CC BY
21
ПРОМЫШЛЕННАЯ ФАРМАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕКАРСТВ / INDUSTRIAL PHARMACY _AND DRUG PRODUCTION TECHNOLOGY_
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.124.67
ВЫБОР ЭКСТРАГЕНТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ИЗ БИОМАССЫ ХЛОРЕЛЛЫ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Научная статья
Митишева Н.В.1, Альшина А.И.2, Ханбекова Д.С.3, Павленко В.И.4, Морозова А.С.5, Митишев А.В.6, *
6 ORCID : 0000-0002-3327-9744;
1 Основная общеобразовательная школа имени Станислава Степановича Лёвина, Вадинск, Российская Федерация 2' 3' 4 5' 6 Пензенский государственный университет, Пенза, Российская Федерация
* Корреспондирующий автор (span2361[at]rambler.ru)
Аннотация
Экстракты из биомассы Chlorella vulgaris C-2019, полученные с использованием экстрагентов различной природы, отличаются компонентным составом БАС и их содержанием, что подтверждается УФ-спектральными характеристиками. Водные экстракты биомассы хлореллы характеризовались высоким содержанием экстрактивных веществ (39,7%), низким содержанием пигментов (0,19%) и флавоноидов (0,01%). В спиртовых экстрактах обнаружены пигменты, флавоноиды. При увеличении концентрации этилового спирта с 30 до 95% снижается концентрация экстрактивных веществ (с 16,74% до 7,83%), концентрация пигментов (с 0,19% до 1,6%) и флавоноидов (с 0,09% до 0,83%) увеличивается. Экстракты неполярных экстрагентов отличались высоким содержанием флавоноидов.
Ключевые слова: микроводоросли, Chlorella vulgaris C-2019, экстракция, флавоноиды, пигменты. CHLORELLA BIOMASS EXTRACTANTS WITH HIGH CONTENT OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS
Research article
Mitisheva N.V.1, Alshina A.I.2, Khanbekova D^.3, Pavlenko V.I.4, Morozova A.S.5, Mitishev A.V.6' *
6 ORCID : 0000-0002-3327-9744;
1 Basic secondary school named after Stanislav Stepanovich Levin, Vadinsk, Russian Federation 2' 3' 4' 5' 6 Penza State University, Penza, Russian Federation
* Corresponding author (span2361[at]rambler.ru)
Abstract
Extracts from the biomass of Chlorella vulgaris C-2019 obtained with extractants of different nature differ in the component composition of BAS and their content, which is confirmed by UV-spectral characteristics. The aqueous extracts of chlorella biomass are characterized by high content of extractives (39.7%), low content of pigments (0.19%) and flavonoids (0.01%). Pigments and flavonoids were found in alcohol extracts. Increasing the concentration of ethyl alcohol from 30 to 95% decreased the amount of extractive substances (from 16.74% to 7.83%), the concentration of pigments (from 0.19% to 1.6%) and flavonoids (from 0.09% to 0.83%) increased. Extracts of nonpolar extractants were distinguished by a high content of flavonoids.
Keywords: microalgae, Chlorella vulgaris C-2019, extraction, flavonoids, pigments.
Введение
В современном мире применение микроводорослей в различных областях становится все шире: в сельском хозяйстве, в пищевой промышленности, в медицине и косметологии, для очистки сточных вод, для производства кислорода и биотоплива. Они являются возобновляемыми, устойчивыми и экономически выгодными источниками, подходящими для производства лекарственных препаратов, в том числе рекомбинантных белков/пептидов, таких как моноклональные антитела, вакцины и пищевых продуктов. Метаболиты микроводорослей обладают многими фармакологическими эффектами, а именно: антиоксидантными, противовоспалительными, противогрибковыми, антимикробными, антиферментативными, противовирусными, противоопухолевыми, антикоагулянтными и иммунодепрессивными.
Важность открытия новых соединений с антимикробной активностью обусловлена развитием антибиотикорезистентности у человека вследствие постоянного клинического применения антибиотиков. Микроводоросли являются важным источником антибиотиков с широкой и эффективной антибактериальной активностью [1].
Одной из разновидностей активно используемых водорослей является Chlorella vulgaris. Работы со штаммами этой культуры активно велись на протяжении последних десятилетий, но, тем не менее, не утратили своей актуальности [1].
Хлорелла (Chlorella spp.) - представитель многочисленного типа одноклеточных зеленых водорослей. Богатый состав объясняет возможность широкого использования в фармацевтической и клинической практике микроводоросли хлореллы. В биомассе хлореллы содержится комплекс БАС: аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, пигменты: хлорофиллы а и в, каротиноиды, витамины группы В, А, С, Е, а также ароматические соединения [2]. Биологически активные вещества биомассы хлореллы оказывают противовоспалительное, антиоксидантное,
противомикробное и ранозаживляющее действие [3], [4], [5]. Антимикробная активность обусловлена способностью синтезировать такие соединения, как жирные кислоты, акриловые кислоты, галогенированные алифатические соединения, терпеноиды, стерины, серосодержащие гетероциклические соединения, углеводы, ацетогенины и фенолы [5].
Полярность структур природных соединений определяет их физико-химические свойства. Неполярные вещества (липиды, алифатические соединения, каротиноиды) хорошо экстрагируются из сырья неполярными растворителями (нефрас, гексан, петролейный эфир, ацетон), а полярные (флавоноиды, фенолкислоты, иридоиды) - полярными [6]. Меняя полярность экстрагента, можно программировать спектр извлекаемых веществ, тем самым достигая оптимального фармакологического эффекта лекарственных средств на их основе.
Например, этанольный экстракт Chlorella был активен к S. aureus E. coli, P. aeruginosa [7], водный [8], метанольный и гексанольный экстракты [4], [9] оказывали воздействие на B. subtilis, S. aureus, S. epidermidis, E. coli, P. aeruginosa, S. typhi. Также полярные экстракты микроводорослей продемонстрировали значительную антибактериальную активность в отношении шести штаммов Vibrio: V. parahaemolyticus, V. anguillarum, V. splendidus, V. scophthalmi, V. alginolyticus и V. lentus [8]. Ряд исследователей идентифицировали соединения, оказывающие противогрибковый эффект. Pradhan et all (2014) [9] показали противогрибковую активность метанольных экстрактов Chlorella.
В связи с этим, целью настоящего исследования явился выбор оптимального экстрагента для получения извлечений с высоким содержанием БАС из биомассы Chlorella vulgaris Beyerinck IPPAS C-2019.
Методы и принципы исследования
Объектом исследования являлась воздушно-сухая биомасса штамма Chlorella vulgaris Beyerinck ИФР C-2019, выращенная глубинным методом на среде Тамия. Влажность, экстрактивные вещества лекарственного растительного сырья определяли фармакопейным методом ОФС.1.5.3.0006.15 «Определение содержания экстрактивных веществ в лекарственном растительном сырье и лекарственных растительных препаратах». [10]. Экстракцию сырья проводили методом мацерации, при температуре 40±2°С. В качестве экстрагентов использовались: вода очищенная, спирт этиловый (в концентрациях 30, 40, 50, 70, 80, 90, 95%), гексан, нефрас. Соотношение сырье:экстрагент составляло 1:30 (по массе). Количественное содержание хлорофиллов, каротиноидов и флавоноидов проводили спектрофотометрическим методом на Спектрофотометре СФ-201 (ЗАО "НПКФ Аквилон", Россия) [10]. Статистическую обработку результатов исследования выполняли согласно ГФ XIV, т.1 0ФС.1.1.0013.15 с использованием программ Microsoft Excel.
Основные результаты
В результате проведенной экстракции методом мацерации были получены 10 экстрактов хлореллы. Качественные реакции и спектрофотометрическое исследование свидетельствуют о различии состава извлечений, полученных с использованием полярных и неполярных экстрагентов (таблица 1).
Таблица 1 - Влияние экстрагента на концентрацию БАС биомассы хлореллы DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.124.67.1
Экстрагент Соотношение сырье: экстрагент Экстрактивные вещества, % Сумма хлорофиллов, % Сумма каротиноидов, % Сумма флавоноидов,%
Вода 1:30 39,7 0,099 0,09 0,01
Этиловый спирт 30% 1:30 16,74 0,11 0,08 0,09
Этиловый спирт 40% 1:30 12,65 0,095 0,052 0,19
Этиловый спирт 50% 1:30 12,9 0,12 0,052 0,22
Этиловый спирт 70% 1:30 10,6 0,279 0,176 0,31
Этиловый спирт 80% 1:30 11,4 0,476 0,169 0,43
Этиловый спирт 90% 1:30 10,2 0,621 0,185
Этиловый спирт 95% 1:30 7,83 1,01 0,247 0,83
Гексан 1:30 3,07 0,10 0,5 0,79
Нефрас 1:30 0,16 0,59 0,19 0,9
Полученные экстракты различались по цвету, запаху и консистенции (таблица 2).
Таблица 2 - Результаты органолептического анализа экстрактов хлореллы DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.124.67.2
Экстракт Характеристика экстракта
Вода Густая масса светло-зеленого цвета с характерным запахом
Этиловый спирт 30% Густая масса светло-зеленого цвета с характерным запахом
Этиловый спирт 40% Аморфная масса светло-зеленого цвета с травянистым запахом
Этиловый спирт 50% Густая масса зеленого цвета с травянистым запахом
Этиловый спирт 70% Густая масса коричнево-зеленого цвета с травянистым запахом
Этиловый спирт 80% Густая вязкая масса коричнево-зеленого цвета с травянистым запахом
Этиловый спирт 90% Густая вязкая масса черно-зеленого цвета с травянистым запахом
Этиловый спирт 95% Густая вязкая масса черно-зеленого цвета с травянисто-табачным запахом
Гексан Зеленовато-коричневый аморфный порошок с характерным запахом
Нефрас Коричневый аморфный порошок с характерным запахом
Заключение
При использовании экстрагентов разной полярности в экстракции биомассы хлореллы позволяют получить извлечения, содержащие различные концентрации основных биологически активных соединений. Полученные экстракты различались по органолептическим характеристикам (цвет, запах, консистенция). Насыщенность цвета и выраженность запаха увеличивались от водного экстракта (светло-зеленый) к спиртовому 95% (черно-зеленый). Гексановые и нефрасовые экстракты представляли собой аморфные порошки с характерным запахом. Водные экстракты биомассы хлореллы характеризовались высоким содержанием экстрактивных веществ (39,7%), низким содержанием пигментов (0,19%) и флавоноидов (0,01%). В спиртовых экстрактах обнаружены хлорофиллы, каротиноиды, флавоноиды. При увеличении концентрации этилового спирта с 30 до 95% снижается концентрация экстрактивных веществ (с 16,74% до 7,83%), а концентрация хлорофиллов (с 0,11% до 1,01%), каротиноидов (0,08% до 0,247%) и флавоноидов (с 0,09% до 0,83%) увеличивается. Экстракты неполярных экстрагентов (нефрас, гексан) отличались высоким содержанием флавоноидов 0,79% и 0,9 соответственно, с преобладанием кверцетина (0,57%).
Конфликт интересов
Не указан.
Рецензия
Все статьи проходят рецензирование. Но рецензент или автор статьи предпочли не публиковать рецензию к этой статье в открытом доступе. Рецензия может быть предоставлена компетентным органам по запросу.
Conflict of Interest
None declared.
Review
All articles are peer-reviewed. But the reviewer or the author of the article chose not to publish a review of this article in the public domain. The review can be provided to the competent authorities upon request.
Список литературы / References
1. Геворгиз Р.Г. Предельная оценка продуктивности микроводорослей в условиях естественного и искусственного освещения. / Р.Г. Геворгиз, С.Г. Щепачёв // Экология моря. - 2010. - № 80. - с. 29-33.
2. Митишев А.В. Фармакотехнологические исследования биомассы Chlorella vulgaris C-2019. / А.В. Митишев, Е.Е. Курдюков, Е.Ф. Семенова // Разработка и регистрация лекарственных средств. - 2022. - № 2. - с. 53-58.
3. Markou G. Microalgae for high-value compounds and biofuels production. / G. Markou, E. Nerantzis // Biotechnology Advances. - 2013. - № 8. - p. 1532-1542.
4. Bhagavathy S. Green algae Chlorococcum humicola-a new source of bioactive compounds with antimicrobial activity. / S. Bhagavathy, P. Sumathi // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. - 2011. - №1. - p. 1-7.
5. Barkia I. Microalgae for High-Value Products Towards Human Health and Nutrition. / I. Barkia, N. Saari // Marine Drugs. - 2019. - №17(5).
6. Сухина Т.В. Влияние экстрагентов на состав БАВ, спектральные характеристики и антимикробную активность извлечений из травы Очанки коротковолосистой. / Т.В. Сухина, Т.С. Шестакова, В.М. Петриченко // Химико-фармацевтический журнал. - 2010. - № 12(44). - c. 35-39.
7. Marrez D.A. Biological activity of the cyanobacterium OsriUatoria brevis extracts as a source of nutraceutical and biopreservative agents. / D.A. Marrez, Y.Y. Sultan, M.A. Embaby // Int. J. Pharmacol.. - 2017. - №17. - p. 1010-1019.
8. Ramaraj S. Microalgae metabolites. / S. Ramaraj, R. Ramalingam, H. Abeer // Journal of Biological Sciences. - 2019. -№26. - p. 709-722.
9. Pradhan J. Antibacterial activity of freshwater microalgae. / J. Pradhan, B. Sachidananda // African journal of pharmacy and pharmacology. - 2014. - №8. - p. 809-818.
10. Государственная Фармакопея Российской Федерации. XIV издание. - М., 2018. - Т. 2. - 3262 c.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Gevorgiz R.G. Predel'naya ocenka produktivnosti mikrovodoroslej v usloviyax estestvennogo i iskusstvennogo osveshheniya [Marginal Evaluation of Microalgae Productivity under Natural and Artificial Light Conditions]. / R.G. Gevorgiz, S.G. Shhepachyov // E'kologiya morya [Sea Ecology]. - 2010. - № 80. - p. 29-33. [in Russian]
2. Mitishev A.V. Farmakotexnologicheskie issledovaniya biomassy' Chlorella vulgaris C-2019 [Pharmacotechnological Studies of Biomass of Chlorella vulgaris C-2019]. / A.V. Mitishev, E.E. Kurdyukov, E.F. Semenova // Razrabotka i registraciya lekarstvenny'x sredstv [Drug Development and Registration]. - 2022. - № 2. - p. 53-58. [in Russian]
3. Markou G. Microalgae for high-value compounds and biofuels production. / G. Markou, E. Nerantzis // Biotechnology Advances. - 2013. - № 8. - p. 1532-1542.
4. Bhagavathy S. Green algae Chlorococcum humicola-a new source of bioactive compounds with antimicrobial activity. / S. Bhagavathy, P. Sumathi // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. - 2011. - №1. - p. 1-7.
5. Barkia I. Microalgae for High-Value Products Towards Human Health and Nutrition. / I. Barkia, N. Saari // Marine Drugs. - 2019. - №17(5).
6. Suxina T.V. Vliyanie e'kstragentov na sostav BAV, spektral'ny'e xarakteristiki i antimikrobnuyu aktivnost' izvlechenij iz travy' Ochanki korotkovolosistoj [Influence of Extractants on the Composition of BAS, Spectral Characteristics and Antimicrobial Activity of Extracts from the Herb Lupus Shortiflorum]. / T.V. Suxina, T.S. Shestakova, V.M. Petrichenko // Ximiko-farmacevticheskij zhurnal [Chemical-Pharmaceutical Journal]. - 2010. - № 12(44). - p. 35-39. [in Russian]
7. Marrez D.A. Biological activity of the cyanobacterium Oscillatoria brevis extracts as a source of nutraceutical and biopreservative agents. / D.A. Marrez, Y.Y. Sultan, M.A. Embaby // Int. J. Pharmacol.. - 2017. - №17. - p. 1010-1019.
8. Ramaraj S. Microalgae metabolites. / S. Ramaraj, R. Ramalingam, H. Abeer // Journal of Biological Sciences. - 2019. -№26. - p. 709-722.
9. Pradhan J. Antibacterial activity of freshwater microalgae. / J. Pradhan, B. Sachidananda // African journal of pharmacy and pharmacology. - 2014. - №8. - p. 809-818.
10. Gosudarstvennaja farmakopeja Rossijskoj Federacii. Izd. XIV [State Pharmacopoeia of the Russian Federation. XIV edition]. - М., 2018. - Vol. 3. - 3262 p. [in Russian]
