Экстракты для производства пищевых добавок

В.А. Волков, Е.Е. Кевер

Человечество всю свою историю использует растения в пищу, а также в лечебных и косметических целях. При приготовлении напитков, пищевых добавок, косметических изделий и лекарственных препаратов применяются различные технологии извлечения (экстракции) полезных веществ из тканей растений. Эти технологии различаются как по используемому экстрагенту, так и по методике экстракции и применяемому оборудованию.

В зависимости от полярности используемого растворителя из одного и того же растения получаются экстракты, не имеющие ничего общего в химическом составе (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Хроматограммы экстрактов Matricaria recutita L.: 1 – водно-пропиленгликолевого, 2 – полученного с использованием сверхкритического СО2. Хроматограф Shimadzu LC-20 Prominence, детектор диодно-матричный SPDM20A, колонка Merck Superspher-100 RP-18, 4×250 мм. Элюирование градиентное, элюент ацетонитрил-вода, скорость потока 0.5 мл/мин

Рис. 2. Хроматограммы экстрактов Calendula officinalis L.: 1 – водно-пропиленгликолевого («Завод эндокринных ферментов», Россия), 2 – масляного экстракта («Завод эндокринных ферментов», Россия), 3 – масляного экстракта производства Германии.

В левой части хроматограммы, соответствующей выходу наиболее полярных соединений, имеются пики только у водно-пропиленгликолевого экстракта, в то время как в правой части, соответствующей выходу малополярных соединений – только у СО2 – экстракта.

Аналогичная картина наблюдается и при сравнении водно-пропиленгликолевых и масляных экстрактов:

Очень хорошими экстрагентами, извлекающими из тканей растений как гидро-, так и липофильные соединения, являются водно-этанольные смеси. Они с успехом применяются для производства экстрактов для приема внутрь и обработки полости рта, однако практически не применяются при производстве косметики из-за негативного воздействия на кожу и способности расслаивать косметические составы.

Поэтому для производства косметики применяются, главным образом, пропиленгликолевые и водно-пропиленгликолевые экстракты. 1,2-пропиленгликоль является веществом, разрешенным для наружного и внутреннего применения, безопасность которого подтверждена многочисленными исследованиями. 1,2-пропиленгликоль при нанесении на кожу улучшает проникновение в нее действующих веществ косметических композиций.

Глицерин является полностью биосовместимым веществом, более дешевым, чем 1,2-пропиленгликоль, однако, из-за высокой вязкости уступает последнему по экстрагирующей способности.

Сверхкритический CO2 обладает превосходной способностью извлекать из тканей растений липофильные соединения в условиях максимального их сохранения, в результате чего получаются концентрированные экстракты, не содержащие растворитель. Однако, гидрофильные соединения, среди которых многие ценные вещества, в частности, флавоноиды, танины, углекислота не экстрагирует. Кроме того, такие экстракты имеют высокую себестоимость.

Сравнительная характеристика преимуществ и недостатков различных растворителей, используемых при получении экстрактов растений, приведена в таблице:

При использовании одного и того же экстрагента получаемые экстракты могут сильно различаться по составу и количеству экстрагированных веществ. При этом играют роль следующие факторы:

• сорт, место произрастания сырья, почвенно-климатические условия, время его заготовки;
• соблюдение технологии заготовки и хранения растительного сырья;
• метод экстракции, соотношение массы сырья и экстрагента.

На рис. 3 представлены хроматограммы экстрактивных соединений календулы (Calendula officinalis L.), произведенных на российском и латвийском предприятиях. Качество экстрактов сопоставимое, при этом каждый экстракт имеет преимущество по одним компонентам и проигрывает по другим.

Рис. 3. Хроматограммы экстрактов Calendula officinalis L. при извлечении одним растворителем из сырья разных сортов. Синий – водно-пропиленгликолевый («Завод эндокринных ферментов», Россия), зеленый – водно-пропиленгликолевый (латвийская фирма).

Действующие нормативные документы предписывают указывать в спецификациях на экстракты растений физико-химические параметры (плотность, показатель преломления, остаток сухого органического вещества), никак не характеризующие их полезные свойства, поэтому в спецификациях производителей количественные характеристики полезных свойств почти всегда отсутствуют. Государственная фармакопея содержит статьи на часть используемых в косметических целях растений; в этих статьях приводятся методики количественного анализа одной-двух основных (в соответствии с существующей медицинской практикой) для данного вида групп действующих веществ. Наиболее полные сведения о качестве и составе экстрактов дает хроматография, хотя проведение хроматографического анализа требует наличия дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. На рис. 4 представлены хроматограммы водно-пропиленгликолевых экстрактов женьшеня (Panax ginseng C. A. M.), из анализа которых следует, что далеко не всегда отечественная продукция уступает европейским аналогам:

Рис. 4. Хроматограммы экстрактов женьшеня (Panax ginseng C. A. M.), произведенных на разных предприятиях: синие – воднопропиленгликолевые («Завод эндокринных ферментов», Россия), красные воднопроприленгликолевые двух компаний стран ЕС

Между тем, основной задачей большинства косметических средств является защита кожных покровов от старения, в процессе которого заметную роль играют свободные радикалы, образующиеся в организме как в ходе естественных процессов клеточного дыхания, так и в результате активизации патологических процессов, воздействия ультрафиолетового излучения, токсинов, фотосенсибилизаторов и т.д [1]. Поэтому интегральной величиной, характеризующей качество и полезные свойства большей части номенклатуры растительного сырья для косметической промышленности, могло бы стать суммарное содержание антирадикальных антиоксидантов.

Со времени открытия т.н. «французского парадокса» [2] (обусловленный потреблением большого количества растительных антиоксидантов с пищей низкий уровень заболеваемости сердечно-сосудистыми заболеваниями при высоких факторах риска во Франции) ученые, промышленники и потребители стали проявлять возрастающий интерес к антиоксидантным свойствам пищевой, косметической и фармацевтической продукции. Слово «антиоксидант» превратилось из предложенного учеными ИХФ РАН Н.М Эмануэлем и Е.Б. Бурлаковой научного термина в популярный рекламный «бренд», эффективно повышающий продажи товаров и услуг, но далеко не всегда добросовестно и обоснованно используемый.

В 2004 году главным санитарным врачом РФ утверждены «Рекомендуемые уровни потребления пищевых продуктов и биологически активных веществ» [3], в соответствии с которыми введены адекватные и верхние допустимые уровни суточного потребления АО растительного происхождения. Суммарное адекватное потребление фенольных АО составляет около 500 мг, верхнее допустимое – около 1100 мг. В США наиболее распространена точка зрения, что суточная норма потребления фенольных АО с пищей составляет около 1000 мг; при этом лишь 30% жителей США потребляют АО в количестве, соответствующем этой норме.

Тем не менее, большинство производителей пищевой и косметической продукции, использующие слово «антиоксидант» в рекламных целях, не имеют данных даже об общем количественном их содержании в исходном сырье и в готовой продукции.

В лаборатории комплексной оценки антиоксидантов ИБХФ РАН накоплен опыт использования 8-ми прямых и непрямых методов количественного анализа веществ антиоксидантного действия в объектах растительного происхождения.

Проведены сравнительные исследования содержания антиоксидантов во многих образцах вин (рис. 5) и растительных экстрактов как собственного лабораторного приготовления (рис. 6), так и промышленного.

Рис. 5. Средние показатели содержания АО в винах, получаемые при использовании различных тест-систем. ГК – галловая кислота (стандарт сравнения), аскорб – аскорбиновая кислота (стандарт сравнения), хемилюм – хемилюминесцентный метод (инициирование с помощью системы «гемоглобин – H2O2» либо с помощью азоинициатора AAPH).

Рис. 6. Концентрации АО в экстрактах некоторых пищевых и лекарственных растений, приготовленных в лаборатории комплексной оценки антиоксидантов ИБХФ РАН (экстрагент – этанол) по ДФПГ-методу и амперометрическому анализу (в сравнении со стандартным образцом кверцетина) [4]. На левой диаграмме концентрация выражена в миллиграммах стандартного вещества на грамм сухой навески тканей растений, подвергнутых экстракции.

При анализе суммарной концентрации АО в образцах некоторых отечественных экстрактов, производимых для нужд косметической промышленности (таблица 2) было установлено, что экстракты надземных частей растений содержат АО в количестве, равном их содержанию в высококачественных красных виноградных винах (1 мг кверцетина при измерениях по ДФПГ-тесту соответствует 0,54 мг галловой кислоты). Тот факт, что масляный экстракт календулы лекарственной содержит АО значительно больше, чем водно-пропиленгликолевый, объясняется присутствием в исходном подсолнечном масле значительного количества токоферолов и токотриенолов, главным образом, α-токоферола, которые обеспечивают большую часть наблюдаемой антиоксидантной активности масляных экстрактов.

Экстракты подземных частей растений, в частности, женьшеня, содержат гораздо меньше АО, чем экстракты надземных частей. Тонизирующее действие этого экстрак – та связано, главным образом, с гликозидами сапонинов, которые имеют стероидную химическую природу и анти – оксидантными свойствами не обладают.

Таким образом, для обеспечения высокого качества продукции на основе растительного сырья и ее конку – рентных преимуществ предприятиям необходимо при отборе поставщиков и выборе производственных техно – логий осуществлять контроль физико-химических пара – метров экстрактов и конечного продукта с применением современных аналитических методов и параметров, да – ющих адекватные представления об их свойствах. Выбор количественного содержания антиоксидантов в каче – стве интегрального параметра, характеризующего по – лезные свойства растительного сырья для косметиче – ской промышленности, может дать выпускаемому сырью и косметическим продуктам серьезные конкурентные преимущества по сравнению с продукцией, характери – стики которой не связаны с полезными свойствами для организма.

ЛИТЕРАТУРА

1. B. N. Ames, M. K. Shigenaga, T. M. Hagen. Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1993. – Vol. 90. – P. 7915–7922.
2. Harbome J. B. Advances in flavonoid research since 1992 / J. B. Harbome, C. A. Williams // Phytochemistry. – 2000. – Vol. 55. – P. 481–504.
3. Рекомендуемые уровни потребления пищевых продуктов и биологически активных веществ. Методические рекомендации. МР 2.3.1.1915–04 (утв. Роспотребнадзором 02.07.2004).
4. В.А. Волков, Н.Н. Сажина, П.М. Пахомов, В.М. Мисин. Содержание и активность низкомолекулярных анти – оксидантов в пищевых и лекарственных растениях // Химическая физика. – 2010. – Т. 29, №8. – С. 73 – 77.