CC BY
152
УДК 615.015.14.322:633.791
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС ЭКСТРАГИРОВАНИЯ
СОПЛОДИЙ ХМЕЛЯ ОБЫКНОВЕННОГО
Исследованы основные параметры экстрагирования сопло-дий хмеля обыкновенного. При определении вида экстрагента, степени измельчения, вре-мени настаивания и модуля экстракции основными критериями были сумма флавоноидов и сумма ацилфлороглюцидов в извлече-ниях. Предложен способ экстрагирования и вид экстрагента. Ключевые слова: соплодия хмеля обыкновенного, факторы экстрагирования, сумма флавоноидов, сумма ацилфлороглюци-дов, бисмацерация, перколяция, реперколяция.
В основе технологии получения всех фитопрепаратов находится процесс экстрагирования суммы биологически активных веществ (БАВ) из растительного сырья. Соплодия хмеля обыкновенного Нити1ш 1ири1ш сем. Коноплевые - СапаЬеасеае широко используются в пищевой промышленности (пивоваренной, хлебопекарной и др.), в парфюмерно-косметической отрасли. Кроме того шишки хмеля в нативном и переработанном виде, благодаря богатому комплексу содержащихся в них БАВ (эфир-ные масла, горькие гликозиды, фитогормоны, органические кислоты, флавоноиды (кверцетин, рутин, мирицетин, кемпферол и др.), витамины группы В, РР, С, Н, токоферол, аминокислоты, кумарины, дубильные вещества, пектиновые вещества, алкалоиды и др.), нашли применение в медицине. Препараты хмеля оказывают седатив-ное, нейротропное, противовоспалительное, противоязвенное, капилляроукрепляю-щее, антиоксидантное, болеутоляющее, снотворное действие [3, 4]. Безусловный инте-рес представляет изучение сырья соплодий хмеля, произрастающего на территории Республики Башкортостан, и извлечений из него на содержание суммы флавоноидов и производных ацилфлороглюцидов, которые были выбраны основными критериями для исследования факторов экстрагирования. Фенольные соединения шишек хмеля представлены флавоноидами, антоциан динами, катехинами и фенолкарбоновыми кислотами. Флавоноиды хмеля относятся к разным химическим группам - флавонам, изофлавонам, флавонолам, флаванолам, флавононам, халконам, антоцианидинам. Общее содержание флавоноидов в хмеле разного происхождения колеблется (в пересчете на рутин) не менее 0,3% (в зависимо-сти от массы абсолютно сухого вещества) [6]. Горечи хмеля, относящиеся к полипетидам ацилфлорглюцинового типа, - смесь кислых и смолистых веществ. Они имеют алициклическое строение и являются производными флорглюцина. Содержание суммы производных ацилфлороглюцидов (в пересчете на гумулон, лупулон, гулупон) составляет не менее 10,0% [6]. Материалы и методы исследования. В качестве лекарственного растительного сырья использованы соплодия хмеля обыкновенного, произрастающего на территории Благовещенского района Республики Башкортостан. Сырье было собрано и высушено в соответствии с требованиями ГФ. Как возможные экстрагенты нами были использованы вода очищенная, спирт эти-ловый концентрации 40, 50, 70, 90%, а также водно-спиртовые растворы в сочетании с растворами поверхностно-активных веществ додецилсульфата натрия и твина-8о.
При определении основных параметров экстрагирования (вид экстрагента, степень измельчения, время настаивания, модуль экстракции, способ экстрагирования) качество полученных извлечений из сырья хмеля обыкновенного оценивали по критерию - количественное содержание суммы флавоноидов (по ранее разработанной нами методике) и суммы ацилфлороглюцидов (АФГ) [5,6 ]. Методика количественного определения суммы флавоноидов в извлечениях. 1 мл извлечения соплодий хмеля помещали в мерную колбу вместимостью 25 мл, прибавляли 10 мл 8% раствора алюминия хлорида в 95% спирте этиловом и 0,1 мл кислоты уксусной разведенной. Объем раствора доводили тем же спиртом до метки и оставляли на 30 минут. Оптическую плотность раствора измеряли на спектрофотометре
Г.В. АЮПОВА Г.М. ЛАТЫПОВА Е.Д. БАТЫРОВА
Д.Ф. ГАЛИМОВА Башкирский государственный медицинский университет e-mail: [email protected]
при длине вол-ны 408 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм. В качестве раствора сравнения использовали раствор, состоящий из 1 мл извле-чения и 0,1 мл кислоты уксусной разведенной, доведенный 70% спиртом этиловым до метки в мерной колбе вместимостью 25 мл. Параллельно измеряли оптическую плотность раствора ГСО рутина, приготовленного аналогично испытуемому раствору. Для приготовления указанного раствора брали 1 мл раствора стандартного образца рутина. Содержание суммы флавоноидов в процентах (Х) в пересчете на рутин и абсо-лютно сухое сырье вычисляется по формуле (Х):
D • то • 1 • 100 • 100 • 100
Х =----------------------------------,
Do • m • 2 • 100 • (100 - W) где D - оптическая плотность испытуемого раствора; Do -оптическая плотность раствора стандартного образца (ГСО) рутина; m - масса сырья, г; то - масса ГСО рутина, г; W - потеря в массе при высушивании сырья, %. Приготовление 8% раствора алюминия хлорида в спирте. 8 г алюминия хлорида растворяют в 100 мл 95% спирта и тщательно перемешивают. Раствор хранят при комнатной температуре в течение 1 месяца в колбе со шлифом. Приготовление раствора стандартного образца рутина. Около 0,05 г (точная на-веска) стандартного образца ГСО рутина (ФС 42-2508-87), в пересчете на сухое вещест-во (определение влаги проводили по методу Фишера), помещали в мерную колбу вме-стимостью 100 мл, прибавляли 85 мл 70% спирта этилового при нагревании на водя-ной бане до полного растворения. Затем охлаждали, объем раствора доводили до мет-ки тем же спиртом ,и раствор перемешивали. Количественное определение суммы ацилфлороглюцидов (лупулон, гумулон, гулупон и др.) в полученных извлечениях проводили следующим образом: 1 мл извле-чения помещали в колбу вместимостью 250 мл, растворяли в 100 мл 95% спирта эти-лового, предварительно нейтрализованного по фенолфталеину, и титровали 0,05м водно-спиртовым раствором калия гидроокиси до появления неисчезающей красной окраски. Содержание суммы АФГ (Х) в процентах вычисляли по формуле: V • 0,02 • 100 •К Х =--------------------------,
1 где V - объем 0,05м раствора калия гидроокиси, пошедшего на титрование, мл; 0,02 -количество ацилфлороглюцидов (лупулон, гумулон, гулупон и др.- сред-нее значение), соответствующее 1 мл 0,05м раствора калия гидроокиси, г; 1 - объем препарата, взятый для анализа, мл; К - поправочный коэффициент к титру 0,05м раствора калия гидроокиси. Результаты и их обсуждение. Одним из важнейших факторов экстракции, влияющих на скорость и полноту извлечения действующих веществ, является подбор оптимального экстрагента [1, 2]. Ранее нами были определены технологические характеристики исследуемых образцов соплодий хмеля обыкновенного (табл. 1), необходимых для выбора опти-мального метода экстрагирования, расчета количества сырья и экстрагента.
Таблица 1 Технологические характеристики соплодий хмеля обыкновенного
№ п/п Показатель Значение
1 Фракционный состав
d < 0,5 76,00
0,5 < d < 1 4,70
1 < d < 2 18,90
2 < d < 3 14,20
3 < d < 4,25 8,60
4,25 < d < 5 18,70
5 < d < 5,5 6,10
2 Насыпная масса (Н^), г/смз 0,04
3 Угол естественного откоса (ф),о 47
4 Степень набухания в воде 3,9
5 Степень набухания в этаноле 70о 3,85
6 Коэффициент поглощения воды 4,85±0,11
7 Коэффициент поглощения этанола 70о 3,85±0,28
Комплекс биологически активных веществ соплодий хмеля обыкновенного представлен в основном полифенольными соединениями и органическими кислотами, поэтому необходимо было выбрать экстрагент, который максимально полно растворял и извлекал обе группы веществ. Известно, что для суммы флавоноидов, как и для органических кислот, одним из оптимальных растворителей является этиловый спирт. Однако для группы флаво-ноидов, имеющих более трех гликозидных остатков, наилучшим экстрагентом являет-ся вода. Кроме того, согласно некоторым данным [1] при добавлении к экстрагенту по-верхностно-активных веществ увеличивается выход действующих компонентов. В ре-зультате анализа литературных данных нами были выбраны в качестве экстрагента вода очищенная, спирт этиловый различной концентрации (40, 50, 70, 90%), а также водно-спиртовые растворы поверхностно-активных веществ. Составы экстрагентов приведены в табл. 2.
Таблица 2 Составы экстрагентов, используемые в эксперименте
Номер со-става Состав экстрагента Внешний вид извлечения соплодий хмеля
№1 Вода очищенная Желто-коричневая мутная жидкость, при отстаивании появляется значительный осадок
№2 40% этанол Темная красно-оранжевая мутная жидкость, после от-стаивания становится прозрачной, появляется осадок
№3 50% этанол Темная оранжевая опалесцирующая жидкость, при от-стаивании появляется осадок
№4 70% этанол Темная, насыщенная, желто-зеленая опалесцирующая жидкость, при отстаивании дает небольшой осадок
№5 90% этанол Темная, насыщенная, желто-коричневая мутная жид-кость, при отстаивании незначительный осадок
№6 40% этанол+0,5% раствор до-децилсульфата натрия Темная красно-оранжевая мутная жидкость
№7 70% этанол+0,5% раствор до-децилсульфата натрия Темная, насыщенная, желто-зеленая мутная жидкость
№8 40% этанол+0,5% раствор твин-80 Темная красно-оранжевая мутная жидкость, после от-стаивания не становится прозрачной, пенится при не-большом взбалтывании
№9 70% этанол+0,5% раствор твин-80 Темная, насыщенная, желто-зеленая мутная жидкость, после отстаивания мутность не исчезает, пенится при небольшом взбалтывании
Экстрагирование соплодий хмеля обыкновенного различными экстрагентами проводили из навесок одной и той же серии сырья, при одинаковых условиях, соотно- шение сырье-экстрагент 1:10. Параметрами определения эффективности экстракции служили выход суммы флавоноидов, который определялся методом спектрофотометрии, и выход суммы ацилфлороглюцидов, количественное определение которых проводилось титриметри- ческим методом. Полученные данные представлены на рис. 1 и 2.
Полученные данные свидетельствуют, что в извлечениях из соплодий хмеля максимальное содержание суммы флавоноидов и суммы АФГ достигается при экстра- гировании 70% этанолом. Использование растворов поверхностно-активных веществ не обеспечивает бо- лее высокую степень извлечения действующих компонентов, но ухудшает качество из- влечений (появляется мутность растворов, наблюдается повышенное пенообразование в случае использования твина-80), поэтому в дальнейших исследованиях эти составы нами в качестве экстрагентов не рассматривались. Немаловажное значение для процесса экстрагирования имеет степень измельчения сырья, от которого будет зависеть площадь поверхности соприкосновения фаз и процесс массопереноса биологически активных веществ. При очень сильном измель- чении наблюдается увеличение количества балластных веществ в вытяжке, ее помут- нение, что значительно увеличивает количество и длительность технологических опе- раций для получения извлечений надлежащего качества [1, 2]. Оптимальный размер частиц для процесса экстрагирования сырья хмеля обык- новенного определяли по количественному содержанию суммы флавоноидов и суммы АФГ в извлечениях, полученных путем экстракции сырья 70% этанолом с размером частиц, проходящих через сито диаметром 1, 2, 3, 4, 5 и 6 мм. Результаты исследования приведены в табл. 3.
Таблица 3 Влияние степени измельчения сырья хмеля обыкновенного на выход суммы флавоноидов, в
пересчете на рутин (в %), и суммы АФГ в извлечениях
Номера сит Степень измельчения, мм Выход суммы флавоноидов(по рутину) Выход суммы АФГ
№ 1 < 1 0,03±0,126 1б,8±0,427
№ 2 1-2 0,79±0,117 1б,5±0.495
№ 3 2-3 1,б1±0,122 14,3±О,552
№ 4 3 4 1,40±0,110 13,0±0,541
№ 5 4-5 1,22±0,112 11,3±0,539
№ 6 5-6 0,54±0120 10,7±0,523
Максимальное содержание суммы флавоноидов по рутину в соплодиях хмеля обыкновенного было выявлено в извлечениях из сырья с размером частиц 2-5 мм, а сум- мы АФГ - в извлечениях из соплодий с размером частиц 1-2 мм и менее. Это связано с тем, что основное содержание горьких кислот в соплодиях хмеля сконцентрировано в их же- лезках, имеющих размер 0,5-1 мм. При просеивании наибольшее количество железок об- наруживается в самой мелкой фракции сырья. В связи с этим, с целью получения макси- мального выхода всех действующих веществ, для экстрагирования соплодий хмеля обык- новенного нами было выбрано сырье с размером частиц 4 мм и менее. Дальнейшие исследования были направлены на определение времени наступ- ления динамического равновесия системы. Необоснованное увеличение времени экст- рагирования приводит к излишним энерго- и трудозатратам, способствует переходу в вытяжку излишних количеств балластных веществ. Определение проводили в течение 30 часов, забор проб производили через 3, 6, 9, 12, 18, 24 и 30 часов. В полученных об- разцах определяли количественное содержание суммы флавоноидов по рутину и сум- мы АФГ. Результаты исследования представлены на рис. 3 и 4.
Из результатов, представленных на рис. 3 и 4, видно, что при экстрагировании соплодий время наступления равновесия в системе наступает в промежутке 18-24 часа. Дальнейшее экстрагирование нецелесообразно. Из возможных способов экстрагирования сырья хмеля обыкновенного нами были выбраны методы бисмацерации, перколяции и реперколяции.
Бисмацерацию проводили в два этапа: на первом этапе сырье заливали семью частями экстрагента, настаивали в течение 10 часов при периодическом помешивании, полученную вытяжку сливали, а отжатое сырье заливали оставшимися тремя частями экстрагента. Общее время настаивания составляло 14 часов. По истечении времени на-стаивания сырье отжимали, вытяжки объединяли, отстаивали 3 суток в холодильнике для осаждения балластных веществ и фильтровали. При данном методе во всех вы-тяжках наблюдался значительный осадок, практически полностью удаляемый фильт-рованием. Для проведения перколяции навеску сырья хмеля замачивали в небольшом ко-личестве экстрагента на 30 минут, набухшее сырье забивали в перколятор, заливали частью экстрагента «до зеркала» и настаивали в течение 24 часов. По истечении вре-мени перколировали с рассчитанной скоростью оставшимся количеством экстрагента. Полученные перколяты отстаивали в холодильнике, фильтровали. Процесс реперколяции проводили с завершенным циклом, используя батарею из трех перколяторов. Навеску сырья делили на три равные части, первую часть зама-чивали, заливали «до зеркала», настаивали в течение 24 часов и перколировали чис-тым экстрагентом; для второй, третьей части сырья экстрагентом служила вытяжка из предыдущего перколятора по той же схеме. Модуль экстракции для методов бисмацерации был выбран 1:10, 1:5, 1:2, для перколяции 1:10, 1:5, 1:2; для реперколяции - 1:5, 1:2. Результаты проведенных иссле-дований приведены в табл. 4.
Таблица 4 Влияние выбора метода экстрагирования и модуля экстракции на выход суммы флавоноидов (по рутину) и суммы АФГ из соплодий хмеля обыкновенного
№ п/п Метод экстрагирования Модуль экстракции Время экстракции Выход суммы флавоноидов Выход суммы АФГ
1 Бисмацерация 1:10 14 ч 1,40±0,122 16,8±0,591
1:5 14 ч 0,60±0,132 12,4±0,589
1:2 14 ч 1,92±0,095 13,2±0,487
2 Перколяция 1:10 28 ч 1,05±0,129 14,4±0,381
1:5 28 ч 3,38±0,117 13,3±0,425
1:2 28 ч 1,92±0,142 13,2±0,473
3 Реперколяция 1:5 76 ч 1,31±0,134 9,6±0,483
1:2 76 ч 3,17±0,123 13,4±0,618
Выводы. Таким образом, нами были подобраны оптимальные условия экстрагирования для соплодий хмеля обыкновенного, которые представлены в табл. 5.
Таблица 5 Оптимальные параметры экстрагирования соплодий хмеля обыкновенного
Параметры Соплодия хмеля
Метод экстрагирования Перколяция
Модуль экстракции 1:5
Экстрагент Спирт этиловый 70%
Время настаивания 24 ч
Степень измельчения сырья 2-4 мм
Литература
1. Минина ,С.А. Химия и технология фитопрепаратов / С.А. Минина, И.Е. Каухова. - М. : ГЭОТАР-МЕД, 2004. - 5бо с.
2. Настойки, экстракты, эликсиры и их стандартизация / под ред. проф. В.Л. Багиро-вой, проф. В.А. Северцева. - СПб. : СпецЛит, 2001. - 223 с.
3. Годованный, А.А. Хмель и его использование / А.А. Годованный. - Киев, 1990. - 330 с.
4. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использо-вание; семейство Rutaceae-Eleagnaceae. - Л.,1988. - 357 с.
5. ФСП ЛСР - 001907/08 от 18.03.08 «Хмель экстракт сухой». - ООО «Хармс». - М. :Россия. - 6 с.
6. Горошко, О. А. Фармакогностическое исследование соплодий хмеля : автореф. дис. ... канд. фармац. наук. - М., 2005. - 24с.
DETERMINATION OF FACTORS INFLUENCING THE EXTRACTION PROCESS OF HUMULUS LUPULUS COLLECTIVE FRUIT
G.V. AYUPOVA G.M. LATYPOVA E. D. BATYROVA D.F.
GALIMOVA Bashkir State Medical University email: [email protected]
Essential parametres of extracting of Humulus lupulus collective fruit have been studied. The total sum of flavonoids and the sum of acylphlorglucides were the essential criteria on determining the type extractant, the extent of grinding, period of tincture formation and ratio of extraction. The method for extraction and the type of the ex-tractant have been proposed. Key words: Humulus lupulus collective fruit, extraction factors, sum of flavonoids, the sum of acylphlorglucidies, bismasceration, per-colation, repercolation.
