CC BY
50
УДК 581.446.22:2:582.794.2]:615.322:54.056.06
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОДЗЕМНЫХ ОРГАНОВ ANGELICA ARCHANGELICA
Изучен состав аминокислот, углеводов, минеральных элементов в корневищах и корнях дудника обыкновенного. Установлено содержание 15 аминокислот, 9 из которых являются незаменимыми. Отмечено накопление глутаминовой кислоты, аргинина, лейцина, аланина, аспарагиновой кислоты, глицина. Выделено 5 фракций углеводов (спирто-, водо-, соле- и щелочерастворимых); установлен их моносахаридный состав. Отмечено накопление глюкозы, арабинозы в спирторастворимой фракции, глюкозы — во фракциях, выделенных холодной водой и щелочью, галактуроновой кислоты — во фракциях, извлеченных аммония оксалатом и горячей водой. Установлена высокая степень этерификации галактуроновой кислоты. Выявлено высокое содержание в сырье биогенных металлов и низкое — токсичных и тяжелых. Сырье перспективно для дальнейших фармакологических испытаний.
Ключевые слова: дудник обыкновенный, корни, корневища, аминокислоты, углеводы, минеральные элементы, фармацевтическое использование.
The composition of amino acids, carbohydrates, mineral elements in the rhizomes and roots of Angelica usual. Content is found 15 amino acids, 9 of which are irreplaceable. Noted the accumulation of glutamic acid, arginine, leucine, alanine, aspartic acid, glycine. Given 5 fractions of carbohydrate (alcohol, water, salt and schelocherastvorimyh), set their monosaccharide composition. Noted the accumulation of glucose, arabinose in the alcohol-soluble fraction of glucose - in the fractions isolated in cold water and lye, galacturonic acid - in fractions of ammonium oxalate extracted and hot water. The high degree of esterification of galacturonic acid. Revealed a high content of nutrients in raw metals and low levels of toxic and heavy metals. Raw material is promising for further pharmacological tests.
Keywords: Angelica ordinary, roots, rhizomes, amino acids, carbohydrates, mineral elements, pharmaceutical use.
© 2012 г. Э.Р. Григорян, Т.В. Орловская
Пятигорская государственная фармацевтическая академия, пр. Калинина, 11, г. Пятигорск, Ставропольский край, 357532, [email protected]
Pyatigorsk State Pharmaceutical Academy, Kalinin Ave, 11, Pyatigorsk, Stavropol Region, 357532, [email protected]
Поиск новых растительных источников для получения биологически активных соединений (БАС) является весьма актуальной задачей и дает возможность расширить ассортимент отечественных лекарственных растений. К их числу относятся растения рода Angelica (дудник), многие из которых входят в Европейскую и Британскую травяную фармакопеи как источники получения отхаркивающих средств [1], что, как правило, обусловлено наличием углеводов [2]. В России интерес к растениям этого рода как к потенциальным лекарственным отмечен в последние 10-летия. В подавляющем большинстве случаев он вызван содержанием кумаринов; с подобной точки зрения рассматривались различные виды дудников: A. decursiva Mig. (корни и плоды), A. saxatilis Turcz. (корни) [3], A. anomala Ave-Lali (корни) [4], A. dahuri-ca Fisch. (корни) [5, 6], A. komarovii (корни) [7], A. cincta (плоды) [8]. Помимо кумаринов, из других БАС исследованы только эфиромасличные соединения в корнях A. archangelica L. [9]. Учитывая зарубежный опыт применения дудников как источников отхаркивающих средств и распространенность произрастания на территории России дудника обыкновенного (A. archangelica L.), становится очевидным перспективность изучения этого объекта как источника углеводов и, возможно, других БАС, что может послужить основанием для фармацевтического использования дудника обыкновенного. Все вышесказанное определило цель и выбор объекта исследования.
Цель работы - установление аминокислотного, углеводного и минерального состава корневищ и корней дудника обыкновенного (A. archangelica L.) для определения перспектив его фармацевтического использования.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования служили высушенные и измельченные корневища и корни дудника обыкновенного (A. archangelica L.) семейства сельдерейные (Apiaceae), заготовленные от дикорастущего растения на Алтае.
Определение аминокислот. Для проведения анализа сырье предварительно экстрагировали водой (1:20, 70 °С, 30 мин, трижды), извлечения фильтровали, объединяли, упаривали досуха. Сухой остаток исследовали на содержание свободных и связанных аминокислот, образующихся после гидролиза (6 моль/л раствор хлористоводородной кислоты, 1:5, 110 °С, 72 ч [10]), с последующим удалением растворителя, растворением сухого остатка массой около 0,2 г (точная навеска) в ацетатном буферном растворе (рН 5,5) и доведением объема раствора до 10 мл.
Для анализа аминокислот использовали метод ВЭЖХ с применением аминокислотного анализатора марки «ААА-339» (Чехия) на колонке Waters AccQ Tag размером 3,9 х 150 мм в сравнении со стандартными образцами аминокислот (соответствующими ТУ 6-093147-83) в концентрации 2,5 моль/л [10]. Детектирование зон адсорбции аминокислот проводили с помощью 1%-го раствора нингидрина, приготовленного на основе ацетатного буферного раствора (рН 5,5). Идентификацию и содержание аминокислот определяли по времени удерживания и площади пиков на хроматограмме [10].
Определение углеводов. После обезжиривания сырья хлороформом (1:15, 61 °С, 14 ч [11]) в аппарате Сокслета и удаления хлороформного извлечения были последовательно выделены [12] различные фракции углеводов, растворимых:
- в спирте этиловом 96%-м (1:15, 78 °С, 30 мин, дважды);
- в холодной воде (последовательно 1:30, 1:15, 25 °С, по 2 ч);
- в горячей воде (1:15, 80 °С, 2 ч, дважды);
- в 0,5%-м растворе аммония оксалата (1:15, 70 °С, 2 ч, дважды);
- в 10%-м растворе натрия гидроксида (1:15, 25 °С, 24 ч, дважды).
В каждой фракции полученные извлечения фильтровали, объединяли, концентрировали под вакуумом до 1/10 первоначального объема, обрабатывали спиртом этиловым 96%-м (1:3); выделенные осадки фильтровали, высушивали при 70 °С до сухого состояния. Спиртовую фракцию не обрабатывали спиртом. Щелочную фракцию до спиртовой обработки нейтрализовали 0,1 моль/л раствором уксусной кислоты до рН 7.
Фракции исследовали на содержание углеводов после гидролиза 1 моль/л раствором серной кислоты (1:20, 110 °С) при продолжительности: 8 ч - для водорастворимых; 24 ч - для растворимых в растворе аммония оксалата; 48 ч - для щелочерастворимых [12].
Моносахариды после превращения в летучие три-метилсилильные производные путем нагревания с N триметилсилилацетамидом [13] анализировали методом ГЖХ на газовом хроматографе «Цвет-500» с пламенно-ионизационным детектором. Хроматографиро-вание проводили на колонке длиной 2,0 м с внутренним диаметром 0,3 см, заполненной сорбентом инер-тоном супер (фракция 0,16^0,2 мм) 10%-м реоплек-сом 400 в режиме программирования температуры (начальная температура колонки - 100 °С, конечная -180 °С; скорость подъема температуры - 5°/мин; температура испарителя - 250 °С; температура детектора -250 °С). Идентификацию производных моносахаридов проводили по времени удерживания, количественное содержание - методом внутренней нормализации по площади пиков.
Для идентификации галактуронидов использовали метод спектрофотометрии по реакции взаимодействия со специфичным для галактуронидов реагентом -карбазолом в сернокислой среде (путем выявления характеристической длины волны - 530 нм) [14, 15].
Галактурониды из фракций, извлеченных аммония оксалатом и горячей водой, выделяли путем обработки 1%-х водных растворов фракций 20%-м этиловым спиртом [16]. Использование осадителя в указанной концентрации позволило предотвратить соосаждение сопутствующих низкомолекулярных нейтральных углеводов.
Содержание свободных и этерифицированных карбоксильных групп галактуронидов определяли методом алкалиметрического титрования с потенцио-метрической фиксацией точки эквивалентности на рН-метре марки рН-340 при использовании в качестве электрода сравнения хлорсеребряного электрода [12]. Объем титранта в точке эквивалентности определяли графически дифференциальным способом [17].
Определение минерального состава. Элементный состав определяли полуколичественно методом эмиссионного спектрографического анализа путем вдувания проб в двухполюсный дуговой разряд с последующей регистрацией спектров возбужденных атомов на спектрографе «ДФС-8-1».
Результаты исследований (по 7 параллельных определений) обработаны методом множественной статистики с использованием параметрического критерия Стьюдента [10].
Результаты и их обсуждение
Аминокислотный состав. Статистически достоверные результаты определения аминокислот (п = 7, р = 0,95) методом ВЭЖХ представлены в табл. 1.
Таблица 1 Аминокислотный состав корневищ и корней дудника обыкновенного, %
глицина. Биологическая значимость глутаминовой кислоты и глицина определяется их способностью нормализовать нарушенные функции мозгового кровообращения; аланина - как компонента пантотеновой кислоты (витамина); аспарагиновой кислоты - участием в обмене веществ; серосодержащих аминокислот - в системе антиоксидантной защиты [18].
Углеводный состав. Статистически достоверные результаты определения технологического выхода (п = 7, р = 0,95) и физические свойства углеводных фракций представлены в табл. 2. Полученные данные свидетельствуют о высоком содержании углеводов, извлеченных характерным для галактуронидов экст-рагентом - аммония оксалатом. Растворимость в воде этой фракции, как и водорастворимых углеводов, косвенно предполагает их высокую биологическую доступность в организме человека. Полисахариды дудника обыкновенного могут представлять интерес по аналогии с полисахаридами алтея, льна, солодки, подорожника, обусловливающими отхаркивающее и противовоспалительное действие соответствующих лекарственных препаратов [3].
Таблица 2
Технологический выход и физические свойства углеводных фракций корневищ и корней дудника обыкновенного, % к сырому весу
Аминокислоты Содержание
Глутаминовая кислота 0,92±0,045
Аргинин 0,82±0,041
Лейцин 0,60±0,030
Алании 0,57±0,028
Аспарагиновая кислота 0,54±0,026
Глицин 0,51±0,025
Лизин 0,41±0,020
Треонин 0,40±0,020
Фенилаланин 0,38±0,018
Серин 0,36±0,018
Тирозин 0,33±0,016
Валин 0,27±0,013
Гистидин 0,26±0,013
Изолейцин 0,17±0,008
Метионин 0,08±0,004
Сумма аминокислот 6,62±0,331
Полученные данные свидетельствуют о наличии 15 аминокислот с суммарным количественным содержанием 6,62 %. Представленные аминокислоты могут быть как свободными, так и образованными после гидролиза пептидов, белков; 9 из них являются незаменимыми (треонин, валин, изолейцин, аргинин, метионин, лейцин, лизин, фенилаланин, гистидин) с суммарным содержанием 51,2 %. Их наличие свидетельствует о высокой биологической ценности анализируемого сырья. Из количественно доминирующих аминокислот следует отметить накопление глутаминовой кислоты, аргинина, лейцина, аланина, аспарагиновой кислоты,
Соотношение моносахаридов, % в углеводных фр
Фракции углеводов, растворимые в Выход Физические свойства
спирте этиловом 96%-м 0,42±0,020 Жидкость желто-коричневого цвета
холодной воде 1,70±0,082 Порошок светло-коричневого цвета, легко растворим в воде
горячей воде 1,78±0,085 Порошок светло-коричневого цвета, легко растворим в воде с образованием вязкого раствора
0,5%-м растворе аммония оксалата 6,42±0,320 Аморфный порошок светлосерого цвета, растворим в воде
10%-м растворе натрия гидроксида 10,25±0,511 Порошок коричневого цвета, нерастворим в воде
Статистически достоверные данные (п = 7, р = 0,95) по определению соотношения в углеводных фракциях моносахаридов методом ГЖХ приведены в табл. 3.
Таблица 3
циях корневищ и корней дудника обыкновенного
Фракции углеводов, растворимые в
Моносахариды этиловом холодной горячей воде 0,5%-м растворе 10%-м растворе
спирте 96%-м воде аммония оксалата натрия гидроксида
Рамноза Следы - 9,2±0,41 6,7±0,33 7,9±0,37
Ксилоза Следы 2,9±0,14 5,8±0,28 9,4±0,44 8,2±0,39
Арабиноза 37,2±1,83 14,7±0,73 17,8±0,88 15,4±0,76 7,6±0,33
Манноза - - 16,6±0,82 - -
Глюкоза 45,9±2,27 62,7±3,13 11,9±0,57 4,2±0,20 75,8±3,71
Галактоза 16,8±0,81 14,4±0,71 - 5,1±0,25 Следы
Галактуроновая кислота - 5,3±0,24 38,7±1,89 59,2±2,86 -
С фармакологической точки зрения наибольший интерес из всех обнаруженных углеводов представляет галактуроновая кислота (мономер пектина), имеющая значение и как лекарственное (энтеросорбент, антимикробное), и как вспомогательное (стабилизатор, пролонгатор, наполнитель) вещество [19]. Поскольку наибольшее ее содержание отмечено во фракциях, извлеченных аммония оксалатом и горячей водой, то именно эти фракции дополнительно исследованы на наличие галактуроновой кислоты методом спектрофотометрии по реакции с карбазолом. В обоих случаях на спектрах выявлен максимум поглощения при длине волны 530 нм, характерный для уронидов даже при совместном присутствии нейтральных углеводов (рисунок).
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
А !
380
430
480
530
580
630 X, нм
Статистическая обработка полученных данных показала, что содержание аминокислот, технологического выхода углеводных фракций, соотношения моносахаридов в углеводных фракциях не превышает 5,0 %.
Таблица 4
Элементный состав корневищ и корней дудника обыкновенного, %
Спектр поглощения продуктов взаимодействия углеводных фракций, извлеченных из корневищ и корней дудника обыкновенного горячей водой и раствором аммония оксалата, с карбазолом
Галактурониды, выделенные из фракций, извлеченных аммония оксалатом и горячей водой, оказались идентичными по содержанию функциональных групп: свободных карбоксильных - 4,5±0,22 %; эте-рифицированных метанолом карбоксильных -4,1±0,20 %, степень этерификации - 47,7±2,36 %. Эти данные свидетельствуют о перспективности применения галактуронидов в качестве энтеросорбентов, а значит, и как антиоксидантов, а также вспомогательных компонентов при изготовлении лекарственных форм другого назначения.
Минеральный состав. Результаты определения элементного состава корневищ и корней дудника обыкновенного представлены в табл. 4. Полученные данные свидетельствуют о том, что корневища и корни дудника обыкновенного являются источником, богатым минеральными элементами. Обращает на себя внимание высокая концентрация жизненно необходимых («биогенных») металлов (калия, кальция, магния, марганца, натрия, железа), значимость которых определяется их ролью в качестве каталитических центров ферментов, а также участием в синтезе белков, системе антиокси-дантной защиты. Примечательно низкое содержание тяжелых и токсичных металлов, что делает безопасным фармацевтическое использование корневищ и корней дудника обыкновенного.
Элемент Концентрация
Калий 3,0 ■ 10"2
Кальций 1,0 ■ 10"2
Кремний 1,0 ■ 10"2
Фосфор >5,0 ■ 10"3
Магний 3,0 ■ 10"3
Марганец 3,0 ■ 10"3
Алюминий 3,0 ■ 10"3
Натрий 1,5 ■ 10"3
Железо 3,0 ■ 10"4
Стронций <6,0 ■ 10"5
Титан 5,0 ■ 10"5
Барий <3,0 ■ 10"5
Бор 3,0 ■ 10"5
Цинк 0,2 ■ 10"5
Медь 1,0 ■ 10"5
Свинец <1,0 ■ 10"5
Ванадий 6,0 ■ 10"6
Молибден 5,0 ■ 10"6
Цирконий <2,0 ■ 10"6
Иттербий <2,0 ■ 10"6
Кобальт 1,0 ■ 10"6
Никель 1,0 ■ 10"6
Бром 1,0 ■ 10"6
Хром 1,0 ■ 10"6
Галлий <1,0 ■ 10"6
Иттрий <3,0 ■ 10"'
Серебро 1,0 ■ 10"'
Скандий <3,0 ■ 10"'
Примечание. < - содержание меньше порога обнаружения; > - содержание больше порога обнаружения.
Выводы
Для определения перспектив фармацевтического использования корневищ и корней дудника обыкновенного, произрастающего на территории России, изучен состав аминокислот, углеводов, минеральных элементов.
Установлено содержание в сырье 15 аминокислот (6,62 %), 9 из которых являются незаменимыми (их содержание составляет 51,2 % всех аминокислот). Отмечено накопление глутаминовой кислоты, аргинина, лейцина, аланина, аспарагиновой кислоты, глицина, играющих важную биологическую роль в процессах обмена веществ, нарушениях мозгового кровообращения, а также в системе антиоксидантной защиты.
Выделено 5 фракций углеводов, растворимых в спирте этиловом 96%-м, холодной воде, горячей воде, 0,5%-м растворе аммония оксалата, 10%-м растворе натрия гидроксида. Отмечен высокий технологический выход фракции углеводов, извлеченной аммония оксалатом (6,42 %). Установлен моносахаридный состав каждой фракции. Отмечено накопление глюкозы, арабинозы в спирторастворимой фракции, глюкозы -во фракциях, выделенных холодной водой и натрия гидроксидом, галактуроновой кислоты - во фракциях, извлеченных аммония оксалатом и горячей водой. Наличие галактуроновой кислоты в двух последних
0
фракциях подтверждено спектрами поглощения продуктов взаимодействия с карбазолом. Установлена высокая степень этерификации галактуроновой кислоты, что обосновывает перспективу ее использования в качестве стабилизатора, пролонгатора. Известная сорбционная способность галактуронидов обусловливает возможность их использования как энте-росорбентов и антиоксидантов. Относительно высокая концентрация полисахаридов в дуднике предопределяет возможность изучения их отхаркивающего и противовоспалительного действия (по аналогии с полисахаридами алтея, льна, солодки, подорожника).
Выявлено высокое содержание в сырье биогенных металлов, что особенно важно при низком содержании в нём токсичных и тяжелых металлов.
Корневища и корни дудника обыкновенного можно рассматривать в качестве потенциального источника антиоксидантных, дезинтоксикационных, гас-тропротекторных вспомогательных средств при изготовлении их лекарственных форм.
Литература
1. European Pharmacopoeia. Strasbourg, 1995. 2416 p.
2. British Herbal Pharmacopoeia. London, 1990. 1716 р.
3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М., 1986. 776 с.
4. Авраменко Л.Г. Изучение кумаринов дудника скального : автореф. дис. ... канд. фарм. наук. М., 1971. 20 с.
5. Ладыгина Е.Я., Зорин Е.Б. Основы развития фармации и изыскание новых способов изготовления лекарств // Фармация. 1971. № 5. С. 32 - 37.
6. Шлюнько Е.К., Шагова Л.И., Тихомирова Л.И. Ку-марины корней Angelica dahurica // Химия природных соединений. 1977. № 2. С. 280 - 283.
Поступила в редакцию
7. Two New Coumarin Biosides from Angelica dahurica / X. Jia [et al.] // Химия природных соединений. 2008. № 6. С. 561 - 563.
8. Ka M.-H., Choi E.-H., Chun H.-S. Antioxidative activity of volatile extracts isolated from Angelica tenuissimae Roots, Peppermint leaves, Pine needles, and sweet Flag leaves // J. of agriculture food chemistry. 2005. Vol. 53. P. 4124 - 4129.
9. Enoki T., Ohnogi H., Nagamine K. Antidiabetic activities of chalcones isolated from a Japanese herb, Angelica keiskei // J. of agriculture food chemistry. 2007. Vol. 55. P. 6013 - 6017.
10. Nivinskiene O., Butkiene R., Mockute D. The chemical composition of the essential oil of Angelica archangelica L. roots growing wild in Lithuania // Chemija. 2003. № 1. Р. 48 - 53.
11. Государственная фармакопея Российской Федерации. М., 2008. Ч. 1. 704 с.
12. Ладыгина Е.А., Сафронич Л.Н., Отряшенкова В.Э. Химический анализ лекарственных растений. М., 1983. 176 с.
13. Арасимович В.В., Балтага С.В., Пономарева Н.П. Методы анализа пектиновых веществ, гемицеллюлоз и пек-толитических ферментов. Кишинев, 1970. 84 с.
14. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А. Химия углеводов. М., 1967. 672 с.
15. Филиппов М.П., Власьева Т.В., Кузьминов В.И. Зависимость колориметрической реакции галактуроновой кислоты и нейтральных моносахаридов с карбазолом от условий ее проведения // Изв. АН Молд. ССР. Серия биол. и хим. наук. 1976. № 1. С. 75 - 86.
16. Knutson C.A., Jeans A.A. A New Modification of the Carbazole Analysis: Application to Heteropolysaccharides // Analyt. Biochem. 1968. Vol. 24. Р. 470 - 481.
17. Всесоюзное совещание по вопросам технологии и химии пектина: сб. материалов / под ред. Ф.Б. Григорьева, Т.Б. Сосновского. М., 1962. 156 с.
18. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. М., 1982. Ч. 2. 288 с.
19. Кретович В.Л. Биохимия растений. М., 1980. 445 с.
14 октября 2011 г.
