Исследование состава низкомолекулярных биологически активных веществ жмыха ранета пурпурного Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 8 № 2 2018

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ / BRIEF COMMUNICATION Оригинальная статья / Original article УДК 543.544:634.11

http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-2-149-152

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ЖМЫХА РАНЕТА ПУРПУРНОГО

© Н.П. Тигунцева, В.И. Луцкий

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Цель - первичное изучение низкомолекулярных БАВ из жмыха ранета пурпурного. Проведена экстракция жмыха растворителями и суперкритическая флюидная (СКФ) экстракция СО2. Для изучения влияния влажности сырья и добавки модификатора на эффективность СКФ СО2 экстракции использовали высушенный жмых, жмых с естественной влажностью (21,5%) и жмых с естественной влажностью и добавкой спирта. Все экстракты анализировали методом ГХ-МС. Определено относительное содержание в каждом экстракте основных химических классов: алканов, карбоно-вых кислот, сложных эфиров, спиртов, оксосоединений и фенолов.

Ключевые слова: malus purpurea, состав низкомолекулярных БАВ, экстракция растворителями, СКФ экстракция, ГХ-МС.

Формат цитирования. Тигунцева Н.П., Луцкий В.И. Исследование состава низкомолекулярных биологически активных веществ жмыха ранета пурпурного // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8, N 2. C. 149-152. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-2-149-152

INVESTIGATION OF THE COMPOSITION OF LOW-MOLECULAR BIOLOGICALLY-ACTIVE SUBSTANCES IN THE RANET PURPLE APPLE POMACE

© N.P. Tiguntceva, V.I. Lutsky

Irkutsk National Research Technical University

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation

This study is aimed at investigating low-molecular biologically-active substances in the Ranet Purple apple pomace. Pomace extraction using solvents and supercritical CO2 fluid extraction were carried out. In order to study the effect of the moisture level of raw material and the addition of modifiers on the efficiency of supercritical CO2 fluid extraction, we used dried pomace, pomace of natural moisture (21.5%) and pomace of natural moisture with the addition of alcohol. All the extracts were analyzed by the gas chromatography-mass spectrometry method (GC-MS). In each of the aforementioned extracts, the relative content of main chemical compounds was determined, including alkanes, phenols, esters, alcohols, carboxylic acids and oxo-compounds.

Keywords: malus purpurea, composition of low molecular weight BAS, solvent and supercritical extraction, GC-MS

For citation. Tiguntceva N.P., Lutsky V.I. Investigation of the composition of low-molecular biologically-active substances in the ranet purple apple pomace. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018. vol. 8, no 2, pp. 149-152. (in Russian) DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-2-149-152

ВВЕДЕНИЕ

По данным Института питания АН России фактическое потребление плодов и ягод в Сибири в 8 раз ниже рекомендуемых норм1.

1 Скороход В.В. Товароведно-технологическая характеристика мелкоплодных яблок Западной Сибири: автореф. дисс. ... канд. техн. наук : 05.18.15. М.: 1992. 24 с.

Особое значение в решении этой проблемы может иметь местное растительное сырье,

Skorokhod V.V. Tovarovedno-tekhnologicheskaya kharakteristika melkoplodnykh yablok Zapadnoi Sibiri. Avtoref. diss. kand. tekh. nauk [Commodity-technological characteristics of small-fruited apples of Western Siberia]. Author's abstract of PhD thesis]. Moscow, 1992, 24 p.

к которому относятся и мелкоплодные яблоки (род Malus) - ранетки и полукультурки. Виды рода Malus легко скрещиваются, создавая большое количество межвидовых гибридов [1]. Ранетки зимостойки, скороплодны, ежегодно обильно плодоносят. В настоящее время усилиями российских селекционеров введено в культуру более 100 сортов с высоким уровнем зимостойкости.

По результатам биохимических исследований в плодах ранеток содержится в 6-10 раз больше биологически активных веществ по сравнению со многими крупноплодными сортами.

На кафедре химии и пищевой технологии ИРНИТУ разрабатывается технология комплексной переработки сибирских мелкоплодных яблок [2, 3]. В этом случае, после отделения сока и пектинов невостребованным остается жмых плодов, в котором содержится большое количество ценных БАВ.

Цель работы - первичное изучение низкомолекулярных БАВ из жмыха ранетки пурпурной. Состав органических низкомолекулярных БАВ ранета пурпурного до настоящего времени не изучался.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали образцы ранета пурпурного (Malus purpurea, сем. Rosaceae), собранные в сентябре в Иркутском районе (Иркут-

ская область). Сок был извлечен механическим способом.

На рисунке представлена схема обработки жмыха и анализа продуктов.

Высушенный жмых экстрагировали н-гексаном в аппарате Сокслета в течение 3,5 ч. Полученный экстракт упаривали на роторном испарителе при температуре не выше 50 оС, растворяли в диэтиловом эфире (ДЭ) и анализировали ГХ-МС. Оставшийся после экстракции гексаном жмых, высушивали от остатков растворителя и трижды по 1,5 ч экстрагировали 70% спиртом на водяной бане с обратным холодильником. Упаренный при 60 оС спирто-водный экстракт гидролизовали 5% раствором Hd и нейтрализовали щелочью до рН 5,5-6,0; гидролизат разбавляли водой и трижды экстрагировали ДЭ. Вытяжки ДЭ объединяли, растворитель отгоняли, остаток анализировали ГХ-МС.

СКФ-экстракция проводилась на установке R-401 Series SFE System (Южная Корея). Условия анализа описаны ранее [4].

Все три СКФ СО2 экстракции жмыха проводили в стационарном режиме при давлении 35 МПа, температуре реактора 67 оС , приемника при 40 оС в течение 2,5 ч. Полученные в приемнике CO2 экстракты (выход порядка 1,2% от а.с.м. жмыха) растворяли в ДЭ и анализировали методом ГХ-МС.

Схема обработки сырья и анализа продуктов Scheme of raw material processing and product analysis

Исследование состава низкомолекулярных БАВ жмыха ранета пурпурного

Состав** и относительное содержание (%) доминирующих химических классов в жмыхе ранета пурпурного

Composition** and relative content (%) of the dominant chemical classes in residue obtained after separation of juice from small-fruited apples

Класс соединений Гекса-новый экстракт Кислотный гидролизат 70% этанольного экстракта СКФ СО2-экстракция (сухой жмых) СКФ СО2-экстракция (жмых естественной влажности (21,5%) СКФ СО2-экстракция (жмых естественной влажности + 20% модификатора

1 2 3 4 5

Алканы 24,65 2,95 2,43 - 2,84

Оксосоединения 1,49 1,34 5.76 2,71 9,38

Сложные эфиры 35,63 6,74 11,41 6,97 7,83

Карбоновые кислоты 14,88 65,67 52,80 51,11 36,83

Спирты 12,28 0,26 27,27 39,21 40,88

Фенолы - 6,88 - - -

Прочие 11,07 16,15 0,34 - 2,24

**учитывались только соединения с вероятностью идентификации выше 90%, содержание которых превышало 0,1 % (отн.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты ГХ-МС анализа, представленные в таблице, позволяют сделать следующие заключения: в составе гексанового экстракта, как и ожидалось, доминируют неполярные и малополярные соединения - алканы и сложные эфиры.

Наиболее богатым оказался спиртово-водный экстракт - почти 58% от массы сырья. После кислотного гидролиза этого экстракта выяснилось, что резко убавилось количество сложных эфиров и, соответственно, увеличилось количество карбоновых кислот в сравнении с гексановым экстрактом (таблица, столбцы 1 и 2). В кислотном гидролизате спирто-водного экстракта (столбец 2), кроме набора соединений, присущих остальным четырем образцам, содержатся ароматические (бен-зальдегид, изованилин и эфиры бензойной кислоты) и фенольные (2-метокси-4-винилфенол, 2- и 4-метоксифенолы) соединения.

Для изучения влияния влажности сырья на качественный и количественный выход СКФ

экстракции брали высушенный жмых и образец с естественной (после выделения сока) влажностью (21,5%). Из таблицы видно, что выход алканов, оксосоединений и сложных эфиров из влажного сырья намного меньше, чем из высушенного, но выход спиртов увеличился на треть (табл., столбцы 3 и 4). Следовательно, СКФ экстракция углекислотой неэффективна для экстракции из влажного сырья неполярных соединений и практически не влияет на выход полярных соединений (в данном случае -спиртов).

Добавка полярного модификатора (спирта) к влажному сырью привела к увеличению выхода неполярных и малополярных соединений - алканов и оксосоединений, незначительно повлияла на сложные эфиры и спирты, но понизила выход кислот (табл., столбцы 3-5).

Во всех трех СКФ экстрактах жмыха обнаружено значительное количество р-ситостерина, что может говорить о перспективности выделения этого ценного продукта из отходов переработки ранеток и мелкоплодных яблок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Hokanson S.C. Lamboy W.F., Szewc // Euphytica. 2001. Vol. 118. N 3. P. 28-294.

McFadden A.K., McFerson J.R. Microsatellite var- 2. Гусакова Г.С., Раченко М.А., Евстафьев

iation in a collection of Malus species and hybrids С.Н. Перспективы промышленной переработки

семечковых культур Южного Прибайкалья. Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2016. 156 с.

3. Гусакова Г.С., Раченко М.А. Перспективы промышленного использования зимостойких сортов яблони южного прибайкалья // Вестник российской сельскохозяйственной

1. Hokanson S.C., Lamboy W.F., Szewc McFadden A.K., McFerson J.R. Microsatellite variation in a collection of Malus species and hybrids. Euphytica. 2001, vol. 118, no. 3, pp. 28-294.

2. Gusakova G.S., Rachenko M.A., Evstafev S.N. Perspektivy promyshlennoi pererabotki semechkovykh kul'tur Yuzhnogo Pribaikal'ya [The prospects of industrial processing of seed crops of the South Baikal area], Irkutsk: IRNITU Publ., 2016, 156 p.

Критерии авторства

Тигунцева Н.П., Луцкий В.И. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Тигунцева Н.П. и Луцкий В.И. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Надежда П. Тигунцева

Иркутский национальный исследовательский технический университет, К.х.н., доцент tignadezhda@yandex.ru

Владислав И. Луцкий

Иркутский национальный исследовательский технический университет, К.х.н., профессор vladlutsky@gmail.com

Поступила 05.12.2017

науки. 2016. N 5. С. 52-56.

4. Тигунцева Н. П., Евстафьев С. Н. Сравнительное исследование эфирного масла, гек-санового и сверхкритического ^^экстрактов из корней одуванчика лекарственного // Химия растительного сырья. 2013. N 3. С. 129-136.

3. Gusakova G.S., Rachenko M.A. The prospects for industrial use winter-hardy varieties of Apple trees South of the Baikal region. Vestnik rossiiskoi sel'skokhozyaistvennoi nauki [Bulletin of Russian Agricultural Science], 2016, no. 5, pp. 52-56. (in Russian)

4. Tiguntseva N.P., Evstafev S. N. Comparative research of composition of essential oil, hex-ane and supercritical CO2-extracts from roots of the dandelion medicinal. Khimiya rastitel'nogo syr'ya [Chemistry of plant raw materials]. 2013, no. 3, pp. 129-136. (in Russian)

Contribution

Tiguntceva N.P., Lutsky V. I. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Tiguntceva N.P., Lutsky V. I. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

AUTHORS' INDEX Affilations

Nadezhda P. Tiguntceva

Irkutsk National Research Technical University Ph.D. (Chemistry), Associate Professor tignadezhda@yandex.ru

Vladislav I. Lutsky

Irkutsk National Research Technical University Ph.D. (Chemistry), Professor vladlutsky@gmail.com

Received 05.12.2017