Электрохимические способы оценки антиоксидантных свойств мицеллярных экстрактов специй Нгуен Конг Фук

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Антиоксиданты специй как объекты аналитической химии (Литературный обзор) 10

1.1 Антиоксиданты специй и способы их извлечения 10

1.2 Способы оценки антиоксидантных свойств специй

1.2.1 Определение индивидуальных антиоксидантов в специях 31

1.2.2 Обобщенная оценка антиоксидантных свойств специй с помощью интегральных показателей 43

Глава 2 Экспериментальная часть 51

2.1 Оборудование 51

2.2 Электроды и способы их модификации 51

2.3 Реагенты и материалы 52

2.4 Методики проведения эксперимента 55

Глава 3 Ультразвуковая мицеллярная экстракция антиоксидантов из специй и оценка антиоксидантных характеристик полученных извлечений методом гальваностатической кулонометрии

3.1 Ультразвуковая мицеллярная экстракция антиоксидантов из специй 59

3.2 Реакции индивидуальных антиоксидантов специй с электрогенерированными титрантами в мицеллярной среде Brij 35 68

3.3 Антиоксидантные характеристики мицеллярных экстрактов специй по данным гальваностатической кулонометрии з

Глава 4 Вольтамперометрическая оценка антиоксидантных свойств мицеллярныхэкстрактов специй на электроде, модифицированном наночастицами диоксида церия 84

4.1 Дифференциально-импульсная вольтамперометрия мицеллярных экстрактов специй 84

4.2 Вольтамперометрическое определение тимола в орегано 105

Заключение 114

Список сокращений и условных обозначений 117

Список литературы

• Способы оценки антиоксидантных свойств специй
• Обобщенная оценка антиоксидантных свойств специй с помощью интегральных показателей
• Реагенты и материалы
• Антиоксидантные характеристики мицеллярных экстрактов специй по данным гальваностатической кулонометрии

Введение к работе

Актуальность темы. Пряности, или специи, извлекаемые из различных частей растений, добавляемые в пищу в небольших количествах, имеют богатую историю. С древнейших времен их использовали не только как специфические добавки в кулинарии для придания устойчивого аромата и вкуса, но и при изготовлении эликсиров, душистых масел, бальзамов, благовоний, а также отчасти в качестве медикаментов. Пряно-ароматические растения, обладающие целебными свойствами, издавна целенаправленно культивировались, что известно из древних трактатов самых разных народов, по большей части проживающих в зонах теплого и влажного климата. Как к объектам химического анализа, интерес к ним проявился сравнительно недавно, что обусловлено широким спектром проявляемых свойств, в том числе биологической активностью. К ним, в частности, относятся и антиоксидантные свойства, что является немаловажным для целей фармации. Действительно, некоторые пряности содержат большой круг органических низкомолекулярных соединений, например, терпеноиды, витамины, флавоноиды, каротеноиды, фитоэстрогены, а также другие, обладающие свойствами собственно специй, т.е. ароматом и вкусом. Соединения этого ряда выступают не только как консерванты пищевых продуктов, но и как антиоксиданты. Специи на основе пряных трав или плодов тропических растений, а также их экстракты обычно применяют как пищевые добавки. В этом случае как специи, так и их экстракты требуют оценки качества, т.е. проведения анализа, при выполнении которого стадия экстракции является ключевой.

Для извлечения полифенольных и других антиоксидантов как компонентов растительных материалов обычно используют известные методы экстракции. Наибольшее применение получили различные варианты жидкостной экстракции. В последнее время для повышения ее эффективности стали использовать воздействие ультразвука. Сочетание ультразвука и подходящего органического экстрагента минимизирует побочное действие последнего, особенно когда растворитель токсичен, и кроме того ускоряет экстракцию, что важно для сохранения самих антиоксидантов. Из экстрагентов обычно применяют метанол, этанол и некоторые неполярные растворители. В последнее десятилетие при выборе экстрагентов стали руководствоваться требованиями «зеленой химии», т.е. использовать нетоксичные среды (водные, СО₂ и воду в сверхкритическом состоянии), в том числе мицеллярные системы на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ). Однако применительно к специям этот подход является новым, поскольку в литературе описан лишь один

Автор выражает искреннюю благодарность д.х.н., доценту кафедры аналитической химии Казанского (Приволжского) федерального университета Г.К. Зиятдиновой за помощь и консультации при постановке задач, выполнении эксперимента и обсуждении результатов исследований

пример использования ПАВ (Tween 80) для экстракции активных компонентов из гвоздики. Сочетание мицеллярной экстракции с ультразвуковой обработкой ранее не использовалось.

Для контроля качества экстракции и количественной оценки содержания антиоксидантов в продуктах питания достаточно хорошо зарекомендовали себя электрохимические методы. Применительно же к специям и их экстрактам эти методы не получили достаточного внимания.

Таким образом, представляет научный и практический интерес применение ультразвуковой мицеллярной экстракции для извлечения антиоксидантов специй и оценка возможностей методов электроанализа для характеристики антиоксидантных свойств полученных экстрактов.

Цель работы заключалась в разработке новых способов электрохимического определения антиоксидантной емкости экстрактов специй, полученных с применением ПАВ-содержащих мицеллярных сред в сочетании с ультразвуковой обработкой.

В соответствии с целью исследования в работе были поставлены следующие задачи:

Найти условия ультразвуковой мицеллярной экстракции антиоксидантов из специй и получить обобщенные антиоксидантные параметры (железовосстанавливающую способность (ЖВС), интегральную антиоксидантную емкость (интегральную АОЕ) и церийвосстанавливающую способность (ЦВС)) для экстрактов методом кулонометрического титрования;

Разработать способы электрохимической оценки АОЕ мицеллярных экстрактов специй, основанные на их окислении на электроде, модифицированном наночастицами CeO_2, в среде Brij 35;

Создать селективный амперометрический сенсор для определения тимола на основе стеклоуглеродного электрода (СУЭ), модифицированного наночастицами CeO₂, диспергированными в Brij 35 (СеО₂-Brij 35/СУЭ), и разработать способ экстракционно-вольтамперометрического определения тимола в экстрактах орегано.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Впервые показана возможность применения ультразвуковой мицеллярной
экстракции для извлечения антиоксидантов из специй. Оценено влияние природы
ПАВ на эффективность извлечения антиоксидантов различных классов.
Установлено, что максимальное извлечение достигается в случае 0.1 М
неионогенного Brij 35 при однократной экстракции в течение 10 мин.

Установлены соотношения сырье/экстрагент, обеспечивающие наибольшее извлечение, для 20 видов специй.

Найдены стехиометрические коэффициенты и предложены схемы реакций антиоксидантов специй (флавоноидов, аскорбиновой и фенольных кислот, танина, куркумина, капсаицина, эвгенола и тимола, -токоферола и ретинола) с электрогенерированными титрантами: гексацианоферрат(III)-ионами, бромом и Се(IV) в мицеллярной среде Brij 35. На основе полученных данных впервые проведена оценка обобщенных антиоксидантных показателей мицеллярных экстрактов 20 специй.

Установлены вольтамперные характеристики индивидуальных фенольных антиоксидантов специй на СеО₂-Brij 35/СУЭ в мицеллярной среде Brij 35 и предложены соответствующие схемы реакций на электроде. Показано, что мицеллярные экстракты специй проявляют электрохимическую активность в этих условиях. Отдельные пики окисления идентифицированы методом стандартных добавок.

Найдены параметры окисления тимола на СеО₂-Brij 35/СУЭ. Установлено, что окисление тимола контролируется диффузией и сопровождается переносом двух электронов. Разработан способ определения тимола в условиях дифференциально-импульсной вольтамперометрии, аналитические характеристики которого превосходят описанные ранее для других модифицированных электродов.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Предложен новый способ извлечения антиоксидантов из специй, основанный на использовании ультразвуковой обработки сырья и мицеллярной среды Brij 35 в качестве экстрагента. Показано, что такая экстракция обеспечивает более высокий выход фенольных антиоксидантов, чем экстракция органическими растворителями.

Оценены обобщенные антиоксидантные показатели (интегральная АОЕ, ЖВС и ЦВС) мицеллярных экстрактов 20 специй. Установлена положительная корреляция этих параметров с антиоксидантной активностью (АОА) по реакции с 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ), что позволяет рекомендовать кулонометрическое титрование для быстрого скрининга антиоксидантных свойств специй. При этом кулонометрический метод является более экономичным и простым, так как не требует дорогостоящего оборудования и реактивов, а также характеризуется экспрессностью (время одного измерения не превышает 2 мин) и надежностью получаемых результатов.

Разработаны способы вольтамперометрической и хроноамперометрической оценки АОЕ мицеллярных экстрактов специй, основанные на окислении их антиоксидантов на СеО₂-Brij 35/СУЭ в мицеллярной среде Brij 35. В качестве стандартного вещества использовали галловую кислоту. Установлены положительные корреляции АОЕ с ЖВС и АОА по реакции с ДФПГ, что позволяет рекомендовать разработанные подходы как альтернативные, характеризующиеся простотой, доступностью и надежностью получаемых результатов и исключающие недостатки спектрофотометрического метода, связанные с неустойчивостью реагента.

Предложен экстракционно-вольтамперометрический способ определения тимола в мицеллярных экстрактах орегано. Показано, что однократная экстракция в течение 10 мин при соотношении 1:40 обеспечивает максимальное извлечение тимола. Результаты вольтамперометрического определения согласуются с данными фотометрического метода.

Методология и методы исследования. В ходе проведенных исследований использованы методы гальваностатической кулонометрии с электрогенерированными титрантами, вольтамперометрии в циклическом и дифференциально-импульсном вариантах, а также хроноамперометрии. Правильность полученных результатов оценивали, сопоставляя их с данными молекулярной абсорбционной спектроскопии. Морфология поверхности электродов была охарактеризована методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

Положения, выносимые на защиту:

Условия ультразвуковой мицеллярной экстракции антиоксидантов из специй;

Обобщенные антиоксидантные показатели мицеллярных экстрактов специй по данным кулонометрического титрования;

Способы вольтамперометрической и хроноамперометрической оценки АОЕ мицеллярных экстрактов специй;

Результаты электрохимического скрининга АОЕ мицеллярных экстрактов специй;

Способ вольтамперометрического определения тимола в мицеллярных экстрактах орегано на СеО₂-Brij 35/СУЭ в среде Brij 35.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов исследования подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных с применением современного сертифицированного оборудования для электрохимических измерений, и их сопоставлением с имеющимися литературными данными и результатами независимых стандартных методов.

Результаты работы прошли апробацию на всероссийских и международных конференциях: IV Всероссийском симпозиуме “Разделение и концентрирование в

аналитической химии и радиохимии” (Краснодар, 2014), Всероссийской школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Материалы и технологии XXI века”, (Казань, 2014), Международном научном форуме “Бутлеровское наследие – 2015” (Казань, 2015), I Международной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Биомедицина, материалы и технологии XXI века” (Казань, 2015), XIV medzinrodn konferencia “Sasn stav a perspektvy analytickej chmie v praxi” (Bratislava, 2016) и 67^th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry “Electrochemistry: from sense to sustainability” (The Hague, 2016).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 5 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК (из них 2 в зарубежных изданиях), и тезисы 5 докладов.

Личный вклад автора состоит в планировании и проведении эксперимента, обсуждении и систематизации полученных результатов и подготовке публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 148 страницах и содержит 28 таблиц и 19 рисунков. Она состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 248 наименований.

Способы оценки антиоксидантных свойств специй

Следует отметить, что независимо от способа проведения экстракции для отделения полученных экстрактов обычно используют центрифугирование. В ряде случаев необходимо последующее концентрирование экстрактов, реализуемое путем вакуумного испарения растворителя. Поскольку специи обычно находятся в твердом состоянии, то для извлечения активных компонентов, в том числе и антиоксидантов, используют аппараты Сокслета.

Эффективность экстракции антиоксидантов из специй зависит от ряда факторов таких, как природа и состав экстрагента, температура и время экстракции, давление, размер частиц, а также соотношение сырье/экстрагент [30]. Эти факторы учитываются в методе жидкостной экстракции под давлением, основанной на применении низкокипящих экстрагентов или их смесей при повышенных температурах (вплоть до 200 С) и давлении (до 3000 кгс/см) в течение короткого времени (5-15 мин). Такой подход позволяет повысить растворимость экстрагируемых соединений, скорость диффузии экстрагента и массопереноса, снижая при этом вязкость и поверхностное натяжение растворителя. Основными преимуществами этого метода по сравнению с классической жидкостной экстракцией являются малые объемы пробы и экстрагента, меньшее время и высокая эффективность экстракции, автоматизация процесса. Важным условием для реализации этого метода экстракции является термическая стабильность извлекаемых соединений [31]. Однако варьирование условий экстракции (растворителя, температуры, давления и времени реакции) позволяет решить эту проблему. Жидкостная экстракция под давлением успешно применена для извлечения каротиноидов из водорослей Haematococcus pluvialis and Dunaliella salina [32], антиоксидантов из орегано (Origanum vulgare L.), розмарина (Rosmarinus officeinalis L.) и майорана (Origanum majorana L.) [33], полярных антиоксидантов из розмарина [34], терпеноидов из семян кардамона (Elettaria cardamomum Maton) [35], летучих компонентов из листьев куркумы (Curcuma domestica L.) [36], пиперина из черного перца (Piper Nigrum L.) [37] и капсаициноидов из красного перца (Capsicum annuum L.) [38].

В последнее десятилетие для извлечения целевых аналитов все большее внимание уделяется нетоксичным растворителям. Этот подход успешно реализуется в условиях суб- и сверхкритической экстракции.

Экстракция субкритической водой, основанная на использовании в качестве экстрагента воды при высокой температуре (от 100 до 374 С) и давлении (обычно 10-60 бар) ниже сверхкритических условий, успешно применяется для извлечения антиоксидантов из растительного сырья. В указанных условиях вода сохраняет жидкое состояние и проявляет свойства близкие к свойствам органических растворителей, что позволяет извлекать неполярные соединения [39]. Однако необходимо учитывать, что в ходе экстракции антиоксидантов субкритической водой может происходить их трансформация в другие формы вследствие разрушения клеточных структур растительного материала и температурного воздействия. Чаще всего протекают реакция Майлларда и термоокисление, что приводит к изменению антиоксидантных свойств полученных экстрактов. Образование новых соединений с антиоксидантными свойствами в ходе экстракции субкритической водой было установлено для розмарина (Rosmarinus officinalis L.), тимьяна (Thymus vulgaris L.) и вербены (Verbena officinalis L.) [39]. Эти данные открывают новые возможности практического применения получаемых экстрактов. В целом метод экстракции субкритической водой обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной жидкостной экстракцией, в частности, экологичностью, экспрессностью, высокими выходами и качеством получаемых экстрактов, снижением расхода экстрагента и его низкой стоимостью [40].

Сверхкритическая флюидная экстракция характеризуется высокой селективностью и скоростью извлечения, низким расходом экстрагента (5-10 мл), а также заметно снижает или полностью исключает использование токсичных органических растворителей [41]. Этот способ экстракции основан на использовании экстрагентов в сверхкритическом состоянии, которое достигается за счет давления и температуры (выше критической точки). При этом экстрагент обладает проникающей способностью газовой и плотностью жидкой фазы, обеспечивая высокую скорость массопереноса [42]. В качестве экстрагентов можно использовать достаточно широкий круг соединений (этилен, метан, пропан, азот, ксенон, фторзамещенные углеводороды), но самым распространенным является диоксид углерода, поскольку является химически устойчивым, достаточно безопасным и дешевым [43]. Кроме того, сверхкритический СО2 позволяет извлекать термически лабильные аналиты и легко удаляется из конечного экстракта, не загрязняя его, что исключает стадию очистки экстракта, необходимую в других способах экстракции [41]. В промышленных масштабах при высоком расходе экстрагента возможно его повторное использование. Являясь неполярным, сверхкритический СО2 обеспечивает извлечение лишь неполярных антиоксидантов, поэтому для экстракции полярных соединений обычно используют добавки небольших количеств полярных органических растворителей (метанола, этанола и т.д.) [39]. Для специй и продуктов питания рекомендуется этанол как наименее токсичный и хорошо смешивающийся со сверхкритическим СО2 [44]. Необходимо отметить, что применительно к природным фенольным антиоксидантам сверхкритическая экстракция обеспечивает их стабилизацию, то есть позволяет предотвратить окисление и разрушение под действием факторов внешней среды [45].

Обобщенная оценка антиоксидантных свойств специй с помощью интегральных показателей

Использование обобщенных показателей позволяет проводить быструю оценку суммарного содержания ряда структурно родственных соединений или веществ с близкими свойствами, что позволяет осуществлять оперативный скрининг объектов анализа по тем или иным критериям. В ряде случаев это значительно упрощает и удешевляет процедуру химического анализа [163]. Одной из таких обобщенных характеристик является суммарное содержание антиоксидантов, котор ое выражают через различные параметры, например, ЖВС, общее содержание фенольных соединений (ОФ), АОЕ, общее содержание флавоноидов и АОА. Такой подход получил широкое применение для оценки антиоксидантных свойств специй. Во многом это обусловлено широким кругом антиоксидантов различной природы, входящих в состав специй и обусловливающих их антиоксидантные свойства. С другой стороны, интегральные показатели позволяют учесть возможные синергетические или антагонистические эффекты отдельных соединений, а, следовательно, прогнозировать биологическую активность специй в целом, не прибегая к покомпонентному анализу.

В целом все методы оценки интегральных антиоксидантных показателей можно классифицировать по типу реакций, лежащих в основе получения аналитического сигнала. Это методы, основанные на переносе атома водорода или электрона от молекулы антиоксиданта к реагенту (окислителю или радикальной частице). Механизм реакции и эффективность антиоксиданта напрямую зависят от энергии диссоциации связи и потенциала ионизации. Для реакций с радикальными частицами реализуется главным образом перенос атома водорода и ключевую роль играет энергия диссоциации связи, тогда как в реакциях с окислителями реализуется перенос электрона, определяющийся потенциалом ионизации. В последнем случае имеет значение рН среды, в которой проводится реакция. Однако зачастую реализуются оба механизма в зависимости от условий протекания реакций [164].

Среди методов оценки интегральных антиоксидантных показателей специй наибольшее распространение получила спектрофотометрия, основанная на реакциях антиоксидантов с радикалами, катион-радикалами или комплексами металлов. Детектирование основывается на изменении светопоглощения реакционной смеси. В зависимости от используемой реакции возможно либо обесцвечивание реакционной смеси (как в случае ДФПГ и 2,2-азинобис(3-этилбензотиазо-лина-6-сульфоната) (АБТС+)), либо образование окрашенных продуктов реакции (как при определении ЖВС, общего содержания флавоноидов по реакции с хлоридом алюминия или фенольных соединений по методу Фолина-Чокальтеу). Типы реагентов и условия определения антиоксидантных параметров специй представлены в таблице 1.8. Следует отметить, что в отличие от стабильных радикалов, активные формы кислорода обычно генерируются непосредственно перед измерением или в ходе фотометрической реакции. Основные преимущества и недостатки этих подходов подробно рассмотрены в обзорных статьях [164, 172-174].

Для количественной оценки обычно используют пересчет на индивидуальные антиоксиданты. Так, ЖВС обычно выражают в эквивалентах тролокса или аскорбиновой кислоты, а также в ммоль Fe(II) на единицу массы образца [175]. Для реакций с радикалами АОА выражают как долю восстановившегося после реакции с антиоксидантами радикала или в эквивалентах индивидуальных соединений (галловой кислоты, тролокса, кверцетина). Кроме того, для индивидуальных веществ АОА принято выражать через параметр EC50, который соответствует эффективной концентрации вещества, при которой восстанавливается 50% свободных радикалов [164, 172]. Самое широкое распространение в качестве стандарта для растительного сырья получила галловая кислота, что облегчает сопоставление данных, полученных разными исследователями.

Одним из значимых недостатков спектрофотометрического определения АОА по реакции с ДФПГ является использование метанола. Эта задача успешно решена с применением мицеллярных сред ПАВ. Варьирование природы и концентрации ПАВ, рН и концентрации буферного раствора показало, что наилучшие характеристики достигаются в присутствии 2 мM цетилтриметиламмоний бромида в ацетатном буферном растворе pH 4.6. Установлено, что реакция антиоксидантов с ДФПГ в мицеллярной среде протекает с большей скоростью, чем в метаноле [176].

Учитывая радикальную природу реагентов для оценки АОА, для мониторинга реакций антиоксидантов с ДФПГ и активными формами кислорода применяют метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [177, 178]. Для получения гидроксильных радикалов обычно используют реакцию Фентона, а супероксид-анион радикал генерируют в системе феназин – метасульфат натрия – НАДН [178].

Литературные данные показывают, что электрохимические методы практически не используются для интегральной оценки антиоксидантных свойств специй. Так, описан кулонометрический способ оценки ЖВС этанольных экстрактов специй, основанный на их титровании электрогенерированными гексацианоферрат(III) ионами [179]. Показано, что в реакцию с титрантом вступают фенольные антиоксиданты специй.

Другой подход основан на окислении антиоксидантов специй по СУЭ на фоне 0.1 М LiClO4 в этаноле в условиях циклической вольтамперометрии [180]. АОЕ метанольных экстрактов специй оценивали по интегральной площади ступеней окисления и выражали в эквивалентах галловой кислоты в пересчете на 1 г специи. Показано, что АОЕ обусловлена присутствием антиоксидантов различных классов, входящих в состав специй.

Метод дифференциально-импульсной вольтамперометрии успешно применен для оценки АОА водных экстрактов специй по реакции с гидропероксидным радикалом, образующимся в процессе окисления пероксида водорода на ртутном электроде [181]. Мерой АОА являлся параметр 10, то есть концентрация антиоксиданта, приводящая к 10% снижению площади пика окисления пероксида водорода.

Реагенты и материалы

Число электронов, участвующих в реакциях окисления обусловлено строением соответствующих соединений. Так, один электрон участвует в реакциях монофенолов (тимола и п-кумаровой кислоты), а также капсаицина, эвгенола и феруловой кислоты с образованием соответствующего феноксильного радикала (схема 3.1). О. ,СН3 О \ /СН3 е НзС НзС (3.1) CH3 CH3

В случае -токоферола можно предполагать образование токофероксильного радикала согласно схеме 3.2, что хорошо согласуется с описанным ранее в литературе для водно-спиртовых сред [196].

Для флавоноидов реакции протекают с участием гидроксильных групп при ароматических кольцах. При этом гликозидные фрагменты не титруются окислителем, что было доказано на примере рутина (дигликозида кверцетина). Для хлорогеновой, кофейной и розмариновой кислот характерно двух- и четырехэлектронное окисление до соответствующих о- и ди-о хинонов, соответственно (схемы 3.3 и 3.4).

Галловая кислота достаточно легко димеризуется под действием кислорода воздуха в щелочной среде, образуя дегидродигалловую кислоту [197], которая, в свою очередь, окисляется в реакции с гексацианоферрат(III) ионами до ди-о-хинона (схема 3.5).

В щелочной среде куркумин со временем разрушается с образованием дегидрозингерона и феруловой кислоты [198] (схема 3.6), которые вступают в реакцию с титрантом.

Сравнительно большое число электронов, участвующих в реакциях фенольных антиоксидантов с электрогенерированным бромом объясняется природой окислителя и его реакционной способностью. Как известно [199], титрант представляет собой три типа реакционноспособных частиц (трибромид анион, молекулярный бром и адсорбированные на поверхности платинового электрода короткоживущие радикалы брома), которые могут принимать участие в реакциях окисления, электрофильного замещения в ароматическое ядро и электрофильного присоединения по кратным связям. Кроме того, необходимо учитывать возможность протекания последующих химических реакций с участием продуктов реакции по первой ступени. Так, например, продуктом окисления галловой кислоты окисляется о-хинон, который достаточно быстро вступает в последующие реакции конденсации и димеризации. Применительно к фенольным антиоксидантам наиболее вероятным является окисление ОН-групп фенольных фрагментов до соответствующих хиноидных производных. Так, в случае флавоноидов (рутина, кверцетина и катехина) в реакцию в первую очередь вступают ОН-группы колец В и С, а затем кольца А [200]. -Токоферол окисляется с образованием п-токоферилхинона [201] (Схема 3.7). Для ретинола наиболее вероятно протекание реакций электрофильного присоединения по кратным связям [194].

В рассматриваемом ряду титрантов электрогенерированный Се(IV) является наиболее сильным окислителем, что подтверждается числом электронов, участвующих в окислении фенольных антиоксидантов. Для флавоноидов и гидроксикоричных кислот в реакции участвуют гидроксильные группы с образованием соответствующих хинонов. В случае танина, вероятно, происходит разрушение молекулы. Для -токоферола и ретинола можно предполагать окисление оксихроманового фрагмента и двойных связей, соответственно. Полученные результаты позволяют использовать рассмотренные кулонометрические титранты как реагенты для оценки антиоксидантных свойств различных объектов в мицеллярной среде Brij 35.

Кулонометрическое титрование гексацианоферрат(III) ионами, бромом и Се(IV) было использовано для оценки антиоксидантных свойств мицеллярных экстрактов специй через обобщенные антиоксидантные показатели ЖВС, интегральную АОЕ и ЦВС, соответственно [202, 203]. Как уже отмечалось выше, важнейшим преимуществом обобщенных показателей является возможность охарактеризовать исследуемый объект в целом, не прибегая к покомпонентному анализу.

Результаты определения антиоксидантных параметров мицеллярных экстрактов специй с максимальным выходом фенольных антиоксидантов, представлены в таблице 3.6. Установлено, что антиоксидантные параметры статистически достоверно отличаются (p 0.001) в зависимости от природы специй. Интегральная АОЕ и ЦВС значительно выше, чем ЖВС для всех рассматриваемых образцов, что обусловлено как реакционной способностью титрантов, так и типами антиоксидантов, экстрагирующихся мицеллярной средой Brij 35 [190]. Кроме того, в зависимости от природы титранта могут реализовываться различные механизмы реакций

Антиоксидантные характеристики мицеллярных экстрактов специй по данным гальваностатической кулонометрии

Методы электроанализа успешно исключают отмеченные недостатки спектрофотометрического метода оценки АОА. Тем не менее, число работ по электрохимической оценке антиоксидантных свойств специй очень мало. Существующий подход с применением циклической вольтамперометрии в органической среде [180] позволяет оценить содержание лишь макрокомпонентов, требует высоких скоростей изменения потенциала, что приводит к увеличению фоновых токов и искажению кривой. Кроме того, ступени окисления регистрируются при достаточно высоких значениях потенциалов. Разработанные вольтамперометрический и хроноамперометрический способы оценки АОЕ специй, основанные на окислении их антиоксидантов на СеО2-Brij 35/СУЭ, характеризуются высокой чувствительностью и воспроизводимостью, а также позволяют значительно расширить круг компонентов специй, проявляющих электрохимическую активность в доступной области потенциалов.

Проведенные исследования позволили впервые применить вольтамперометрию и хроноамперометрию в мицеллярной среде ПАВ для оценки антиоксидантной емкости специй. Установленные положительные корреляции с общепринятыми параметрами свидетельствуют о правильности предложенных подходов к оценке антиоксидантных свойств специй и позволяют рассматривать их как альтернативные методы, характеризующиеся простотой, доступностью и надежностью получаемых результатов.

Тимол (2-изопропил-5-метилфенол) является важным фенольным антиоксидантом, обладающим широким спектром биологической активности и играющим важную роль в ингибировании перекисного окисления фосфолипидов, причем эффективность воздействия зависит от концентрации тимола [237]. Поэтому тимол применяется в качестве активного компонента в продуктах питания, лекарственных формах, косметической продукции [238]. С другой стороны, тимол является главным компонентом растительного сырья, например, тимьяна (Thymus vulgaris), орегано (Origanum vulgare), айована (Trachyspermum ammi) и т.д. [239-241] и вносит значительный вклад в их биологическую активность. Вышеупомянутые растения широко применяются в качестве специй при приготовлении пищи и могут рассматриваться как один из важных источников антиоксидантов в рационе человека. Поэтому, знание содержания тимола в растительном сырье представляет практический интерес.

Изучено вольтамперометрическое поведение тимола в 0.01 M Brij 35 на фоне фосфатного буферного раствора рН 7.0 [242]. Стандартный раствор тимола готовили в 0.1 М мицеллярной среде Brij 35, обеспечивающей солюбилизацию аналита в водной среде. Предварительно было показано, что Brij 35 электрохимически неактивен в рассматриваемой области анодных потенциалов и не оказывает влияния на форму циклических вольтамперограмм фонового электролита.

Установлено, что тимол необратимо окисляется на СУЭ, CeO2-H2O/СУЭ и CeO2-Brij 35/СУЭ, что подтверждается отсутствием катодных ступеней на циклических вольтамперограммах (рисунок 4.9) и характерно для монофенолов. Ток окисления тимола на СУЭ ниже, чем на модифицированных электродах. Токи окисления на CeO2-H2O/СУЭ в 1.7 раза выше по сравнению с СУЭ, что обусловлено большей площадью поверхности модифицированного электрода. Потенциал окисления тимола смещается на 40 мВ в область меньших значений (0.59 и 0.63 В, соответственно). Для электрода, модифицированного дисперсией наночастиц СеОг в Brij 35, наблюдается дальнейшее увеличение токов окисления (1.37±0.08 и 1.03±0.06 мкА для CeC -Brij 35/СУЭ и СеОг-НгО/СУЭ, соответственно) при сохранении потенциала окисления. Эти данные подтверждают влияние иммобилизованного на электроде ПАВ на параметры электроокисления тимола. Рост токов окисления связан с увеличением рабочей площади поверхности электрода, а также возможным концентрированием аналита за счет гидрофобных взаимодействий с ПАВ.

Оценено влияние скорости развертки потенциала в диапазоне 10-500 мВ/с на вольтамперометрическое поведение тимола. Установлена линейная зависимость тока окисления от v (уравнение 4.3). Это подтверждает, что окисление тимола на СеОг-Вгу 35/СУЭ контролируется диффузией электроактивных частиц [243].

Кроме того, тангенс угла наклона зависимости 1п/п от \ш (уравнение 4.4) равен 0.47, что близко к теоретической величине 0.5 и свидетельствует о диффузионном контроле электрохимического процесса [244].

Смещение потенциала окисления тимола по мере увеличения скорости сканирования потенциала подтверждает необратимость гетерогенного переноса электрона. В этом случае число электронов, участвующих в реакции, можно рассчитать через смещение потенциала пика окисления при увеличении скорости сканирования в 10 раз согласно уравнению Еп=30/п [245]. Для необратимого процесса = 0.5 [244]. Смещение потенциала пика окисления тимола составляет 31±1 мВ, следовательно, число электронов, участвующих в процессе окисления равно 1.9±0.1, что отличается от описанного в литературе одноэлектронного окисления с последующим участием образующегося фенокисльного радикала в реакциях димеризации и полимеризации [150, 239].