CC BY
16
УДК 681.518
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 6. С. 511-516
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЧИСТОТЫ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ,
ЗАГОТАВЛИВАЕМЫХ В ЛЕСАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
А. А. Попов, О. Н. Лопатеева, Ю. А. Ефимова, К. А. Соловьев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
На территории города Красноярска в последние годы резко ухудшилась экологическая ситуация, что негативно отражается не только самочувствии жителей, но и на растениях, поскольку они являются основными поглотителями вредных веществ. Прослеживается динамика накопления поллютантов и биологически активных веществ в лекарственных растениях.
Микробиологическая чистота - важнейший показатель безопасности применения лекарственных растительных сырья и препаратов, получаемых из него. Заражение микроорганизмами возможно, начиная со стадии заготовки, включая сушку, первичную обработку, измельчение и упаковку.
Для города Красноярска и его окрестностей исследовано экологическое состояние лекарственного растительного сырья на примере подорожника большого на предмет загрязнения тяжелыми металлами, пестицидами и радионуклидами, а также установлена взаимосвязь между содержанием поллютантов в почве и растениях. По приведенной в статье схеме исследования, были проведены расчеты по химическому составу, которые позволили дать рекомендации для улучшения контроля качества лекарственного сырья, с целью предотвращения использования в медицинской практике, если показатель выходили за предельные значения.
Рассматривается процесс проведения контроля качества и экологической чистоты лекарственных растений с помощью автоматизированной информационной системы. Проведена оценка качества сырья подорожника большого, на основе исследуемых данных. Представлено разработанное десктопное приложение на языке программирования C#, проведено тестирование с привлечением конечных пользователей.
Ключевые слова: язык программирования, автоматизированная информационная система, контроль качества, экологическая чистота, десктопное приложение, конечный пользователь.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 6, P. 511-516
INFORMATION SYSTEM FOR MONITORING THE QUALITY AND SUSTAINABILITY OF MEDICINAL PLANTS, HARVESTED IN THE FORESTS OF THE KRASNOYARSK REGION
A. A. Popov, O. N. Lapaeva, A. Yu. Efimov, K. A. Solov'ev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
On the territory of the city of Krasnoyarsk in recent years, the environmental situation has deteriorated sharply, which negatively affects not only the well-being of residents, but also plants, as they are the main sinks of harmful substances. The dynamics of accumulation of pollutants and biologically active substances in medicinal plants is traced.
Microbiological purity - the most important indicator of safety of application of medicinal plant raw materials and the preparations received from it. Infection with microorganisms is possible starting from the stage of preparation, including drying, primary processing, grinding and packaging.
For the city of Krasnoyarsk and its environs, the ecological state of medicinal plant raw materials was studied on the example of plantain large for contamination with heavy metals, pesticides and radionuclides, and the relationship between the content of pollutants in the soil and plants was established. According to the research scheme given in the article, calculations on the chemical composition were carried out, which allowed to give recommendations for improving the quality control of medicinal raw materials, in order to prevent the use in medical practice, if the indicator exceeded the limit values.
This article discusses the process of quality control and ecological purity of medicinal plants using an automated information system. The assessment of quality of raw materials ofplantain of big, on the basis of the investigated data
is carried out. The developed desktop application in C# programming language is presented, testing with involvement of end users is carried out.
Keywords: programming language, automated information system, quality control, environmental cleanliness, desktop application, end user.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы стати пользоваться спросом лекарственные препараты на основе природного сырья.
В развитых странах тенденцию роста интереса к лекарственным препаратам на основе природных компонентов, можно объяснить следующими причинами: меньшая токсичность, минимизация побочных действий и аллергии; мягкость и широта терапевтического действия; возможность более длительного применения фитопрепаратов, особенно для лечения хронических заболеваний, которые являются причиной смерти до 80 % больных; эффективность и незаменимость растительных лекарственных средств, содержащих сердечные гликозиды, стероидные гормоны, цитостатики. Удельный вес фитопрепаратов в некоторых фармакотерапевтических группах отечественных средств достигает 70-80 %.
Основная часть заготовок лекарственного растительного сырья традиционно сосредоточена в самых населенных и промышленно освоенных регионах европейской части России, Сибири и Дальнего Востока. Экосистемы этих территорий имеют высокий уровень загрязненности, что неизбежно проявляется в загрязнении лекарственных растений. Загрязненное лекарственное растительное сырье и фитопрепараты, получаемые из такого сырья, являются источниками поступления ксенобиотиков в организм человека. Эти чужеродные вещества способны приводить к нарушению работы различных органов и систем и менять фармакологическую активность действующих веществ.
По мере развития средств автоматизации и экспериментальных методик, объем данных, генерируемых лабораториями, значительно возрастает день ото дня. Для облегчения расчетов в проведении методик исследования, сбора и хранении результатов исследования необходимо создание инструмента, который в свою очередь позволит ускорить процесс проведения контроля качества и экологической чистоты лекарственных растений. В данной работе проведена оценка качества сырья надземной части подорожника большого (Plantago major L.), заготовленного на территориях, подверженных антропогенному воздействию.
Сырьё отобрано в естественных условиях на четырёх площадках на расстоянии 10, 50, 100, 200 м от дорожного полотна. Для выбора опытных площадок и модельных растений использовали объемные методы, принятые в ботанических исследованиях, что обеспечивает необходимую представительность проб и позволяет получить достоверные результаты.
СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ сырья и экстрактов проводится по схеме, изображенной на рис. 1, составленной на основании
предварительного изучения пригодности отдельных методов исследования.
Экстрактивные вещества
Сырье
Химический состав
экстракция
этиловым спиртом экстракция
различном БОЛОИ
концентрации
+0 %
органо-лептические показатели
хлорофилпы
полифенсльные соединения
витамин Р
элеыентнвш
состав
Cd Fe Mn Pb Sr Cu Mg Zn
70 %
Рис. 1. Схема исследования растительного сырья
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИС
На основе схемы исследования и требований пользователя разработана диаграмма вариантов использования для конечного пользователя ИС.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ
Метод основан на удалении влаги из сырья путем высушивания в бюксе до постоянной массы при температуре (105±2) °С.
Чистый пустой бюкс (вместе с крышкой в открытом виде) высушивают в сушильном шкафу при (105±2) °С до постоянной массы. В бюкс помещают навеску массой около 1 г и высушивают в течение 3 ч. Перед извлечением из сушильного шкафа бюкс закрывают крышкой, а затем помещают в эксикатор и после охлаждения взвешивают.
Время охлаждения должно быть строго постоянным (от 20 до 30 мин). Перед взвешиванием крышку бюкса на короткое время приоткрывают, чтобы уровнять давление воздуха. Повторяют сушку по 1 ч (с последующим охлаждением и взвешиванием) до постоянной массы.
Влажность W, %, рассчитывают по формуле
w=m-mi .юс,
m - m
где т - масса пустого бюкса, г; т ¡- масса бюкса навеской после высушивания, г. с навеской до высушивания, г; т2- масса бюкса с
<<extend>>-'-'
Просмотр отчета
-««extend»
Обращение к справочнику с информацией об опыте
Пользователь
о-
Просмотр формы "Отчеты"
^^ Удаление отчета «extend».
Печать отчета
«extend» Ввод данных
Вычисление данных полученных опытным путем
Просмотр формы Определение^ зольности" ^
о"
Просмотр формы "Определение химического состава" ЭДапение данных $ ^
Ввод данных
Формирование отчета
Удаление данных расчетданных
Просмотр формы "Определение «extend» экстрактивных веществ" '"v. 7f Л Ъ «extend»/ '■ \
«ейепа»
Расчетданных
Формирование отчета
...Формирование отчета Вводданных удаление данных Расчетданных
Просмотр формы "Определение влажности"
Ач
«ехЕ&пй» ж
:<ех1епй»\ «ёк1епс1» ^^Формирование отчета
Вводданных ^---^ Удаление данных
Расчетданных
Рис. 2. Диаграмма вариантов использования
Влажность
ml
m2
Расчитатъ результат просушивания
Сформировать отчет
ml гп2 dM W К 3 А
1.23 1.22 0,01 4,32 0.95 10
1.2В 1.18 0,1 3,3 0.91 50
1.27 1.22 0,05 7,22 0.92 50
1.25 1.24 0,01 6,73 0.93 50
1.3 1.23 0,01 6,37 0.91 100
1.52 1.44 0,08 7,21 0.92 200
1 5 1 49 П П1 7?л П 91 7W1 V
< >
Рис. 3. Форма «Определение Влажности»
Во всех последующих анализах для пересчета на абсолютно сухое сырье (а.с.с.) навеску умножают на коэффициент сухости КСух, который рассчитывают по формуле
100 - г (2)
Kcyx -■
100
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ
Метод определения содержания золы основан на сжигании сырья в фарфоровом тигле с последующим прокаливание остатков в муфельной печи.
Пустой фарфоровый тигель прокаливают в муфельной печи при температуре (575±25) °С до постоянной массы. В тигель помещают навеску сырья массой от 2 до 3 г. Сырье должно занимать не более половины объема тигля. Осторожно озоляют пробу на электрической плитке (в вытяжном шкафу) или на краю муфельной печи. Если тигель не вмещает всю
навеску, то ее вносят по частям, осторожно добавляя новую порцию после окончания озоления предыдущей. При озолении нельзя допускать воспламенения сырья во избежание потерь золы. Затем тигель с золой прокаливают в муфельной печи при заданной температуре в течение от 3 до 4 ч (до полного удаления углерода, о чем свидетельствует отсутствие черных частичек). Если зола при этом имеет темный цвет, ее осторожно смачивают несколькими каплями 3%-го раствора перекиси водорода, выпаривают жидкость и вновь прокаливают около 1 ч. Тигель извлекают из муфельной печи щипцами и дают немного остыть, поместив на несгораемую подставку (от 1 до 2 мин), после чего переносят в эксикатор. После охлаждения (от 30 до 40 мин) тигель с золой взвешивают. Прокаливание продолжают по 1 ч до достижения постоянной массы.
Массовую долю золы А, % а.с.с., рассчитывают по формуле
А =-
•100,
ё
(3)
где т 3 - масса тигля с золой, г; т 4 - масса пустого тигля, г; ё - масса абсолютно сухой навески, взятой на анализ, г.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСТРАКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ
Метод основан на извлечении экстрактивных веществ растительного сырья различными растворителями.
Навеску воздушно-сухого сырья массой около 1 г помещают в коническую колбу, приливают 100 мл экстрагента. Колбу присоединяют к обратному холодильнику, нагревают до кипения и при поддержа-
нии слабого кипения жидкости экстрагируют в течение 3 ч.
После окончания экстракции содержимое колбы фильтруют через сухой бумажный фильтр. Отбирают 2 мл фильтрата, переносят в фарфоровую чашку, предварительно доведенную до постоянной массы.
Чашки с экстрактами упаривают досуха, а затем высушивают при температуре 105 °С в сушильном шкафу до постоянной массы.
Массовую долю экстрактивных веществ Х, % а.с.с., рассчитывают по формуле
х = 100,
V • ё
(4)
где ё 1 - масса сухого остатка в чашке, мл; V - объем полученного экстракта, мл; VI - объем экстракта, взятый в чашку, мл.
Зольность
тЗ
Расчитатъ результат прокаливания
Сформировать отчет
т4
тЗ т4 с1М А 5 1
0,27 0,26 0.01 26.2 10
0.2В 0,27 0.01 24.5 50
*
Рис. 4. Форма «Определение зольности»
Рис. 5. Форма «Определение экстрактивных веществ»
Химический состав
Хлорофилл
06-65
0649
У2
Расчитатъ результат экстракции
0665 □649 У2 Са СЬ Хс1 3 I
0.3 0.3 50 2.41 5.46 0,02В 10
0.4 0.4 50 3.2 7.28 0,105 50
0,6 0,5 50 5,34 11,6В 0,290 100
0,9 0.7 50 8,33 17.9 0,340 200 V
< >
Полифенольные соединения
УЗ
У4
Расчитатъ результат экстракции
А В УЗ У4 >3 3 А
16,42 5.В5 150 50 15,32 10
14,42 6,23 150 50 10,71 50
13,53 6,37 150 50 9,83 100
12,67 7.21 150 50 8.77 200 V
< >
Витамин Р
Ар
Расчитатъ результат экстракции
Ар Р 5 л
0.2 1,32 10
0,24 1,57 50
0.3 1,98 100
0,32 2,07 200 V
< >
Сформировать отчет
Рис. 5. Форма «Определение химического состава»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО
СОСТАВА
Принцип определения заключается в экстракции хлорофиллов органическими растворителями, удалении сопутствующих пигментов и калориметрическом определении содержания хлорофиллов в экстракте.
Сырье массой 2 г помещали в ступку, добавляли измельченное стекло и безводный сульфат натрия для нейтрализации выделяющихся органических кислот при измельчении до однородной массы.
Измельченный образец переносили на воронку Бюхнера и экстрагировали небольшими порциями органического растворителя (гексан).
Конец экстракции определяли визуально по обесцвечиванию вытяжек. Полученный экстракт собирали в колбу Бунзена.
После окончания экстракции раствор хлорофиллов переносили в мерную колбу на 50 мл и доводили объем до метки растворителем. Затем определяли на спектрофотометре оптическую плотность полученного экстракта при длинах волн 649 и 665 нм.
Концентрацию пигментов Са, Сб, мг/л, в вытяжках 96 % спирта определяли по формулам
Са = 13,70 • D665 - 5,76 • D649,
C6 = 25,80 • D649 - 7,60 • D665,
(5)
(6)
где Б 665 - оптическая плотность экстракта при длине волны 665 нм; Б 649 - оптическая плотность при длине волны 649 нм.
Содержание хлорофилла Ххл, мг%, в растительном материале определяли по формуле
С •V Ххл = •lOO,
g •lOOO
(7)
Р = -
6,4• Ap • 1OO-1OO 1O • g-1OOO ,
(8)
где 100 - объем воды, добавляемой к сырью для экстракции, мл; 10 - объем экстракта, взятый на анализ, мл; 1000 - перевод в миллиграммы.
Определение суммы полифенольных соединений проводили по общеизвестной методике. К 1 г воз-
душно-сухого сырья добавляли 50 мл 50%-ного этилового спирта и экстрагировали в течении 30 мин. Извлечение вели до истощения сырья, контролируя полноту извлечения.
Полученные вытяжки после отгонки растворителя сгущали, фильтровали, очищали от пигментов и смол.
В экстракте, разбавленном 50%-ным этанолом до 250 мл определяли сумму полифенолов титрометри-чески.
Для этого к 5 мл извлечения добавляли 5 мл инди-госульфокислоты,
150 мл воды и титровали 0,1 н раствором перман-ганата калия до соломенно-желтого цвета. В контрольную пробу вместо 5 мл извлечения добавляли 5 мл 50%-ного спирта.
Количество полифенольных соединений Хф, %, вычисляли по формуле
Xф = (А-В)^°,°°4157 V •lOO,
g V
(9)
где Са (Сб) - концентрация пигмента в вытяжках, мг/л; V2 - объем вытяжки, мл.
Количественное определение витамина Р основано на его способности окисляться перманганатом калия.
В качестве индикатора применяется индигокармин, который вступает в реакцию с перманганатом калия после того, как окисляется весь витамин Р. Экспериментально установлено, что 1 мл 0,1 н раствора пер-манганата калия окисляет 6,4 мкг витамина Р.
К 10 мл экстракта добавляют 10 мл дистиллированной воды и пять капель индигокармина. Титруют 0,1 н раствором перманганата калия до появления устойчивой желтой окраски.
Содержание витамина Р, мг %, рассчитывают по формуле
где А - количество 0,1 н раствора перманганата калия, пошедшее на титрование рабочей пробы, мл; В - количество 0,1 н раствора перманганата калия, пошедшее на титрование контрольной пробы, мл; 0,004157 -коэффициент пересчета на таннин; V3 - общий объем экстракта, мл; V4 - объем экстракта, взятый на титрование, мл.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе было уделено большое внимание различным методам контроля качества и экологической чистоты лекарственных растений. Проведена программная реализация рассмотренных методов.
Разработанная информационная система на языке программирования C# позволяет автоматизировать процесс проведения контроля качества и экологической чистоты лекарственных растений, сформировать отчет по методике исследования, наглядно отобразить зависимость выхода экстрактивных веществ от концентрации спирта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Пахарькова Н. В., Сорокина Г. А., Григорьев Ю. С. Оценка состояния древесных растений в условиях промышленного загрязнения воздуха // Проблемы экологии и развития городов : материалы Всерос. науч.-практ. конф. Красноярск, 2001. С. 116-12O.
2. Албахари Д. C# 6.0. Справочник. Полное описание языка. 6-е изд. М. : Вильяме, 2016. 1040 с.
3. Шилдт Г. Полное руководство С#4.0 [Электронный ресурс]. URL: www.rulit.me/author/shildt-gerbert (дата обращения: 10.06.2018).
4. Емельянова Н. З., Партыка Т. Л., Попов И. И. Проектирование информационных систем : учеб. пособие. М. : Форум, 2013. 432 с.
5. Маклафлин Б. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. СПб. : Питер, 2013. 608 с.
REFERENCES
1. Pakhar'kova N. V., Sorokina G. A., Grigor'yev Yu. S. Otsenka sostoyaniya drevesnykh rasteniy v usloviyakh promyshlennogo zagryazneniya vozdukha // Problemy ekologii i razvitiya gorodov : materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. Krasnoyarsk, 2001, S. 116-120.
2. Albakhari D. C# 6.0. Spravochnik. Polnoye opisaniye yazyka. 6-e izd. Moskva, Vil'yamc, 2016, 1040 c.
3. Shildt G. Polnoye rukovodstvo S#4.0 [Elektronnyy resurs]. URL: www.rulit.me/author/shildt-gerbert (data obrashcheniya: 10.06.2018).
4. Emel'yanova N. Z., Partyka T. L., Popov I. I. Proyektirovaniye informatsionnykh sistem : ucheb. posobiye. Moskva, Forum, 2013, 432 c.
5. Maklaflin B. Ob"yektno-oriyentirovannyy analiz i proyektirovaniye. St-Peterburg, Piter, 2013, 608 c.
© Попов А. А., Лопатеева О. Н., Ефимова Ю. А., Соловьев К. А., 2018
Поступила в редакцию 14.11.2018 Принята к печати 10.12.2018
