СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КАРОТИНОИДОВ Российский патент 2018 года по МПК A23K10/30 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к растениеводству, а именно к выращиванию и уборке одно- и многолетних видов травянистых растений в условиях холодного климата для получения растительного сырья с высоким содержанием биологически активных веществ - каротиноидов, включающих в себя ксантофиллы, в том числе лютеин и зеаксантин (лютеиновый комплекс), а также β-каротин, используемых в качестве кормов, производства медицинских и ветеринарных препаратов.

Животные организмы не способны синтезировать каротиноиды - важные регуляторы метаболизма, поступление которых напрямую связано с питанием. Растения являются главным и подчас единственным источником этих соединений для животных и человека. Из них наиболее известным является (β-каротин - провитамин А (Карнаухов В.Н. Биологические функции каротиноидов. - М, 1988. - 197 с.). Синтезируемый на его основе витамин А (ретинол и его производные) признан эссенциальным пищевым компонентом для борьбы с инфекциями и высоким уровнем смертности (Маев И.В., Казюлин А.Н., Белый П.А. Витамины. - М.: МЕДпресс-информ, 2011. - 544 с.). Современные исследования позволяют отнести каротиноиды, включая ксантофиллы, к ведущим соединениям, ответственным за поддержание зрительных функций. Ксантофиллы практически не обладают А-провитаминной активностью, но они эффективны как антиоксиданты и являются единственными из пигментов, транспортируемых в сетчатку глаз и формирующих желтый макулярный пигмент или макулярный ксантофилл (Wenzel A.J., Fuld K., Stringham J.M. Light exposure and macular pigment optical density // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2003. - V. 44(1). - P. 306-309). Они стабилизируют и компенсируют дистрофические процессы в сетчатке.

В связи c этим в последние годы проводится поиск природных источников каротиноидов. Если для человека, в частности, источниками витамина А являются продукты животного происхождения - печень, масло, куриные яйца, а лютеина и зеаксантина (лютеиновый комплекс) - яичные желтки, а также шпинат и кукуруза (Маев И.В., Казюлин А.Н., Белый П.А. Витамины. - М.: МЕДпресс-информ, 2011. - 544 с.), то у травоядных сельскохозяйственных животных таковыми служат исключительно растительные корма. Для медицинских целей также используются лютеины, извлекаемые путем экстракции эфирным маслом из растений ноготков (Calendula sp.) и ряда сортов бархатцев (Tagetes sp.). Основные виды растений, выращиваемых для извлечения лютеинового комплекса, относятся к теплолюбивым, поэтому в промышленном масштабе производство каротиноидов сосредоточено в тропических и субтропических странах. Вместе с тем альтернативными источниками получения ксантофиллов могут служить районированные в условиях холодного климата высокоурожайные одно- и многолетние виды травянистых растений: овес, пырейник, кострец и некоторые другие, способные в условиях низкотемпературного стресса при использовании должной технологии накапливать значительные количества лютеина и зеаксантина (3,5-4,0 мг/г сырого остатка спиртового экстракта).

Известен «Способ производства каротина для балансирования кормовых рационов и средство для его осуществления» (патент РФ №2355156, A01D 91/04 (2006.01), A01F 29/00 (2006.01), В02С 13/04 (2006.01), 20.05.2009), включающий скашивание травы с плющением и сгребанием провяленной до 40% влажности травы в валки. Недостатками данного способа являются отсутствие указаний на конкретные сроки посева (для однолетних видов), а также уборки травы, при которых достигается оптимальное содержание каротина; способ затрагивает производство только одного из индивидуальных каротиноидов, именно каротина, а не комплекса всех содержащихся в растениях важных каротиноидов, например также лютеина, зеаксантина и других; способ определяет только параметры, необходимые для уборки и последующей обработки заготовляемых трав с целью наименьших потерь в них каротина.

В качестве прототипа выбрана технология консервирования зеленого криокорма в зоне многолетней мерзлоты (заявка РФ №2009144087, A23K 3/00 (2006.01), 10.06.2011), предусматривающая посев кормовых, но только однолетних, культур в поздние сроки для обеспечения скашивания зеленой массы в фазе выхода в трубку-колошение (цветение) с наступлением устойчивых низких температур естественного холода (+7-5°С), прессование и складирование их на хранение при отрицательных температурах. Недостатком данного способа являются то, что заявленная технология направлена на выращивание и криоконсервацию растений в холодных регионах с целью получения повышенного содержания только протеина и иных кормовых веществ, не затрагивая собственно каротиноиды (β-каротин и лютеиновый комплекс). При этом данная технология подразумевает только кормовое использование растений.

Задачей заявленного способа является нахождение способа получения растительного сырья в условиях холодного климата из одно- и многолетних видов травянистых растений с высоким содержанием биологически активных веществ - каротиноидов, включающих в себя ксантофиллы, в том числе лютеин и зеаксантин (лютеиновый комплекс), а также β-каротин, используемых в качестве кормов и в производстве медицинских и ветеринарных препаратов.

Техническим результатом является повышение содержания каротиноидов, включая лютеин и зеаксантин (лютеиновый комплекс) и β-каротин, у одно- и многолетних видов травянистых растений, адаптированных к условиям холодного климата, а также удешевляется процесс получения каротиноидов для их последующего применения в качестве кормов и в производстве лекарственных препаратов для медицинских и ветеринарных целей.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в качестве растительного сырья с высоким содержанием каротиноидов, например, используются растения семейства мятликовых (Poaceae Barnhart): однолетний овес посевной (Avena sativa L.) и многолетние - ломкоколосник ситниковый (Psathyrostachys juncea Tzvel.), пырейник сибирский (Elymus sibiricus L.), кострец безостый (Bromopsis inermis Leys).

Овес посевной (сорт Нюрбинский) - однолетняя зерновая культура высотой 60-100 см с прямым, кустистым стеблем. Является одним из немногих видов, культивируемых в условиях криолитозоны на кормовые цели (зерно, зеленая масса).

Ломкоколосник ситниковый (сорт Манчаары) - многолетний плотнодерновинный злак 25-85 см высотой. Засухоустойчив. Имеет немногочисленные культурные сорта.

Пырейник сибирский (сорт Амгинский) - дерновинный рыхлокустовой многолетний злак с поникающими колосьями с хорошо развитой мочковатой корневой системой. Куст плотный, многостебельный (высотой 60-120 см). Сенокосное (многоукосный), в меньшей степени пастбищное растение. Сено до колошения высокого качества. В условиях Якутии может давать до 90-140 ц/га зеленой массы.

Кострец безостый (сорт Аммачаан) - многолетнее травянистое луговое растение со стеблями до 60-100 см в высоту и длинным корневищем. Устойчив к воздействию низких температур и затоплению. Ценная кормовая культура, возделываемая на сенокосах и долголетних пастбищах.

Технологический процесс строится таким образом, чтобы у выращиваемых растений не происходило огрубления зеленной массы до периода достижения устойчивых низких положительных температур воздуха в 0- +12°С в течение не менее 1 недели.

С этой целью овес посевной сеют в поздние сроки (середина июля), значительно сдвинутые относительно стандартного срока посева (в Центральной Якутии - конец мая-середина июня). Уборка зеленой части растений производится до середины октября (перед установлением снежного покрова).

Многолетние злаковые культуры, например пырейник сибирский, ломкоколосник ситниковый, кострец безостый, скашиваются на отаву также не ранее середины июля. Отрастающие новые побеги этих растений (отава) аналогично проходят период закаливания устойчивыми низкими положительными температурами воздуха в 0- +12°С в течение не менее 1 недели. Затем отава этих растений убирается в сроки до выпадения снега (конец августа-середина октября для Центральной Якутии) в зависимости от скороспелости выращиваемых видов.

В таких условиях у одно- и многолетних травянистых растений наблюдается существенное накопление каротиноидов, включая β-каротин и лютеин + зеаксантин. Уборка в поздние сроки позволяет также при последующем наступлении устойчивых отрицательных температур проводить криоконсервацию получаемого растительного сырья.

С целью анализа и контроля содержания каротиноидов в растениях, включая β-каротин и лютеиновый комплекс, использовали современные инструментальные методы:

1. Определение содержания индивидуальных каротиноидов с помощью тонкослойной хроматографии проводили по методике (Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. - М.: Академия, 2003. - 256 с.). Для выделения каротиноидов свежие листья (30 мг) экстрагировали 100%-ным ацетоном с добавлением солей Na₂SO₄ (около 20-30 мг) и Са₂СО₃ (10-15 мг). Экстракт объемом 3-4 мл центрифугировали при 2-4°С. Экстракцию осадка повторяли 2 раза. Прозрачные центрифугаты объединяли и концентрировали под вакуумом при комнатной температуре до 50 мкл, которые хроматографировали на тонком слое. Для этого экстракты с помощью микропипетки наносили на стартовую линию ТСХ пластины в 1,5 см от края (Sorbfil ПТСХ-АФ-В-УФ, 10×10 см, Россия). Хроматографирование проводили, используя систему растворителей бензол: ацетон (7:3) до четкого отделения лютеина + зеаксантина от других пигментов. По окончании их разделения хроматограмму вынимали из камеры и немедленно извлекали из силикагелевого слоя пластинки чистым этанолом лютеиновый комплекс. После осаждения силикагелевого слоя центрифугированием спектрофотометрическое определение содержания лютеинового комплекса, выделенного методом ТСХ, рассчитывали по его основному максимуму поглощения (λmax446) в этиловом спирте.

2. Для определения общего содержания пигментов использовали спектрофотометрический метод (Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. - М.: Академия, 2003. - 256 с.). Отбор проб растений проводится в 3-4-кратной биологической повторности. Содержание каротиноидов (Кар) определяется спектрофотометрически с использованием диодно-матричного спектрофотометра Agilent 8453Е ("Agilent Technologies Deutschland GmbH", Германия) в ацетоновой вытяжке при длинах волн 662, 644 и 470 нм с поправками в максимумах поглощения.

Пример 1. Сравнение содержания каротиноидов в листьях однолетнего овса посевного разных сроков сева и уборки, включая предложенный вариант позднего срока сева, показало, что растения, особенно посеянные в конце июля и убираемые в период середина сентября-середина октября, содержат значительно больше каротиноидов, чем контроль, посеянный в стандартные сроки. Так, сумма каротиноидов у растений III срока сева (30.07) была в 1,4-2,8 раз больше, чем контроля I срока сева (17.06), в том числе по β-каротину - 1,6-2,7 раза, по лютеин + зеаксантину - 1,2-2,7 раза.

В таблице 1 приведено содержание каротиноидов в листьях однолетнего овса посевного разных сроков сева и уборки.

Пример 2. Растения многолетнего злака ломкоколосника ситникового без скашивания содержали в течение всего периода вегетации до ухода под снег почти одинаковое количество суммарных и индивидуальных каротиноидов. По сравнению с этим контрольным вариантом отава растений, сформировавшаяся после укоса их в начале августа, содержала больше каротиноидов, особенно при определении их в конце августа-начале сентября. Сумма каротиноидов была больше в 1,2-1,6 раза, а β-каротина и лютеинового комплекса в 1,2-2,3 и 1,1-1,5 раза соответственно.

В таблице 2 приведено содержание каротиноидов в листьях безотавных и отавных многолетних травянистых растений ломкоколосника ситникового.

Пример 3. Отавные растения пырейника сибирского из-за большей скорости отрастания и, соответственно, более раннего огрубения и отмирания наземных побегов максимальный уровень каротиноидов накапливали в середине-конце сентября. Содержание суммарных каротиноидов в этом случае в отаве относительно неукосного контроля было в 1,2-1,5 раза больше. Аналогичные отношения наблюдались в содержании индивидуальных каротиноидов. В начале октября растения уже засохли.

В таблице 3 приведено содержание каротиноидов в листьях безотавных и отавных многолетних травянистых растений пырейника сибирского.

Пример 4. У костреца безостого также более выраженное увеличение содержания как суммарных, так и индивидуальных каротиноидов (β-каротин, лютеин + зеаксантин) примерно совпадало со сроками пырейника сибирского. Зеленые части отросших после скашивания растений имели значительно больший итоговый уровень каротиноидов, в 1,2-1,8 раза превосходивший контроль.

В таблице 4 приведено содержание каротиноидов в листьях безотавных и отавных многолетних травянистых растений костреца безостого.

В результате использования заявленного способа повышается содержание каротиноидов, включая лютеин и зеаксантин (лютеиновый комплекс), а также β-каротин, у одно- и многолетних видов травянистых растений, адаптированных к условиям холодного климата, в 1,2-2,8 раза по сравнению с контролем в зависимости от выращиваемых видов и сортов и тем самым также удешевляется процесс получения каротиноидов для их последующего применения в качестве кормов и в производстве лекарственных препаратов для медицинских и ветеринарных целей.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает посев травянистых растений семейства мятликовых в поздние сроки – не ранее середины июля, и предварительное летнее скашивание на отаву не ранее середины июля многолетних травянистых растений семейства мятликовых. Окончательную уборку растительного сырья осуществляют после периода достижения низких положительных температур воздуха в 0 - +12°С в течение не менее 1 недели. Способ позволяет повысить содержание каротиноидов у травянистых растений, адаптированных к условиям холодного климата. 4 табл., 4 пр.

Способ получения растительного сырья с повышенным содержанием каротиноидов, включающий посев травянистых растений семейства мятликовых в поздние сроки (не ранее середины июля) и предварительное летнее скашивание на отаву (не ранее середины июля) многолетних травянистых растений семейства мятликовых, отличающийся тем, что окончательная уборка растительного сырья осуществляется после периода достижения низких положительных температур воздуха в 0 - +12°С в течение не менее 1 недели.