Научная статья на тему 'Анализ экстрактов шалфея, полученных сверхкритической углекислотной экстракцией'

Анализ экстрактов шалфея, полученных сверхкритической углекислотной экстракцией Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
956
169
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Химия растительного сырья
Scopus
ВАК
AGRIS
CAS
RSCI
Ключевые слова
SALVIA OFFICINALIS L. / SAGE / ANALYSIS / SUPERCRITICAL EXTRACT / DYNAMICS

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Алиев Аслан Мурадалиевич, Зилфикаров Ифрат Назимович, Степанов Геннадий Викторович, Гусейнова Зираят Агамирзоевна

В работе приведены результаты хроматографического анализа экстрактов шалфея лекарственного (Salvia Officinalis L ), полученных сверхкритической углекислотной экстракцией при давлениях 10, 20 и 30 МПа и постоянной температуре 31,5 °С. Показан состав и соотношение основных соединений в экстрактах, определена динамика извлечения различных классов соединений из высушенных листьев шалфея лекарственного. В оптической ячейке показано влияние давления на фазовое перераспределение экстракта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Алиев Аслан Мурадалиевич, Зилфикаров Ифрат Назимович, Степанов Геннадий Викторович, Гусейнова Зираят Агамирзоевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF SUPERCRITICAL CO2-EXTRACTS OF SAGE

10, 20, and 30 MPa and a constant temperature 31,5 °C, and is shown a composition and a correlation of general compound classes in the extracts. The dynamics of extraction of different compound classes from dried leaves of Salvia Officinalis L. is determined. An influence of the pressure on the extract phase redistribution.

Текст научной работы на тему «Анализ экстрактов шалфея, полученных сверхкритической углекислотной экстракцией»

УДК 661.123

АНАЛИЗ ЭКСТРАКТОВ ШАЛФЕЯ, ПОЛУЧЕННЫХ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ УГЛЕКИСЛОТНОЙ ЭКСТРАКЦИЕЙ

© А.М. Алиев1’2 , И.Н. Зилфикаров3, Г.В. Степанов1, З.А. Гусейнова2

1 Институт физики Дагестанского научного центра РАН, ул. М. Ярагского,

94, Махачкала, 367003 (Россия) E-mail: [email protected]

2Горный ботанический сад ДНЦ РАН, ул. Гаджиева,45, Махачкала, 367025

(Россия)

3Пятигорская государственная фармацевтическая академия, пр. Калинина,

11, Пятигорск, 357533 (Россия)

В работе приведены результаты хроматографического анализа экстрактов шалфея лекарственного (Salvia Officinalis L.), полученных сверхкритической углекислотной экстракцией при давлениях 10, 20 и 30 МПа и постоянной температуре 31,5 °С. Показан состав и соотношение основных соединений в экстрактах, определена динамика извлечения различных классов соединений из высушенных листьев шалфея лекарственного. В оптической ячейке показано влияние давления на фазовое перераспределение экстракта.

Введение

Для современного производства растительных лекарственных средств и биологически активных добавок характерен высокий темп научно-технического прогресса, основными направлениями которого являются создание малоотходных технологий, комплексное использование ценного природного сырья, расширение ассортимента целевых продуктов, получаемых из одного растения. Большой интерес для исследований представляют некоторые способы промышленной переработки растительного сырья, активно применяемые в пищевой отрасли. К их числу относится экстракция сжиженными газами, в частности, наиболее изученная технология СО2-экстракции. Способ сверхкритической экстракции растительного сырья открывает новые возможности для более широкого применения углекислотных экстрактов в пищевой, медицинской и косметической промышленности [1].

К числу особенностей экстракции сверхкритическими флюидами относится возможность широкого варьирования термодинамическими и технологическими параметрами, что позволяет получать из одного сырья различные по составу и свойствам продукты.

В настоящей работе приведены результаты исследований сверхкритических углекислотных экстрактов шалфея лекарственного, выращенного в культуре на Гунибском плато Республики Дагестан на высоте 1750 м над уровнем моря. Экстракты были получены на экспериментальной установке, позволяющей проводить комплексные исследования процессов экстракции растительного сырья как в статическом, так и в динамическом режиме [2].

Известны работы [3-8] по изучению экстрактов шалфея лекарственного, полученных различными растворителями, в том числе сверхкритическим диоксидом углерода. В настоящей работе мы исследовали изменение соотношения различных веществ в экстрактах шалфея, полученных при разных термодинамических параметрах. Решение этих задач позволит максимально эффективно использовать биологический потенциал растения.

* Автор, с которым следует вести переписку.

Материалы и методы

Шалфей был собран во второй декаде июня и высушен в тени в проветриваемом помещении при температуре 35-38 оС. Перед экстракцией шалфей измельчали до размеров 0,3-0,5 мм.

Экстракцию проводили на экспериментальной установке, которая состоит из экстрактора емкостью один литр, куда загружается измельченный шалфей. Далее в экстрактор подается диоксид углерода при необходимых сверхкритических параметрах и настаивается в течение 20 мин, после чего диоксид углерода с растворенным экстрактом выводится в сепаратор, где поддерживаются температура 25 °С и давление 0,5 МПа, при которых диоксид углерода переходит в газообразное состояние, а экстракт осаждается в сепараторе.

Для определения динамики экстрагирования различных классов соединений были отобраны три сверхкритических СО2-экстракта шалфея лекарственного, полученных в изотермическом режиме (t = 31,5 °С) при давлениях 10, 20 и 30 МПа. Они различались по массе, внешнему виду, плотности и консистенции. Экстракт, полученный при давлении 10 МПа, представляет собой подвижную прозрачную жидкость желто-коричневого цвета с выраженным запахом шалфейного эфирного масла. При давлении 20 МПа был получен экстракт, состоящий из двух фаз - воды (примерно 0,5 мл), содержавшейся в остаточном количестве в образце сырья, и густой малоподвижной массы коричневого цвета с запахом шалфейного масла. Экстракт, полученный при давлении 30 МПа, представлял собой густую мазеобразную массу темно-коричневого цвета со слабым шалфейным запахом.

Химический анализ полученных фракций проводился методом газовой хроматографии с масс-спектральной и УФ-детекцией на приборе Saturn 2000 (Varian) на колонке Stabilwax длиной 30 м, внутренним диаметром 0,32 мм и толщиной неподвижной фазы 0,5 микрон.

Результаты и обсуждение

В таблице 1 приведены результаты химических анализов экстрактов шалфея лекарственного, выделенных при разных термодинамических параметрах. На рисунке 1 показана динамика экстрагирования различных классов соединений из листьев шалфея лекарственного сверхкритическим СО2 при давлениях 10, 20 и 30 МПа.

На рисунке 2 изображена изотерма выхода экстрактивных веществ из шалфея лекарственного. Для каждой точки эксперимента брали новую порцию сырья. Из первой загрузки сырья получали экстракт при 5 МПа, определяли выход экстрактивных веществ; из второй порции сырья проводили экстракцию уже при 10МПа, определяли выход и т.д. Для всех экспериментов температура была постоянной и равной 31,5 °С.

В многокомпонентных системах, которыми являются экстракты из растительного сырья, с приближением термодинамических параметров растворителя к критической точке начинается предкритическое межфазное перераспределение веществ, при котором возможно выделение чистых соединений. В пред-критической области многокомпонентные системы можно разделить на составляющие компоненты простым изменением давления и температуры. Предкритические межфазные перераспределения веществ экстракта шалфея лекарственного при разных давлениях показаны на рисунке 3. Для этого предварительно полученный экстракт загружали в оптическую ячейку высокого давления [9], где поддерживалась такая же температура, при которой был получен экстракт, но меняли давление. Распределение по фракциям в ячейке происходит по молекулярной массе так, что высокомолекулярные соединения (углеводороды, производные высших жирных кислот, смолы и др.) образуют темноокрашенную область в нижней части трубки, а компоненты эфирного масла, доминирующего в составе СО2-экстракта, распределены в средней части.

На рисунке 3(а) показано начало разделения экстракта на фракции при давлении 5,5 МПа (I -экстракт, II - газ СО2).

Таблица 1. Химический состав сверхкритических СО2-экстрактов шалфея лекарственного по фракциям, полученных при 1 =31,5 °С: а - 10 МПа; Ь - 20 МПа; с - 30 МПа

Соединение Содержание, %

а Ь с

1 2 3 4

Маноол 17,726 22,256 20,734

а-Туйон 17,615 9,857 7,443

Камфора 9,099 6,520 5,418

1-Циклопропилазулен-4-ол 6,145 7,365 6,314

Азулен 5,936 4,865 4,186

Кариофиллен 4,722 3,842 3,322

1,8-Цинеол (Эвкалиптол) 4,334 3,282 2,243

в-Туйон 3,834 2,667 2,001

Борнеол 2,569 2,307 1,963

А-Пинен 1,804 0,978 1,117

Октадекатриеновая кислота 1,560 2,110 3,117

Н-Гексадекановая кислота 1,322 2,077 3,704

Борнилацетат 1,238 0,851 0,808

Камфен 1,209 0,364 0,106

12-0ксибицикло[9.1.0]додека-3,7-диен 0,910 0,754 0,737

Глауциловый спирт 0,665 1,118 1,007

Октадеценовая кислота 0,638 1,209 1,572

Лимонен 0,642 0,297 0,132

в- Пинен 0,602 0,190 0,072

Тотарол 0,546 1,171 1,438

Кариофиллен-оксид 0,544 0,501 0,466

9(1 Н)-Фенантренон 0,539 0,661 1,018

Декагидро-1,1,4а-триметилнафтален 0,476 0,427 0,347

Октадекадиеновая кислота 0,438 0,659 1,406

6,6-Диметил-бицикло[3.1.1 ]гептан 0,401 0,109 0,029

п-Цимол 0,390 0,237 0,234

Аромандрен-оксид 0,324 0,306 0,332

Линалоол 0,306 0,210 0,163

Цис-а-санталол 0,296 0,134 0,054

Миртенол 0,263 0,200 0,126

Фитол 0,255 0,267 0,444

Этиловый эфир гексадекановой кислоты 0,244 0,194 0,141

Нимбиол 0,212 0,360 0,570

Аромадендрен 0,184 0,144 0,141

Ацетофенон 0,167 0,114 0,104

1,2,2,3-Тетраметилциклопенген-3-енол 0,160 0,132 0,102

Изотуйол 0,140 0,117 0,091

Этиловый эфир 9,12,15-октадекатриеновой кислоты 0,138 0,104 0,120

а-Терпинен 0,135 0,054 0,036

у-Терпинен 0,134 0,061 0,066

Терпинолен 0,127 0,077 0,077

Пинанон-3 0,119 0,083 0,116

Тимол 0,105 0,100 0,101

Бензиловый спирт 0,091 0,152 0,349

Нафталин 0,091 0,127 0,293

1,2,3,5,6,8а-гексагидронафталин 0,086 0,050 0,026

Гексадека-2,6,10,14-тетраен-1-ол 0,084 0,163 0,173

Спатуленол 0,074 0,102 0,114

Этиловый эфир линолевой кислоты 0,057 0,025 0,032

а-Терпинеол 0,056 0,047 0,036

Аллоаромадендрен-оксид 0,056 0,032 0,018

Тетрацикло[6.3.2.0(2,5).0(1,8)]тридекан 0,054 0,051 0,054

3-Карен 0,048 0,080 0,086

Карвон 0,047 0,035 0,046

Окончание таблицы 1

1 2 3 4

Этиловый эфир олеиновой кислоты 0,047 0,033 0,081

Метилэвгенол 0,042 0,033 0,011

5-Метил-2-(1 -метилэтил)-циклогексанол 0,029 0,027 0,048

іі-Пинандиол 0,021 0,006 0

Каламенен 0,017 0,008 0,012

Насыщенные углеводороды (парафины) 8,042 17,838 22,043

Не идентифицированные соединения 1,806 1,858 1,589

Содержание, г.

1 її пі IV у VI Ун уш їх

Рис. 1. Динамика экстрагирования различных классов соединений из листьев шалфея лекарственного сверхкритическим флюидом (оксид углерода (IV)) при давлении 10 (а), 20 (Ь) и 30 (с) МПа. I - монотерпены,

II - сесквитерпены, III - ароматические соединения, IV - спирты, V - сложные эфиры,

VI - высшие органические кислоты,

VII - циклические углеводороды,

VIII - ациклические насыщенные углеводороды,

IX - не идентифицированные соединения

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 2. Изотерма выхода экстрактивных веществ Рис. 3. Разделение экстракта шалфея

из шалфея лекарственного (1=31,5 °С) лекарственного на фракции от изменения

давления при постоянной температуре 31,5 °С. а - 5,5 МПа; Ь - 6,5 МПа; с - 13 МПа

С повышением давления в ячейке начинается взаимное растворение СО2 и экстракта, появляются новые фракции, которые занимают все больший объем трубки. Различные компоненты экстракта, растворяясь в СО2 расслаиваются в зависимости от их молекулярной массы. Более тяжелые фракции оказываются в нижней части ячейки.

Каждая фракция отличается одна от другой оттенком цвета от темно-коричневого до желтого. При давлении 6,5 МПа экстракт расслаивается на 3 фракции (рис. 3б). С последующим повышением давления продолжается образование новых фракций. При давлении 13 МПа экстракт расслаивается на 6 фракций (рис. 3с).

Фракционирование сложных смесей соединений, какими являются растительные экстракты, на практике достигается несколькими способами. Один из них реализован в ряде лабораторных установок, и заключается в последовательном выводе из рабочей камеры фракций от самой легкой до максимально тяжелой, что наилучшим образом подходит для выделения в чистом виде индивидуальных фото- и термолабильных соединений. Другой способ заключается в последовательной обработке образца растительного сырья одним экстрагентом в нескольких технологических режимах. При этом образуются различные по физико-технологическим свойствам продукты (по внешнему виду, плотности и др.). Если первый способ выделения более технологичен, то второй значительно доступнее и находит наибольшее практическое применение, так как для большинства растительных экстрактов допускается в составе какое-то количество близких по структуре сопутствующих веществ. Еще больший интерес представляют возможности сочетания различных методов экстрагирования и фракционирования.

Выводы

Полученные в работе данные показывают заметное изменение соотношения биологически активных компонентов шалфейного эфирного масла и индифферентных углеводородов в зависимости от стадии и параметров процесса экстрагирования. Исходя из суммарного выхода каждой фракции можно заключить, что для получения целевого биологически активного экстракта шалфея методом сверхкритической флюидной экстракции достаточно изначально до полного истощения сырья применить условия второй стадии экстрагирования (Р=20 МПа).

Визуальные исследования процесса растворения биологически активных веществ в СО2 могут быть использованы в разработке технологий фракционирования.

Проводимые нами визуальные исследования процесса экстракции сверхкритическим диоксидом углерода показывают изменение критических параметров СО2 в процессе экстракции, в связи с чем часто наступает высокий выход экстракта (высокая растворимость флюидов) при параметрах диоксида углерода намного выше критических, что подтверждает и приведенная в работе изотерма.

Список литературы

1. Ветров П.П. Экстрагирование природных веществ из растительного сырья сжиженными газами // Технология и стандартизация лекарств: сб. научных трудов ГНЦЛС. Харьков, 1996. С. 220-232.

2. Джаруллаев Д.С., Алиев А.М., Расулов Э.М., Гасанов Р.З. Экспериментальная установка сверхкритической СО2-экстракции // Пищевая промышленность. 2007. №9.

3. Reverchon R. Taddeo and G. Delta Porta Extraction of sage oil by supercritical CO2: Influence of some process parameters // The Journal of Supercritical Fluids. 1995. V. 8. №4. P. 302-309.

4. Menaker A., Kravets M., Koel M., OravA. Identification and characterization of supercritical fluid extracts from herbs // Comptes Rendus Chimie. 2004. V. 7. №6-7. P. 629-633.

5. Weckesse S., Engel K., Simon-Haarhaus B., Wittmer A., Pelz K. Schempp C.M. Screening of plant extracts for antimicrobial activity against bacteria and yeasts with dermatological relevance // Phytomedicine. 2007. V. 14. №7-8. P. 508516.

6. Aleksovski S.A., Sovová H. Supercritical CO2 extraction of Salvia officinalis L. // The Journal of Supercritical Fluids. 2007. V. 40. №2. P. 239-245.

7. Зильфикаров И.Н., Челомбитько В.А., Алиев А.М. Обработка лекарственного растительного сырья сжиженными газами и сверхкритическими флюидами. Пятигорск, 2007. 244 с.

8. Касьянов Г.И. Технологические основы СО2-обработки растительного сырья. М., 1994. 134 с.

9. Aliev A.M., Stepanov G.V. The visual investigation of solubility of biological active substances // 9th Meeting on Supercritical Fluids. Trieste, Italy, 2004, June, 13-16.

Поступило в редакцию 10 июня 2008 г.

После переработки 1 октября 2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.