1. Основная часть

1.1 Каротиноиды

В подавляющем большинстве случаев изомеры каротина в природных источниках сопровождаются тем или иным количеством чрезвычайно родственных им по строению других растительных пигментов - каротиноидов. Некоторые из этих каротиноидов, как будет указано далее, обладают также провитаминной активностью. Другие лишены этих свойств, но, будучи частыми спутниками каротина в исходных материалах, являются балластом, от которого нужно освобождаться при приготовлении чистых препаратов каротина и при аналитическом определении активности. Каратиноиды, так же как и изомеры каротина, принадлежат к полиеновым естественным красящим веществам. Их молекулы построены по аналогичному с каротином структурному принципу - циклы или псевдоциклы соединены алифатической группировкой из изопреновых остатков. Между каротином и каратиноидами существует, повидимому, также и определенная генетическая связь. Следует отметить, что некоторые растительные продукты накапливают в себе, наряду с каротином, преимущественные количества какого-либо или нескольких каротиноидов (например, ликопин в томатах, криптоксантин в желтой кукурузе и др.) Количество различных каротиноидов, образующихся в органах растений, может быть чрезвычайно разнообразным и насчитывает иногда несколько десятков отдельных представителей. Каротиноиды в настоящее время еще далеко не полностью изучены. Более или менее точные данные о строении и свойствах известны лишь для основных пигментов данной группы. Из каротиноидов углеводородного характера известен один ликопин, широко распространенный в природе (оматы, некоторые фрукты и ягоды). По своей структуре он отличается от каротина наличием на концах молекулы не иононовых циклов, а псевдоиононов. Хотя ликопин и принято относить к каротиноидам, но он фактически является алифатическим изомером каротина, так же как и последний, углеводородом с эмпирической формулой С40Н56. Отдельную группу каротиноидов составляет ряд ненасыщенных спиртов производных каротина. Они носят общее название ксантофиллов, благодаря тому, что их первый представитель был обнаружен в желтых листьях. Из ксантофиллов наиболее близок к каротину криптоксантин (пигмент кукурузы), имеющий эмпирическую формулу С40Н56О. Другой представитель подгруппы ксантофиллов с эмпирической формулой С40Н56О - рубиксантин. У него имеется также один гидроксилированный атом иононовый цикл, второй же раскрытый (псевдоионон): Каротиноид-ксантофилл с двумя гидроксилированными иононовыми циклами и эмпирической формулой С40Н56О2 (пигмент яичного желтка) носит название зеаксантин: Изомером зеаксантина является ксантофилл желтых листьев (лютеин), у которого первый гидроксилированный цикл иононовый, второй же иононовый. Далее в списке каротиноидов подгруппы ксантофиллов следует флавоксантин (пигмент лютика) с эмпирической формулой С40Н56О3, два изомера - виолаксантин (пигмент анютиных глазок) и тараксантин (пигмент одуванчика) с эмпирической формулой С40Н56О4. Строение этих оксипроизводных каротина еще недостаточно выяснено. К ксантофиллам относится также фукоксантин (пигмент бурых водорослей) с эмпирической формулой С40Н60О6. Капсантин С40Н58О3 - главный пигмент кожицы плодов паприки - подобно криптоксантину имеет в своей молекуле один гидроксилированный иононовый цикл. На другом же конце молекулы капсантина – псевдоцикл. Следующая подгруппа каротиноидов принадлежит к оксосоединениям. Из них наиболее изучен родоксантин С40Н50О2. В свое время родоксантин считался единственным кетопроизводным каротина. Однако теперь известны также афанин С40Н54О, являющийся монокетопроизводным каротина и миксоксантин С40Н54О - аналогичное производное каротина. К монокетонам относится также, и каротиноид животного происхождения эхиненон С40Н58О + Н2. Из каротиноидов с числом углеродных атомов, меньшим 40, наиболее известны кроцетин и биксин (карбоновые кислоты) и азафрин (оксикислота). Вообще говоря, представители этой группы каротиноидов гораздо реже встречаются в природе и накапливаются только в растениях. Среди них не найдено углеводородов. Существуют предположения, в связи с этим, что каротиноиды с числом углеродных атомов 40 образуются в органах растений путем окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле. Кроцетин С20Н24О4 является желтым пигментом шафрана. В нем четыре кислородных атома находятся в двух карбоксильных группах. Популярный краситель для пищевых жиров биксин С24Н30О - красный пигмент семян Bixa orellana - представляет собой метиловый эфир дикарбоновой кислоты норбиксина С24Н28О4. Другой краситель для жиров - азафрин С27Н38О4, получаемый из тропических растений видов Scrophulariacea, является оксикислотой.

1.2 Свойства каротина

Кристаллический каротин представляет собой вещество темного медно-красного цвета с блестящим металлическим оттенком. Чистые изомеры каротина отличаются по оттенку окраски. Кристаллы каротина оранжево-красные с ярким блеском, каротин образует фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Форма кристаллов каротина еще недостаточно изучена. Следует предполагать наличие полиморфизма, главным образом в зависимости от природы растворителя. Олкович и Маттилл отмечают, кроме того, зависимость формы кристаллов от условий кристаллизации - температуры, концентрации, скорости охлаждения, продолжительности стояния раствора. По Цехмейстеру, каротин из смеси сероуглерода и спирта выкристаллизовывается в четко выраженных кубиках, из петролейного эфира, выпадает в виде призм; каротин из бензина выкристаллизовывается в виде призм или пучков игл. Олкович и Маттилл наблюдали при кристаллизации каротина образование ромбоэдров (из петролейного эфира), треугольных пластинок (из ацетона), игл (из хлороформа и метанола), пучков игл (из сероуглерода и абсолютного спирта), квадратных пластинок (из петролейного эфира и метанола). Авторы считают, что, несмотря на различие формы, каротин всегда кристаллизуется в гексагональной системе. Совершенно чистый каротин не имеет запаха. Однако в связи с тем, что даже при самом тщательном хранении каротина в нем всегда образуется некоторое количество продуктов разложения, каротин приобретает приятный запах корней флорентийской фиалки, вызываемый иононом.

1.3 Физиологическая роль каротиноидов

Каротиноиды являются обязательными компонентами пигментных систем. Они выполняют роль дополнительных пигментов, которые передают энергию поглощенных квантов хлорофиллу а для совершения фотохимической работы. Особенно возрастает их значение как светоулавливающих систем в сине-фиолетовой и синей частях спектра в затененных местах, т. е. когда преобладает рассеянная радиация.

Имеются доказательства, что каротиноиды выполняют защитную функцию, предохраняя хлорофилл от фотоокисления. Еще в 1913 г. Д. И. Ивановский установил, что в пробирках, выставленных на прямой солнечный свет, степень разрушения хлорофилла зависела от концентрации каротиноидов в растворе.