Пищевая химия. Жирорастворимые витамины. Учебное пособие

Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

В. С. Гамаюрова, Л. Э. Ржечицкая

ПИЩЕВАЯ ХИМИЯ

Жирорастворимые витамины

Учебное пособие

Казань Издательство КНИТУ

2015

УДК 664:577.1(075.8) ББК 36-1

Гамаюрова В.С.

Пищевая химия. Жирорастворимые витамины : учебное пособие / В.С. Гамаюрова, Л.Э. Ржечицкая; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. – 136 с.

ISBN 978-5-7882-1731-4

Пособие написано в соответствии с основной образовательной программой по дисциплине Б.3.09 «Пищевая химия». Рассмотрены теоретические вопросы, раскрыты механизмы химических реакций, лежащих в основе аналитических методов, приведены расчетные формулы обработки результатов исследований, способы приготовления реактивов, контрольные вопросы для самоконтроля.

Предназначено для практической и самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению подготовки 260100 «Продукты питания из растительного сырья», профиль «Технология детского и функционального питания».

Подготовлено на кафедре пищевой биотехнологии. Табл. 32. Библиогр.: 37 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты: рук. отдела сертификации ОАО «Завод

контрактного производства ПАК ТАЙМ» канд. хим. наук Г.С. Степанова канд. хим. наук, доц. кафедры общей химии и

биотехнологии КГАУ З.М. Хазлиахметова

ISBN 978-5-7882-1731-4 © Гамаюрова В.С., Ржечицкая Л.Э., 2015

©Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2015

Введение

К жирорастворимыми витаминами относят витамины А, D, Е и К. Они представляют собой неоднородные по химическому строению и разнообразные по биологического действия соединения для которых нет единой номенклатуры. По своей химической природе жирорастворимые витамины принадлежат к разным классам органических соединений. К каротиноидам относится витамин А, к стероидам – витамины группы D, к гетероциклическим соединения относятся производные хромана (витамин Е), нафтохинонов (витамин К). Используется их буквенное обозначение и тривиальные химические названия. В отличие от водорастворимых витаминов, выступающих в качестве коферментов, жирорастворимые, как правило, обладают собственной витаминной активностью и проявляют широкий спектр биологической активности

Кроме витаминов известны витаминоподобные вещества, которые являются важными биологически активными компонентами пищи, хотя их витаминная активность не доказана. К таким относятся рутин (витамин Р), карнитин (витамин Т), ксантоптерин (витамин В14), холин (витамин В4) и убихинон (кофермент Q) и кислоты: оротовая (витамин В13), липоевая (тиоктовая) (витамин N) и пангамовая (витамин В15).

3

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1.1 ВИТАМИН А

Витамин А (ретинол, аксерофтол) впервые выделен из неомыляемой фракции жиров в 1912 г., а его химическое строение было установлено П.Каррелом в 1931 г. Жирорастворимый витамин А относится к семейству ретиноидов, по структуре представляет собой β-иононовое кольцо, имеющее в боковой цепи сопряженную полиеновую систему, с различными заместителями на конце этой цепи. Витамин А существует в трех основных формах – спиртовая (ретинол), альдегидная (ретиналь), и кислотная (ретиноевая кислота), основная природная форма витамина А – спиртовая.

хождения, в которых он встречается в виде витамина А1 и А2. В тканях животных и рыб присутствует витамин А1. Из шестнадцати возможных стереоизомеров ретинола А1 наиболее известны шесть (табл.1), практическое значение имеют два – транс-ретинол, 13-цис-ретинол. Среди них наибольшей биологической активностью обладает полный трансретинол, в котором все четыре двойные связи боковой цепи имеют транс-конфигурацию и s-цис-конфигурацию1 С6– С7 – связи.

1S – обозначает вид цис- транс-зомерии относительно одинарной (simpol bond) связи, расположенной между двумя двойными.

4

Таблица 1 – Стереоизомеры ретинола

5

Природный витамин А, выделяемый из жира печени морских рыб, на 65 % состоит из транс-изомера и на 35 % из 13 цис-изомера (неоретинола). Доля неоретинола в природных источниках в среднем составляет примерно треть, в то время как в препаратах, полученных промышленном путем, эта доля значительно ниже. Ангидровитамин А1 присутствует в малых количествах в печеночном жире рыб и других естественных источниках витамина, в промышленности его получают из витамина А1 в присутствии кислот.

Витамин А2 в отличие от А1 характеризуется наличием дополнительной кратной связи между атомами С5 и С6 в шестичленном цикле. Природный витамин А2 имеет полную транс конфигурацию (all- trans-3-дегидроретинол) и его биологическая активность соответствует 40 % активности витамина А1. Естественным источником витамина А2 являются неомыляемые фракции жира печени пресноводных рыб, в которых он присутствует вместе с витамином А1, в спиртовой и альдегидной формах (дегидроретинол и дегидроретиналь).

Ретинол in vivo абсорбируется хиломикронами в тонком кишечнике и запасается в печени, где накапливается до 90 % всего витамина А. В организме человека ретинол легко обратимо окисляется до ретиналя, а затем необратимо до транс-ретиноевой кислоты:

Витамин А является ростовым фактором, его дефицит в молодом возрасте приводит к остановке роста, особенно костей, эпители-

6

альных клеток, повреждению тканей центральной нервной системы, гипервитаминоз витамина приводит к ломкости костей. Роль ростового фактора в организме человека выполняет продукт метаболизма ретинола – ретиноевая кислота, которая является гормональной формой витамина А. Под действием внутриклеточных изомераз некоторое количество полностью транс-ретиноевой кислоты превращается в 9-цис-, 11-цис-, 13-цис-ретиноевую кислоту витамина А.

Наиболее подробно изучена биохимическая роль витамина А в зрительных процессах. Ретиналь входит в зрительный пигмент родопсин («зрительный пурпур»), находящийся в зрительных клетках глаза всех беспозвоночных и позвоночных животных, в том числе и человека. Поэтому при дефиците витамина А страдает прежде всего зрение, наблюдается сухость роговой оболочки глаз, нарушение темновой адаптации и развивается ксерофтальмия («куриная» слепота).

Молекула родопсина содержит одну хромофорную группу, две олигосахаридные цепочки и водонерастворимый мембранный белок – опсин. В качестве хромофорной группы родопсина выступает 11-цис- изомерная форма ретиналя. Хромофор расположен в центре молекулы родопсина и связан через остаток лизина с белковой молекулой.

В роли кофермента 11-цис-ретиналь выполняет несколько функций. Одна из них – в темновом состоянии удерживать молекулу родопсина, чтобы она не запустила ложный зрительный акт. Следовательно, в темноте 11-цис-ретиналь является мощным лиганд-антагонистом родопсина. Зрительный акт должен быть запущен квантом света, но не быть ложным. Другая физиологическая функция 11-цис-ретиналя – это

7

его сверхбыстрая цис-транс-фотоизомеризация, вызванная поглощением кванта света.

H

Процесс цис-транс-фотоизомеризации хромофора, приводящий к выпрямлению полиеновой цепочки протекает с высокой скоростью, порядка 200 фемтосекунд (1фс=10-15с), и является «спусковым» – запускает сложнейшие процессы зрительного акта, освобождая родопсин для дальнейших превращений. В процессе фотопревращения родопсина происходит высвобождение его хромофорной группы – полностью транс-ретиналь выходит из белковой части молекулы и переходит в цитоплазму. В дальнейшем он восстанавливается до ретинола и обратно конвертируется в 11-цис-ретиналь.

Пищевыми источниками витамина А являются продукты животного происхождения, где он встречается главным образом в виде сложных эфиров (табл. 2). В растительной пище, особенно в свежих овощах (морковь, тыква, шпинат и другие) и фруктах (шиповник, апельсин, абрикос) присутствуют провитамины А – каротины, которые в организме подвергаются окислительному расщеплению в печени и слизистой оболочке кишечника до ретинола. При этом β-каротин образует две молекулы ретинола, а α и γ каротины – по одной молекуле. Наибольшей А-витаминной активностью обладает β-каротин, активность α- каротина – вдвое ниже, γ-каротина – составляет 27% активности β- каротина.

8

Таблица 2 – Cодержание витамина А в пищевых продуктах

R

Природные α-, β-, γ-изомеры каротина обладают способностью изомеризоваться. Процесс изомеризации заключается в перемещении

9

кратной связи не только в циклах, но и цис-, транс-превращениях в алифатической цепи молекулы, что обуславливает изменения в спектральных характеристиках и провитаминной активности каротинов. Изомеризация наблюдается при растворении каротинов, она обратима при воздействии света, тепла, йода, кислот и катализаторов. Наибольшей А-витаминной активностью в основном обладают полностью транс-изомеры.

В растительных материалах изомеры каротина сопровождают родственные им изопреноидные полиены, которые имеют общее название каротиноиды, они используются как пищевые красители и обладают провитаминной активностью. Среди них наиболее известными являются ликопин, биксин, ксантофиллы и др. Каротиноиды в небольшом количестве присутствуют и в продуктах питания животного происхождения (табл. 3).

Таблица 3 – Соотношение между ретинолом и каротиноидами в пищевых продуктах

10