CC BY
284
Л. Р. Юмаева, М. А. Сысоева, В. С. Гамаюрова
ИССЛЕДОВАНИЕ ШРОТА ОСТАВШЕГОСЯ ПОСЛЕ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЧАГИ.
I. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ
Ключевые слова: чага, водная вытяжка, спиртовый экстракт, математическое моделирование, полнофакторный эксперимент. chaga, water extraction, alcohol extract, mathematical modeling, full factor experiment.
Проведен поиск оптимальных условий экстракции шрота чаги для более полного извлечения из него биологически активных соединений. Для этого использовали трехфакторный симметричный дробный план на основе латинского параллелепипеда первого порядка Показано, что оптимальным является спиртовый экстракт из шрота чаги полученный с помощью 50% спирта при температуре 85°С, в течении 2 часов. It was organized the searching of the optimum conditions of the extraction chaga residue for more full extraction from it biologically active compounds. Three-factor symmetrical fractional plan was used for this purpose. On the base of the latin first-order parallelepiped it was shown that optimum for alcohol extraction from chaga residue was received by means of 50% alcohol at the temperature 85с, in current 2 hours.
Водные извлечения березового гриба чаги - Inonotus obliguus с древних времен широко используются в народной медицине. На их основе фармацевтическая промышленность выпускает ряд препаратов: Бефунгин, Бинг-Чага, Чаговит-Л, спиртовые настойки чаги, которые используются для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, рака, кожных заболеваний [1].
После экстракции чаги водой остается отход производства - шрот. Как углеводы, так и фенольные вещества могут оставаться в шроте чаги после получения водного извлечения [2, 3]. По этой причине наиболее полное извлечения биологически активных соединений из сырья чаги является перспективной задачей.
Из природного сырья спиртом различной концентрации извлекается сумма действующих веществ, причем 70% этиловый спирт лучше экстрагирует фенольные вещества, а 40% этиловый спирт - углеводы и гликозидные соединения [4, 5].
Углеводы в водных извлечениях чаги представлены в основном полисахаридами, причем теми которые синтезирует сам гриб чага. Было показано, что они проявляют противораковую и гипоглекимическую активность [6, 7].
Фенольные соединения широко представлены в чаге, особенно флавоноиды: гос-сипетин, робинетин, мирицитин, робинин, нарингенин, кверцитрин. Они обладают кар-диотоническими, гипоадемическими, противовоспалительными, ранозаживляющими, противоязвеными свойствами, так же способны воздействовать на состав крови [8].
Целью данной работы является поиск оптимальных условий для более полного извлечения биологически активных соединений из сырья чаги с применением математического моделирования. Для этого проведено планироване эксперимента с использованием метода латинских параллелепипедов первого порядка. В качестве факторов для оптимизации выбраны суммарное количество фенольных соединений и углеводов, количество сухого остатка и зольных элементов извлекаемых из шрота.
Результаты и обсуждение
С целью выбора научно-обоснованной концентрации экстрагента (этилового спирта), и оптимизации процесса экстрагирования (время и температура), уменьшения ко-
227
личества экспериментов и ошибок был использован метод математического планирования эксперимента — латинские параллелепипеды. Метод латинских параллелепипедов очень перспективно использовать в фармацевтических исследованиях, так как он позволяет изменять факторы на разном числе уровней. Для сокращения количества опытов использован трехфакторный симметричный дробный план на основе латинского параллелепипеда первого порядка [14]. При этом были выбраны следующие факторы, влияющие на процесс экстракции: А - концентрация экстрагента, %; В -время экстракции (1-1 ч,2-2 ч,3-3 ч); С - температура (1-30°С, 2-60°С, 3- 85°С). Критериями оптимизации были выбраны содержание: у1 - сухих веществ, г; у2 - фенольных веществ, мг/мл; уз -суммы углеводов, мг/мл.
Экспериментально проанализированы три спиртовых экстракта по вышепредло-женным параметрам. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Содержание экстрактивных активных веществ в спиртовых экстрактах шрота чаги
Концентрация спиртового экстракта Содержание сухих веществ, г* Содержание зольных веществ, г* Суммарное содержание углеводов, мг/мл Суммарное содержание фенольных веществ, мг/мл
30% 0,03110 0,00210 0,12492 0,350
50% 0,03646 0,00140 0,10800 0,600
70% 0,03232 0,00150 0,12240 0,223
Примечание *по отношению к сухому весу гриба
Для более полного анализа возможных результатов, в пакете планирование эксперимента программы 81ай8йса 6.0 были смоделированы значения экстрактов с содержанием спирта от 10% до 90% включительно (табл. 2).
Таблица 2 - Трехфакторный симметричный дробный план на основании латинского параллелепипеда первого порядка
Концентрация спирта А В С Номер испытания
Уі У2 Уз 1_
10% 1 1 1 0,03207 0,1266 0,5133 1
20% 1 2 2 0,03267 0,1249 0,4833 2
30% 1 3 3 0,03110 0,1249 0,3500 2
40% 2 1 2 0,03296 0,1214 0,4233 3
50% 2 2 3 0,03646 0,1280 0,6000 4
60% 2 3 1 0,03356 0,1179 0,3633 3
70% 3 1 3 0,03232 0,1224 0,2230 2
80% 3 2 1 0,03417 0,1144 0,3033 2
90% 3 3 2 0,03447 0,11266 0,2733 2
Для оптимизации процесса получения спиртового экстракта шрота чаги были составлены матрица планирования эксперимента и таблица предпочтения (табл. 2) для выявления лидера (Ь). Согласно этой характеристике (Ь) наилучшие результаты показал образец с пользованием 50% спирта. С помощью математического моделирования нами было выявлено, что 40 и 60% экстракты, хотя и близки по содержанию сухих веществ (У1 ), не являются оптимальными по содержанию фенольных соединений и углеводов (У2 и Уз).
На рисунках 1 и 2 полученные данные представлены в графическом виде, где наиболее наглядно демонстрируется изменение параметров от концентрации спирта в экстрагенте и показывают преимущества применения 50% спиртового раствора. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с данными экспериментальных исследований, приведенных в табл. 1.
Рис. 1 - Зависимость выхода фенольных веществ и углеводов в спиртовых экстрактах от концентрации спирта
Проанализировано влияние температуры и времени экстракции на выбранные параметры.
Как показано на рисунках 3 и 4 температура и время проведения процесса не существенно влияют на содержание в экстрактах сухого остатка и зольности.
Полученные данные подвергались дисперсионному анализу, результаты которого приведены в таблице 3. Однородность дисперсии проверяли с помощью критерия Фишера [15]. При сравнении полученных дисперсионных отношений, приведенных в таблице 3 с табличными значениями критерия Фишера выявлено, что Р экс > Р табл На полноту процесса извлечения биологически активных веществ из шрота чаги, не существенного влияют время и температура поведения экстракции.
Подогнанная поверхность; Перемен.: Концентрация спирта,% 4 факторы, 1 Блоки; Остаточн.88=,0000853 ЗП: Концентрация спирта,%
I I 100
I I 80
I I 60
I I 40
I I 20
□ 0
I I -20
Рис. 2 - Зависимость выхода экстрактивных веществ в спиртовых экстрактах от концентрации спирта
Рис. 3 - Зависимость выхода экстрактивных веществ в спиртовых экстрактах от температуры процесса
Рис 4 -Зависимость выхода экстрактивных веществ в спиртовых экстрактах от времени проведения процесса
Таблица 3 - Дисперсионный анализ экспериментальных данных по получению спиртового экстракта шрота чаги
Качественные Источник Число Сумма Средний Р экс Р табл
показатели дисперсии степеней свободы квадратов квадрат
Фактор А 2 0,06414 0,03207 0,2229 19,3
Фактор В 2 0,06690 0,03345 0,2222 19,3
Содержание су- Фактор С 2 0,06316 0,03158 0,2226 19,3
хих веществ Остаток 2 2,90624 1,45312 - 19,3
Общая сумма 6 0,0011 - - 19,3
Фактор А 2 0,25334 0,12667 0,7179 19,3
Содержание Фактор В 2 0,26916 0,13458 0,1536 19,3
суммы углево- Фактор С 2 0,25174 0,12587 0,1578 19,3
дов Остаток 2 2,2737 1,13685 - 19,3
Общая сумма 6 0,0008 - - 19,3
Фактор А 2 1,0266 0,5133 0,1606 19,3
Содержание фенольных веществ Фактор В Фактор С Остаток 2 2 2 1,2000 0,4600 4,9308 0,6000 0,2230 2,4654 0,1532 0,1533 19.3 19.3 19.3
Общая сумма 6 0,0019 - - 19,3
Использование математического планирования эксперимента позволило подобрать оптимальный режим получения спиртового экстракта шрота чаги, что хорошо согласуется с экспериментально полученными данными. Выбранная нами математическая модель позволила исследовать влияние каждого фактора (время, температура, концентрация экстрагента) или влияние нескольких параметров на изучаемые параметры (выход сухих веществ, фенольных веществ и углеводов). Применение математической модели позволяет избежать ошибок измерений при непосредственном эксперименте, сэкономить время и затраты на проведение эксперимента.
Экспериментальная часть
Спиртовые экстракты шрота получали методом ремацерации [9]. Значения сухого остатка и количества зольных элементов определяли согласно[10,11], содержание фенольных соединений определяли с помощью 4-аминоантипирина [12], количества сахаров с помощью [13]. Для проведения полнофакторного эксперимента и минимизации среднеквадратических ошибок была использована программа 81ай8йса 6.0.
Выводы
1. На полноту процесса извлечения биологически активных веществ из шрота чаги, не существенного влияют время и температура поведения экстракции.
2. Подобран оптимальный способ получения спиртового экстракта шрота чаги полученный с помощью 50% спирта при температуре 85°С, в течении 2 часов.
Литература
1. Якимов, П.А. Общая биологическая и химическая характеристика чаги как исходного сырья для получения лечебных препаратов / П.А. Якимов // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. - Л., 1959. - С. 36-48.
2. Патент 233688.Способы получения спиртового экстракта чаги / Сысоева М.А, Юмаева Л.Р., Гамаюрова В.С., Хабибрахманова В.Р.; заявитель и патентообладатель Казанский государственный технологический университет.- № 2007115936/15 ; заявл. 20.04.07 ; опубл. 27.10.08
3. Патент 2341277.Способы получения спиртового экстракта чаги / Сысоева М.А, Юмаева Л.Р., Гамаюрова В.С., Хабибрахманова В.Р., Будников Г.К., Зиятдинова Г.К.; заявитель и патентообладатель Казанский государственный технологический университет.- № 2007126575/15; заявл. 12.07.07 ; опубл. 20.12.08
4. Муравьева, Д.А. Фармакогнозия / Д.А. Муравьева. - М., 1981. - С.625-627.
5. Гринкевич В.Н. Химический анализ лекарственных растений / В. Н. Гринкевич, Л. Н. Сафро-нич. - М.: Высшая школа, 1983. - 176 с.
6. Antitumor and hypoglycemic activities of polysaccharides from the Sclerotia and Mycelia of Inonotus obliquus (Pers: Fe.) PII. (Aphyllophoromycetideae) Int J Med Mushrooms, 1 pp.301-316, 1999
7. Платонова, Е.Г. Характеристика водорастворимых углеводных комплексов чаги и некоторых других трутовиков / Е. Г. Платонова // Комплексное изучение физиологически активных веществ низших растений: сб. науч. ст. / Наука. - М. - Л., 1961. - С. 63 - 69.
8. Саакян, К.Р. Чага (черный березовый гриб) FUNGUS BETULINUS. Аналитический обзор / К. Р. Саакян, К.Ф. Ващенко, Р. Э. Дармрграй // Провизор. - 1999. - № 2. - С. 14- 16.
9. Сысоева, М.А. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами / М.А. Сысоева [и др.] // Вестник Казан. тех-нол. ун-та. - 2003. - №2. - С.172-179.
10. Государственная фармакопея СССР: Вып.1. Общие методы анализа. 11-е изд., доп. - М., 1987. -336 с.
11. Государственная фармакопея СССР: Вып.2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье. 11-е изд., доп. - М., 1989. - 400с.
12. Гринкевич, В.Н. Химический анализ лекарственных растений / В.Н. Гринкевич, Л.Н. Сафронич. - М.: Высшая школа, 1983. - 176 с.
13. Краснов, Е.А. Выделение и анализ природных биологически активных веществ / Е.А. Краснов, Т.П. Березовская. - Томск: Красное знамя, 1987. - 185 с.
14. Тенцова, А.И. Оптимизация фармацевтической технологии методами планирования эксперимента/ А.И. Тенцова [и др.]. - Запорожье: Высшая школа, 1981. - С. 127-132.
15. Тенцова, А.И. Методические указания к обработке результатов эксперимента по технологии лекарств / А.И. Тенцова [и др.]. - Ташкент: Медицина, 1980. - 69 с.
© Л. Р. Юмаева - асп. каф. промышленной биотехнологии КГТУ М. А. Сысоева - канд. техн. наук, доц. каф. промышленной биотехнологии КГТУ; В. С. Гамаюрова - д-р хим. наук, проф., зав. каф. промышленной биотехнологии КГТУ. E-mail: tkim1@kstu.ru
