CC BY
286
Химия растительного сырья. 2010. №3. С. 77-82.
УДК 615.32+582.572.224
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АЛОЕ ДРЕВОВИДНОГО (ALOE ARBORESCENS MILL.)
© Д-Н. Олейников *, И.Н. Зилфикаров2, Т.А. Ибрагимов3
1 Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, ул. Сахьяновой, 6,
Улан-Удэ, 670047 (Россия) e-mail: [email protected]
2Закрытое акционерное общество «Вифитех», Корпус №84 ГНЦ ПМБ,
Московская обл., п. Оболенск, 142279 (Россия) e-mail: [email protected] 3Пятигорская государственная фармацевтическая академия, пр. Калинина, 11, Пятигорск, 357532 (Россия) e-mail: [email protected]
Проведено химическое исследование алоэ древовидного (Aloe arborescens Mill., сем. Asphodelaceae) с целью определения особенностей накопления каротиноидов, хлорофиллов, углеводов и фенольных соединений в различных частях листа, а также в зависимости от возраста листьев. В составе фотосинтетических пигментов установлено присутствие виолаксантина, криптоксантина, лютеина, Р-зеакаротина, Р-каротина, хлорофиллов a, b и феофетинов a, b; наибольшее содержание каротиноидов и хлорофиллов отмечено в эпидермисе листа и составляет 9,36 и 35,08 мг% от массы свежего сырья соответственно. Свободные углеводы представлены глюкозой, сахарозой и фруктозой, причем во внутренней части («геле») обнаружена только глюкоза. В полисахаридном комплексе A. arborescens выявлено наличие пектиновых веществ и глюканов. Максимальное содержание углеводов (свободных углеводов / водорастворимых полисахаридов) характерно для молодых листьев и эпидермиса 5,67 / 2,51 и 5,69 / 2,32 мг/г от массы свежего сырья соответственно. Основные фенольные соединения A. arborescens - алоэнин, алоины и алоэ-эмодин - присутствуют во всем растении, но антрахиноновые производные не характерны для внутренней части листа.
Ключевые слова: алоэ древовидное, Aloe arborescens Mill., каротиноиды, хлорофиллы, свободные углеводы, полисахариды, фенольные соединения, ВЭТСХ.
Введение
Алоэ древовидное (Aloe arborescens Mill., сем. Asphodelaceae) - ценное лекарственное растение, сырье которого используется в современной фармацевтической промышленности для производства ряда препаратов, обладающих широким диапазоном терапевтического применения. В России зарегистрировано три вида сырья A. arborescens: листья сухие (ВФС 42-2800-91), листья свежие (ФС 42-2191-84) и побеги свежие (ФС 42-987-87) [1]. Несмотря на то, что исследованиям химического состава и биологической активности листьев A. arborescens посвящено значительное число научных публикаций, в настоящее время остается малоизученным вопрос о распределении основных групп действующих веществ в растении. Ранее группой японских исследователей проводилось комплексное изучение японского подвида A. arborescens Mill. var. natalensis Berger (яп. «кидачи алоэ») на предмет выявления сезонных вариаций концентрации ряда компонентов (белки, углеводы, фенольные соединения), а также изменений химического состава в зависимости от возраста и месторасположения листьев [2]. Для используемого в России вида A. arborescens подобных работ не проводилось.
Цель работы - установление качественного состава и количественного содержания фотосинтетических пигментов, углеводных и фенольных соединений в различных частях листа A. arborescens.
Экспериментальные условия
Сырье. Листья A. arborescens были собраны в 2008 г. в оранжерее Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск) с трехлетних растений. Для исследования химического состава были отобраны свежие неповрежденные листья различной длины, а также части листа (табл. 1, рис. 1).
* Автор, с которым следует вести переписку.
ВЭТСХ. Определение качественного состава извлечений A. arborescens проводили с применением метода высокоэффективной тонкослойной хроматографии (ВЭТСХ). Для этого на стартовую линию хроматографической пластины Сорбфил ПТСХ-АФ-В (10 х 10 см; Имид ЫА) наносили полосами длиной 1 см по 2 мкл исследуемых растворов и растворов СОВС. Далее хроматограмму элюировали соответствующей смесью растворителей на высоту 7 см и после удаления растворителей с хроматограммы ее подвергали при необходимости дериватизации методом погружения. Денситограммы получали с использованием оборудования Сорбфил (УФ-облучатель 254/365 нм, сканер; все Имид ЫА) и обрабатывали с применением пакета программ Сорбфил ТСХ Видеоденситометр 2.0 (Имид Ы^).
Условия хроматографирования (ПФ - подвижная фаза, Д - детектирование, ДМ - условия денситомет-рического анализа): фотосинтетические пигменты - ПФ: петролейный эфир - ацетон (7 : 3), Д: 5% фосфорно-молибденовая кислота с последующим нагревом при 100 °С в течение 2 мин, ДМ: видимый свет; углеводы - ПФ: н-пропанол - этанол - вода (7 : 1 : 2) двукратно на высоту 3 и 6 см, Д: смесь 1% растворов и-оксидифенила и фталаниловой кислоты в водонасыщенном бутаноле и 85% Н3Р04 (5 : 5 : 1) с последующим нагревом при 105 °С в течение 3 мин, ДМ: видимый свет; фенольные соединения - ПФ: этилацетат -95% этанол - вода (20 : 3 : 1), Д: 5% спиртовой раствор КОН с последующим нагревом при 100 °С в течение 1 мин; ДМ: УФ-свет при 365 нм.
В работе использованы стандартные образцы веществ: фруктоза, глюкоза, сахароза (Acros Organics), алоины, алоэ-эмодин (Fluka), образцы алоэнина и фотосинтетических пигментов, выделенных нами ранее [3, 4]; остальные реактивы имели степень чистоты ч.д.а.
Таблица 1. Характеристикасырья A. arborescens
Номер образца Исследуемая часть листа Возраст листа
А-1 верхушечные листья длиной не более 5 см 1-3 месяца
А-2 листья из средней части растения длиной 5-12 см 0,5-1 год
А-3 нижние листья длиной более 15 см 2-3 года
А-4 «стебель» растения
А-5 апекс листа (длина от края не более 2 см) 2-3 года
А-6 средняя часть листа (общая длина образца не более 3 см) II
А-7 основание листа вместе с влагалищем (длина не более 3 см) II
А-8 эпидермальный слой средней части листа II
А-9 внутренний слой средней части листа, «гель» (включает палисадную ткань, парен- II
химу, ксилему и флоэму листа)
Рис. 1. Расположение исследуемых образцов сырья A. arborescens
Препаративная ВЭТСХ. На стартовую линию хроматограммы (Сорбфил ПТСХ-АФ-В 160 дм, 10^15 см) наносили полосами по 10 мкл ацетонового извлечения из сырья А-3. Далее хроматограмму элюировали смесью растворителей петролейный эфир - ацетон (7 : 3) на высоту 12 см. После удаления растворителей с хроматограммы ее просматривали в видимом и УФ-свете. Выбранные зоны вырезали, элюировали ацетоном и рехроматографировали. Идентификацию выделенных соединений проводили по данным спектроскопии в сравнении с данными литературы [5]. В результате было выделено девять соединений, иденти-
фицированных с виолаксантином (Xmax, нм - гексан: 443, 471; CHCl3: 422, 451, 482; MeOH: 420, 440, 470), криптоксантином (Xmax, нм - гексан: 425, 451, 480; CHCl3: 433, 464, 495; MeOH: 242, 452, 487), лютеином (Xmax, нм - гексан: 420, 445, 475; CHCl3: 427, 455, 483; MeOH: 420, 445, 475), p-зеакаротином (Xmax, нм - гексан: 400, 424, 451; CHCl3: 410, 434, 461; MeOH: 428, 449), Р-каротином (Xmax, нм - гексан: 424, 450, 475; CHCl3: 464, 493; MeOH: 425, 450, 477), хлорофиллами a (Xmax, нм - MeOH: 410, 428, 573, 613, 661) и b (Xmax, нм - MeOH: 430, 454, 568, 593, 640), феофетинами a (Xmax, нм - MeOH: 502, 533, 561, 610, 666) и b (Xmax, нм -MeOH: 525, 560, 602, 660).
Количественный анализ проводился для следующих классов соединений: каротиноиды [6] (в пересчете на Р-каротин), хлорофиллы [7], свободные углеводы (в пересчете на глюкозу) [8], водорастворимые полисахариды, окисляемые вещества [9], пироновые соединения (в пересчете на алоэнин) [4]. Также для каждого вида сырья определялись показатели влажности и экстрактивности с использованием в качестве экстрагентов 95% этанола и воды [9]. Спектроскопические исследования проводили на спектрофотометре CE 2011 (Cecil) в кварцевых кюветах 10 мм.
Результаты и их обсуждение
Фотосинтетические пигменты (ФСП). При исследовании качественного состава каротиноидов и хлорофиллов A. arborescens установлено наличие более 10 соединений. В результате выделения и идентификации выявлено присутствие пяти каротиноидов - виолаксантина, криптоксантина, лютеина, Р-зеакаротина, Р-каротина, причем лютеин является доминирующим компонентом пигментного комплекса листа A. arborescens; также в составе ФСП обнаружено присутствие хлорофиллов a, b и феофетинов a, b. Содержание Р-каротина не превышает 10% от общего содержания каротиноидов (0,3-0,4 мг% от массы свежего сырья). Полученные данные подтверждают результаты ранних исследований о составе каротиноидов A. arborescens [10].
Изучение количественного состава пигментов листа A. arborescens показало, что содержание каротиноидов и хлорофиллов в молодых листьях больше, чем в зрелых, а для основания и середины листа характерны меньшие концентрации ФСП, чем для апекса (табл. 2). Наибольшие показатели для обоих классов соединений отмечены для пигментированной части листа - эпидермиса (9,36 мг% каротиноидов и 35,08 мг% хлорофиллов), внутренняя часть ФСП не содержит. Содержание хлорофиллов всегда выше такового каротиноидов, поэтому показатель соотношения концентраций Схп/скар всегда больше 1 и составляет 2,01-5,14, равно как и показатель соотношения форм хлорофиллов Схп. а/схл. b, величина которого может равняться 1,22-2,31.
Углеводы. Углеводные компоненты A. arborescens являются предметом многочисленных исследований, вызванных прежде всего их выраженной биологической активностью. Разными исследователями из A. arborescens выделен ряд индивидуальных биополимеров, таких как гетерогалактан арборан А, который вместе с ацетилированным глюкоманнаном арбораном В обладает гипогликемической, фагоцитозстимулирующей и противоопухолевой активностью [11-13], брадикинин-активный гликопротеин А [14], алоктин А, ингибирующий секрецию желудочного сока [15], а также пектин [16], линейный а-глюкан и арабиногалактан [12].
Состав свободных углеводов (СУ) исследованных образцов A. arborescens типичен и включает сахарозу, глюкозу и фруктозу, за исключением внутренней части листа (А-9), в которой обнаружена только глюкоза (табл. 3). Ранее Ch. O’Brien было проведено исследование семи южноафриканских видов Aloe (в том числе A. arborescens) и не выявлено присутствие в них других углеводов, кроме глюкозы [17], поэтому наличие сахарозы и фруктозы для данного вида нами установлено впервые.
Таблица 2. Содержание фотосинтетических пигментов в A. arborescens
№ мг% Схл. а, МГ% ** сХл. b, мг% ** СХл. а'^Хл. b Схл, мг% ** ** ^Хл'^Кар
А-1 4,58 і 0,11 16,08 і 0,39 7,26 і 0,18 2,22 23,34 і 0,58 5,10
А-2 3,78 і 0,08 13,30 і 0,33 5,77 і 0,14 2,31 19,07 і 0,45 5,05
А-3 3,22 і 0,08 10,87 і 0,24 4,98 і 0,11 2,18 15,85 і 0,38 4,92
А-4 2,24 і 0,05 2,48 і 0,06 2,02 і 0,05 1,22 4,50 і 0,11 2,01
А-5 6,86 і 0,16 24,04 і 0,58 10,42 і 0,25 2,31 25,05 і 0,60 3,65
А-6 4,22 і 0,11 14,58 і 0,35 6,53 і 0,16 2,23 21,11 і 0,49 5,00
А-7 1,97 і 0,05 6,73 і 0,16 3,39 і 0,08 1,98 10,12 і 0,25 5,14
А-8 9,36 і 0,23 23,85 і 0,60 11,23 і 0,28 2,12 35,08 і 0,87 3,75
А-9 —Я 1 - ЯПЯ 1 - - - -
в пересчете на массу свежего сырья; содержание каротиноидов (сКар), хлорофилла а (схл. а), хлорофилла Ь (схл. ь), хлорофиллов (Схл ), соотношение концентраций хлорофиллов а И Ь (Схл. а/Схл. ь) И хлорофиллов И каротиноидов (Схл/Скар).
Таблица 3. Содержание углеводных компонентов в A. arЬorescens, мг/г от массы свежего сырья
№ _ СФМ* ССУ „ ВЙТСХ* С8ас „ ВЙТСХ* ^Бгс „ ВЙТСХ* Со1с г 1'р* СВРПС
А-1 4,21 ± 0,12 1,87 ± 0,03 0,142 ± 0,003 2,02 ± 0,04 2,21 ± 0,09
А-2 4,78 ± 0,13 2,23 ± 0,05 0,161 ± 0,004 2,21 ± 0,04 1,70 ± 0,07
А-3 4,18 ± 0,11 1,93 ± 0,03 0,144 ± 0,003 2,04 ± 0,04 1,65 ± 0,07
А-4 3,46 ± 0,10 1,42 ± 0,02 0,120 ± 0,002 1,53 ± 0,03 2,47 ± 0,10
А-5 5,65 ± 0,16 3,37 ± 0,06 0,074 ± 0,001 2,14 ± 0,04 2,51 ± 0,10
А-6 3,50 ± 0,10 1,73 ± 0,03 0,122 ± 0,002 1,74 ± 0,03 1,61 ± 0,07
А-7 3,07 ± 0,10 1,59 ± 0,02 0,157 ± 0,003 1,41 ± 0,02 1,10 ± 0,04
А-8 5,69 ± 0,16 3,44 ± 0,07 0,234 ± 0,005 2,08 ± 0,04 2,32 ± 0,09
А-9 * 1,87 ± 0,05 - - 1,54 ± 0,03 0,97 ± 0,03
содержание свободных углеводов (сСу), сахарозы (с8ас), фруктозы (сРгс), глюкозы (сс1с), водорастворимых полисахаридов (сВрпс); СФМ - спектрофотометрия, ВЭТСХ - высокоэффективная тонкослойная хроматография-денситометрия, Гр - гравиметрия.
Глюкоза является преобладающим соединением во всех образцах, кроме эпидермиса (А-8) и апекса листа (А-5), для которых отмечено доминирование сахарозы. Общее содержание СУ увеличивается от основания к апексу листа, а их наибольшая концентрация отмечена в эпидермисе.
Содержание водорастворимых полисахаридов для разных частей растения составляет 0,97-2,51% от массы сырого сырья, причем наибольшая их концентрация наблюдается в эпидермисе (А-8), апексе листа (А-5) и стебле (А-4). При исследовании суммарных фракций ВРПС установлено, что все они обладают высоким удельным вращением ([а]в +110-150°), гетерогенны и содержат от 2 до 5 компонентов с молекулярными массами 15-70 кДа. Определение моносахаридного состава ВРПС показало, что для всех образцов, кроме А-9, характерно доминирование галактуроновой кислоты (60-89% от массы суммарного комплекса ВРПС), также установлено наличие арабинозы, галактозы, рамнозы и глюкозы. В составе образца ВРПС, полученного из внутренней части листа A. arЬorescens (А-9), обнаружена глюкоза и следы маннозы. Проведенные исследования позволяют предварительно отнести ВРПС образцов А-1 - А-8 к классу пектиновых веществ, а А-9 - глюканов.
Фенольные соединения (ФС). Для A. arЬorescens наиболее изученным классом соединений являются ФС; из данного растительного вида было выделено 13 веществ, являющихся производными антрона, хромо-на и пирона [18]. В качестве основных в комплексе ФС A. arЬorescens различными исследователями выделяются алоэнин, алоины, ферулоил- и п-кумароил-алоэзины [18]; для сырья, произрастающего в России, характерным является доминирование пиронового гликозида алоэнина [2]. С применением метода ВЭТСХ при определении качественного состава ФС изучаемого сырья установлено, что во всех частях A. arЬorescens присутствуют алоэнин, алоин(ы) и алоэ-эмодин (рис. 2). Исключение составляет образец внутреннего «геля» листа (А-9), в котором алоин(ы) не обнаружены.
Следует отметить, что с возрастом содержание алоэ-эмодина в растении увеличивается, наряду с падением общего содержания ФС (табл. 4). Наибольшее содержание окисляемых соединений отмечено в эпидермисе листа (А-8) и молодых листьях (А-1), а пироновых соединений - во внутренней части листа (А-9). Интересным является факт значительного содержания ФС в стебле (А-4), сравнимого с таковым основания (А-7) и средней части листа (А-6), т.е. наличие ФС характерно для всего растения.
Также нами изучены такие технологические параметры листа A. arЬorescens, как влажность и экстрактивность, и установлено, что содержание влаги может составлять для различных частей растения 74-98%, причем наибольшие значения наблюдаются для внутренней части листа («геля»), а наименьшие - для стебля (табл. 5).
Для середины и основания листа характерно большее содержание влаги, чем для апекса, что, вероятно, обусловлено относительно большим содержанием эпидермиса, влажность которого на 15% ниже, чем у внутреннего «геля». Наибольшей экстрактивностью по спирто- и водорастворимым веществам отличаются эпидермис (А-8), апекс листа (А-5), молодые листья (А-1) и стебель (А-4).
Рис. 2. Денситограммы извлечений A. arborescens. Образцы А-3, А-9 и СОВС алоэнина
Таблица 4. Содержание фенольных соединений в A. arborescens, мкг/г от массы свежего сырья
№ образца ОВ * ФС * Алоэнин Алоин(ы) Алоэ-эмодин
А-1 91б і 23 922 і 23 + + +
А-2 бІ3 і ІЗ б73 і Іб + + +
А-3 2ІІ і З ЗЗ0 і І3 + + +
А-4 79І і 19 бб7 і Іб + + +
А-З бІЗ і ІЗ ІІ04і 27 + + +
А-б З70 і І4 бІ2 і ІЗ + + +
А-7 2З3 і б б79 і Іб + + +
A-S 9ЗІ і 23 974 і 24 + + +
А-9 * 744 і І8 І3ббі 32 . я _ + - +
ОВ - окисляемые вещества (перманганатометрия); ФС - суммарное содержание фенольных соединений в пересчете
на алоэнин (спектрофотометрия).
Таблица 5. Содержание влаги и экстрактивных веществ в A. arborescens, % от массы свежего сырья
№ образца Влажность Экстрактивные вещества (экстрагент)
9З% этанол вода суммарный показатель
A-І 84,3З і І,б7 І,84 і 0,0б 0,97 і 0,02 2,S І
А-2 9І,І4 і І,88 І,48 і 0,04 0,7І і 0,0І 2,І9
А-3 90,27 і І,73 І,З3 і 0,0З 0,Зб і 0,0І 2,09
А-4 74,29 і І,8З І,90 і 0,0б 0,89 і 0,02 2,79
А-З 8І,34 і І,9І 2,47 і 0,07 0,79 і 0,02 3,2б
А-б 94,03 і 2,б7 2,0б і 0,0б 0,З8 і 0,0І 2,б4
А-7 90,47 і 2,04 І,83 і 0,0б 0,49 і 0,0І 2,32
А-8 83,27 і 2,3б 2,29 і 0,07 І,2б і 0,03 3,ЗЗ
А-9 98,ІЗ і 2,З7 І,І9 і 0,04 0,2З і 0,00З І,44
Выводы
В результате проведенного химического исследования листьев алоэ древовидного (Aloe arborescens Mill., сем. Asphodelaceae) установлен качественный состав и количественное содержание каротиноидов, хлорофиллов, углеводов и фенольных соединений в различных частях листа и листьях разного возраста.
В составе фотосинтетических пигментов установлено присутствие виолаксантина, криптоксантина, лю-теина, Р-зеакаротина, Р-каротина, хлорофиллов a, b и феофетинов a, b; свободные углеводы представлены глюкозой, сахарозой и фруктозой, полисахариды пектиновыми веществами и глюканами; алоэнин, алоины и алоэ-эмодин обнаружены в комплексе фенольных соединений. Определены особенности накопления влаги и экстрактивных веществ в частях листа A. arborescens.
Список литературы
1. Лекарственное растительное сырье. Фармакогнозия / ред. Г.П. Яковлев, К.Ф. Блинова. СПб., 2004. 765 с.
2. Beppu H., Kawai K., Shimpo K., Chihara I., Tamai I., Ida Ch., Ueda M., Kuzuya H. Studies on the components of Aloe arborescens from Japan - monthly variation and differences due to part and position of the leaf // Biochem. Syst. Ecol. 2004. V. 32. Pp. 783-795.
3. Олейников Д.Н., Танхаева Л.М., Николаева Г.Г., Николаев С.М. Биологически активные вещества листьев Cacalia hastata L. Сообщение 2. Каротиноиды и хлорофиллы // Химия природных соединений. 2004. №1. C. 83.
4. Олейников Д.Н., Рохин А.В., Зилфикаров И.Н. Методика определения содержания фенольных соединений в Aloe arborescens // Химия природных соединений. 2008. №6. С. 578-580.
5. Foppen F.H. Tables for the identification of carotenoid pigments // Chromatogr. Rev. 1971. V. 14. Pp. 133-298.
6. Олейников Д.Н., Потанина О.Г., Танхаева Л.М., Николаева Г.Г. Фармакогностическая характеристика листьев какалии копьевидной (Cacalia hastata L.) // Химия раститигельного сырья. 2004. №3. С. 43-52.
7. Vernon L.P. Spectrophotometric determination of chlorophylls and pheophytins in plant extracts // Anal. Chem. 1960. V. 32. N9. Pp. 1144-1150.
8. Олейников Д.Н., Танхаева Л.М. Методика количественного определения группового состава углеводного комплекса растительных объектов // Химия раститигельного сырья. 2006. №4. С. 29-33.
9. Государственная фармакопея СССР. XI издание. Вып.1, 2. М., 1989, 1990.
10. Кудрицкая С.Е., Фишман Г.М., Загородская Л.М., Чиковани Д.М. Каротиноиды Aloe arborescens // Химия природных соединений. 1985. №4. С. 573.
11. Hikino H., Takahashi M., Murakami M., Konno Ch. Isolation and hypoglycemic activity of arborans A and B, glycans of Aloe arborescens var. natalensis leaves // Int. J. Crude Drug Res. 1986. V. 24. Pp. 183-186.
12. Yagi A., Nishimura H., Shida T., Nishioka I. Structure determination of polysaccharides in Aloe arborescens var. natalensis // Planta Med. 1986. V. 52. Pp. 213-218.
13. Yagi A., Makino K., Nishioka I. Aloe mannan, polysaccharide, from Aloe arborescens var. natalensis // Planta Med. 1977. V. 31. Pp. 17-20.
14. Yagi A., Harada N., Shimomura K., Nishioka I. Bradykinin-degrading glycoprotein in Aloe arborescens var. natalensis // Planta Med. 1987. V. 41. Pp. 19-21.
15. Saito H., Imanishi K.-i., Okabe S. Effets of Aloe extracts, aloctin A, on gastric secretion and on experimental gastric lesions in rats // Yakugaku Zasshi. 1989. V. 109. Pp. 335-339.
16. Оводова Р.Г., Лапчик В.Ф., Оводов Ю.С. Полисахариды Aloe arborescens // Химия природных соединений. 1973. №1. С. 3-5.
17. O’Brien C. Physical and chemical characteristics of Aloe gels: Dr. Ph. Bot. dissertation. Johannesburg, 2005. 195 p.
18. New perspectives on Aloe / Ed. Park Y.I., Lee S.K. N.-Y., 2006. 265 p.
Поступило в редакцию 28 февраля 2009 г.
После переработки 3 мая 2009 г.
