Антиоксиданты растений и методы их определения

Москва

ИНФРА-М

2020

АНТИОКСИДАНТЫ 

РАСТЕНИЙ И МЕТОДЫ 

ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

МОНОГРАФИЯ

А72
Антиоксиданты растений и методы их определения : моно
графия / Н.А. Голубкина, Е.Г. Кекина, А.В. Молчанова [и др.]. — 
Москва : ИНФРА-М, 2020. — 181 с. — (Научная мысль). — DOI 
10.12737/1045420.

ISBN 978-5-16-015666-8 (print)
ISBN 978-5-16-108055-9 (online)

В монографии представлены наиболее простые и широко использую
щиеся в мире методы определения важнейших антиоксидантов растений: 
витамина С, полифенолов, каротиноидов, капсаицинов, фотосинтетических и беталаиновых пигментов, флавоноидов, антоцианов, алкалоидов, 
таннинов, а также микроэлементов антиоксидантного действия: селена 
и йода. Особое внимание уделяется методам экстракции антиоксидантов, 
обеспечивающих максимальное извлечение антиоксидантов из растительного сырья, а также правильному выбору наиболее подходящего метода 
анализа того или другого компонента. Приведены подробные сведения 
разработанного авторами метода использования тонкослойной хроматографии для оценки каротиноидного состава томатов и перцев. 

Приводимые данные включают результаты собственных исследований 

авторов, проведенных на базе ФНЦО, а также последние разработки зарубежных ученых, посвященных природным антиоксидантам и методам их 
определения. Приводимые в данной монографии методики были успешно 
апробированы в лабораторно-аналитическом отделе ФНЦО в 2012–2018 гг.

Для студентов и преподавателей, а также всех интересующихся вопро
сами овощеводства и сельского хозяйства.

УДК 635(075.4)

ББК 41.2

УДК 635(075.4)
ББК 41.2
 
А72

© Коллектив авторов, 2020

ISBN 978-5-16-015666-8 (print)
ISBN 978-5-16-108055-9 (online)

А в т о р ы: 

Голубкина Н.А., доктор сельскохозяйственных наук, кандидат хими
ческих наук, главный научный сотрудник лабораторно-аналитического 
отдела Федерального научного центра овощеводства (ФНЦО);

Кекина Е.Г., кандидат биологических наук, старший преподаватель Россий
ской медицинской академии непрерывного профессионального образования;

Молчанова А.В., кандидат сельскохозяйственных наук, старший науч
ный сотрудник ФНЦО;

Антошкина М.С., кандидат сельскохозяйственных наук, старший на
учный сотрудник ФНЦО;

Надежкин С.М., доктор биологических наук, руководитель лаборатор
но-аналитического отдела ФНЦО;

Cолдатенко А.В., доктор сельскохозяйственных наук, директор ФНЦО, 

член-корреспондент Российской академии наук

Р е ц е н з е н т ы:

Замана С.П., доктор биологических наук, профессор кафедры земледелия 

и растениеводства Государственного университета по землеустройству;

Гинс М.С., доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лаборато
рией интродукции, физиологии и биохимии ФНЦО

ВВЕДЕНИЕ

Приоритетным направлением развития сельского хозяйства 

XXI в. является разработка экологически безопасных методов повышения урожая, увеличение устойчивости растений к заболеваниям 
и повышение качества продукции. Все эти три направления, равно 
как и разработка и создание новых перспективных сортов растений 
с повышенным содержанием биологически активных соединений, 
требуют четкого широкомасштабного биохимического контроля 
качества сельскохозяйственной продукции. При этом особое значение имеют исследования показателей антиоксидантного статуса 
растений, определяющих в конечном итоге возможности получения продукции функционального назначения. Для России такой 
контроль осуществляется лишь в редких случаях в связи с экономическими трудностями в ведении сельского хозяйства и крайне 
низкой аппаратурной обеспеченностью сельскохозяйственных 
научных учреждений, неудовлетворительной подготовкой или 
полным отсутствием кадров биохимиков и смутным представлением селекционеров о возможностях биохимических анализов. 
В результате набор анализируемых параметров оказывается крайне 
ограниченным, а новые сорта — мало изученными по биохимическим показателям. В ряде случаев используется или устаревшее 
оборудование, или методы, не отвечающие современным требованиям, или биохимическая характеристика сортов и гибридов практически отсутствует.

Настоящая работа является попыткой суммирования наиболее 

простых и широко использующихся в мире методов определения 
некоторых антиоксидантов растений. Торетическая часть, предшествующая описанию биохимических методов анализа, иллюстрирует возможности использования указанных методов в исследовательской работе. Авторы хотели бы особенно отметить, что даже 
при малом приборном обеспечении человек, будь то научный сотрудник, аспирант или студент, имеет реальную возможность осуществления серьезных исследований и выявления новых не описанных ранее закономерностей.

Приводимые в данной монографии методики были успешно 

апробированы в лабораторно-аналитическом отделе ФГБНУ 
ФНЦО в 2012–2018 гг.

Глава 1

РОЛЬ АНТИОКСИДАНТОВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Фотосинтез и дыхание в растениях постоянно сопровождаются 

образованием активных форм кислорода в органеллах (Moller et al., 
2007). При этом производство свободных радикалов генетически 
детерминировано, поскольку они выступают в роли сигнальных 
молекул (Zhao et al., 2005; Mittler, 2002).

Высокая чувствительность растений к биотическим и абиоти
ческим стрессам (таким как воздействие коротковолнового УФ 
излучения, высoких и низких температур, засухи и подтопления, 
воздействия патогенов и вредных насекомых), вызывающим образование 3–10-кратного избытка свободных радикалов, определяет необходимость активной антиоксидантной защиты (Shao 
et al., 2008). Развитие так называемого оксидантного стресса сопровождается окислительной деструкцией белков (в частности, 
ферментов), липидов, углеводов и ДНК (Голубкина и др., 2012). 
Результатом развития оксидантного стресса является также образование цитотоксичных соединений, таких как малоновый диальдегид, а также сопровождается нарушением редокс гомеостаза, 
обеспечивающего нормальное регулирование физиологических 
процессов в клетке. Окисление белков приводит к разрывам белковой цепи под действием свободных радикалов, образованиям 
поперечных сшивок. В нуклеиновых кислотах происходит образование свободных оснований, их окисление и хромосомные 
перегруппировки. Что касается сахаров, то свободные радикалы 
воздействуют на ранние стадии гликолиза, вызывая деградацию 
и образование гликолевого альдегида при не ферментативном 
гликозилировании, приводят к таутомерии и образованию энедиолов, легко подверженных окислению. Перекисное окисление 
липидов нарушает гидрофобность и изменяет проницаемость липидного бислоя мембран клетки.

Антиоксиданты представляют собой соединения, предотвра
щающие нежелательные процессы окисления жизненно важных 
соединений и образующие сложную многокомпонентную систему высоко- и низкомолекулярных соединений, ферментов 
и вторичных метаболитов (Wu et al., 2017; Kasote et al., 2015), позволяющих растениям адаптироваться к постоянно меняющимся 
условиям окружающей среды (рис. 1). Антиоксиданты помогают растениям противостоять различным формам оксидантного 

стресса, а также изменяют экспрессию генов, участвующих в отклике организма на биотические и абиотические стрессы (Naik, 
2003).

Таким образом, оксидантный стресс вызывает как разрушение 

биомолекул под действием свободных радикалов, так и нарушение 
окислительно-восстановительной сигнальной системы. Это в свою 
очередь предполагает, что роль антиоксидантной системы не ограничивается только улавливанием свободных радикалов (Irshad, 
Chaudhuri, 2002).

Антиоксиданты 

Рис. 1. Природные антиоксиданты

Среди компонентов ферментативной защиты наиболее важными 

представляются супероксиддисмутаза, каталаза и аскорбатпероксидаза. К неферментативным компонентам защиты относят полифенолы, каротиноиды, токоферолы, аскорбат и глутатион (Kim et al., 
2017). Такие вторичные метаболиты обеспечивают как пассивную 
устойчивость организма к воздействию оксидантов путем постоянного биосинтеза, так и активную, когда выброс вторичных метаболитов определяется воздействием специфических стрессоров. 
Вторичные метаболиты обычно образуются из первичных, таких 
как аминокислоты и углеводы, путем процессов метилирования, 
гидроксилирования и гликозилирования.

Микроэлементы занимают особое положение в такой защите, 

поскольку входят в состав активного центра многих ферментов 
и определяют, таким образом, активность последних.

Микроэлементы

 Se, I, Zn, Mn, Cr, Si

Низкомолекулярные соединения
Bысокомолекулярные соединения

Водорастворимые
Витамин С
Беталаиновые 
пигменты
Полифенолы
Танины
Мочевая кислота
Глутатион
Пролин

Жирорастворимые
Витамин Е
Витамин К
Каротиноиды
Полифенолы

Альбумин, церулоплазмин, 
трансферин, ферменты супероксиддисмутаза, каталаза, глутатион, пероксидаза и др.

Содержание антиоксидантов растений является важнейшей ха
рактеристикой качества сельскохозяйственной продукции, обеспечивающей человека пищевыми ингредиентами, активно участвующими в поддержании иммунитета и защите организма от многочисленных заболеваний, в развитии которых важную роль играет 
оксидантный стресс. Процессы окисления в равной степени могут 
быть пагубны как для растений, так и организма животных и человека, способствуя снижению иммунитета, возникновению и развитию различных заболеваний, преждевременному старению организма и смерти. С процессами окисления связаны онкологические, 
сердечнососудистые, нейродегенеративные (болезни Альцгеймера, 
Паркинсона), вирусные заболевания, воспалительные процессы, 
диабет, атеросклероз и старение (рис. 2) (Голубкина и др., 2012; 
Bhatt et al., 2013). 

Заболевания, связанные с развитие оксидантного стресса

Рис. 2. Заболевания, связанные с развитием оксидантного стресса

В этой связи антиоксиданты могут действовать путем разру
шения цепи радикальной реакции, улавливания свободных радикалов, инициирующих радикальные реакции (гидроксил, алкоксил, 
пероксильные радикалы, синглетный кислород и хелатирующие 
прооксидантные ионы металлов). Эпидемиологические исследования подтверждают, что частота заболеваний, связанных с оксидантным стрессом, снижена у лиц, потребляющих большое количество овощей и фруктов, богатых природными антиоксидантами 
(Голубкина и др., 2012).

Астма

Хронический 

бронхит

Рак
Диабет
Старение
Инфекции

Болезнь Альцгеймера
Болезнь Паркинсона
Потеря памяти
Депрессия
Инсульт

Артрит
Ревматизм

Атеросклероз
Гипертония
Ишемия
Кардиомиопатия

Хроническая 

почечная 

недостаточность

Катаракта

Для человека, помимо определенного количества эндогенно 

образуемых антиоксидантов, антиоксиданты растений играют решающую роль в поддержании здоровья, особенно в условиях оксидантного стресса, вызванного загрязнением окружающей среды, 
повышенным фоном радиации, увеличением темпов жизни и нервными нагрузками, процессами старения. Хорошо известно, что продолжительность жизни человека непосредственно связана с интенсивностью потребления населением овощей и фруктов (r = +0,568; 
P < 0,01) (Голубкина и др., 2010). Уровень потребления овощей 
и фруктов в России является критически низким и составляет от 
50 до 200 г в день по разным источникам при норме более 400 г 
в день. Неблагополучная ситуация в России по антиоксидантному 
статусу населения отражается в сравнительно невысокой продолжительности жизни населения (в среднем 70 лет, рис. 3). На 2017 г.
лидируют по продолжительности жизни населения Гонконг, 
Япония, Италия, Сингапур, Швейцария, Испания, Исландия, 
Израиль и Австралия (от 83 до 84,5 лет) (Рейтинг, 2017; World). 
В мире Россия по продолжительности жизни населения занимает 
130-е место после Монголии, Киргизии, Азербайджана и многих 
других стран мира.

Рис. 3. Средняя продолжительность жизни населения разных стран мира

Более того, в России отказ от импорта пшеницы, богатой се
леном, из эндемических регионов мира (Австралия, Канада, США) 
привел к тому, что уровень потребления селена (еще одного важного природного антиоксиданта) снизился в ряде регионов страны 
в 1,5–2 раза, достигнув критического уровня. В частности, к таким 
регионам относится Хабаровский край и Иркутская область (Ковальский и др., 2019). В этом плане Россия повторяет печальный 

> 80 лет

80 лет

70 лет

60 лет

< 50 лет

Число стран

0
20
40
60
80
100

опыт Великобритании (Rayman, 2002), где отказ от импорта пшеницы, богатой селеном, в период с 1970 по 1995 г., привел к снижению уровня обеспеченности населения микроэлементом в стране 
в 1,5–2 раза. Катастрофически низкие уровни селена в сыворотке 
крови зафиксированы в 2018 г. у жителей Хабаровска, Охотска, 
Комсомольска-на-Амуре, Иркутска (менее 50 мкг/л), что так же, 
как и в Великобритании, вызвано изменением политики импорта 
зерна и перехода исключительно на отечественную продукцию, 
уровень селена в которой в 7–8 раз ниже, чем в зерне США и Канады (Ковальский и др., 2019) (табл. 1). Следует особенно отметить, 
что указанные регионы страны отличаются также крайне низким 
уровнем потребления других антиоксидантов: овощей и фруктов 
ввиду неоправданно высоких цен на эти продукты, что ставит 
вопрос гораздо шире: не просто существование селенодефицита, 
а интенсивное развитие дефицита общей антиоксидантной защиты 
организма человека.

Таблица 1

Содержание селена в сыворотке доноров крови 

Хабаровска, Охотска, Комсомольска-на-Амуре и Иркутска

Показатель

Хабаровск
Охотск

Комсомольскна-Амуре

Иркутск

2008
2018–
2019
2008
2018
2008
2018
1999
2018

n
30
98
20
30
21
22
52
30

Среднее
83,0
51,5
87,5
62,1
69,4
60,9
83,9
44,8

SD
11,0
6,8
22,0
8,9
18,3
6,5
12,2
4,4

CV, %
13,3
13,2
25,1
14,3
26,7
10,1
14,5
9,8

Интервал 
конц-ций

53–104 34–90 58–150 34–83 49–119 42–87 64–98 28–52

Доля лиц 
с Se < 115 
мкг/л

100
100
88,2
100
90
100
100
100

% от опт. 
уровня

72,2
46,8
76,1
56,5
60,3
54,8
39,1

Снижение 
уровня 
обеспеченности за 10 
лет

1,6
1,4
1,1
1,9

Данные рис. 4 свидетельствуют о том, что проблема селеноде
фицита в России не ограничивается только Дальневосточными регионами, но имеет место практически на всем протяжении страны 
от востока до запада.

Рис. 4. Зарегистрированные случаи селенодефицита в России 
по исследованию уровня селена в сыворотке крови жителей 

Высокий уровень оксидантного стресса, который испытывает 

население большинства стран мира, вызван в первую очередь 
ухудшением экологической обстановки, интенсивным загрязнением окружающей среды и ускорением темпов жизни. Повышение 
уровня антиоксидантной защиты организма, таким образом, является краеугольным камнем стратегии человечества на выживание. 
И в этой связи крайне важными представляются поиски наиболее 
эффективных путей получения продуктов питания с высоким содержанием полифенолов, витаминов и других антиоксидантов. 

Существует несколько подходов к решению глобальной 

проблемы дефицита антиоксидантов: 
1) выявление и использование новых значимых природных источ
ников антиоксидантов среди диких видов и в первую очередь 
лекарственных растений, 

2) разработка и производство новых нетрадиционных расти
тельных продуктов питания высокой антиоксидантной активности, таких как лепестки цветов, проростки семян различных 
растений, на основе кожуры овощей и фруктов, шелухи лука, 
листьев лука-порея, 

3) создание новой технологии выращивания овощей, обеспечива
ющей повышенный антиоксидантный статус продукции (при

менение ростостимулирующих бактерий, арбускулярно-микроризных грибов); 

4) обогащение сельскохозяйственных растений природным анти
оксидантом селеном; 

5) получение генетически модифицированных продуктов высокой 

антиоксидантной активности; 

6) селекция растений на повышенное содержание антиоксидантов; 
7) применение новых технологий переработки овощных культур 

с целью создания функциональных продуктов питания с высоким содержанием антиоксидантов. 
Огромный объем информации, накопленный к настоящему 

времени, делает мало реальным охватить все аспекты исследуемого 
вопроса. Поэтому в настоящей книге приведены лишь отдельные 
примеры решения проблемы дефицита антиоксидантов на основе 
собственных исследований авторов. Современные позиции повышения антиоксидантного статуса растений с использования ГМО 
читатели могут найти в ряде опубликованных обзоров (Zhu et al., 
2012; Verhoeyen et al., 2002; Hefferon, 2015; Malagoli et al., 2015; 
Sanghera et al., 2013; Garg et al., 2018).

Одним из важных направлений исследования антиоксидантов 

является выявление закономерностей взаимосвязи различных антиоксидантов.

Растения являются основными источниками природных анти
оксидантов для человека. Разнообразие поступающих в организм 
соединений антиоксидантного действия обусловлено разнообразием используемых фруктов (Arshiya, 2013; Xu et al., 2017), овощей 
(Parashar et al., 2014), зерновых (Karrar, 2014), чая (Thasleema, 2013; 
Perron&Brumaghim, 2009), кофе (Nardini et al., 2002), вина (Ghatak 
et al., 2014.), пива (Sikora et al., 2008), лекарственных растений 
и специй (Alok et al., 2014; Akbarirad et al., 2016). 

В настоящее время две трети всех известных видов растений яв
ляются лекарственными, и почти все они обладают высокой антиоксидантной активностью (Krishnaiah et al., 2011). 

Способность растений синтезировать значительное количество 

антиоксидантов имеет решающее значение как в оценке качества 
получаемой продукции и осуществления селекции на повышенное 
содержание антиоксидантов, так и предполагает возможность 
экзогенного регулирования антиоксидантного статуса растения 
с целью повышения устойчивости к неблагоприятным факторам 
окружающей среды. 

С другой стороны, синергизм биологического действия ан
тиоксидантов растений определяет неоспоримое преимущество