Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ПИТЬЕВЫХ И МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВОД КИНЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Некрасова Л.П. 1
1 ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Исследовано окисление адреналина в питьевых и модифицированных водах. Бутилированные воды характеризуются близкими значениями скорости реакции окисления адреналина. В водопроводной воде наблюдается ускорение процесса. Резкие изменения окислительно-восстановительного потенциала при электрохимической активации не всегда влияют на скорость окисления адреналина. Отождествление скорости реакции окисления адреналина в воде с ее антиоксидантной активностью носит дискуссионный характер.
вода
электрохимическая активация
окисление адреналина
антиоксидантная активность
1. Классен В.И. Омагничивание водных систем. – М.: Химия, 1978.
2. Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды. – М.: Академия медико-технических наук РФ. 1999. – 243 с.
3. Лобышев В.И. Вода как сенсор слабых взаимодействий физической и химической природы // Рос. хим. журн. – 2007. – Т. 51. – № 1. – С. 107–114.
4. Брусков В.И., Масалимов Ж.К., Черников А.В. Образование активных форм кислорода в воде под действием тепла // Докл. АН. – 2002. – Т. 384. – № 6. – С. 821–824.
5. Vladimirov Yu.A. The loss of barrier properties by inner and outer mitochondrial membranes, necrosis and apoptosis // Биол. Мембраны. – 2002. – Т. 19. – № 5. – С. 356–377.
6. Сирота Т.В., Мирошников А.И., Новиков К.Н. Оценка про/антиоксидантных свойств воды и водных растворов // Биофизика. – 2010. – Т. 55. – № 6. – С. 990–995.
7. Симонян М.А., Налбандян Р.М. Получение электрофоретически гомогенного препарата эритрокупреина и его тепловая денатурация // Биохимия. – 1975. – Т. 40. – № 4. – С. 726–732.
8. Рахманин Ю.А. Гигиенические основы дистилляционного опреснения воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. – М., 1980. – 54 с.
9. Петрушанко И.Ю., Лобышев В.И. Физико-химические свойства водных растворов, полученных в мембранном электролизере // Биофизика. – 2004. – Т. 49.– Вып. 1. – С. 22–31.
10. Некрасова Л.П. Необычные свойства некоторых бесконтактно активированных растворов // Усп. современного естествознания. – 2013. – № 4. – С. 87–92.
11. Некрасова Л.П. Проблемы измерения и интерпретации окислительно-восстановительного потенциала активированных вод // Межд. журн. прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 11 (часть 2). – С. 13–18.

Под действием магнитных полей, электрохимической активации, кавитации и других физических воздействий изменяются окислительно-восстановительный потенциал, рН, электропроводимость водной среды [1, 2]. Отмечены также изменения коэффициента поверхностного натяжения, вязкости, диэлектрической проницаемости и др. параметров [3]. В работах последних лет показано, что под действием факторов низкой интенсивности, таких как видимый свет и умеренный нагрев (40 °С) в воде и водных растворах происходит образование активных форм кислорода (АФК) [4], играющих важную роль в процессах жизнедеятельности. АФК, с одной стороны, являются фактором риска, вызывают поражения ДНК, ведут к преждевременному старению и развитию различных патологий, но, с другой стороны, необходимы для нормальной жизнедеятельности клетки [5]. Протекание свободно радикальных процессов в организме является нормальным физиологическим процессом. Однако нарушение баланса между процессами образования и расходования пероксидов является причиной нарушения антиоксидантного статуса организма и развития заболеваний. Отрицательное действие избытка свободных радикалов ведет к развитию окислительного стресса, предотвратить который можно с помощью регулирования потребления продуктов, обладающих антиоксидантной активностью. Поэтому определение антиоксидантов в продуктах и биологических жидкостях является важной аналитической задачей. Возрастающий оборот воды, подвергнутой технологической обработке различными физическими методами ставит вопрос об изучении физиологической ценности такой воды. В последнее время высказана точка зрения, что про/антиоксидантная активность воды является важным показателем ее качества [6].

Целью данной работы было сравнить процессы окисления адреналина в питьевых водах различных марок и оценить чувствительность скорости реакции к воздействию физических факторов.

Материалы и методы исследования

рН и ОВП исследуемых образцов измеряли с помощью иономера «Экотест-120». Для измерения рН использовали ионселективный стеклянный электрод с твердым контактом «ЭКОМ-рН» (НПП «Эконикс». Окислительно-восстановительный потенциал измеряли при помощи платинового электрода ЭПВ-1ср. (РУП «Гомельский завод измерительных приборов», Беларусь). В качестве электрода сравнения для потенциометрических измерений использовали хлорсеребряный электрод ЭВЛ-1М3.1 (РУП «Гомельский завод измерительных приборов», Беларусь). Измерения спектров поглощения и флуоресценции, а также регистрацию оптической плотности растворов в режиме «кинетика» проводили на спектрофлуориметре СМ 2203 (ЗАО «Солар», Беларусь) при температуре 22 °С.

Электрохимически активированную воду получали на промышленно выпускаемых активаторах: АП-1 (ЧНПУП «Акваприбор», Беларусь), «Здрава 3.3» (Дальприбор, Владивосток) и фильтра электрохимической очистки «Изумруд» (НИЦ «Икар», Ижевск). В качестве ФПУ-генератора использовали прибор «Бон-Эко» (ЗАО «Красное Знамя – системы безопасности», Рязань)

Реактивы Na2CO3 (х.ч.), NaOH (х.ч.), NaHCO3 (ч.д.а.) использовали без предварительной очистки, адреналина гидрохлорид (аптечная форма , ФГУП «Московский эндокринный завод»).

Определение АОА воды проводили в соответствии с [6].: в одноразовую кювету из полистирола помещали 1 мл исследуемого образца, добавляли 1 мл карбонатного буфера (рН 10,7), перемешивали, добавляли 0,1 мл раствора адреналина, еще раз перемешивали и измеряли оптическую плотность при 347 нм относительно холостой пробы в течение 4–6 минут. Скорость реакции окисления адреналина рассчитывали по формуле:

V = (Dt – D0)/∆t∙100,

где D0 – оптическая плотность сразу после внесения адреналина (оптическая плотность раствора, не содержащего адреналин); Dt – оптическая плотность через промежуток времени ∆t (∆t = 4–6). Полагали, что скорость реакции является мерой анти/прооксидантной активности исследуемых образцов.

Результаты исследования и их обсуждение

Определение антиоксидантов в продуктах питания является важной и актуальной задачей. Для определения АОА предложено много различных методов, основанных на различных принципах и физических явлениях. Для оценки антиоксидантной активности воды предложен кинетический метод, основанный на регистрации скорости накопления продукта аутоокисления адреналина [6]. Взаимодействие адреналина со следами металлов переменной валентности в щелочной среде приводит к образованию супероксидного радикала и инициированию цепной реакции. Мерой оценки интенсивности аутоокисления адреналина служит количество образующегося аденохрома [7], оцениваемого по поглощению при 480–490 нм или промежуточного продукта реакции, предшествующего образованию аденохрома, интенсивно поглощающего при 347 нм [6]. Введение в систему соединений, способных конкурировать за супероксидрадикал приводит к снижению скорости образования продуктов реакции.

Кинетические кривые для различных вод имеют различный вид. В ряде случаев в бутилированных водах скорость окисления адреналина увеличивается с течением времени. В водопроводной воде, воде природных источников, а также некоторых бутилированных водах реакция с течением времени замедляется, что позволяет предположить различные механизмы реакций в исследованных образцах. Если говорить о механизме процесса, то характер зависимости D от времени позволяет отметить, что аутоокисление реализуется для образцов, представленных на рис. 1, в то время как окисление адреналина в водопроводной воде протекает по иному механизму. Характер зависимости обусловлен, вероятно, присутствием в воде примесей различной природы.

pic_3.wmf

Рис. 1. Зависимость оптической плотности (λ = 347 нм) от времени. Бутилированные воды в порядке увеличения D: Шишкин лес, Святой источник, Архыз, БиоВита, Evian, БонАква

pic_4.wmf

Рис. 2. Зависимость оптической плотности (λ = 347 нм) от времени в порядке увеличения оптической плотности: дистиллированная вода, анолит водопроводной воды, католит водопроводной воды, водопроводная вода

В табл. 1 представлены результаты определения АОА бутилированных вод. В качестве дополнительных характеристик приведены электропроводимость и оптическая плотность при 254 нм, значение которой соотносится с содержанием общего углерода в пробе. Как видно из представленных данных корреляция между выбранными параметрами отсутствует. Для воды «Шишкин лес» характерно предельно низкое значение скорости реакции окисления адреналина, в то время как это – самая минерализованная вода из исследованных. В этом случае не наблюдается также прооксидантное действие ионов кальция [6]. Предложено ингибирование реакции расценивать как антиоксидантную активность, а активирование – как прооксидантную [6]. При этом точкой отсчета был выбран бидистиллят, в котором скорость аутоокисления адреналина минимальна. Однако известно, что дистиллированная вода не является физиологически полноценной, длительное употребление которой приводит к нарушениям функций различных систем организма [8]. Также такая классификация не учитывает двойственную функцию АФК в организме. Следует отметить, что ни в одном из исследованных образцов воды не была зафиксирована меньшая скорость реакции, чем для бидистиллята. Т.е. любые воды по значению АОА уступают очищенной воде, с чем трудно согласиться. С большой вероятностью, наиболее физиологически ценная вода должна иметь некие средние значения антиоксидантной активности, как это справедливо в отношении таких показателей, как рН, ОВП, общая минерализация воды. Поэтому, вопрос о границах благоприятного диапазона антиоксидантной активности воды (полученных из данных кинетического метода) в настоящее время остается открытым.

Значительное место среди способов обработки воды принадлежит электрохимической активации. Поэтому особый интерес представляло исследование процессов окисления адреналина в электрохимически активированной воде. Для контроля эффективности электрохимической активации используют значение окислительно-восстановительного потенциала, полученное путем прямого измерения на платиновом электроде. Вода из катодного пространства при таких измерениях имеет отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, что сформировало у части исследователей мнение о мощном антиоксидантном действии католита. Однако целый ряд экспериментальных данных не подтверждают это предположение. Так католит дистиллированной воды не восстанавливает феррицианид калия и 5,5’-дитиобис-(2-нитробензойную кислоту) [9], активированные растворы бихромата калия приобретают отрицательный ОВП без потери окислительных свойств [10]. Показано, что отрицательные значения ОВП на платиновом электроде не отражают окислительно-восстановительных свойств активированных растворов [11]. В настоящее время причина отрицательных значений ОВП неизвестна [3]. Также остается открытам вопрос об антиоксидантных свойствах электрохимически активированной воды.

Таблица 1

Физико-химические свойства бутилированных вод

Образец

Электропроводимость, мкСм

Оптическая плотность 254 нм, бел.

Оптическая плотность 220 нм, бел

Скорость образования продукта усл.ед.

Бутилированные воды

Архыз

283,7

0,001

0,050

2,52 ± 0,21

Святой источник

313,5

0,008

0,022

2,33 ± 0,14

БонАква

445,0

0,011

0,135

3,45 ± 0,26

Evian

593,0

0,001

0,233

2,94 ± 0,16

Биовита

749,0

0,024

0,638

2,78 ± 0,37

Шишкин лес

758,0

0,014

0,340

0,25 ± 0,05

Малышка

521,0

0,003

0,069

1,87 ± 009

Природные воды источников

Тихонова пустынь

492

0,017

0,301

2,58 ± 0,013

Курганы

486

0,008

1,474

1,95 ± 0,011

Были исследованы водопроводная и дистиллированная воды, активированные в электролизерах различного типа. Cкорость окисления адреналина в католите дистиллированной воды, полученного в электролизере АП-1 с керамической перегородкой возрастает по сравнению с исходным значением более, чем в 4 раза (табл. 2). При этом электропроводимость католита по сравнению с дистиллированной водой увеличивается в 40 раз, что обусловлено «вымыванием» катионов из пористой перегородки. Скорость реакции в католите водопроводной воды, наоборот, меньше скорости в водопроводной воде примерно на 38 %. Вопреки сложившемуся мнению, что анолит обладает свойствами проксиданта, оказалось, что анолит водопроводной воды ингибирует реакцию окисления адреналина почти в 2 раза эффективнее, чем католит, что указывает на более выраженную прооксидантную активность католита. Обращает на себя внимание отсутствие зависимости между измеренными значениями ОВП и скорости окисления адреналина. Не обнаружено изменения скорости реакции при бесконтактной активации и при электрохимической очистке водопроводной воды в фильтре «Изумруд». Фактически, в ряде случаев, при огромных изменениях электрохимических параметров воды при электрохимической обработке не выявлено влияния этих изменений на процессы окисления адреналина.

Таблица 2

Физико-химические характеристики вод, обработанных электромагнитными полями (модифицированных)

Объект исследования

Электро-проводимость, мкСм

рН

ОВП, мВ

Скорость реакции V, уд.ед.

Дистиллированная вода

5,5

5,66

348

2,10 ± 0,39

Дистиллированная вода, бесконтактно активированная

5,6

5,83

–230

2,05 ± 0,15

Католит дистиллированной воды

176

10,85

–360

8,86 ± 0,98

Водопроводная вода 1

528

7,64

324

19,64 ± 0,38

Католит водопроводной воды 1

433

10,39

–302

12,57 ± 0,49

Анолит водопроводной воды 1

889

3,0

889

6,88 ± 0,1

Водопроводная вода 2

7,49

332

16,30 ± 0,68

Водопроводная вода 2, очищенная фильтром электрохимической очистки «Изумруд»

7,85

–156

16,20 ± 0,55

Бутилированная вода

7,98

292

7,04 ± 0,19

Бутилированная вода, обработанная ФУП-генератором

8,19

282

8,66 ± 0,18

Противоположный эффект наблюдается в случае обработки бутилированной воды ФПУ-генератором, работающем на эффекте Ферми – Паста-Улофа. При минимальных изменениях электрохимических параметров наблюдается выраженное изменение скорости окисления адреналина.

Были проведены исследования влияния некоторых веществ на процесс окисления адреналина в щелочной среде. Аскорбат натрия ингибировал процесс, в то время как гидрохинон и зеленый чай его активировали. Не оказывали влияния на окисление адреналина бычий сывороточный альбумин и краситель малахитовый зеленый. Достоверно измеряемой величиной в кинетическом методе, является скорость окисления адреналина. Присвоение значениям скорости реакции антиоксидантной или прооксидантной активности не имеет под собой научных обоснований. Поэтому для характеристики использованных вод в настоящее время корректным будет использование параметра скорость образования продукта окисления адреналина.

Выводы

Полученные значения скоростей реакции окисления адреналина в различных водах не позволяют сделать однозначных выводов об анти/прооксидантной активности исследованных вод.

Границы диапазона значений антиоксидантной активности физиологически полноценных вод в настоящее время неизвестны.

Бесконтактная электрохимическая активация и электрохимическая очистка водопроводной воды не оказывают влияния на процесс окисления адреналина.

Анолит водопроводной воды эффективнее католита ингибирует окисление адреналина.

Отождествление скорости реакции окисления адреналина в воде с ее антиоксидантной активностью носит дискуссионный характер.


Библиографическая ссылка

Некрасова Л.П. ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ПИТЬЕВЫХ И МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВОД КИНЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 9-3. – С. 18-22;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=5859 (дата обращения: 16.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252