Кароти́н (от «морковь») — жёлто-оранжевый пигмент, непредельный углеводород из группы каротиноидов.
Эмпирическая формула С40H56. Нерастворим в воде, но растворяется в органических растворителях. Содержится в листьях всех растений, а также в корнеплоде моркови, ягодах шиповника и др. Является провитамином витамина A. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е160a.
Изомеры
Различают два изомера каротина: α-каротин и β-каротин. β-каротин встречается в жёлтых, оранжевых и зелёных листьях фруктов и овощей. Например, в шпинате, салате, томатах, батате и других продуктах растительного происхождения.
Номенклатура Два концевых фрагмента (β-кольца) молекулы β-каротина структурно идентичны. Молекула α-каротина содержит два концевых циклических фрагмента, отличающихся расположением двойной связи в кольце. Один из концевых фрагментов называется β-кольцо, идентичное β-кольцу β-каротина, другой же называется ε-кольцо.
Возможны следующие варианты пространственного расположения частей молекулы, определяющие структуру изомера: α-Каротин β,ε-Каротин; 1,3,3-триметил-2-[(1E, 3E, 5E,7E,9E,11E, 13E, 15E, 17E)-3,7,12,16-тетраметил-18-[(1R)-2,6,6-триметилциклогекс-2-ен-1-ил] октадека-1,3,5,7,9,11,13,15,17- нонаенил]циклогексен β-Каротин β,β-Каротин; 1,3,3-триметил-2-[(1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-3,7,12,16-тетраметил-18-(2,6,6-триметилциклогексен-1-ил)октадека-1,3,5,7,9,11,13,15,17-нонаенил]циклогексен γ-Каротин (с одним β кольцом и одним нециклизованным концом, что обозначается буквой пси) — β,ψ-Каротин; 2-[(1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E,19E)-3,7,12,16,20,24-гексаметилпентакоза-1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,23-ундекаенил]-1,3,3-триметилциклогексен δ-Каротин (с одним ε — кольцом и одним нециклизованным концом) — ε,ψ-Каротин; 6-[(1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E,19E)-3,7,12,16,20,24-гексаметилпентакоза-1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,23-ундекаенил]-1,5,5-триметилциклогексен ε-Каротин ε,ε-Каротин;(6R) −1,5,5-триметил-6-[(1E, 3E, 5E,7E, 9E, 11E, 13E,15E, 17E)-3,7,12,16-тетраметил-18-[(1R)-2,6,6-триметилциклогекс-2-ен-1-ил] октадека- 1,3,5,7,9,11,13,15,17-нонаенил]циклогексен
Молекулярная структура каротинов Каротины — это полиненасыщенные углеводороды, содержащие 40 атомов углерода на молекулу, переменное количество атомов водорода и никаких других элементов. Некоторые каротины заканчиваются кольцами на одном или обоих концах молекулы. Все они окрашены из-за наличия сопряженных двойных связей. Каротины — это тетратерпены, что означает, что они получены из восьми 5-углеродных изопреновых единиц (или четырех 10-углеродных терпеновых единиц).
Каротины встречаются в растениях в двух основных формах, обозначенных буквами греческого алфавита: альфа-каротин (α-каротин) и бета-каротин (β-каротин). Гамма-, дельта-, эпсилон- и зета-каротин (γ-, δ-, ε- и ζ-каротин) также существуют. Поскольку они являются углеводородами и, следовательно, не содержат кислорода, каротины растворимы в жирах и нерастворимы в воде (в отличие от других каротиноидов, ксантофиллов, которые содержат кислород и, следовательно, менее химически гидрофобны).
Источники каротина В качестве источников каротина используют растения (например, тыква, морковь), бактерии (некоторые штаммы стафилококков), водоросли и грибы с высоким содержанием целевого вещества.
Каротиноиды получают с помощью химического синтезаПат. 2074177 RU, МКИ C07C403/24. Способ получения бета-каротина / Е. П. Ковсман, К. А. Солоп, В. Д. Бательман, Г. И. Самохвалов, В. Л. Христофоров, Л. А. Вакулова, Т. А. Жидкова. — № 93035263/04; Заявл. 07.07.1993; Опубл. 27.02.1997Пат. 2152929 RU, МКИ C07C403/24. Способ очистки технического β-каротина / В. М. Белова; Т. И. Озорова; В. П. Беловодский; С. Н. Анакин; И. П. Серпуховитин; Г. Б. Гвоздев; Д. В. Давыдович; А. Т. Кирсанов. — № 99115385/04; Заявл. 12.07.1999; Опубл. 20.07.2000 и путём выделения из природных источников — растений и микроорганизмовПат. 2177505 RU, МКИ C12P23/00, C12N1/14, C12N1/14, C12R1:645. Пара штаммов гетероталличного гриба Blakeslea trispora КР 74+ и КР 86−, продуцирующая бета-каротин / И. С. Кунщикова (UA); Р. В. Казарян (RU); С. П. Кудинова (RU). — № 2000103831/13; Заявл. 15.02.2000; Опубл. 27.12.2001Петрова Жанна Олександрівна. Розробка процесів одержання каротиновмісних харчових продуктів: Дис… канд. техн. наук: 05.18.12 / Інститут технічної теплофізики НАН України. — К., 2004. — 218 с.Постоєнко Олена Михайлівна. Екологічні характеристики культурних і дикорослих каротиноносних рослин — накопичувачів вірусів та ксенобіотиків і метод отримання з них каротину: Дис… канд. біол. наук: 03.00.16 / Київський національний ун-т ім. Тараса Шевченка. — К., 2003. — 120 c.. Несмотря на то, что каротин может быть получен с помощью химического синтеза, его производят преимущественно из природного сырья. Использование растений в качестве источника каротиноидов имеет ряд недостатков: носит сезонный характер; зависит от экологического состояния почв и урожаев растений, запасы сырья существенно снижаются из-за накопления источников болезней растительного сырья; требуются крупных посевных площадей под выращивание растений.
Биодоступность источника каротиноидов из сока овощей невелика из-за нахождения каротиноидов в составе белковых комплексов, что значительно затрудняет их высвобождение. Усвояемость каротина из овощей при диете без жиров очень низкая.
Микробиологический синтез бета-каротина является наиболее оправданным промышленным способом его производства как с технологической, так и с экономической точек зренияСааков В. С. Альтернативные пути биосинтеза каротиноидов у Procaryota и Eucaryota // Докл. АН России. — 2003. — Т.392. — № 6. — С. 825—831.. «Микробиологические» каротиноиды, в том числе бета-каротин, получают из клеток мицелиальных грибов, дрожжей, бактерий, актиномицетов и водорослейКамінська М. Каротинсинтезуючі дріжджі Phaffia rhodozyma / М. Камінська, Л. Сологуб // Вісник львів. Ун-ту. Сер. біол., 2004. — Вип. 37. — С. 3-12.Камінська Марта Володимирівна. Каротиногенез у різних штамів дріжджів Phaffia rhodozyma та їх застосування у живленні курей-несучок: дис… канд. с.-г. наук: 03.00.04 / УААН; Інститут біології тварин. — Л., 2005. — 144 c.Прімова Л. О. Особливості азотистого складу біомаси мукорового гриба Blakeslea trispora / Л. О. Прімова, Висоцький І. Ю. // Вісник СумДУ. Серія Медицина, 2008. — Т. 1. — № 2. — С. 27—34.. Грибы имеют большое значение как продуценты различных биологически активных веществ для пищевой промышленности, медицины, сельского хозяйства и других отраслей. Не исключение и микроскопический мукоровый гриб Blakeslea trispora. Штаммы Blakeslea trispora являются сверхпродуцентами β-каротина и ликопинаАвчиев М. И., Буторова И. А., Авчиева П. Б. Изучение особенностей роста и накопления ликопина парой гетероталличного гриба Blakeslea trispora ВСБ-130(+) и ВСБ-129(-)// Біотехнологія. — 2003. — № 3. — С. 12—19.Терёшина В. М., Меморская А. С., Феофилова Е. П. Экспресс-метод определения содержания ликопина и b-каротина // Микробиология. — 1994. — Т.63. — № 6. — С. 1111—1116.Терёшина В. М., Меморская А. С., Феофилова Е. П. Состав липидов у мукорового гриба Blakeslea trispora в условиях стимуляции ликопинообразования // Микробиология. — 2010. — Т.79. — № 1. — С. 39—44.Mantzouridoua F., Tsimidou M. Z. On the monitoring of carotenogenesis by Blakeslea trispora using HPLC // Food Chemistry. — 2007. — Vol.104. — № 1. — P. 439—444. и, кроме того, возможен биосинтез других ценных соединений терпеноидной природы — убихинонов, эргостеринаДеев С. В., Буторская И. А., Авчиева П. Б. Выделение убихинонов из биомассы гриба Blakeslea trispora // Биотехнология. — 2000. — № 5. — С. 36—46.Деев С. В., Буторская И. А., Авчиева П. Б. Синтез и выделение эргостерина при использовании в качестве продуцента гриба Blakeslea trispora // Біотехнологія. — 2000. — № 4. — С. 22—31.Терёшина В. М. Состав липидов у мукорового гриба Blakeslea trispora в условиях стимуляции ликопинообразования / В. М. Терёшина, А. С. Меморская, Е. П. Феофилова // Микробиология. — 2010. — Т. 79. — № 1. — С. 39—44.. Во время биосинтеза каротина микроорганизмами он накапливается в клетках продуцента. Собственные жиры гриба Blakeslea trispora составляют до 60 % всей биомассы, что способствует растворению каротина при ферментации. Это соответственно повышает его доступность для усвоения. Технология получения микробиологических каротиноидов является экологически чистой ввиду отсутствия вредных выбросов и применения неагрессивных химических веществ. Исходным сырьём в производстве каротиноидов являются побочные, промежуточные продукты и отходы крахмало-паточного производства, мукомольной, консервной, масляной и мясо-молочной промышленности.
Бета-каротин
Описание Бета-каротин — жёлто-оранжевый растительный пигмент, один из 600 природных каротиноидов. Служит предшественником витамина A (ретинол) и является мощным антиоксидантом. Также это вещество обладает иммуностимулирующим и адаптогенным действиемSANTOS M. S.; LEKA L. S.; RIBAYA-MERCADO J. D.; RUSSELL R. M.; MEYDANI M.; HENNEKENS C. H.; GAZIANO J. M.; MEYDANI S. N.; Short- and long-term β-carotene supplementation do not influence T cell-mediated immunity in healthy elderly persons..
Источники Тыква, морковь, зелёный лук, щавель, шпинат, латук, салат, салат романо, капуста кейл, помидоры, красный перец, брокколи, батат, грейпфруты, сливы, персики, дыни, абрикосы, хурма, крыжовник, черника, чёрная смородина.
Бета-каротин содержится в уникальном соляном месторождении в Крыму на озере Сасык. Натуральный компонент попадает в соляные бассейны благодаря цветению водоросли Dunaliella sallina, которая сумела приспособиться к жёстким условиям ультрасолёной воды и солнечной радиации, научившись вырабатывать бета-каротин. Таким образом, бета-каротин сопутствует основным компонентам натуральной морской соли.
Суточная потребность Согласно методическим рекомендациям по нормам рационального питания «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» от 18 декабря 2008 г. (МР 2.3.1.2432 −08)«Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» МР 2.3.1.2432-08 , 6 мг бета-каротина эквивалентны 1 мг витамина A. Среднее потребление в разных странах — 1,8—5,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для взрослых — 5 мг/сутки (вводится впервые).
Последующие исследования показали, что в действительности витаминная активность каротиноидов в два раза ниже, по сравнению с тем, что считалось ранее. Поэтому в 2001 году Институт медицины США предложил очередную новую единицу — эквивалент активности ретинола (RAE). 1 RAE соответствует 1 мкг ретинола, 2 мкг растворённого в жире β-каротина (в виде фармацевтического препарата), 12 мкг «пищевого» β-каротина или 24 мкг иных провитаминов A.
Механизм действия
Ненасыщенная структура бета-каротина позволяет его молекулам поглощать свет и предотвращать накопление свободных радикалов и активных форм кислорода, подавлять выработку свободных радикалов. Предполагается, что тем самым он защищает клетки иммунной системы от повреждения свободными радикалами и может улучшать состояние иммунитета. Бета-каротин — естественный иммуностимулятор, который повышает иммунный потенциал организма независимо от вида антигенов, то есть действует неспецифично.
В некоторых исследованиях показан его слабо выраженный иммуностимулирующий эффектvan Poppel G, Spanhaak S, Ockhuizen T. Effect of beta-carotene on immunological indexes in healthy male smokers. Am. J. Clin. Nutr. 1993 Mar; 57(3):402-407..
Существует множество публикаций, касающихся влияния бета-каротина на увеличение количества Т-хелперов. При этом в некоторых экспериментах фиксируется увеличение количества всех Т-лимфоцитов, а в некоторых только Т-хелперовSampliner, Richard E., Watson, Ronald R., Garewal, Harinder S., Prabhala, Rao H., Hicks, Mary J. The effects of 13-cis-retinoic acid and beta-carotene on cellular immunity in humans. 1991..