Исследование кристаллического бета-каротина из моркови на токсичность

Одной из важных задач, стоящих перед биотехнологией сегодня, является поиск средств, повышающих сопротивляемость организма человека и животных вредным воздействиям окружающей среды. В связи с этим в мире растет спрос на натуральные природные средства профилактики и лечения заболеваний человека и животных – лекарственные препараты и биологически активные вещества. Одним из важнейших таких веществ является бета-каротин. Он является провитамином А, обладает антиоксидантными, антиканцерогенными, антимутагенными и иммуностимулирующими свойствами.

В связи с вышесказанным, цель работы состоит в следующем: получить бета-каротин из термоокисленного растительного сырья экологически чистым методом и провести испытания препарата на безопасность путем выявления его возможных токсикологических, аллергических и местно-разражающих свойств.

Для достижения цели были выполнены следующие задачи:

• -    изучить теоретические основы производства бета-каротина;

• -    получить кристаллический бета-каротин из модифицированного растительного сырья, в качестве которого выбраны морковь и тыква;

• -    выбрать оптимальный режим подготовки сырья, условия экстракции;

• -    изучить выделенный препарат;

• -    провести исследование выделенного препарата на токсические, аллергические и местно-раздражающие свойства;

• -    исследовать отходы производства каротина.

Бета-каротин (β-каротин, пищевая добавка Е160а, синонимы – провитамин А) – биологически активное вещество природного происхождения, относящееся к каротиноидам, представляющим собой многочисленную группу желто-оранжевых пигментов [2].

Традиционными источниками получения каротиноидов служат также некоторые растения (морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха и др.), наряду с этим в тех же целях используют мицелиальные грибы и дрожжи. Кроме того, для получения бета-каротина широко используется химический синтез [1].

Материалы и методика исследования

Для реализации поставленной цели работы и выполнения задач была разработана следующая схема экспериментальных исследований, на которой отражены основные этапы научно-исследовательской работы.

Объектами исследования были выбраны каротиноиды из термоокисленного каротиноидсодержажащего растительного сырья, отходы производства бета-каротина.

Сырье – морковь среднеспелая сорта «Топаз» F1 и тыква сорта «Жемчужина». Отходы производства бета-каротина представляют собой тыквенный и морковный жом, отмытый от экстрагента (этанола) и высушенный в темноте при комнатной температуре.

Выделение бета-каротина проводили по следующей схеме:

• -    подготовка исходного растительного сырья (мойка, зачистка);

• -    измельчение до получения частиц со средним размером 1 мм;

• -    сушка и модификация каротиноидов природного сырья реакцией термоокисления кислородом воздуха в температурном интервале 90-140°С в течение 9-12 ч;

• -    охлаждение воздухом термоокисленного сырья;

• -    экстракция пигментов обработкой модифицированного сырья 96% этанолом и дезодорированным растительным маслом при температуре 40-50°С при периодическом перемешивании;

• -    фильтрование;

• -    концентрирование экстракта красителя до необходимого содержания красящих веществ путем отгонки растворителя.

Принцип метода определения бета-каротина. Данный метод основан на измерении интенсивности светопоглощения растворов бета-каротина. Как соединения с сопряженными двойными связями каротиноиды имеют характерные спектры поглощения в видимой области. Измеряли поглощение его растворов на спектрофотометре при 450 - 452 нм.

Результаты и их обсуждение

Анализируя спектральные данные, можно предположить, что основным пигментом полученного красителя является каротин, гидрофилизированный за счет образования комплекса с олигомерами углеводов, в частности, с пектином (рис.).

Длина волны, нм

Рисунок – Электронный спектр поглощения этанольного экстракта каротиноидов плодов тыквы после термообработки при t = 80 °С

Для проведения хроматографического исследования нами были взяты этанольные экстракты каротина из тыквы и моркови, а также масляные экстракты из аналогичного сырья.

Обработка результатов проводилась с помощью компьютерной программы GraphoTest ver. 1.3. Хроматографический анализ состава каротиноидных пигментов гидрофилизированного красителя, выполненный методом тонкослойной хроматографии, показал, что он состоит в среднем на 74-75% бета-каротина и 2526% фитоксантинов. Содержание и тип фитоксантинов определяются условиями модификации природного сырья, их содержание возрастает при увеличении продолжительности процесса термоокисления.

Повторное проведение хроматографии для спиртовых экстрактов показало, что каротиноидные пигменты в экстрактах модифицированных красителей (без применения стабилизирующих добавок) разрушаются в среднем на 50% через 7 суток хранения при комнатной температуре в отсутствии света.

Расчет массового выхода продукта весовым методом основан на взвешивании сухого остатка каротина и определении его массовой доли в полученном экстракте.

Массовая доля каротиноидов в отходах спиртовой экстракции каротина из моркови составила 0,892%, тыквы – 0,7963%

Оценка общетоксических свойств выделенного каротина проводилась на белых беспородных мышах. Добавление в корм отходов выделения бета-каротина с достаточно высоким остаточным содержанием бета-каротина и его окисленных форм никаких изменений в состоянии животных не вызвало. Проведенные исследования показали, что выделенный каротин хорошо переносится животными.

Таблица 1 – Результаты исследования отходов спиртовой эктракции бета-каротина на белых однолинейных мышах

				Масса тела, г
День		1-ая группа		2-ая группа	Контрольная группа
	№1	№2	№3	№1   №2   №3	№1   №2  №3
1	37	32	34	32     30     36	34     31     37

2	37	32	35	33	31	36	34	30	37
3	36	33	35	34	30	36	34	30	36
4	37	33	35	34	30	35	35	30	37
5	37	33	36	34	30	35	35	31	37

Визуальное наблюдение в течение всего эксперимента не выявило каких-либо изменений в поведении опытных животных. Внешне опытные животные выглядели немного лучше, чем контрольные, на протяжении эксперимента вели себя активно, у них была гладкая блестящая шерсть. Гибели животных не отмечалось ни в одной из групп.

Местнораздражающее действие каротина изучали методом накожных аппликаций на лабораторных мышах. В течение 5 дней эксперимента препарат не вызвал у подопытных животных никаких изменений.

Проведенный провокационный тест опухания уха показал отсутствие аллергических реакций у подопытных животных на данный препарат.

Выводы

В результате проведенного исследования были сделаны следующие выводы:

Выделение бета-каротина из каротиноидсодержащего растительного сырья остается одним из важнейших способов его производства ввиду простоты, изученности и экологичности технологии.

Испытанный нами препарат и отходы производства бета-каротина могут быть использованы после дальнейших исследований для получения экологически чистой животноводческой продукции, выделенный бета-каротин из термоокисленного природного сырья можно рекомендовать для использования в пищевой промышленности в качестве красителя с провитаминной активностью.