромасличность семян зиры и основные физико-химические константы.

2.1.2 Физико-химические константы эфирных масел.

2.1.3 ГЖХ анализ эфирных масел зиры.

2.1.4 Улучшение органолептических свойств эфирных масел с бентонитом «Топкок».

2.1.4.1 Изучение микроэлементного состава бентонита «Топкок».

2.1.4.2 Определение динамики испарения эфирного масла.

2.2 Качественные и количественные характеристики жирных масел образцов семян зиры.

2.2.1 Определение масличности образцов семян зиры.

2.2.2 Определение важнейших физико-химических констант.

2.2.3 Физико-химические константы жирных масел образцов семян зиры, после обработки бентонитом «Топкок».

2.3 Хроматографический анализ компонентного состава масла семян зиры.

2.3.1 Хроматографическое разделение и идентификация свободных кислот состава масла образцов семян зиры.

2.3.1.а ГЖХ анализ глицеридов состава масла семян зиры.

2.3.2 Качественный и количественный анализ связанных кислот глицеридного состава масел семян зиры.

2.4 Определение витаминного состава масла семян зиры.

2.4.1 Определение каротиноидов состава масла семян зиры.

2.4.2 Определение динамики накопления каротиноидных соединений

2.4.3 Определение токоферолов.

2.5 Фенольные компоненты состава семян зиры.

2.5.1 Определение суммы фенольных соединений.

2.5.2 Хроматографический анализ фенольных соединений.

2.5.2.а Качественный анализ фенольных соединений.

2.5.2.6 Биохимическое исследование и идентификация фенольных соединений.

2.5.2.В Количественное определение флавоноидных соединений.

2.5.2.Г Взаимодействие флавоноидов состава семян зиры с тяжелыми металлами.

2.6 Изучение полисахаридных комплексов образцов семян зиры.

2.6.1 Выделение полисахаридных комплексов и свободных Сахаров.

2.6.2 Идентификация моносахаридов образцов семян зиры.

2.6.3 Определение состава ПСК.

2.7 Исследование микроэлементного состава образцов семян зиры.

2.7.1 Определение зольности и щелочности золей.

2.7.2 Анализ микроэлементов семян зиры методом атомно-эмиссионного спектрального анализа.

Глава III. Обсуяедение результатов.

3.1 Ботаническая характеристика зиры Витит рег81сит (Во1з8.) В.РеЛзсИ.

3.2 Биохимическое исследование эфирного масла семян зиры.

3.2.1 Технология получения эфирного масла из семян зиры.

3.2.2 Физико-химические анализы эфирного масла зиры

3.2.3 Изучение динамики накопления эфирных масел.

3.2.4 Улучшение органолептических свойств эфирных масел зиры методом сорбции бентонитом.

3.3. Биохимическое исследование жирных масел и других липидов.

3.3.1 Определение масличности семян зиры и характеристика маслообразовательного процесса в семенах зиры.

3.4 Физико-химическое исследование органических компонентов и характеристика жирных масел семян зиры.

3.4.1 Физико-химические показатели образцов семян зиры.

3.5 Биохимическое исследование компонентов масла семян зиры.

3.5.1 Свободные кислоты масла семян зиры.

3.5.2 Глицеридный состав.

3.6 Характеристика витаминного состава семян зиры.

3.6.1 Определение каротиноидов (витамины группы А).

3.6.2 Токоферолы семян зиры.

3.7 Фенольные соединения семян зиры.

3.8 Биохимическое исследование полисахаридных комплексов семян зиры.

3.9 Исследование микроэлементного состава зиры.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биохимический анализ основных компонентов семян зиры (Вunium persicum (Вoiss.) B.Fedtsch.) в зависимости от зоны произрастания.»

Актуальность темы: Таджикистан является одним из мировых центров многообразия культурных и дикорастущих растений, характеризующих уникальные эко-климатические условия.

Благодаря ярко выраженному орографическому расчленению и особенностям географического расположения очень велико видовое разнообразие растений, что даёт возможность выявить новые источники физиолого - биохимических активных веществ, которые используются в пищевой и парфюмерной промышленности, а также в медицине (Азонов А, 2006).

Особое место в этой связи имеют те дикорастущие растения, произрастающие в Таджикистане, которые продуцируют эфирные и жирные масла, а также и другие биологически активные вещества. Поэтому вполне актуальной задачей является исследование биохимического состава эфироносных дикорастущих растений произрастающих в горных зонах Таджикистана. Более того низкомолекулярные соединения, для которых свойственны полифункциональность действия, играют ключевую роль не только в адаптации организма к стрессовым условиям жизнедеятельности, но также поддерживают их протогенную значимость.

Образование нанокомпонентов - фармакологически активных веществ в лекарственных растениях, является динамическим процессом, изменяющим онтогенезию растений и зависит от многочисленных факторов внешней среды. В процессе онтогенезии, последней стадией синтеза являются алкалоиды, глюкозиды, терпены, фенольные соединения (флавоноиды), душистые вещества и др.

Образование и накопление химических компонентов в процессе фотосинтеза зависит от многих факторов внешней и внутренней среды. Например, от питания, почвы, воды, воздуха, газов микрофлоры и ферментативных процессов. Химизм лекарственных растений изменяется также в зависимости от светового режима. Одним, из которых являются просторные поля и солнечный свет, последний стимулирует образование и накопление в них предшествующих веществ. Особенно это относится к эфиромасличным растениям. С другой стороны, существует много тенелюбивых растений, для которых затененность играет важную роль в накоплении алкалоидов и некоторых стероидов. На химизм процессов метаболизма в растениях также влияет количество солнечных дней, определённые часы дня, сила освещения, условия светового освещения и тепло.

Среди природных факторов, влияющих на жизнедеятельность растений, не последнюю роль играют географические зоны местности. В условиях Таджикистана восточные горные регионы с влажной почвой являются более приемлемыми для лучшего произрастания зиры, накапливающей значительно больше эфирных масел в своих семенах. Установлено, что у масличных растений данных регионов количество жирных кислот и йодное число в маслах отличаются от масел масличных растений, произрастающих в других климатических условиях регионов республики (Шарапов Н.И., 1954), причину которого можно отнести к лучшим климатическим условиям. Вот такая существующая природно-климатическая аномальная зависимость побудила нас заниматься выделением и исследованием органических компонентов семян зиры юго-восточных регионов республики, в том числе Тавильдаринской и Даштиджумской зоны.

Для исследования использовали семена зиры этих регионах в разных фазах развития растений, а также для сравнения использовали привезенные семена зиры из Ирана, климатические условия которого отличаются от наших.

В связи с вышеизложенным, актуальность настоящего исследования заключается в изучении динамики накопления в онтогенезе и биосинтеза основных компонентов, таких как эфирные и жирные масла, фенольные соединения, полисахаридные комплексы и микроэлементы состава эфироносного растения зиры, широко распространенного в горных районах Республики Таджикистан и выявление влияния климатических факторов на образование данных компонентов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение изопропеноидных, флавоноидных и глицеридных соединений микроэлементного состава и полисахаридных комплексов семян зиры (Витит рек гейт), произрастающей в Таджикистане, в разных фазах формирования семян; разработка оптимальных условий выделения эфирного масла и витаминов группы А.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить состав эфирных масел семян зиры в разных периодах формирования семян и хроматографическими методами определить их компонентный состав в зависимости от зоны произрастания в Республике Таджикистан;

- изучить глицеридный состав семян зиры в разных климатических зонах и дать качественную и количественную оценку выделенного эфирного и жирного масла;

- разработать новый способ получения эфирного масла и витаминов группы А из семян зиры;

- изучить флавоноидный состав семян зиры и разработать метод, позволяющий определить сумму фенольных соединений;

- изучить микроэлементный состав и полисахаридные комплексы семян зиры методом атомно-эмиссионного спектрального и рентгенофазового анализов;

- определить влияние природного бентонита «Топкок» на качество эфирных и жирных масел семян зиры, с целью повышения их органолептических свойств.

Научная новизна работы. Новизна научных положений диссертационной работы заключается в том, что впервые с применением биохимических методов анализа, выявлен компонентный состав семян зиры, произрастающей в разных климатических зонах Республики Таджикистан. Разработан новый способ выделения эфирного масла путём вымораживания масличного экстракта, способствующий улучшению выхода масла по сравнению с существующими способами, а также с помощью колоночной хроматографии разработан метод выделения витаминов группы А из масла. Изучена динамика накопления изопропеноидных, флавоноидных и глицеридных соединений в семенах зиры в разных фазах развития семян. Найдена новая константа, характеризующая сумму фенольных соединений состава растительных масел.

Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, оформленных в диссертации. Охарактеризован биохимический состав низкомалекулярных соединений, таких как: флавоноиды, изопропеноиды и низкомолекулярные углеводы семян зиры, произрастающей в Таджикистане. Установлена идентичность биохимических компонентов зиры, произрастающей в разных географических зонах Таджикистана и коммерческой зиры Ирана. Установлен состав микроэлементов зиры, произрастающей в Таджикистане и коммерческой зиры Ирана. В составе зиры Таджикистана обнаружен ион серебра, который отсутствует в коммерческой зире Ирана. С помощью природного бентонита разработана система очистки эфиромасличных соединений, отличающихся своими органолептическими свойствами, которые в дальнейшем могут использоваться в пищевой и парфюмерной промышленности. Разработан способ определения новой константы фенольного числа (ФЧ), характеризующей количество фенолов в маслах и изучена динамика накопления эфирных масел, свободных кислот, флавоноидов и витаминов группы Е в разных фазах формирования семян.

Теоретическое и практическое значение работы. Диссертация Усмоновой Ш.Х. практически значима, т.к. получены результаты по улучшению органолептических свойств эфирных и жирных масел бентонитом «Топкок» и на основе эфирного масла зиры. Подготовлена душистая композиция, имеющая хорошее качество и приятный запах. Разработан новый способ выделения эфирного масла путём вымораживания масличного экстракта, способствующий улучшению выхода масла по сравнению с существующими способами, а также с помощью колоночной хроматографии разработан метод выделения витаминов группы А из масла. Полученные результаты и вышеизложенные методы могут быть применены в пищевой и парфюмерной промышленности. Изученная динамика накопления изопропеноидных, флавоноидных и глицеридных соединений в семенах зиры, в разных фазах развития семян, даёт возможность установить оптимальные сроки сбора сырья с наибольшим выходом и лучшим качеством. Использованные научно-методические подходы и найденная новая константа, характеризующая сумму фенольных соединений состава растительных масел, могут быть применены для выполнения аналогичных исследований других растительных объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-теоретической конференции: «Новые теоретические и прикладные исследования химии в высших учебных заведениях Республики Таджикистан» (ТГПУ имени С. Айни, Душанбе 2010 г.), Республиканской научной конференции: «Химия: исследования, преподавание, технология», посвященной «году образования и технических знаний» (ТНУ, Душанбе 29-30 сентября 2010 г.), Республиканской научной конференции: «Подготовка научных кадров и специалистов новой формации в свете инновационного развития государств» (ТУТ, Душанбе 30, 31 октября и 1 ноября 2010 г.); «Международной конференции: «Синтез, выделение и изучение комплексных свойств новых биологически активных соединений», посвященной 50-летию кафедры органической химии и 70-летию д.х.н., профессора Ш.Х. Халикова (ТНУ, Душанбе 3-4 октября 2011 г.). Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах компьютерного текста, состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, списка использованной литературы, включающего 65 источников, содержит 28 таблиц и 31 рисунок.

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Усмонова, Шоистахон Хайдаркулиевна

Выводы

1. Охарактеризован биохимический состав низкомалекулярных соединений, таких как: фенолы, изопропеноиды и низкомолекулярные углеводы семян зиры, произрастающей в Таджикистане.

2. Установлена идентичность биохимических компонентов зиры, произрастающей в разных географических зонах Таджикистана и коммерческой зиры Ирана.

3. Установлен микроэлементный состав зиры, произрастающей в Таджикистане и коммерческой зиры Ирана. В составе зиры Таджикистана обнаружен ион серебра, который отсутствует в коммерческой зире Ирана.

4. С помощью природного бентонита разработана система очистки эфиромасличных соединений, которые отличаются своими органолептическими свойствами.

5. Разработан способ определения новой константы фенольного числа (ФЧ), характеризующей количество фенолов в маслах и изучена динамика накопления эфирных масел, свободных кислот, флавоноидов и витаминов группы Е в разных фазах формирования семян.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Усмонова, Шоистахон Хайдаркулиевна, 2012 год

1. Авторское свидетельство СССР № 1818338.

2. Азонов А.Д., Денисенко П.П., Лосев Н.А., Холназаров Б.М. Лечебные свойства фенхелевого и лавандового эфирных масел. Монография.-Душанбе: «Эчод», 2006. 132 с.

3. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М.: Химия, 1976.

4. Андрющенко В.К. Методы оптимизации биохимической селекцииовощных культур. Кишинев: Штиинца. 1981, 128 с.

5. Арасимович В.В.,.Ермаков А.И. и др. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат. Ленинград. 1978, 430 с.

6. Бажакова И.В., Маслова Т.Г.и др. Пигменты пластид зеленых растений и методика их исследования. «Наука». М. - Л. 1964, 113 с.

7. Бобранский Б. Количественный анализ органических соединений. Госхимиздат. Москва. 1961, с 85.

8. Гиллер Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний. Т.П, «Недра», М., 1966.

9. Гиоргиевский В.П., Комиссариенко Н.Ф., Дмитрук С.Е. Биологически активные вещества лекарственных растений. Новосибирск, 1990, с 191.

10. Губен-Вейль. Методы органической химии. -М.: «Химия», 1967, 1032 с.

11. Гудвин Э. Сравнительная биохимия каротиноидов. М.: Наука, 1984.

12. Гусеева В.А., Пасешниченко В.А. и др. -Методы современной биохимии. М., 1975, с. 72-74.

13. Ибрагимов Д.Э., Зумратов А.Х. /Мат. рес. научн. практической конф. «Современные проблемы химии, химической технологии и металлургии». - Душанбе: Изд. Сектор, 2009, с. 99-100.

14. Ибрагимов Д.Э. Физико-химические константы масла семян лопуха. Молодые, ученые и современная наука (сборник научных трудов). -Душанбе. 2001, с 33-37.

15. Ковба Л.М. Рентгенография в неорганической химии. МГУ, М., 1991.

16. Кретович В.JI. Биохимия растений. М.: «Высшая школа», 1980, 445 с.

17. Л.Н.Харченко. -Сб. науч. работ. Краснодар: ВНИИМК, 1973, с. 16-31.

18. Луковникова Г.А., Рогожник Ф.А. Сборник научных трудов. - Л.: Изд.ЛГУ, 1982, с 29-30.

19. М.Д.Алания, Э.П.Келертелидзе, Н.Ф.Комиссаренко. Флаваноиды некоторых видов Astragalus флоры Грузии, Мецниереба, Тблиси. 2002, 152 с.

20. М.И.Горяев, И.А.Евдаков. Справочник по газожидкостной хроматографии органических кислот. АН КазССР, Алма-Аты, 1977, с 550.

21. М.И.Горяев. Эфирные масла флоры СССР. -М.: Из-во АН КазССР. -Алма-Ата, 1952, 380 с.

22. М.Кейтс. Техника липодологии. М.: Мир, 1975. 264 с.

23. М.М.Гаразд, Я.Л.Гаразд, В.П.Хиля. Неофлавоны 2. Методы синтеза и модификации 4-арилкумарин. -Химия природных соединений. Ташкент №3. 2005, с 199-219.

24. М.М.Горяев, И.Плива. Методы исследования эфирных масел. -Алма-Ата, 1962, 532 с.

25. М.Н.Запрометов. Основы биохимии фенольных соединений. М.: «Высшая школа». 1974, 213 с.

26. Мовсумов И.С., Гараев Э.А. Флаваноиды Limoniummeyeri. -Химия природных соединений. Ташкент №3. 2005, с 281-284.

27. Н.И.Шарапов. Химизм растений и климат. Изд-во АН СССР. М.-Л., 1954, 205 с.

28. Н.Т.Ульченко, З.А.Хушбактова, И.П.Беккер, Е.Н.Кидисюк и др. Липиды цветков и листьев Artemisia Annua и их биологическая активность. Химия природных соединений. - Ташкент. № 3, 2005. с. 226-229.

29. Н.Ф.Розов, В.А.Каюкова Изв. ТСХА. 1973. №1. с 218-222.

30. Патент Российской Федерации № 2133767.

31. Полевой В.В., Максимова Г.Б. Методы биохимического анализа растений.- Л.: Из-во ЛГУ. 1978, 192 с.

32. Практические работы по физической химии: Учебное пособие для вузов/Под ред. К.П.Мищенко и др. 5-е изд., перераб. - СПб, изд-во «Профессия», 2002 - 384 с.

33. Р.А.Музычкина. Реакции и реактивы для химического анализа некоторых групп БАВ в лекарственном растительном сырье. Алматы, 2002. 32 с.

34. Растительные ресурсы СССР, семейства Magnoliaceae Limoniaceae, -Л., 1985, с. 293.

35. Растительные ресурсы. Цветковые растения, их химический состав. -Л.: «Наука», 1986, с 264.

36. Репицкая И.Б. и др. Избранные методы синтеза органических соединений. - Новосибирск: «Новосибирский университет», 2000, 284 с.

37. Руководство по методам исследования технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности. Л.: ВНИИЖ. 1967, - Т. 1, кн. 1, с 284-285.

38. Руководство по методам исследования, техно-химическому контролю и учету производства в масложировой промышленности, 1, кн. 2. Л.: 1967, 827 с.

39. Садыков Ю.Дж. и др. Состав эфирного масла плодов зиры -Buniumpersicum (Boiss.) B.Fedtsch.,HAH, 1978, Т. XXI, № 5. с. 33-36.

40. Самородова Бианки Г.Б., С.А.Стрельцина. Исследования биологически активных веществ плодов: Методические указания. - Л.: ВИР. 1979, 84 с.

41. Снегерева И.А. Современные методы исследования качества пищевых продуктов. -М., 1976, с. 47-103.

42. T.B. Черненко, Ф.Ю.Газизов, А.И.Глушенкова, А.М.Нигмагуллоев. Липиды листьев и клубней EminiumLehmanii. Химия природных соединений. - Ташкент.: АНРУ № 2, 2005 с 115-117.

43. Т.В.Ганенко, Е.А.Хамидулина, С.А.Медведева. Химическое изучение шишек Pinns sylvestris. -Химия природных соединений. Ташкент. 2006, с. 493-494.

44. Тютюмников. Химия жиров. М.: «Наука», 1958, с. 204.

45. Умбетова К., IgbalChoudhary М.и др. Тритерпеноиды растений рода Tamarix. -Хим. прир. соед. Ташкент №3. 2006, с 271-274.

46. Флора Таджикской ССР. Т.VII, Л.: Наука, 1984, с. 95.

47. Хайс И.М., Мацек К. Хроматография на бумаге. Иностранная литература. Москва. 1962, с 550.

48. Христова Ю.П. Изменчивость содержания и компонентного 'состава эфирного масла OcimumbasilicumL. // Бюл.Никит.ботан.сада. 2008. Вып. 97. с. 75-79.

49. Шарапов А.Е. Масличные растения маслообразовательных процессов. -Л.: Из-во АН СССР, 1968, 580 с.

50. Э.Преч, Ф.Бюльманн, К. Аффольтер. Определение строения органических соединений. М. Мир; Бином. Лаборатория знаний. 2009, 438 с.

51. Э.Преч, Ф.Бюльманн, К. Аффольтер. Определение строения органических соединений. М. Мир; Бином. Лаборатория знаний. 2009, с. 424.

52. Э.Шеллард. Количественная хроматография на бумаге и в тонком слое. -М.: Наука. 1971, с 85.

53. Ю.Р.Скорикова, Э.А.Шафтан. /Тр. 3-го Всемирного семинара по биологически активным веществам плодов и ягод. Свердловск. 1968, с 451-460.

54. В.Sever. Investigation of deterpenoid and flavonoid contens of Ballota species growing in Turkey, PhD Thesis, Ankara, 2002.

55. Fragner J. Vitaminy, Jejich chemie a biochemie. N.C.A.V., Praga, 1961.

56. J.P.Teresa, J.G.Urones, A.Fernandez, M.D.V.Alvarez. Phytochem., 23, № 2, 1984, c. 461.

57. JenningsW., Shibamoto T. Qualitative analysis of flavor and fragrance volatites by glass capillary gas chromatography//N.Y.: Academie Press. 1980, 240 p.

58. John Wilry and Sons. Biochemical applications of mass spectrometry. -New-York. 1980, 1150 p.

59. K.P.Markhan. Techniques of flavanoid «identification. London. Academic press. 1982, p 113.

60. Nybon M.Frudit saft. -Industrie. 1963, -Vol. 4. p 205.

61. O.S.Citoglu, T.Coban, B.Sever, M.Iscan, J. Ethnopharmacol.,92,275 (2004).

62. P.Comez Serranillos, O.M.Palomino, A.I.Villarrubia. M.A.Gasses, E.Garreteo, A.Villar. J. Chromatogr. A, 778, 421 (1997).

63. T.Y.Mabry, K.R.Markham, M.B.Thomas. The systematic identification of Flavonoids. Acad-Press. New-York. 1970, 354 p.

64. Y.Ahirateki, I/Yokoe, M.Noguchi, T/Tomimori, M.Komatsu. Chem. Pharm. Bull, 36, 2220(1988).

65. Y.Miyaichi, Y.Imoto, T.Tomimori, C.Lin. Pharm. Bull, 35, 3720 (1987).