Витамины, общая характеристика
Витамины — органические вещества растительного, реже животного происхождения, разнообразной химической структуры, в малых дозах необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. Часто витамины входят в состав ферментов, то есть биологических катализаторов процессов живой клетки.
Давно установлено, что при длительном отсутствии свежей растительной пищи, особенно овощей и плодов, наступают тяжелые хронические заболевания организма, даже при избытке необходимых белков, жиров, углеводов, солей. Употребляя длительное время только животную и консервированную пищу, заболевали цингой и погибали экспедиции мореплавателей. На Руси часто встречалось заболевание глаз — «куриная слепота» (гемералопия), причиной которого оказалось систематическое недоедание жиросодержащих продуктов. Многовековой опыт подтвердил, что в растениях и некоторых продуктах содержатся какие-то неизвестные жизненно необходимые дополнительные факторы питания.
В XIX в. начали проводиться экспериментальные исследования. Русский врач Н. И. Лунин (1880) поставил опыт по вскармливанию мышей цельным и искусственным молоком с достаточным содержанием всех основных питательных веществ. Получавшие искусственное молоко мыши плохо развивались, болели и погибали. Примерно в это же время врач из Юго-Восточной Азии X. Эйкман заметил, что куры болеют, как и люди, болезнью бери-бери и причиной этого является употребление в пищу полированного риса. X. Эйкман выделил из отрубей риса белое кристаллическое вещество, которое возвращало жизнь тяжелобольному. Н. И. Лунин и X. Эйкман доказали этим, что в некоторых пищевых продуктах содержатся в небольших количествах необходимые «добавочные вещества». Работы продолжил ученый К. Функ. В 1910 г. он изучил химическое строение уже известного вещества из отрубей риса и установил в строении молекулы азот. Так появилось название «витамин» (от лат. vita — жизнь и aminum — азот), или амин жизни. Этим веществом оказался витамин В 1 .
Наука о витаминах называется витаминологией. Уже открыты и изучены следующие витамины: А (ретинол), В 1 (тиамин), В 2 (рибофлавин), В 3 (пантотеновая кислота), С (аскорбиновая кислота), D (эргокальциферол), Е (токоферолы), Н (биотин), РР (никотиновая кислота), К (филлохинон) и другие; многие витамины не содержат азота (аскорбиновая кислота), но все являются факторами жизни.
Успешно развивается кормовая и пищевая витаминология. Потребность организма в витаминах установлена, и она оказалась крайне незначительной, хотя ежедневно человеку требуется около 12 различных витаминов. Суточная потребность в витамине В для взрослого человека составляет 2-2,5 мг, в витамине С — около 70 мг. Растительное масло, содержащее 1% витаминов, считается высоковитаминным. Болезни, связанные с отсутствием в организме витаминов, называются авитаминозами, а с недостатком — гиповитаминозами.
Витамины чаще синтезируются в растительных клетках надземных частей — в листьях, стеблях, цветках. В корнях и клетках камбия витамины не образуются, хотя могут в них накапливаться (лук, чеснок, морковь, картофель). Способствуют накоплению витаминов общеизвестные природные факторы. Однако наиболее важными являются богатые энергией лучи солнца. Много витаминов содержат шиповники степной зоны, растущие в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии. Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника, а витамины группы D — даже кожей человека. Растворимы витамины в клеточном соке и принимают участие в обмене веществ. Каротин (провитамин А) оказался переносчиком кислорода. Чаще встречаются витамины в высших растениях, хотя их содержат даже дрожжевые грибы. В курсе фармакогнозии рассматриваются витамины и сырье растительного происхождения: каротин, витамины К, Е, Р, В, С, Наиболее богаты витаминами виды семейств розоцветных, представители астровых, крапивных, сельдерейных, лилейных. Из корнеплодов моркови посевной получают каротин; содержится он также в тыкве, плодах рябины, облепихи, цветках ноготков, траве череды. Витамином К богаты листья крапивы, трава пастушьей сумки, кора калины. Особенно распространен витамин С: много его в плодах шиповника, ягодах черной смородины, плодах цитрусовых и других.
Обычно витамины извлекают из сырья подходящим растворителем. В воде растворимы витамины В, С, Р, РР, в жирах — А, D, Е, К. Производятся витамины также лабораторным микробиологическим способом. Внедряется химический синтез. Высоко ценится природное витаминное сырье в натуральном состоянии.
В чистом виде витамины — кристаллические вещества или жидкости белого, желтого, оранжевого или красного цвета, имеющие специфический вкус, без характерного запаха. В основу их первой классификации положена растворимость в воде или жирах. В настоящее время установлено, что витамины — индивидуальные вещества различных химических классов.
Строение витаминов изучено сравнительно недавно. Оказалось, что витамин С относится к классу кислот, витамин А — к первичным спиртам, витамины группы D — производные высокомолекулярных спиртов стеринов. Если витамин С имеет углеводный характер строения, то витамин D относится к сложным стероидным или гормоноподобным соединениям. В растениях витамины встречаются иногда в виде провитаминов, например каротин — провитамин А, состоящий из двух молекул витамина А.
На основании химического строения витамины объединены в четыре группы.
а) производные лактонов ненасыщенных полиоксикарбоновых кислот (аскорбиновая кислота — витамин С);
б) алифатические ненасыщенные кислоты (высоконепредельные жирные кислоты по типу линолевой и линоленовой — витамин F).
а) ретинолы (циклогексеновые соединения — витамина A, A 1 или каротиноиды).
а) нафтохиноны (витамин K 1 — филлохинон, витамин К 2 — фарнахинон).
а) хромановые (токоферолы — витамин Е);
б) фенилахромановые (биофлавоноиды — витамин Р);
в) пиридинкарбоновые (никотиновая кислота — витамин РР);
г) пиридоксиновые (пиридоксин — витамин В 6 );
д) пиримидинотиазовые (тиамин — витамин B 1 );
е) птериновые (фолиевая кислота — витамин Вc);
ж) изоаллоксазиновые (рибофлавин — витамин В 2 );
з) кобаламиновые (цианокобаламин — витамин B 12 )
До выяснения строения витамины называли буквами латинского алфавита по мере их открытия: А, В, С, D и др. Встречаются названия витаминов, образованные от первых букв лечебного действия или заболевания. Например, название витамина Р происходит от «permeare» — проникать, так как он уменьшает проницаемость сосудов. Витамин РР назван первыми буквами заболевания «pellagra preventiva». В ГФ XI для витаминов приняты рациональные названия, основанные на их химическом строении. Витамин А — ретинол, витамин К — филлохинон, витамин В 2 — рибофлавин, витамин РР — никотиновая кислота и т.д. Химические особенности витаминов изучаются органической и фармацевтической химией.
Собирают сырье в фазе максимального накопления преобладающего витамина. В плодах шиповника это витамин С, хотя в них содержатся также витамины группы В, витамин Е и др. Сырье заготавливают в сухую погоду, сушат в день сбора. Витамины — относительно стойкие соединения и сушка допускается при температуре 70-90°С.
В сухом, хорошо проветриваемом помещении, оберегая от действия факторов окружающей среды и вредителей.
Гиповитаминозы связаны с нарушением обмена веществ при тяжелых заболеваниях печени, желудка, кишечника, беременности, чрезмерно быстром росте и другое. Наступает эндогенный патологический гиповитаминоз даже при полноценном питании. При этом необходима заместительная (восполняющая) витаминотерапия. Не менее важна медикаментозная терапия различных заболеваний витаминными лекарственными препаратами. В медицинской и фармацевтической практике широко применяют витаминное растительное сырье, настойки, чаи, экстракты. Особенно эффективны витамины в чистом виде и поливитаминные комплексы, витаминизированные соки, детское витаминизированное питание.
Источник
Лекарственное растительное сырье, содержащие витамины
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Лекарственное растительное сырье, содержащие витамины
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.
Источник