ЗАЩИТНЫЕ ВЕЩЕСТВА МЕДА

(Молекулярная охрана меда. — Фермент ингибин. — Химические «ухищрения» суллы.)

Мне пришлось участвовать в исследовании защитной системы меда во время служебной командировки в Рим в 1977 году. Работа проводилась в лаборатории фармацевтической химии Высшего института здравоохранения. Для таких исследований решено было взять образцы монофлерного (собранного практически с одного растения) меда, поскольку медоносные растения в любой стране очень сильно различаются по набору тех соединений, которые призваны играть защитную роль (см. далее главу о прополисе). И это вполне естественно, так как различия между видами - это в первую очередь различия в их защитных веществах, позволяющих каждому виду какое-то время существовать, прежде чем стать пищей другого.

Исследовать мед как таковой, то есть смесь, отобранную с улья путем центрифугирования, имеет смысл только с точки зрения определения его общих, например пищевых свойств, или выработки критериев стандартизации. Задавшись же целью изучить защитную систему меда в связи с его источником - нектаром, можно исследовать любой, но вполне конкретный вид меда.

По договоренности с профессором Карло Казинови - главой лаборатории, в которой велась работа, мы решили сосредоточить свое внимание на нектаре бобовых растений, поскольку еще в Москве я подробно изучал защитные вещества корневой системы клевера красного, важного медоносного и пыльценосного растения.

Итальянские коллеги заинтересовались вкусовыми качествами...

Монофлерный мед именно с этого растения достать не удалось, но благодаря помощи итальянских коллег в распоряжении лаборатории оказались нужные образцы с родственнных клеверу видов растений. Поступившие партии меда были значительные (по 20-22 килограмма), но итальянские химики, проявившие необычайный интерес к теме исследования, не в меньшей степени заинтересовались и вкусовыми качествами образцов. Лишь с большим трудом удалось сохранить для научного эксперимента примерно половину исходной партии.

Первая наша цель заключалась в выделении биологически активных веществ из водонерастворимой части меда, так как представление об антибактериальной системе, действующей в его водорастворимой части, уже сложилось ранее. Ее действие оказалось очень интересным и было связано с ферментом, который пчелы добавляют в нектар при изготовлении из него меда. Фермент, получивший название ингибин, осуществляет окисление одного из основных Сахаров меда - глюкозы - в глюкуроновую кислоту (схема 2) с выделением перекиси водорода. Это вещество - абсолютный яд для большинства микроорганизмов, что и объясняет микробную «чистоту» натурального пчелиного меда. Впрочем, пчелы добавляют этот фермент и в сахарный корм, если пчеловод предложит своим подопечным такую пищу. Полученный в результате так называемый сахарный мед, как мы объяснили выше, уже не будет содержать много исходного тростникового сахара, а вместо него - примерно равные количества фруктозы и глюкозы, что придаст ему несколько большую сладость. Фермент же ингибин обеспечит сахарному меду более надежное сохранение в условиях грядущей зимовки и в ранневесенний период. На этом и основано «золотое правило» пчеловодов: кормить пчел лишь в теплое время, когда их глоточные железы достаточно активны и способны «облагородить» вынужденно даваемый заменитель - сахар.

Схема 2. Антимикробное действие иигибиновой системы в пчелином меде

Работает эта живая, или, вернее сказать, молекулярная, охрана, удивительно «сообразуясь» со складывающимися условиями в улье. Собираясь в плотный клуб на зимовку, пчелы перестают поддерживать строгие параметры температуры и влажности во всех зонах улья, и рамки, находящиеся у края гнезда, где мед не полностью запечатан, могут оказаться в условиях повышенной влажности. Однако мед, впитывая влагу, противостоит размножению дрожжевых грибов «внутренними средствами»: при возрастании концентрации влаги в меде активность ингибиновой системы так же резко возрастает. Она начинает продуцировать гораздо большие количества перекиси водорода, которых бывает достаточно для того, чтобы сберечь мед до весеннего потепления. Тогда пчелы вновь «включат» свой кондиционер, и грибам придется отступить с занятых рубежей.

Немецкий исследователь И. Г. Дустманн (1978), детально изучавший фермент ингибин, нашел, что он крайне чувствителен к самым, казалось бы, незначительным отклонениям от обычных условий в улье; легко разрушается не только от солнечного, но и от электрического света, не терпит подогревания и т. д. Поэтому, если пчеловод хочет сохранить первозданную свежесть меда, он должен учитывать и эту повышенную требовательность столь грозной для грибов и микробов защитной системы.

Тем не менее выявление ингибина не ответило еще на многие вопросы.

Пчелы «нашли» универсальный ключ к упрочению защиты меда, включая и те случаи, когда он временно окажется в условиях повышенной влажности, а нет ли такой же системы у нектарников? Открытая железа растений - нектарник - также как-то должна быть защищена от посягательства микроорганизмов, тем более, что ее основная продукция - нектар - содержит углеводы, на которые особенно падки все представители невидимого мира.

Закономерно предположить, что нектар непременно имеет свою собственную систему защиты вне зависимости от последующей переработки его пчелами. Рассуждения можно построить следующим образом: растений-медоносов тысячи видов, причем вследствие свойственной видоспецифичности защитных средств у каждого из них свой набор биологически активных соединений. Все виды растений-медоносов прошли долгий путь встречной эволюции или, как еще говорят, сопряженной эволюции (коэволюции) к пищевым потребностям опыляющего их животного, например пчел, а их пищевые продукты еще ни одному человеку не принесли ущерба, разумеется, при условии умеренного потребления. У нашей же пищевой индустрии много забот о том, как изыскать эффективные, но безвредные для организма человека вещества, которые надежно оберегали бы свежесть фруктов, овощей, консервированных продуктов. В меде же, думали мы, такие вещества есть, сама природа, «потрудившись» миллионы лет, создала их.

Задача изыскания этих медово-нектарных консервантов очень заинтриговала и итальянских коллег, у которых проблем с хранением, особенно овощей и фруктов, в их теплом климате более чем достаточно.

Прямо исследовать защитные вещества нектара не представлялось возможным из-за технических проблем. Во-первых, он мало доступен, а, во-вторых, концентрация в нем нерастворимых в воде веществ, которые предполагалось изучать, столь мала, что набрать их в достаточном для исследования количестве просто невозможно.

Пришлось прибегнуть к помощи «патентованных специалистов» по сбору нектара - пчел - в надежде, что задачу облегчит работа только с монофлерными медами. Те соединения, которые проявляют биологическую активность, но отсутствуют в других типах меда, можно будет смело отнести к искомым защитным веществам данного вида растений.

Получив порцию монофлерного меда, собранного со сладкого клевера (Hedysarum), я приступил к химическим исследованиям. Мед пришлось разбавить в несколько раз водой, добавить в него кислоты и сделать, таким образом, совершенно непригодным для продолжающихся проявлений любознательности итальянских химиков. После этого можно было спокойно работать.

Предстояло исследовать активные вещества, содержащиеся, как говорят химики, в липофильной части меда, то есть те, которые удается убрать из водного окружения каким-либо органическим растворителем, например эфиром или этилацетатом.

Мой интерес именно к этой фракции был вызван следующими соображениями. Мед в основном представлен прекрасно растворимыми в воде веществами. Собственно нектарная капля и вбирает в себя лишь то, что растворимо в ее влаге. Однако если мед растворить водой и проэкстрагировать каким-либо органическим растворителем, часть веществ перейдет в отделившийся слой растворителя, другая же, большая, останется в воде.

Многие исследователи проводили биологическое тестирование разделенных таким образом частей раствора меда и нашли, что обе они обладают способностью сдерживать рост бактерий либо грибов. Поскольку уже выяснено, что водная фаза — поле деятельности ингибина, интересно было установить, какое вещество проявляет активность среди тех соединений, которые при случае могут покинуть водную среду.

В нашем опыте разбавленный и приведенный в пищевую непригодность мед был проэкстрагирован этилацетатом, который и вобрал в себя все интересующие нас молекулы. Экстракт путем различных химических приемов очистили, высушили сульфатом магния, после чего стали его упаривать, чтобы получить концентрированный остаток.

Вот здесь и произошло то редкое, но с волнением ожидаемое событие, которое так всегда радует химика: из сгущаемого раствора стали выпадать белоснежные кристаллы. Их оказалось необычно много. Всего этилацетатом проэкстрагировалось 12 граммов, а на долю этих кристаллов пришлось около 8 граммов, то есть более 75 процентов. Еще значительную долю этого же вещества мы получили при дополнительных более сложных формах очистки маточного раствора, оставшегося после выпадения кристаллов (хроматографии на колонках и в тонком слое и т. д.).

После дополнительной перекристаллизации вещества и получения абсолютно чистых кристаллов предстояло сделать главное — установить химическое строение выделенного соединения. Эта работа не заняла много времени: вещество оказалось очень простым.

Достаточно было снять масс-спектр (Масс-спектр и спектр ядерно-магнитного резонанса — приемы физико-химического анализа веществ, при помощи которых устанавливают строение молекул), определяющий массу молекулы и некоторые другие ее характеристики, и спектр ядерно-магнитного резонанса, в котором уже по-разному проявляют себя атомы водорода, включенные в молекулы, чтобы мы могли уверенно сказать, что имеем дело с бензойной кислотой!

Немедленное прямое сравнение с образцом этого вещества, имеющегося в каждой химической лаборатории, показало, что ни приборы, ни мы не ошиблись: смешанная проба растертых порошков обоих веществ, выделенного нами из меда и взятого с химической полки, расплавилась при той же температуре, что и каждое вещество порознь, то есть при 121 градусе Цельсия. Это и есть самый надежный, хотя и достаточно допотопный метод прямой идентификации веществ.

Таким образом, сомнения в подлинности бензойной кислоты отпали. Конечно, сначала мы были немного разочарованы тем, что идентифицировали хорошо знакомое вещество, а не совсем новое, чего так ждет каждый химик, работающий с природными соединениями.

Тем не менее наша цель была исследовать защитные вещества меда и нектара, а не искать новые, ранее не описанные соединения. Неожиданное обнаружение в столь больших количествах бензойной кислоты было в некотором отношении даже полезным: оно заставляло задуматься о роли давно и, казалось бы, хорошо изученных соединений.

Я решил вспомнить историю бензойной кислоты и те источники, где она была обнаружена химиками.