Лекарственное растительное сырье, содержащие витамины
Фармакогнозия. Карпук В.В. – 2011
Лекарственные растения и лекарственное растительное сырье, содержащие каротиноиды (провитамины А)
Лекарственные растения и лекарственное растительное сырье, содержащие нафтохиноны (витамин К)
Витамины— это природные вещества, разнообразные по химической структуре и объединяемые их функциональной значимостью для жизнедеятельности человека и животных. Находят применение в медицине и ветеринарии.
Значение
Витамины открыл в 1880 г. русский врач Н. И. Лунин, но название «амины жизни» им дал польский ученый К. Функ. Впоследствии оказалось, что витамины, как правило, не содержат аминогрупп. Витамины вместе с гормонами и ферментами образуют группу БАВ каталитического типа и играют огромную роль в клеточном дыхании, функциях нервной системы, эндокринных желез, усиливают иммунобиологические процессы, процессы пищеварения, внутриклеточного катаболизма и анаболизма, экскреции, детоксикации, оказывают противовоспалительное действие, участвуют в механизмах зрения, вкуса и т. д.
Функциональная значимость витаминов определяется тем, что они, в особенности витамины группы В, выполняют роль простетических групп и кофакторов каталитических белков (ферментов) и требуются организму в очень малых количествах, по сравнению с основными веществами, используемыми для питания — белками, жирами, углеводами. Однако дефицит витаминов в организме ведет к серьезным нарушениям обмена веществ и заболеваниям, таким как цинга, рахитизм, куриная слепота, полиневриты. Это в случае гипо- и авитаминоза. Однако и переизбыток витаминов в организме (гипервитаминоз) также вреден, так как ведет к нарушениям обмена веществ и отравлениям.
Сегодня известно около тридцати витаминов. Человек получает их с пищей: в основном из продуктов растительного происхождения, реже — животного. Однако витамины синтезируются растениями не в равной мере, не всеми органами и тканями растений. Например, корни и камбий получают витамины из других тканей, где они образуются, а синтезируются витамины преимущественно хлорофиллоносными клетками листа, стебля, плодов и коры, где они чаще всего накапливаются.
Исследования содержания отдельных витаминов в разных фазах вегетации показывают, что содержание каротина, аскорбиновой и пантотеновой кислот, рутина, биотина и других веществ по мере роста растений увеличивается, а в период цветения и плодообразования их концентрация в листьях резко падает. Данный факт, возможно, объясняется усиленным расходованием витаминов в ходе генеративного развития растений, обусловленного качественно новым типом обмена веществ.
Витамины, оказывая большое влияние на функции растений, находятся в зависимости от условий их существования, влияющих на обмен в целом и на образование и накопление витаминов в частности. Как правило, для образования витаминов в растениях необходимы свет, вода, минеральные вещества для питания и температура примерно 20—30оС. Но аскорбиновая кислота лучше образуется при пониженных температурах: плоды и корнеплоды могут синтезировать ее при 0оС.
Нормальное минеральное питание — одно из важнейших условий образования витаминов растениями. Это определяется непосредственным участием некоторых элементов (S, N, P, Co) в построении молекул витаминов и активированием ими ферментных систем (в том числе с помощью Mg, Mn, Zn), осуществляющих стадии биосинтеза витаминов. Можно утверждать, что нет ни одного растения, в котором не содержалось бы тех или иных витаминов или провитаминов. Однако ЛР — это растения, в которых витамины накапливаются в больших количествах, вследствие чего именно ими определяется основное значение растения как ЛРС (витаминоносное). Такие растения мы рассмотрим далее.
Кроме растений витамины в больших количествах содержатся в дрожжевых грибах, водорослях, но последние пока еще очень слабо используются человеком. Некоторые витамины в большом количестве содержатся в печени животных, рыб. Отдельные витамины синтезируются микроорганизмами, находящимися в кишечнике, и необдуманное вытравливание этих микроорганизмов из ЖКТ ведет к дисбактериозам и катастрофическим последствиям для организма. Витамины поступают к человеку с сырой пищей и очень быстро разрушаются при термической обработке, под действием ионов металлов — особенно Fe, Cu, Al, которые часто входят в состав посуды. Сохранение и консервация витаминов в пище — одна из наиболее значимых научных биотехнологических задач.
Большинство витаминов попадает в человеческий организм в состоянии законченного синтеза. Однако некоторые из них поступают из растений в форме провитаминов, соединений, очень близких по структуре к соответствующим витаминам, являясь их предшественниками. К числу важнейших провитаминов относятся каротиноиды — предшественники витаминов группы А и ряд природных стеринов (например, эргостерол), считающиеся предшественниками витаминов группы D.
Классификация витаминов
Существует несколько классификаций витаминов: буквенная (они обозначаются буквами и цифрами латинского алфавита); химическая (по принадлежности витаминов к группам химических соединений, в частности к ациклическому (алифатическому), алициклическому, ароматическому и гетероциклическому ряду); по растворимости (водо- и жирорастворимые); фармакологическая (по действию на организм). Химическая классификация получает все большее признание в фармакологии. Рассмотрим подробнее особенности перечисленных классификаций (табл. 2).
Таблица 2. Соотношение разных классификаций витаминов По химической структуре витамины объединяют в четыре группы:
- 1) алифатического ряда: производные лактонов ненасыщенных полиоксикарбоновых кислот (в частности, аскорбиновая кислота — витамин С); алифатические ненасыщенные жирные кислоты (витамин F1: линолевая, арахидоновая, эйкозопентодиеновые кислоты и др.);
- 2) алициклического ряда: ретинолы (циклогексановые соединения: витамины А (А1, А2)); провитамины (каротиноиды);
- 3) ароматического ряда: нафтохиноны (витамины К: филлохинон, менахинон, менадион);
- 4) гетероциклического ряда: токоферолы (витамин Е); эргокальциферолы (витамин D1и D2); биофлавоноиды (витамин Р (например, рутин, кверцетин)); никотиновая кислота (витамин РР (или В3)); тиамин (В1); рибофлавин (В2); пиридоксин (В6); фолиевая кислота (В9); цианокобалоамин (В12).
Классификация витаминов по растворимости основывается на их физико-химических свойствах, в частности жиро- и водорастворимости витаминов. Выделяют две основные формы содержания этих веществ в ЛРС. Именно поэтому данная классификация очень удобна и чрезвычайно популярна в фармакогнозии, и мы также будем широко ее использовать. Назовем основные витамины каждой группы.
Жирорастворимыми являются провитамины группы А (ретинола) — каротиноиды (например, ликопин) и каротины (альфа, бета, гамма); провитамины группы D (эргокальциферолы) — эргостерол и другие фитостеролы; витамины группы Е — токоферолы-альфа, бета, гамма, сигма; витамины комплекса F — высоконепредельные жирные кислоты и простагландины.
К водорастворимым относятся аскорбиновая кислота (витамин С), тиамин (витамин В1), рибофлавин (витамин В2), никотиновая кислота (витамин В3, РР), холин (витамин В4), пантотеновая кислота (витамин В5), пиридоксин (витамин В6), инозит (витамин В8), фолиевая кислота (витамин В9), цианокобалоамин (ви тамин В12), оротовая кислота (витамин В13), пангамовая кислота (витамин В15), карнитин (витаминоподобное вещество В7), липоевая кислота (витамин В10), а также биотин (витамин Н), флавоноиды (витаминоподобные вещества группы Р (от permeate— проникать: например, рутин; но эти вещества неверно называют водорастворимыми, скорее они спирторастворимые), метилметионин (витаминоподобное вещество U S).
Физико-химические свойства
Данные свойства в витаминах заметно варьируют.
Аскорбиновая кислота— белый кристаллический порошок, кислый на вкус, легкорастворимый в воде, спиртах, не растворимый в неполярных органических растворителях, таких как эфир, хлороформ, бензол. Окисляясь, она превращается в дегидроаскорбиновую кислоту.
Каротиноиды— кристаллические вещества или масла от красного до желтого цветов. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (хлороформ, петролейный эфир, бензол), спиртах, ацетоне. Каротины являются производными ликопина — наиболее распространенного в растениях каротиноида. Каротин может быть в форме трех изомеров: альфа-, бета- и гамма-. Бета-каротин имеет два ионовых кольца, соединенных непредельной цепью жирной кислоты, альфа- — одно ионовое кольцо, а гамма — два псевдоионовых кольца. При превращении в витамин А наиболее ценен бета-каротин, образующий две молекулы ретинола:
В ЛР каротиноиды находятся в хромопластах плодов, цветков и иногда корней (морковь), а также вместе с хлорофиллом в хлоропластах в белковых комплексах или в капельках масла. В ЖКТ человека происходит ферментативный гидролиз молекул—каротина на симметричные половины, в результате чего образуются две молекулы витамина А. Каротин легко окисляет разные вещества, образуя пероксиды по многочисленным двойным связям. Поэтому соседство с каротином может предохранять другие вещества от окисления (антиоксидант).
Флавоноиды— бесцветные или желтые кристаллические вещества, подвергающиеся ферментному или кислотному гидролизу. В воде лучше растворимы гликозиды с тремя и большим числом гликозильных остатков.
Фитостеролы (сито-, сигма-, кампфа-стеролы) — предшественники витаминов группы D. При поступлении с пищей в организм животного фитостеролы превращаются в холестеролы, из которых и формируются витамины этой группы. Например, эргостерол, находящийся в дрожжах, в организме животного превращается в витамин D2 (эргокальциферол). Природные витамины D2иD3 в значительных количествах накапливаются в печени и жировой ткани трески, сопутствуя в них витамину А и часто действуя синергично. Следовательно, это природные антиоксиданты и компоненты мембран, они также участвуют в построении скелета. Витамины группы Е— α, β, γ, δ и формы токоферола, производные хромана (бензо-γ-дигидро-пропана) — природные антиоксиданты, которые поступают в организм с пищей. Токоферолы хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, хуже в спиртах, не растворимы в воде. Наиболее активен—токоферол, который, как и—токоферол, встречается во многих растениях, часто вместе с каротиноидами, аскорбиновой кислотой, флавоноидами, и действует с ними синергично, защищая мультиферментные комплексы мембран от быстрого окисления.
Витамины группы К— антигеморрагические факторы, необходимые для нормальной свертываемости крови. При недостатке витамина К биосинтез протромбина и других компонентов тромбоцитов прекращается, капилляры лопаются и усиливается кровоточивость. По химической природе витамины К — производные 2-метил-1, 4-нафтохинона. У витамина К1 (филлохинона) в положении С 3 стоит цепь фитола; у витамина К2 (менахинона) — цепь из 4—9 С-атомов. Филлохинон образуется в высших растениях (люцерне, шпинате, цветной капусте, хвое, томатах), менахинон — бактериями, в том числе живущими в ЖКТ. Синтетический аналог витамина К — викасол.
Выделение витаминов из ЛРС и их качественный и количественный анализ
Методы выделения витаминов из ЛРС основаны на их физико-химических свойствах. Водорастворимые витамины экстрагируют водой, водными растворами кислот, буферными растворами с последующей ферментацией — для освобождения связанных форм витаминов. Для выделения жирорастворимых витаминов применяют органические растворители: ацетон, этанол, хлороформ, петролейный эфир.
Для очистки витаминов от балластных веществ используют различные виды хроматографии: тонкослойную, колоночную, ионообменную. Для качественного обнаружения витаминов чаще всего используют хроматографию в тонком слое. Витамины на хроматограмме обнаруживают по окраске в видимом свете (у каротиноидов), на флуоресценции в УФ-лучах как до, так и после проявления специальными реактивами. В качестве реагентов для проявления витаминов используют:
- -водный раствор 2, 6-дихлорфенолиндофенолята Na: витамин С выявляется в виде бесцветного пятна на розовом фоне (розовым фон становится из-за подкисленного 2, 6-дихлорфенолиндофенолята Na, а бесцветные пятна — из-за окисления индикатора аскорбиновой кислотой);
- -спиртовой раствор фосфорно-молибденовой кислоты с нагреванием до температуры 60—80оС: каротиноиды обнаруживаются в виде синих пятен;
- -длительное УФ-облучение: первично нефлуоресцирующий витамин К начинает флуоресцировать желто-зеленым цветом. Количественное определение содержания витаминов в ЛРС проводят методом титриметрии, спектрофотометрии, флуореметрии.
Заготовка и сушка ЛРС, содержащего витамины
ЛРС заготавливают в период наибольшего содержания в нем витаминов. Например:
- -листья травы (например, крапивы) срезают во время цветения;
- -кукурузные столбики с рыльцами — во время созревания початков;
- -плоды (шиповника, смородины) — в период полной зрелости;
- -кору (калины) — весной до распускания почек.
Витаминсодержащее ЛРС в случае превалирования витамина С сушат быстро — в сушилках при температуре 80—90оС, так как при более медленной сушке происходит быстрое разрушение аскорбиновой кислоты. В случае превалирования жирорастворимых витаминов ЛРС сушат без доступа солнечных лучей при температуре 40—50оС:
- листья крапивы, кукурузные столбики с рыльцами сушат при температуре не выше 40оС,
- цветки календулы — не выше 45оС,
- кору калины — при 50—60оС,
- плоды калины — при 60—80оС.