CC BY
27
system used consisted of an Agilent 1200 (USA) liquid chromatograph equipped with a diode array detector, an autosampler and a ChemStation system for collecting and processing chromatographic data. 15 and 11 compounds of phenolic nature were found in native extracts from inflorescences and leaves, respectively. Among them, the following substances were identified: chlorogenic and cinnamic acids, quercetin, kaempferol, hyperoside, isoquercitrin, avicularin and astragalin. The chromatographic profiles of leaves and inflorescences were found to be different. Such substances as isoquercitrin, avicularin, kaempferol were discovered in the inflorescences of S. baldshuanica, rather than in its leaves. Compared to the leaves, the concentration of all detected phenolic compounds was higher in the inflorescences under study. The major component in the inflorescences was astragalin (3.16 mg/g), whereas its concentration in the leaves was 5 times lower (0.60 mg/g). Flavonoid aglycones were obtained from the water-ethanol extracts of the leaves and inflorescences under study by acid hydrolysis using hydrochloric acid (1:1). The hydrolysates of extracts from the leaves and inflorescences of S. baldshuanica were found to contain 3 flavonoid aglycones: quercetin, kaempferol and isorhamnetin. By recalculating the concentration of aglycone for the corresponding glycoside, it was determined that quercetin glycosides prevails: 6.67 mg/g - in the inflorescences and 1.19 mg/g -in the leaves. S. baldshuanica differs significantly from other representatives of the Spiraea genus, section Calospira, in terms of the chromatographic profile of phenolic compounds contained in the leaves. This information serves as an additional argument for differentiating S. baldshuanica as a separate series of the Decumbentes group by morphological signs.
Keywords: Spiraea baldshuanica, flavonoids, phenolic acids, high-performance liquid chromatography
Acknowledgments: This work was carried out within the framework of the state assignment of the Central Siberian Botanical Garden of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (project No. AAAA-A21-121011290025-2), as well as with the financial support of a grant of the President of the Russian Federation for young scientists - candidates of sciences (project No. MK-1045.2020.4).
For citation: Kostikova VA, Bobokalonov KA, Kuznetsov AA. Phenolic compounds in the leaves and inflorescences of Spiraea baldshuanica B. Fedtsch. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021 ;11 (1):53-60. (In Russian) https:// doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-53-60
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время актуальным является поиск новых источников биологически активных веществ растительного происхождения. Фенольные соединения - наиболее распространенные вторичные метаболиты растений. Они выполняют жизненно важную роль в структурной целостности растений, УФ-защите, размножении и внутренней регуляции физиологии и передаче сигналов растительных клеток [1, 2]. Благодаря высокой биологической активности растительные полифенолы успешно используются в пищевой и легкой промышленности, а также в медицине и фармакологии в качестве веществ, обладающих капилляроукрепляющей, нейрорегу-ляторной, биостатической, иммуномодулирую-щей и противоопухолевой активностью [2-6].
Spiraea baldshuanica B. Fedtsch. (спирея бальджуанская) - это ветвистый кустарник высотой до 60 см, имеющий обратнояйцевидные листья, его соцветия - рыхлые щитковидные метелки с белыми цветками. Произрастает на скалах и каменистых склонах, на гипсоносных известняках на высоте 1100-2300 м н.у.м. Является эндемом гор Памиро-Алая (Средняя Азия)1.
S. baldshuanica принадлежит к растениям рода Spiraea секции Calospira C. Koch2. Представители этой секции отличаются щитковидными соцветиями. По строению соцветия S. baldshuanica выделяется в секции Calospira в отдельный ряд Decumbentes A. Pojark2 [7]. Состав и содержание фенольных соединений листьев некоторых азиатских представителей данной секции растений рода Spiraea подробно изучен нами ранее [8]. Выявлена видоспецифичность качественного состава фенольных соединений в водно-этанольных экстрактах из листьев S. betulifolia Pall., S. betulifolia subsp. aemiliana (C.K. Schneid.) H. Hara и S. beauverdiana Schneid. Обнаружены хеморасы исследуемых спирей [8].
Представители рода высокодекоративны, образуют множество форм и сортов, широко используются в традиционной медицине и имеют большой ресурсный потенциал. Так, в китайской медицине Spiraea применяются как лекарственные растения с анальгетическими, противо-кашлевыми, жаропонижающими и противовоспалительными свойствами [9]. В целом в растениях из рода Spiraea обнаружен широкий спектр соединений с высокой биологической активностью:
''Лазарева М.С. Род Таволга - Spiraea L. В кн.: Флора Таджикской ССР. Т. IV. Роголистниковые -Розоцветные. Л.: Наука. 1975. С. 291-295.
2Пояркова А.И. Род Спирея - Spiraea L. // Флора СССР. В 30 т. / гл. ред. акад. В.Л. Комаров; ред. тома С.В. Юзепчук. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1939. Т. 9. С. 283-305
флавонолы, флавоны, флаваны, кумарины, каро-тиноиды, монотерпены, терпеноиды, неолигнаны и другие [10-12]. Выявлены разнообразные полезные свойства веществ, выделенных из надземных и подземных органов растений рода Spiraea [11, 13]. Ранее нами обнаружена противовирусная и антиоксидантная активность экстрактов листьев и соцветий отдельных представителей рода Spiraea [14, 15]. Биологически активные вещества, в том числе и фенольные соединения, S. baldshuanica не изучены.
Цель работы - исследование фенольных соединений, содержащихся в листьях и соцветиях S. baldshuanica, методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объектом для исследования фенольных соединений послужили листья и соцветия S. baldshuanica. Материал собран 27 июня 2019 г. в природной популяции в Республике Таджикистан на южном склоне Гиссарского хребта в бассейне реки Варзоб (ущелье Кондара, окрестности Варзобской горно-ботанической станции) на скалах под пологом чернолесья (формация кленов-ники, Acer turkestanicum Pax. В сообществе преобладают Juniperus sibirica Burgsd., Juglans regia L., Prunus sogdiana Vass., Vitis vinifera L., Berberis heterobotrys E. Wolf., Rubus caesius L., Hypericum perforatum L., Origanum tytthanthum Gontsch., Ferula karategina Lipsky ex Korov. и др.). Растения собраны в фазе цветение - начало образования плодов.
Сырье высушивали на воздухе в затененном месте, после чего измельчали до диаметра 2-3 мм, перемешивали и отбирали репрезентативную пробу.
Для изучения фенольных соединений использовали водно-этанольные извлечения (40%-й этиловый спирт) из листьев и соцветий S. baldshuanica, полученные экстракцией на водяной бане. Точную навеску измельченного воздушно-сухого материала экстрагировали дважды: сначала 30 мл - в течение 30 мин, затем 20 мл - в течение 20 мин. После фильтрации остаток в колбе и на фильтре промывали 5 мл 40%-го этилового спирта. После этого объединенный экстракт концентрировали в фарфоровых чашечках до 10-15 мл (точный объем). Анализ проводили в двух повторностях [16].
1 мл водно-этанольного экстракта разбавляли бидистиллированной водой до 5 мл и пропускали через концентрирующий патрон Диапак С16 (ЗАО «БиоХимМак»). Вещества смывали с патрона 3 мл 40%-го водно-этанольного раствора, а затем 2 мл 96%-го этанола. Объединенный элюат пропускали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм.
Анализ фенольных соединений, содержащихся в элюате, проводили на аналитической ВЭЖХ-системе, состоящей из жидкостного хро-
матографа Agilent 1200 (США) с диодно-матричным детектором, автосамплером и системой для сбора и обработки хроматографических данных ChemStation, модифицировав методику Т.А. van Beek [17]. Колонка Zorbax SB-C18, 4,6^150 мм, 5 мкм. Разделение проводили в следующих условиях: градиент от 31 до 33% метанола, подкисленного ортофосфорной кислотой (0,1%), в течение 27 мин. Далее в подвижной фазе содержание метанола в водном растворе отрофосфорной кислоты (0,1%) изменялось от 33 до 46% за 11 мин, затем от 46 до 56% - за следующие 12 мин, и от 56 до 100% - за 4 мин (система I). Скорость потока элюента - 1 мл/мин, температура колонки - 26 °С, объем вводимой пробы - 10 мкл. Детектирование осуществляли при длинах волн А = 254, 270, 290, 340, 360 и 370 нм.
Количественное определение индивидуальных компонентов в образцах растений проводили по методу внешнего стандарта при А = 360 нм [17]. Для приготовления стандартных образцов использовали кофейную и коричную кислоты («Serva», Германия), хлорогеновую и n-кума-ровую кислоты, кверцетин («Sigma-Aldrich», США) эллаговую кислоту, изокверцитрин, рутин, авикулярин, астрагалин и гиперозид («Fluka», Германия). Стандартные растворы готовили в концентрации 10 мкг/мл.
Из-за отсутствия доступных стандартных образцов и сложных условий разделения для определения содержания флавонолгликозидов в экстрактах из листьев и соцветий S. baldshuanica методом ВЭЖХ проводили анализ свободных агликонов. Для этого к 0,5 мл извлечения прибавляли равный объем HCl (2 н), нагревали на кипящей водяной бане в течение 2 ч. После охлаждения гидролизат разбавляли бидистил-лированной водой до 5 мл и пропускали через концентрирующий патрон Диапак. Агликоны смывали 5 мл 96%-го этанола и пропускали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Далее, применив градиентный режим элюирования, хроматографический анализ проводили в системе II: в подвижной фазе содержание метанола в водном растворе ортофосфор-ной кислоты (0,1%) изменялось от 45 до 48% за 18 мин. Детектирование осуществляли при длине волны А = 250, 270, 290, 325, 340, 350, 360, 370 нм. Содержание флавонолгликозидов (отдельно гликозидов кверцетина, кемпферола и изорамнетина) в образцах растений рассчитывали по содержанию свободных агликонов, образующихся после кислотного гидролиза [17]. Для пересчета концентрации агликона на соответствующий гликозид применяли известные из литературных данных коэффициенты: 2,504 -для кверцетина, 2,588 - для кемпферола и 2,437 - для изорамнетина [18].
Относительное стандартное отклонение по-
вторяемости при определении фенольных компонентов составило аготн = 0,011, относительное стандартное отклонение по времени удерживания у метода ВЭЖХ - 0,0018.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Исследование состава фенольных соединений показало, что в водно-этанольных извлечениях из листьев 5. baldshuanica содержится 11, а в соцветиях - 15 соединений (таблица, рисунок).
Характеристика и содержание фенольных соединений, обнаруженных в листьях и соцветиях Spiraea baldshuanica Characteristic and content of the phenolic compounds detected by HPLC in the extracts of Spiraea baldshuanica leaves and inflorescences
Номер соединения Соединение Время удерживания, tR, мин. Спектральная характеристика, Àmax, нм Содержание*, мг/г в пересчете на воздушно-сухое сырье
лист соцветие
Нативные экстракты (система I)
1 Хлорогеновая кислота 3,2 244, 300 пл, 330 0,51±0,02 0,66±0,02
2 Компонент 2 13,0 - н.о. 0,37±0,01
3 Флавонол 15,2 250, 265 пл, 355 0,29±0,01 0,56±0,02
4 5 6 Гиперозид Изокверцитрин Флавон 18,0 19.3 23,8 255, 268 пл.,355 259, 266 пл., 358 250, 340 0,29±0,01 н.о. 0,71±0,03 0,96±0,04 1,23±0,05 1,86±0,07
7 8 Авикулярин Астрагалин 28.4 32.5 260, 270 пл, 360 265, 300 пл., 350 н.о. 0,60±0,02 0,71±0,03 3,16±0,12
9 Фенолокислота 34,2 240, 300 пл., 330 0,34±0,01 1,04±0,04
10 Коричная кислота 35,9 216, 270 0,30±0,01 0,37±0,01
11 Флавонол 37,8 260, 300 пл., 360 0,28±0,01 0,39±0,01
12 Флавонол 38,1 265, 300 пл., 355 0,21±0,01 0,38±0,01
13 14 Кверцетин Фенолокислота 40,6 41,5 255, 372 225, 300 пл, 315 0,22±0,01 0,23±0,01 0,34±0,01 0,29±0,01
15 Кемпферол 46,9 266, 370 н.о. 0,25±0,01
Гидролизаты (система II)
I II II IV Кверцетин Кемпферол Изорамнетин Флавонол 6,6 10,7 12.4 13.5 255, 372 266, 370 265,370 265, 370 1,19±0,04 0,75±0,03 н.о. 0,43±0,02 6,67±0,25 3,53±0,13 0,21±0,01 0,79±0,03
Примечание. * - представлены средние арифметические значения определений и их стандартные отклонения; «-» - вещество не идентифицировано; н.о. - соединение не обнаружено.
Хроматограммы 40%-х водно-этанольных извлечений из листьев и соцветий растений S. baldshuanica при 360 нм в системе растворителей I. По оси абсцисс - время удерживания, мин.; по оси ординат - сигнал детектора, единица оптической плотности. Номер пика соответствует номеру соединения в таблице
Chromatograms of the 40% water-ethanol extracts from S. baldshuanica leaves and inflorescences in solvent system I (detection at 360 nm). On the X-axis: retention time, min; on the Y-axis: the detector signal, in units of optical density. The peak number corresponds to the ID number of a compound in the Table
На основании УФ-спектров и сопоставления времени удерживания пиков веществ на хрома-тограммах анализируемых образцов с временем удерживания пиков стандартных образцов идентифицированы 2 кислоты - хлорогеновая и коричная, а также 6 флавонолов - кверцетин и его гликозиды (гиперозид, изокверцитрин, авикуля-рин), кемпферол и его гликозид астрагалин. Остальные компоненты не идентифицированы, но в процессе хроматографирования в режиме online были зарегистрированы их УФ-спектры. Неидентифицированные соединения согласно спектральным характеристикам отнесены к фла-вонолам, фенолкарбоновым кислотам и флаво-нам [1, 19].
Сравнительный анализ показал, что хромато-графические профили листьев и соцветий S. baldshuanica отличаются. В соцветиях обнаружены изокверцитрин, авикулярин, кемпферол, соединение № 2, которые отсутствуют в листьях. Основными веществами в экстрактах из листьев S. baldshuanica являются хлорогеновая кислота, астрагалин и флавон (6). Главными компонентами в соцветиях S. baldshuanica, кроме вышеперечисленных соединений, также являются гиперозид, изокверцитрин, авикулярин и фенолокис-лота (9).
В листьях S. baldshuanica содержание флаво-ноидов и фенолкарбоновых кислот низкое, менее 1 мг/г. В соцветиях содержание всех обнаруженных фенольных соединений выше, чем в листьях. Более высокая концентрация в соцветиях изоквер-цитрина (1,23 мг/г), флавона (6) (1,86 мг/г) и фено-локислоты (9) (1,04 мг/г). Мажорный компонент в соцветиях - астрагалин, его содержание составило 3,16 мг/г, что в 5 раз больше, чем в листьях (0,60 мг/г). Астрагалин, гликозид кемпферола, является биологически активным флавоноидом и проявляет разнообразные фармакологические свойства, такие как противовоспалительные, анти-оксидантные, нейропротекторные, кардиозащит-ные, противостеопорозные, противоопухолевые, противоязвенные и противодиабетические [20]. В дальнейшем возможно исследование соцветий S. baldshuanica на проявление всех перечисленных видов активности.
Для анализа содержания флавонолгликозидов по отдельности был проведен кислотный гидролиз водно-этанольных экстрактов листьев и соцветий. В результате хроматографического анализа в системе растворителей II в листьях S. baldshuanica обнаружены три флавонолагликона - кверцетин, кемпферол и изорамнетин, среди которых преобладал кверцетин. Обнаружен также еще один флавонол (IV, tR = 13,5 мин). При пересчете концентрации агликона на соответствующий гликозид выявлено, что концентрация гликозидов кверцети-на в соцветиях составила 6,67 мг/г, кемпферола -3,53 мг/г. В листьях содержание гликозидов квер-
цетина снижено практически в шесть раз, кемпферола - в три раза (см. таблицу). Сумма гликозидов изорамнетина и флавонола (IV) в листьях и соцветиях S. baldshuanica сравнительно невысока - менее 1 мг/г.
Отметим, что в экстрактах из листьев S. baldshuanica соединения фенольной природы представлены в меньшем составе по сравнению с составом в экстрактах из листьев других представителей рода Spiraea секции Calospira. Данные по составу и содержанию в листьях таксонов этой секции представлены в работе [20]. В листьях S. betulifolia, S. beauverdiana и S. betulifolia subsp. aemiliana обнаружено не менее 25 соединений. В листьях спиреи бальджуанской не выявлены многие соединения, в том числе n-кумаровая кислота, таксифолин (дигидрокверцетин), рутин, эллаговая кислота, идентифицированные в листьях других растений рода Spiraea секции Calospira. Содержание гиперозида в листьях S. baldshuanica (0,29 мг/г) сравнимо только с содержанием в листьях S. betulifolia (0,13-1,55 мг/г). В листьях S. beauverdiana (1,03-4,30 мг/г) и S. betulifolia subsp. aemiliana (3,19-9,50 мг/г) концентрация гиперозида выше. Содержание остальных идентифицированных веществ в листьях исследуемых таксонов равнозначна.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Впервые исследованы состав и содержание фенольных соединений в листьях и соцветиях S. baldshuanica методом ВЭЖХ. Обнаружено 15 соединений фенольной природы в нативных экстрактах из листьев и соцветий. Из них идентифицированы хлорогеновая и коричная кислоты, кверцетин, кемпферол, гиперозид, изокверцитрин, авикулярин и астрагалин. Хроматографиче-ские профили листьев и соцветий различаются. В соцветиях S. baldshuanica обнаружены изо-кверцитрин, авикулярин, кемпферол, которые отсутствуют в листьях. Мажорным компонентом в соцветиях является астрагалин (3,16 мг/г), концентрация которого в 5 раз больше, чем в листьях (0,60 мг/г).
В гидролизатах экстрактов из листьев и соцветий S. baldshuanica обнаружено 3 агликона флавонолов - кверцетин, кемпферол и изорам-нетин. Во всех гидролизатах преобладает квер-цетин. Концентрация гликозидов кверцетина в соцветиях составила 6,67 мг/г, в листьях -1,19 мг/г.
По хроматографическому профилю состав фенольных соединений листьев S. baldshuanica сильно отличается от состава экстрактов из листьев других представителей растений рода Spiraea секции Calospira, что является дополнительным подтверждением выделения ее в отдельный ряд Decumbentes по морфологическим признакам.
СПИСОК Л
1. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М.: Наука, 1993. 271 с.
2. Ferreyra M.L.F., Rius S.P., Casati P. Flavo-noids: biosynthesis, biological functions, and biotech-nological applications // Frontiers in Plant Science. 2012. Vol. 3. Article number 222. 15 p. https://doi.org/10.3389/fpls.2012.00222
3. Weinreb O., Amit Т., Youdim M.B.H. The application of proteomics for studying the neurorescue activity of the polyphenol (-)-epigallocatechin-3-gallate // Archives of Biochemistry and Biophysics. 2008. Vol. 476. Issue 2. P. 152-160. https://doi.org/10.1016/j.abb.2008.01.004
4. Antonio A.M., Druse M.J. Antioxidants prevent ethanol-associated apoptosis in fetal rhombence-phalic neurons // Brain Research. 2008. Vol. 1204. P. 16-23. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2008.02.018
5. Bespalov V.G., Alexandrov V.A., Vysochi-na G.I., Kostikova VA, Baranenko D.A. The Inhibiting Activity of Meadowsweet Extract on Neurocar-cinogenesis Induced Transplacentally in Rats by Ethylnitrosourea // Journal of Neuro-Oncology. 2017. Vol. 131. Issue 3. P. 459-467. https://doi.org/10.100 7/s11060-016-2323-6
6. Zengin G., Mocan A., Uysal S., Ceylan R., Crisan G., Aktumsek A. A review of phenolic compounds from medicinal plants and nutraceuticals, and their characterization by different antioxidant assays. In: Lokatelli M., Celia C. (ed.). Analytical Chemistry: Developments, Applications and Challenges in Food Analysis. New-York: NOVA Science Publishers Inc., 2017. P. 77-103.
7. Businsky R., Businska L. The genus Spiraea in cultivation in Bohemia, Moravia and Slovakia // Acta Pruhoniciana. Vol. 72. Pruhonice, 2002. 165 p.
8. Костикова В.А., Кузнецов А.А., Тищенко Э.Д., Файзылхакова А.Н. Хемотаксономическое изучение Spiraea aemiliana в сравнении с близкородственными видами S. betulifolia и S. beauverdiana // Acta Biologica Sibirica. 2019. Т. 5. N 3. С. 15-21. http://doi.org/ 10.14258/abs.v5.i3.6352
9. Teng Y., Yang Q., Yu Z., Zhou G., Sun Q., Jin H., et al. In vitro antimicrobial activity of the leaf essential oil of Spiraea alpina Pall // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2010. Vol. 26. Issue 1. P. 9-14. https://doi.org/10.1007/s11274-009-0134-z
10. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование; Семейства Hydraginaceae - Haloragaceae. Л.: Наука, 1987. 328 c.
11. Kashchenko N.I., Chirikova N.K., Olenni-kov D.N. Acylated flavonoids from Spiraea genus as inhibitors of a-amylase // Russian Journal of Bioor-
ganic Chemistry. 2018. Vol. 44. Issue 7. P. 876-886. https://doi.org/10.1134/S1068162018070051
12. Sun S., Liu Y., Liu X., Zhang S., Wang W., Wang R., et al. Neolignan glycosides from Spiraea salicifolia and their inhibitory activity on pro-inflammatory cytokine interleukin-6 production in lipo-polysaccharide-stimulated RAW 264.7 cells // Natural Product Research. 2019. Vol. 33. Issue 22. P. 32153222. https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1468329
13. Ma Y., Mao X.-Y., Huang L.-J., Fan Y.-M., Gu W., Yan C., et al. Diterpene alkaloids and diter-penes from Spiraea japonica and their anti-Tobacco mosaic virus activity // Fitoterapia 2016. Vol. 109. P. 8-13. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2015.11.019
14. Костикова В.А., Филиппова Е.И., Высочи-на Г.И., Мазуркова Н.А. Противовирусная активность растений рода Spiraea (Rosaceae), произрастающих в азиатской части России // Сохранение разнообразия растительного мира в ботанических садах: традиции, современность, перспективы: материалы Международной конференции, посвященной 70-летию Центрального сибирского ботанического сада (Новосибирск, 1 -8 августа 2016 г.). Новосибирск: Изд-во ЦСБС СО РАН, 2016. С. 156-157.
15. Kostikova V.A., Shaldaeva T.M. The antioxidant activity of the Russian Far East representatives of the genus Spiraea L. (Rosaceae Juss.) // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2016. Vol. 43. Issue 7. P. 790794. https://doi.org/10.1134/S1068162017070081
16. Костикова В.А. Определение оптимальных условий экстракции для исследования состава фенольных соединений Spiraea betulifolia Pall. методом ВЭЖХ // Химия растительного сырья. 2017. N 1. С. 159-162. https://doi.org/10.14258/jcprm.201 7011417
17. Van Beek T.A. Chemical analysis of Ginkgo biloba leaves and extracts // Journal of Chromato-graphy A. 2002. Vol. 967. Issue 1. P. 21-55. https:// doi.org/10.1016/S0021-9673(02)00172-3
18. Van Beek T.A., Montoro P. Chemical analysis and quality control of Ginkgo biloba leaves, extracts, and phytopharmaceuticals // Journal of Chromato-graphy A. 2009. Vol. 1216. Issue 11. P. 2002-2032. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2009.01.013
19. Корулькин Д.Ю., Абилов Ж.А., Музычки-на Р.А., Толстиков Г.А. Природные флавоноиды. Новосибирск: Гео, 2007. 232 с.
20. Riaz A., Rasul A., Hussain G., Zahoor M.K., Jabeen F., Subhani Z., et al. Astragalin: a bioactive phytochemical with potential therapeutic activities // Advances in pharmacological sciences. 2018. Vol. 2018. Article ID 9794625. 15 p. https://doi.org/10.115 5/2018/9794625
REFERENCE
1. Zaprometov MN. Phenolic compounds: distri- 2. Ferreyra MLF, Rius SP, Casati P. Flavonoids: bution, metabolism and functions in plants. Moscow: biosynthesis, biological functions, and biotechnolog-Nauka; 1993. 271 p. (In Russian) ical applications. Frontiers in Plant Science. 2012;3.
Article number 222. 15 p. https://doi.org/10.3389/fp ls.2012.00222
3. Weinreb O, Amit Т, Youdim MBH. The application of proteomics for studying the neurorescue activity of the polyphenol (-)-epigal-locatechin-3-gallate. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2008;476(2):152-160. https://doi.org/10.1016/j.abb. 2008.01.004
4. Antonio AM, Druse MJ. Antioxidants prevent ethanol-associated apoptosis in fetal rhomben-cephalic neurons. Brain Research. 2008;1204;16-23. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2008.02.018
5. Bespalov VG, Alexandrov VA, Vysochina GI, Kostikova VA, Baranenko DA. The Inhibiting Activity of Meadowsweet Extract on Neurocarcinogenesis Induced Transplacentally in Rats by Ethylnitrosourea. Journal of Neuro-Oncology. 2017;131(3):459-467. https://doi.org/10.1007/s11060-016-2323-6
6. Zengin G, Mocan A, Uysal S, Ceylan R, Cri-san G, Aktumsek A. A review of phenolic compounds from medicinal plants and nutraceuticals, and their characterization by different antioxidant assays. In: Lokatelli M, Celia C. (eds.). Analytical Chemistry: Developments, Applications and Challenges in Food Analysis. New-York: NOVA Science Publishers Inc.; 2017. P. 77-103.
7. Businsky R, Businska L. The genus Spiraea in cultivation in Bohemia, Moravia and Slovakia. Acta Pruhoniciana. Vol. 72. Pruhonice, 2002. 165 p.
8. Kostikova VA, Kuznetsov AA, Tishchenko ED, Fayzylkhakova AN. Chemotaxonomic study of Spiraea aemiliana compared to the closely species S. betulifolia and S. beauverdiana. Acta Biologica Sibirica. 2019;5(3):15-21. (In Russian) http://doi.org/ 10.14258/abs.v5.i3.6352
9. Teng Y, Yang Q, Yu Z, Zhou G, Sun Q, Jin H, et al. In vitro antimicrobial activity of the leaf essential oil of Spiraea alpina Pall. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2010;26(1):9-14. https:// doi.org/10.1007/s11274-009-0134-z
10. Plant resources of the USSR: flowering plants, their chemical composition, use. Family Hy-draginaceae - Haloragaceae. Leningrad: Nauka; 1987. 1987. 328p. (In Russian)
11. Kashchenko NI, Chirikova NK, Olennikov DN. Acylated flavonoids from Spiraea genus as inhibitors of a-amylase. Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2018;44(7):876-886. https://doi.org/ 10.1134/S1068162018070051
12. Sun S, Liu Y, Liu X, Zhang S, Wang W, Wang R, et al. Neolignan glycosides from Spiraea salicifolia and their inhibitory activity on proinfla-matory cytokine interleukin-6 production in lipopoly-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Костикова Вера Андреевна,
к.б.н., старший научный сотрудник, Центральный сибирский ботанический сад СО РАН,
saccharide-stimulated RAW 264.7 cells. Natural Product Research. 2019;33(22):3215-3222. https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1468329
13. Ma Y, Mao X-Y, Huang L-J, Fan Y-M, Gu W, Yan C, et al. Diterpene alkaloids and diterpenes from Spiraea japonica and their anti-Tobacco mosaic virus activity. Fitoterapia. 2016;109:8-13. https://doi.org/1 0.1016/j.fitote.2015.11.019
14. Kostikova VA, Filippova EI, Vysochina GI, Mazurkova NA. Antiviral activity of plants of the genus Spiraea (Rosaceae), growing in the Asian part of Russia. Materialy Mezhdunarodnoi konferentsii, posvyashchennoi 70-letiyu Tsentral'nogo sibirskogo botanicheskogo sada "Sokhranenie raznoobraziya rastitel'nogo mira v botanicheskikh sadakh: traditsii, sovremennost', perspektivy" = Conservation of Plant Diversity in Botanical Gardens: Traditions, Current Situation and Future: Proceedings of the International Conference dedicated to the 70-th Anniversary of Central Siberian Botanical Garden. 1-8 August, Novosibirsk. Novosibirsk: Izdatel'stvo Tsentral'nogo sibirskogo botanicheskogo sada; 2016, p. 156-157. (In Russian)
15. Kostikova VA, Shaldaeva TM. The antioxidant activity of the Russian Far East representatives of the genus Spiraea L. (Rosaceae Juss.). Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2016;43(7):790-794. https:// doi.org/10.1134/S1068162017070081
16. Kostikova V.A. Determination of optimum conditions of extraction for investigation of composition of phenolic compounds Spiraea betulifolia Pall. by HPLC method. Khimija rastitel'nogo syrja = Chemistry of plant raw material. 2017;1:159-162. (In Russian) https://doi.org/10.14258/jcprm.2017011417
17. Van Beek TA. Chemical analysis of Ginkgo biloba leaves and extracts. Journal of Chromatography A. 2002;967(1):21-55. https://doi.org/10.10 16/S0021-9673(02)00172-3
18. Van Beek TA, Montoro P. Chemical analysis and quality control of Ginkgo biloba leaves, extracts, and phytopharmaceuticals. Journal of Chromato-graphy A. 2009;1216(11):2002-2032. https://doi.org/ 10.1016/j.chroma.2009.01.013
19. Korul'kin DYu, Abilov ZhA, Muzychkina RA, Tolstikov GA. Natural flavonoids. Novosibirsk: Geo: 2007. 232 p. (In Russian)
20. Riaz A, Rasul A, Hussain G, Zahoor MK, Jabeen F, Subhani Z, et al. Astragalin: a bioactive phytochemical with potential therapeutic activities. Advances in pharmacological sciences. 2018;2018. Article ID 9794625. 15 p. https://doi.org/10.1155/ 2018/9794625
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Vera A. Kostikova,
Cand. Sci. (Biology), Senior Scientist, Central Siberian Botanical Garden SB RAS, 101, Zolotodolinskaya St., Novosibirsk, 630090,
630090, г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101, Российская Федерация; старший научный сотрудник, Национальный исследовательский Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр-т Ленина, 36, Российская Федерация, И e-mail: serebryakova-va@yandex.ru
Бобокалонов Кобилджон Азаматович,
научный сотрудник,
Институт ботаники, физиологии и генетики
растений Академии наук
Республики Таджикистан,
734017, г. Душанбе-17, ул. Карамова, 27,
РеспубликаТаджикистан,
e-mail: kobil_5@bk.ru
Кузнецов Александр Александрович,
заведующий лабораторией структурного и молекулярного анализа растений, Национальный исследовательский Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр-т Ленина, 36, Российская Федерация, e-mail: ys.tsu@mail.ru
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Поступила в редакцию 23.09.2020. Одобрена после рецензирования 23.12.2020. Принята к публикации 28.02.2021.
Russian Federation; Senior Scientist,
National Research Tomsk State University, 36, Lenin Ave., Tomsk, , 634050, Russian Federation, El e-mail: serebryakova-va@yandex.ru
Kobil А. Bobokalonov,
Researcher,
Institute of Botany, Plant Physiology
and Genetics of the Academy of Sciences
of the Republic of Tajikistan,
27, Karamova St.,
Dushanbe, 734017,
Tajikistan,
e-mail: kobil_5@bk.ru
Aleksandr A. Kuznetsov,
Head of the Laboratory of Structural and Molecular Analysis of Plants, National Research Tomsk State University, 36, Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russian Federation, e-mail: ys.tsu@mail.ru
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
Conflict interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
The article was submitted 23.09.2020. Approved after reviewing 23.12.2020. Accepted for publication 28.02.2021.
Оригинальная статья / Original article УДК 628.355
DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021 -11 -1 -61 -68
Очистка сточных вод в биореакторе с переменным количеством носителей иммобилизованного ила
© В.Н. Кульков, Е.Ю. Солопанов
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация
Резюме: Применение для очистки сточных вод микроорганизмов, прикрепленных к инертной синтетической загрузке, позволяет увеличить окислительную способность аэротенка-биореактора. Изучена зависимость концентрации свободно плавающего ила от удельной длины инертной загрузки носителя иммобилизованного ила. Эксперимент проведен на физической модели биореактора, представляющей собой поперечный вертикальный разрез промышленного аэротенка -биореактора. Концентрация свободно плавающего ила контролировалась по методу светопро-пускания с использованием люксметра. Найдено уравнение для математического выражения зависимости концентрации свободно плавающего ила от количества удельных погонных метров ершовой загрузки, размещенной в биореакторе. Полученная формула позволяет рассчитать концентрацию свободно плавающего ила при заданной длине носителей иммобилизованного ила. Определена масса иммобилизованного ила на погонном метре ершовой загрузки в зависимости от удельного количества ершей в биореакторе. Показано изменение массы иммобилизованного ила на загрузке от количества ершей и их расположения в поперечном вертикальном сечении биореактора. Установка блоков биологической загрузки в центральном пространстве биореактора по его длине способствует увеличению дозы иммобилизованного ила по сравнению с их установкой по ширине аэротенка. Найдено, что эффективность воздушной среднепузырчатой регенерации иммобилизованного ила не зависит от удельной длины ершовой загрузки: уменьшение удельной длины загрузки с -60 до -10 пог. м/м во всех опытах соответствовало ~93% эффективности регенерации. Увеличение суммарной дозы свободно плавающего и иммобилизованного ила позволяет интенсифицировать процесс очистки стоков.
Ключевые слова: свободно плавающий ил, иммобилизованный ил, ершовая загрузка, физическая модель биореактора, воздушная регенерация
Для цитирования: Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю. Очистка сточных вод в биореакторе с переменным количеством носителей иммобилизованного ила. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 1. С. 61-68. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-61-68
Wastewater treatment in a bioreactor with a variable number of immobilized sludge carriers
Victor N. Kulkov, Evgeny Yu. Solopanov
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russian Federation
Abstract: The use of microorganisms attached to inert synthetic substrates in wastewater treatment increases the oxidative capacity of a bioreactor. In this article, the dependence of the concentration of freely floating sludge on the specific length of a inert biological module carrying immobilized sludge was studied. Experiments were carried out in a physical bioreactor model presenting a transverse vertical section of an industrial bioreactor aerotank. The concentration of freely floating sludge was controlled by the method of light transmission using a lux meter. A mathematical expression was obtained for calculating the dependence between the concentration of freely floating sludge and the number of specific meters of brush filtering modules placed in a bioreactor. This expression gives the concentration of freely floating sludge at a given length of immobilized sludge carriers. The mass of immobilized sludge along the running metre of a brush-filtering module was determined, depending on the specific number of brushes in a bioreactor. It was shown that the mass of the immobilized sludge on a biological module depends on the number of brushes and their location in the cross vertical section of a bioreactor. The installation of biological modules in the central space of the bioreactor along its length increases the amount of immobilized sludge compared to their installation along the width of the aerotank. It was found that the efficiency of air medium-bubble regeneration of immobilized sludge does not depend on the specific length of brush filtering modules: the reduction in the specific length from -60 to -10 run.m/m in all the experiments corresponded to 93% regeneration efficien-
