СОДЕРЖАНИЕ МАСЛА И ЖИРНЫХ КИСЛОТ В СЕМЕНАХ СЕДАНЫ (Nigella sativa L.) НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

АННОТАЦИЯ

В данной статье сравнивается состав масла, полученного из семян седаны (Nigella sativa L.), выращенного в Узбекистане, с составом масел седана, выращенного в других регионах, а также результаты выявления сходства и различия между ними. В процессе определения жирных кислот в маслах использованы современные физико-химические методы анализа. По результатам анализа выяснилось, что основную часть состава масла седана составляют стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая кислоты. Установлено, что количественные значения этих четырех жирных кислот в масле всегда находятся в одной и той же последовательности.

ABSTRACT

This article compares the composition of oil obtained from sedan seeds (Nigella sativa L.) grown in Uzbekistan with the composition of sedan oils grown in other regions, as well as the results of identifying similarities and differences between them. In the process of determining fatty acids in oils, modern physicochemical methods of analysis were used. Based on the results of the analysis, it turned out that the main part of the composition of the sedan oil is stearic, palmitic, oleic and linoleic acids. It has been established that the quantitative values of these four fatty acids in oil are always in the same sequence.

Ключевые слова: Nigella sative, Седана, чернушка сативная, жирные кислоты, ИК-спектрометр, хромато-масс-спектрометрия.

Keywords: Nigella sativa, Sedana, nigella sativa, fatty acids, IR spectrometer, gas chromatography-mass spectrometry.

Введение. Nigella sativa L. – популярное лекарственное и ароматическое растение, имеющее несколько других названий: калонджи, седана, седан, римский кориандр, тмин и др. [9]. Nigella L. — однолетнее травянистое растение, пряное растение, относящееся к семейству седанов (рис. 1).

Существует около 25 видов Nigella L., которые распространены в Западной Европе, Северной Африке и Западной Азии. В том числе 10–11 видов встречаются в странах ближнего зарубежья, особенно в России. В степях Украины около 10 видов растут как сорняки и сельскохозяйственные культуры.

По результатам проксимального анализа спелых семян Nigella L. в источниках содержание влаги составляет от 5,52 % до 7,43 %, сырого белка – от 20% до 27%, зольность - от 3,77% до 4,92%, установлено, что эфирно-экстрагируемые липиды варьируются от 34,49 % до 38,72 %, а углеводы колебались от 32,2 % до 32,5 % [3].

Растение Седана широко используется в народной медицине с древних времен. Основная причина этого в том, что он имеет богатый химический состав. При изучении его поверхности были обнаружены витамин С, кумарины, флавоноиды (гликозиды кемпферола и кверцетина). В семенах содержится 0,46-1,4 % эфирного масла, 30,8-44,2% жира, 7-8% белка, углеводы, стероиды, тритерпеновые сапонины, алкалоиды, хиноны, кумарины и другие определяемые вещества [19].

Масло седана в основном состоит из ненасыщенных жирных кислот, линолевой и олеиновой кислоты. Основным компонентом летучего эфирного масла является тимохинон (28–57 %). Основными действующими веществами являются тимохинон, дитимохинон (нигеллон), тимогидрохинон и тимол. Кроме того, в семенах содержатся такие аминокислоты, как пальмитиновая, глутаминовая, аскорбиновая и стеариновая кислоты, глицин, метионин, аргинин, лизин, лейцин и фитостерины [19]. В минеральном составе семян седаны установлено, что важные для здоровья человека элементы К, Са, Na, Mg, Zn, P, Cu, Fe составляют соответственно 1642,54 мг/100 г; 917,43 мг/100 г; 159,28 мг/100 г; 341,81 мг/100 г; 4,64 мг/100 г; 483,23 мг/100 г; 0,75 мг/100 г; 58,25 мг/100 г [8].

В качестве объекта исследования были выбраны семена седана, выращенные в Ферганской области Республики Узбекистан. Изучено их общее содержание масла и жирнокислотный состав и сопоставлено с данными, представленными в литературе.

Рисунок 1. Седана (Nigella sativa L) период цветения

Методы исследования. Содержание влаги и летучих веществ в семенах определяли по известной методике [3] при температуре не выше 105 ℃ до достижения массы семян постоянного веса и измеряли зольность пробы корма в муфеле при температуре 550 ℃, определяемой обжигом в печи. Также для определения количества сырого белка в составе семян седаны был использован метод расчета количества азота (N), разработанный датским ученым Кельдалем в 1883 году, более 100 лет назад. Процент сырого масла (сырого липида) определяли экстрагированием навески семян в аппарате Сокслета при температуре 50–70 ℃ в течение длительного времени экстракционным бензином. результаты представлены в таблице 1.

Количество влаги и летучих веществ в семенах определяют по известной каждому методике [3]. При этом затравочную массу сушат при температуре не выше 105 ℃ до достижения постоянного веса, а для определения зольности навеску сырья обжигают в муфельной печи при температуре 550 ℃. Также при определении количества сырого белка, содержащегося в семенах седаны, более 100 лет назад, в 1883 году, был использован метод расчета азота (N), разработанный датским ученым Кельдалем. Процент сырого масла (сырого липида) определяли экстрагированием навески семян в аппарате Сокслета при температуре 50–70 ℃ в течение длительного времени экстракционным бензином. Результаты представлены в таблице 1.

Анализ жирных кислот в семенах. Влажность семян определяли по известной методике [3] путем высушивания навески образца в сушильном шкафу до постоянного веса при температуре не выше 105 ^оС.

Из воздушно-сухих измельченных семян в аппарате Сокслета с использованием экстракционного бензина (т. кип. 72-80 ⁰С) выделили нейтральные липиды (НЛ, масло) [4]. Из оставшегося шрота  извлекали трехкратно смесью хлороформа с метанолом в соотношении 2:1 (об/об) по методу Фолча [13] полярные липиды (ПЛ) состоящий из гликолипидов (ГЛ) и фосфолипидов (ФЛ). Сырой экстракт ПЛ обработали 0.04%-ным водным раствором CaCl₂ для удаления нелипидных компонентов Выход ПЛ определяли гравиметрическим методом после полного удаления экстрагентов. Результаты физико-химических показателей  всех образцов приведены в табл. 2.

Физико-химические методы: методами инфракрасной спектроскопии, газовой хроматографии и хромато-масс-спектроскопии проведен количественный анализ состава полученных масел и их жирных кислот (приложения 9–17).

1. ИК-спектры исследованных масел получали с помощью инфракрасного спектрометра Agilent Technology Cary 630. Он представлен на рисунке 2.

2. Следующая работа была проведена методом газовой хроматографии.

Анализ осуществляли методом газовой хроматографии (ГХ). Жирные кислоты (ЖК) выделили из НЛ и ПЛ рекомендованным методом [5].

Для определения состава жирных кислот каждый образец липидов гидролизовали 10 % метанольным раствором КОН в соотношении образец: раствор 1:10, при кипячении на водяной бане в течение 1 часа. Полученные мыла разлагали 50 % водным раствором H₂SO₄. Жирные кислоты экстрагировали трижды диэтиловым эфиром. Далее эфирные вытяжки промывали дистиллированной  водой до нейтральной среды, сушили над сульфатом натрия, затем эфир отгоняли. Жирные кислоты метилировали свежеприготовленным диазометаном. Очистку полученных метиловых эфиров проводили в тонком слое силикагеля в системе растворителей гексан: диэтиловый эфир 4:1, зону МЭ проявили в парах J₂ и метиловые эфиры десорбировали с силикагеля хлороформом. После удаления хлороформа МЭ растворяли в гексане и анализировали на приборе Agilent Technologies 6890 N с пламенно-ионизационным детектором, используя капиллярную колонку длиной 30м с внутренним диаметром 0.32мм с нанесенной фазой НР-5 при температуре от 150 до 270 ⁰С. Газ-носитель – гелий. Состав и содержание жирных кислот представлен в таблицах 3.

3. Определения жирнокислотный состав масел. Гексановый экстракт жирных кислот обезвоживали добавлением небольшого количества безводного Na₂SO₄, упаривали для удаления растворителя и метиловых эфиров жирных кислот (ME-FA), приготовленных согласно [17]. 50 мг масла растворяли в 3 мл метанола, содержащего 0,4 М КОН. Щелочно-метанольная эмульсия масла перемешивалась на шейкере при температуре 60–65 °C в течение 10 мин. и после охлаждения реакционной смеси, нейтрализовалась добавлением соответствующего количества концентрированной H₂SO₄ , которую разбавляют равным объемом воды. Метиловые эфиры жирных кислот (ME-FA) экстрагируют из реакционной смеси трижды по 1 мл гексана. Слои гексана объединяли, обезвоживали с помощью Na₂SO₄ и упаривали досуха. Сухой ME-FA растворяют в 1 мл гексана и 2 мкл этого производного загруженного модуля ГХ-МС в соотношении 1:20 для анализа. ГХ-МС проводили с использованием ГХ-модуля ГХ 8890 в сочетании с МСД 5977 (Agilent, США). Капиллярная колонка с полярной неподвижной фазой 5HP-MS (30 м x 0.25мм x 0,3 мм), используемая для ГХ-разделения при условиях:

Инжектор: 180 ºC;

Носитель: He 1,5 мл / мин;

Термостат: запуск 100 ºC / выдержка 1 мин;

затем по 10 ºC /мин → 180 ºC;

затем по 6 ºC /мин → 230 ºC, выдержка 5 мин;

общее время 22,33 мин;

Детектор: 250 ºC; Ионизация - захват электрона при 70 эВ;

 Регистрация МС через 4 мин (отрезок времени до пика растворителя) предел m/z 10-500;

Жирные кислоты (FA) идентифицируют с использованием эталонной библиотеки масс-спектров (объединенная библиотека Wiley и NIST [6]). Жирнокислотный состав исследуемых образцов масел рассчитывали по TIC-хроматограмме: площадь TIC, присутствующая на пике метиловых эфиров жирных кислот (FA-ME), принята как % содержания соответствующей FA.

Прямое трансметилирование растительного масла КОН-метанолом было выбрано в качестве эффективного и легкодоступного метода дериватизации FA, как метиловый эфир (FA-ME). Тщательная идентификация FA-ME проводилась с помощью GC-MS.

TIC (total ion chromatogram)-хроматограмма масла семян киноа FA-ME представлена на рис.3.).

Таблица 1.

Некоторые характеристики семян Седаны, выращенных в Узбекистане

*-Информация взята из литературы 15.

Из приведенной таблицы видно, что химический состав семян растений седана, выращенного в нашей стране, аналогичен и близок к химическому составу растений седана, выращиваемых в других странах. Мы видим, что хотя количество белка в выращенных нами семенах седаны и превосходит представленные в литературе сведения, по количеству общих полисахаридов оно меньше. Сходство химического состава семян растения седана, выращенного в разных странах, является характерной характеристикой этого класса растений, а количественные значения между ними отличаются друг от друга, региона выращивания растения, климатических условий и связанных с агротехнической переработкой. Прежде чем изучать жирнокислотный состав масла, полученного из семян седаны, были определены некоторые его физико-химические показатели.

Таблица 2.

Физико-химические показатели семян и масла образцов

Эти результаты относятся к числу физико-химических показателей, актуальных для потребительских масел, и дают предварительные выводы о пригодности масла седана к употреблению.

Также ИК-спектры масла седана, полученные с помощью инфракрасного спектрометра Agilent Technology Cary 630, показали, что оно имеет функциональные группы, обнаруженные в потребительских маслах.

ИК-спектроскопия является одним из экспресс-методов, интенсивно используемых для характеристики всех аспектов пищевых масел [21]. С помощью ИК-спектроскопии влияние функциональных групп анализируемых веществ наблюдается в ИК-областях в виде взаимного рассеяния, отражения, поглощения или пропускания электромагнитных лучей [12]. Частоты или длины волн, на которых образцы поглощают ИК-излучение, и соответствующие им интенсивности (пропускание или поглощение) регистрируются в ИК-спектре [10].

Рисунок 2. ИК-спектр масла семян седаны (Nigella sativa L)

В спектрах поглощения взятого для исследования масла видны колебания метильной группы от 1350 до 1150 см^-1. Это валентные колебания группы С-Н в группах -СН₃ (~1350-60 см^-1) и деформационные колебания в этой группе (~1160 см^-1). Также валентные колебания в эфирной группе С-О состоят из двух совмещенных асимметричных колебаний С-С(=О)-О и О-С-С, но первое из них является более важным и интенсивным [20]. Насыщенные эфиры C-C(=O)-O имеют полосы между 1230 и 1160 см^-1, а ненасыщенные эфиры обычно имеют более низкочастотные колебания. Максимальные полосы при 1744 см^-1 характерны для колебаний C=O [15] карбонильной группы в эфирах. Очень слабая линия при 1709 см^-1 представляет собой слабое колебание карбонильной группы, встречающееся в кислотных группах. Наличие пиков с максимумом 1658 см^-1 является колебанием группы -С=С- (превращение из цис). Характерная область при 1460 см^-1 содержит деформационные колебания групп С-Н в группах СН₂ и СН₃. Колебания в диапазоне 890–660 см^-1 соответствуют характерным деформационным колебаниям групп -HC=CH- (конформация цис- вне плоскости) и колебаниям тех же групп (d(-(CH₂)n- и -HC = CH- (цис-) может быть [14]. Из групп -CH₃, CH₂, соответствующих алифатической цепи в триглицеридах около 2820-2830 см^-1, пики 2949-2955 см^-1 представляют собой _vas(-C-Hm). , -CH₃ ) от валентных и асимметричных колебаний групп, пики при 3005-3010 см^-1 обусловлены слабым появлением _v(=C-Hvw, транс-) валентного транс-состояния [9].

Полученные результаты обосновывают наличие в исследуемом растительном масле нескольких насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Для определения того, какие классы жирных кислот присутствуют и в каком количестве, использовались методы газовой хроматографии и газовой хроматографии-масс-спектроскопии.

Рисунок 3. YK-ME TIC-хроматограмма стандартного масла, пики насыщенных жирных кислот показаны синим цветом, пики ненасыщенных жирных кислот – розовым

Рисунок 4. GX-MS хроматограмма масла седана

Рисунок 5. GX-хроматограмма жирных кислот семян растения седана

Результаты, полученные реализованными выше физическими и химическими методами, сравнивались между собой, и проводился сравнительный анализ. На основании полученных данных жирнокислотный состав масел, рассматриваемых в качестве объекта исследования, представлен в следующей таблице (таблица-3).

Таблица 3.

Состав жирных кислот нейтральных (НЛ) и полярных (ПЛ) (% по массе)

В таблице 4 приведен жирнокислотный состав масла, полученного из семян растения седана, выращенного в некоторых странах [1].

Таблица 4.

Жирнокислотный состав масла, полученного из семян растения седана, выращенного в определенных странах

Согласно полученным результатам, основной состав масла седана представляет собой 2 типа насыщенных С16:0 и С18:0; и хорошо видно, что образуются 3 типа ненасыщенных жирных кислот C18:1ω9, C18:2ω6 и C20:2. Порядок возрастания их количества в масле следующий (рис. 6):

Рисунок 6. Распределение основных жирных кислот в масле седана

Заключение. Согласно анализу проведенных экспериментов и данным, представленным в литературе, основной состав масла седаны представляет собой 2 типа насыщенных С_16:0 и С_18:0; подтверждены 3 типа ненасыщенных жирных кислот C_18:1ω9, C_18:2ω6 и C_20:2. Независимо от места произрастания растения седана, в состав масла, полученного методом экстракции из их семян, входят следующие четыре типа жирных кислот: стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая. В будущем эта информация может быть широко использована для того, чтобы отличить растительное масло седаны от других смешанных масел и сделать предварительные выводы о добавлении посторонних масел в чистое масло седана.

Список литературы:

1. Горяинов С.В., Хромов А.В., Бакуреза Г., Эспарса Сесар, Ивлев В.А., Воробьев А.Н., Абрамович Р.А., Потанина О.Г., Новиков О.О. Результаты сравнительного исследования состава масел семян Nigella Sativa L. // Фармация и фармакология. – 2020. – № 8(1). – С. 29–39. DOI: 10.19163/2307-9266-2020-8-1-29-39.
2. Определитель высших растений Беларуси. – Минск: Дизайн ПРО, 1999. – С. 47.
3. Руководство по методам исследования технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности. – Т. II, – Ленинград, 1965. – 96 с.
4. Руководство по методам исследования технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности. – Т. II. – Ленинград, 1965. – С. 154–155.
5. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности. – Т.1. – Кн.2. – Ленинград, 1967. – C. 817–818. 
6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-1118143949,miniSiteCd-STMDB2.html (дата обращения:09.05.2024).
7. Abdel-Aal E. S. M., Attia, R. S. Characterization of black cumin (Nigella sativa) seeds. 2- Proteins // Alex. Science Exchange. – 1993. – Vol. 14. – Pp. 483–496.
8. Adeleke A.E., Onifade A.P., Adegbite, A.A., Adegbite S.A., Isola, O.M. Mineral Composition of Nigella sativa Seed Flour and Physicochemical Properties of Nigella sativa Seed Oil // Journal of Chemical Research. – Vol. 2. – No. 1. – Apr. 2021. – Pp. 302 – 309-b
9. Aftab A. K., Mahesar S. A., Khaskheli A. R., Sherazi S. T. H., Sofia Q., Zakia K. Gas chromatographic coupled mass spectroscopic study of fatty acids composition of Nigella sativa L. (KALONJI) oil commercially available in Pakistan // International Food Research Journal. — 2014. — № 21(4). — Р. 1533
10. Bryś J., Wirkowska M., Górska A., Ostrowska-Ligęza E., Bryś A., Koczoń P. The use of DSC and FT-IR spectroscopy for evaluation of oxidative stability of interesterified fats // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2013. – Vol. 1-7. – P. 23.
11. Cadet F., de la Guardia M. Quantitative Analysis, Infrared // Encyclopedia of Analytical Chemistry; Meyers, R. A.; Ed; John Wiley & Sons, Inc.: New York, NY, 2001. – Pp. 1–26.
12. Dufour E. Principles of Infrared Spectroscopy // Infrared Spectroscopy for Food Quality Analysis and Control. – 1st Ed.; Sun, D.-W.; Ed; Elsevier: London, 2009. – Pp. 3–27.
13. Folch I., Lees M., Stanley G.H.S. Journal Biological Chemistry. – 1957. –Vol. 226. – Pp. 497–5094.
14. Guillen, M.D., Cabo, N. Infrared spectroscopy in the study of edible oils and fats // Journal of the Science of Food and Agriculture. – 1997. – Vol. 75. – Pp. 1–11.
15. Koczoń, P., Lipińska, E., Czerniawska-Piątkowska, E., Mikuł, M., Bartyzel, B.J. The change of fatty acids composition of Polish biscuits during storage // Food chemistry. – 2016. – Vol. 202. – Pp. 341-348.
16. Mohamed Bassim Atta. Some characteristics of nigella (Nigella sativa L.) seed cultivated in Egypt and its lipid profile // Food Chemistry. – Vol. 83. –2003. – Pp. 63–68.
17. PN-EN ISO 659:1999, Oilseeds – Determination of oil content (Reference method) – PKN, Warsaw 1999.
18. Salem M.A. Effect of some heat treatment on nigella seeds characteristics. 1-Some physical and chemical properties of nigella seed oil // Journal of Agricultural Recourses. – 2001. – Tanta University. – Vol. 27. – Pp. 471–486.
19. Saydullayev M., Bitiruv M.I., Nam D. U., Namangan-2017. Chemical investigation of Nigella sativa L. seed oil // Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 14-jild. – № 2. – 2015. – Pp. 172–177-bet. doi:10.1016/j.jssas.2013.12.001
20. Yang, H., Irudayaraj, J., Paradkar, M.M. (2005). Discriminant analysis of edible oils and fats by FTIR, FT-NIR and FT-Raman spectroscopy. Food Chemistry. – 2005. – Vol. 93. – Pp. 25–32.
21. Yang, H.; Irudayaraj, J. Characterization of Semisolid Fats and Edible Oils by Fourier Transform Infrared Photoacoustic Spectroscopy // Journal of the American Oil Chemists’ Society 2000. – Vol. 77. – Pp. 291–295.