CC BY
97
УДК 615.322:3
ЭКСТРАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ЛАПКИ ХВОЙНЫХ ЭВЕНКИИ, ИЗВЛЕКАЕМЫЕ ПРИ СПИРТОВОЙ ОБРАБОТКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА
© А.Н. Нарчуганов, А.А.Ефремов , К.Б.Оффан
Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 (Россия). E-mail: [email protected]
Исследованы закономерности извлечения биологически активных веществ из древесной зелени пихты сибирской и можжевельника сибирского Эвенкии с использованием этилового спирта. Установлено, что этанол извлекает до 25% экстрактивных веществ при использовании ультразвуковой обработки. Изучена динамика процесса извлечения и показано, что наиболее эффективным соотношением сырье : экстрагент является 1 : 20. Исследован компонентный состав полученных экстрактов.
Ключевые слова: экстракция лапки хвойных, ультразвуковая обработка, компонентный состав биологически активных веществ.
Введение
При разработке современных технологий извлечения биологически активных веществ из древесной зелени наиболее важными вопросами являются следующие: условия проведения процесса (температура, электрофизические параметры процесса, последовательность проведения определенных операций, выбор экстрагента); продолжительность процесса; гидромодуль процесса - соотношение сырье: экстрагент.
При выборе экстрагента всегда руководствуются тем, что он должен быть доступен и извлекать как можно большее количество биологически активных веществ. Таким экстрагентом чаще всего является этанол, так как он хорошо извлекает такие биологически активные вещества древесной зелени, как: эфирные масла, хлорофилл, каротиноиды, витамины, дубильные вещества и некоторые другие [1-3], а также считается достаточно гидрофильным для растительного сырья, которое всегда содержит какое-то количество влаги.
При выборе условий проведения процесса мы исходили из того, что желательно извлекать максимальное количество вышеуказанных биологически активных веществ при низких температурах процесса, например, не выше 20-50 °С (так как выше 50 °С происходит разложение витаминов, хлорофилла, каротиноидов, наблюдается улетучивание эфирного масла в случае открытых систем).
В данном случае нами выбран вариант экстракционного извлечения суммы биологически активных веществ из древесной зелени этанолом с ультразвуковой обработкой.
Экспериментальная часть
В работе использовали лапку пихты сибирской и можжевельника сибирского, произрастающих на территории Эвенкии. Исходное сырье - лапка пихты сибирской и можжевельника сибирского, заготовленное согласно [4-5], собирали в сентябре 2008 г. с 35-40 деревьев и кустарников, проба усреднялась методом квартования и подвергалась исследованиям в свежем виде. Свежее сырье с влажностью 49,0-50,0% в количестве
* Автор, с которым следует вести переписку.
15-25 г помещали в ультразвуковую ванну ГАЛС объемом 1,3 литра, заливали соответствующим количеством 96% этилового спирта из расчета гидромодуля 1 : 10, 1 : 20, 1 : 30 и 1 : 40. По окончании процесса экстракции сырье выгружали, отжимали от экстрагента, высушивали до постоянного веса и по убыли веса рассчитывали количество экстрагированных веществ.
Для определения отдельных классов химических веществ в экстрактах их исследовали с использованием электронной спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, а также с использованием хромато-масс-спектрометрии. Электронный спектры фиксировали на спектрофотометре «Shimadzu-1700» в кюветах толщиной 10,0 мм в области 190-900 нм. Состав летучих экстрактивных веществ, эфирного масла в частности, определяли на хроматографе «Agilent Technologies 7890 GC System» с квадрупольным масс-спектрометром 5975С в качестве детектора с использованием капиллярной колонки длиной 30 м с фазой 5% дифенил-95% диметилсилоксан с внутренним диаметром 0,25 мм. Условия хроматографирования: изотермический режим при 50 °С в течение трех минут, затем программированный подъем температуры со скоростью 6 °С/мин до 270 °С с выдержкой при конечной температуре 30 мин. Температура испарителя 280 °С, температура ионизационной камеры - 170 °С, энергия ионизации - 70 эВ. Содержание компонентов вычисляли по площадям пиков, идентификацию отдельных компонентов проводили сравнением времен удерживания и полных масс-спектров с соответствующими данными компонентов эталонных масел и чистых соединений, а также с использованием относительных индексов удерживания [6].
Результаты экспериментов
При проведении ультразвуковой экстракции в присутствии этанола из лапки пихты сибирской Эвенкии в ультразвуковой ванне с вариацией гидромодуля и продолжительности процесса установлено, что время максимального извлечения суммы экстрактивных веществ (ЭВ) при температуре не выше 50 °С составляет не более 60 мин (рис. 1). Причем вариация гидромодуля 1 : 10, 1 : 20 и 1 : 30 показала, что при гидромодуле 1 : 10 извлекается несколько меньшее количество ЭВ, чем при 1 : 20. Это мы объясняем тем, что при гидромодуле 1 : 10 не все сырье равномерно покрывается экстрагентом, и в силу этого неравномерная пропитка сырья и приводит к несколько заниженным результатам. При гидромодуле 1 : 20 все сырье полностью покрывается экстрагентом, за счет чего извлекается несколько большее количество ЭВ - до 24,56%. Дальнейшее повышение гидромодуля до 1 : 30 не приводит к увеличению извлекаемых ЭВ, поэтому его использование не рационально.
В случае древесной зелени можжевельника сибирского наблюдается аналогичная зависимость суммы ЭВ от гидромодуля и продолжительности процесса (рис. 2), а их максимальное количество составляет 24,11%.
Таким образом показано, что этиловый спирт при температурах не выше 50 °С способен извлекать из древесной зелени пихты сибирской Эвенкии и можжевельника сибирского Эвенкии при гидромодуле 1 : 20 практически до 25% ЭВ.
Время, мин
Рис. 1. Динамика извлечения ЭВ этиловым спиртом Рис. 2. Динамика извлечения ЭВ этиловым спиртом
лапки пихты сибирской Эвенкии в зависимости лапки можжевельника сибирского Эвенкии
от гидромодуля процесса в зависимости от гидромодуля процесса
Для установления природы ЭВ, извлекаемых из древесной зелени пихты и можжевельника, исследовали электронные спектры поглощения полученных экстрактов в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, а также отдельно определяли в экстрактах содержание дубильных веществ, витаминов С, РР с использованием известных химических методов анализа растительного сырья [3, 7-8]. На основании данных таблицы 1 можно утверждать, что, действительно в спиртовых экстрактах имеются хлорофилл «а» и «б», каротиноиды, эфирные масла, дубильные вещества и некоторые другие.
Количественный химический и биохимический анализ экстрактов древесной зелени пихты сибирской и можжевельника сибирского Эвенкии, проведенный нами согласно [7-9], представлен в таблице 2.
Таким образом, из полученных результатов видно, что спиртовой экстракт древесной зелени пихты и можжевельника Эвенкии представляет собой раствор с содержанием ЭВ до 25%, причем среди них присутствуют эфирное масло, хлорофилл, каротиноиды, дубильные вещества, витамины и др.
Содержание эфирного масла в составе экстракта составляет 3,4 и 2,0% в случае пихтовой зелени и зелени можжевельника. Содержание нелетучих в пихтовой зелени - 19,86%, в можжевеловой зелени - 18,54%.
Таким образом, эти показатели могут являться определяющими для идентификации и подтверждения подлинности полученных спиртовых экстрактов пихтовой зелени и можжевеловой зелени Эвенкии.
Для идентификации отдельных компонентов, входящих в состав экстракционного эфирного масла пихты и можжевельника Эвенкии, нами методом хромато-масс-спектрометрии исследован количественный состав полученных масел.
В таблице 3 представлен компонентный состав экстракционного эфирного масла древесной зелени пихты сибирской Эвенкии, а в таблице 4 - древесной зелени можжевельника сибирского Эвенкии.
Как видно из полученных данных, экстракционное эфирное масло древесной зелени пихты Эвенкии содержит 24 основных компонента, концентрация которых составляет более 0,2% от цельного масла. В экстракционном эфирном масле древесной зелени можжевельника Эвенкии присутствует 17 основных компонентов. Среди них: борнилацетат - 25,18%, бизаболен - 13,81%, камфен - 13,34%, борнеол - 8,86%. Эти компоненты, на наш взгляд, определяющие для подтверждения подлинности спиртовых экстрактов пихтовой зелени, и их можно включить в ТУ на готовый продукт из пихтовой зелени.
Основными компонентами экстракционного эфирного масла можжевеловой зелени являются: бурбона-нол - 28,88, альфа-пинен - 21,41, альфа-санталол - 19,25%. Эти компоненты заметно отличают можжевеловое эфирное масло от других, а их количественное содержание может быть включено в ТУ на готовый продукт экстракции спиртом древесной зелени можжевельника Эвенкии.
Таблица 1. Основные классы спирторастворимых веществ древесной зелени пихты и можжевельника Эвенкии
Исследуемое Полоса поглоще- Предполагаемое
сырье ния, нм отнесение [10]
Лапка пихты 666,0 Хлорофилл «а»
сибирской 610,0 Хлорофилл «б»
564 Антоцианы
538 Антоцианы
470 Ауроны
Лапка можжевель- 666 Хлорофилл «а»
ника сибирского 614 Хлорофилл «б»
536 Антоцианы
470 Ауроны
Таблица 2. Содержание некоторых ЭВ в спиртовом экстракте древесной зелени пихты и можжевельника Эвенкии
Компоненты Зелень пихты Зелень можжевельника
Каротиноиды Следы Следы
Экстрактивные вещества, 25,56% 24,11%
извлекаемые этанолом
Аскорбиновая кислота 1380 мг/кг 1245 мг/кг
(витамин С)
Витамин РР 34 мг/кг 25 мг/кг
Хлорофилл «а» 255,8 мг/кг 136,5 мг/кг
Хлорофилл «б» 83,8 мг/кг 42,9 мг/кг
Стерины 25 мг/кг 23 мг/кг
Жиры 0,78% 0,56%
Углеводы 6,91% 9,00%
Сахара 0,45% 0,37%
Эфирное масло 3,4% 2,0%
Дубильные вещества 6,33% 5,26%
Фенольные соединения 6,18% 5,34%
(в пересчете на рутин)
Таблица 3. Компонентный состав экстракционного Таблица 4. Компонентный состав экстракцион-
эфирного масла древесной зелени пихты ного эфирного масла древесной
Эвенкии зелени можжевельника Эвенкии
№ Время удер- Содержание, % № Время Компоненты Содержание,
п/п живания, Компоненты масс. от цель- п/п удерж., % масс. от
мин ного масла мин. цельного
1 5,63 Сантен 2,51 масла
2 6,45 Трициклен 1,18 1 6,73 Альфа-пинен 21,41
3 6,73 Альфа-пинен 4,33 2 7,73 Бета-пинен 1,18
4 7,10 Камфен 13,34 3 8,05 Бета-мирцен 1,19
5 7,73 Бета-пинен 0,81 4 9,00 Бета- 3,24
6 8,05 Бета-мирцен 0,72 фелландрен
7 8,54 Дельта-3-карен 3,85 5 15,24 Борнилацетат 1,10
8 9,00 Бета-фелландрен 5,45 6 16,58 Альфа- 2,54
9 10,45 Альфа-терпинолен 0,54 терпиненил-
10 11,00 Мальтол 4,16 ацетат
11 11,86 Камфора 0,417 7 17,54 Бета-элемен 1,96
12 12,42 Борнеол 8,86 8 18,89 Альфа-гумулен 1,07
13 15,24 Борнилацетат 25,18 9 19,45 Гермакрен-Д 1,45
14 17,90 1,4-метаноазулен 0,36 10 19,96 Бета-элемен 2,52
15 18,18 транс-кариофиллен 1,06 11 20,28 Дельта-кадинен 1,00
16 18,90 Альфа-гумулен 0,74 12 20,79 Элемол 3,76
17 19,51 Альфа-лонгифолен 0,21 13 21,00 Гермакрен В 4,14
18 19,75 Алло-оцимен 4,61 14 21,36 Ендо- 28,88
19 19,95 Бета-бизаболен 1,35 бурбонанол
20 20,11 цис-гамма- бизаболен 0,43 15 23,37 Альфа- бизаболол 1,60
21 20,42 транс-гамма- 0,69 16 32,91 Санталол 3,72
бизаболен 17 37,14 Альфа-санталол 19,25
22 21,00 Фарнезол 0,42
23 23,39 Бета-бизаболен 13,81
24 29,67 Эпи-13-маноол 3,51
Список литературы
1. Репях С.М., Чупрова Н.А., Барабаш Н.Д. Экстрактивные вещества древесной зелени // Химия древесины. 1983. №4. С. 62-65.
2. Репях С.М., Чупрова Н.А., Величко Н.А. Состав древесной зелени хвойных // Химия древесины. 1982. №3. С. 92-95.
3. Шарков В.И., Куйбина Н.И., Соловьева Ю.П., Павенко Т.А. Количественный химический анализ растительного сырья. М., 1976.72 с.
4. ГОСТ 21769-84. Зелень древесная. М., 1984. 5 с.
5. Славянский А.К., Шарков В.И., Ливеровский А.А. и др. Химическая технология древесины. М., 1962. 577 с.
6. Ткачев А.В. Исследование летучих веществ растений. Новосибирск, 2008. 969 с.
7. ГОСТ 24027.0-80 - ГОСТ 24027.2-80. Сырье лекарственное растительное, М., 1980. 30 с.
8. Сур С.В. Методы выделения, идентификации и определения терпеновых соединений // Химико-
фармацевтический журнал. 1990. Т. 24. №5. С. 42-50.
9. Государственная формакопия XI / ред. Бабаян Э.А., Машковский М.Д., Обоймакова А.Н. и др. М., 1987. 335 с.
10. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М., 1974. 214 с.
Поступило в редакцию 25 октября 2009 г.
