CC BY
265
УДК 582.998.2:547.587
ИЗМЕРЕНИЕ СУММАРНОГО СОДЕРЖАНИЯ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
© Н.Н. Сажина , В.М. Мисин
Институт биохимической физики им Н.М.Эмануэля РАН, ул. Косыгина, 4,
Москва, 119334 (Россия), e-mail: [email protected]
Амперометрическим методом измерено суммарное содержание фенольных соединений в различных частях лопуха большого (Arctium lappa L.), подорожника большого (Plantago major L.) и кипрея узколистного (Epilobium angustifolium L). Установлено, что накопление полифенолов в различных частях растений тесно связано с их функцией в жизнедеятельности этих растений. Выявлено, что в середине лета основная часть полифенолов у лопуха сосредоточена в листьях и корнях, у подорожника - в листьях и семенах, а у кипрея - в бутонах и цветках.
Ключевые слова: лекарственные травы, антиоксиданты, полифенолы, амперометрический метод.
Введение
Как известно, лекарственные растения содержат сложный комплекс химических соединений, оказывающих различное и многостороннее действие на организм человека. Биологическая активность, в частности противовоспалительное, антимикробное и спазмолитическое действие, связана главным образом с полифенольным комплексом, содержащимся в растениях. Значительное количество природных антиоксидантов фенольного класса, содержащихся в лекарственных травах, образуется вследствие метаболизма растений [1]. Образование таких соединений является динамическим процессом, в значительной степени зависящим от многочисленных факторов окружающей среды [1].
Накопление полифенольных соединений в различных частях и органах растений тесно связано с их функцией в жизнедеятельности растений и фазой их развития.
В настоящей работе изучено распределение суммарного содержания полифенольных соединений в различных частях растений на примере трех широко распространенных лекарственных растений: лопуха большого (Arctium lappa L.), или репейника, подорожника большого (Plantago major L.) и кипрея узколистного (Epilobium angustifolium L). С научной точки зрения это важно для изучения биохимической функции полифенолов в жизни и развитии разных частей этих растений. Для практики представляет интерес использовать наиболее богатые фенольными соединениями части растений.
Лопух большой - крупное (высотой до 2 м) двухлетнее травянистое лекарственное растение с большим стержневым корнем и толстым главным стеблем. Растет как сорное растение около жилья, по пустырям, у дорог, иногда в лесах на просеках, среди кустарников. Листья на черешках, прикорневые крупные, яйцевидные, сверху зеленые, снизу серовойлочные; стеблевые - к верхушке быстро уменьшающиеся. Цветки мелкие, лилово-пурпуровые, трубчатые, собраны в шаровидные корзинки, образующие щитковидную кисть. Плоды - морщинистые семянки с коротким хохолком. Цветет в июле - августе, после чего растение отмирает. В отличие от лопуха, подорожник большой (Plantago major L.) - это растение, имеющее короткое корневище, усаженное тонкими шнуровидными корнями. Листья собраны в прикорневую розетку, черешковые. Черешки, как правило, равны по длине пластинки листа. Цветоносы прямостоячие, при основании восходящие, заканчивающиеся длинным цилиндрическим соцветием - колосом. Плод - много-семянная коробочка. Цветет с мая - июня до августа - сентября. Кипрей узколистный, или «Иван-чай» (Epilobium angustifolium L) - это многолетнее травянистое растение, достигающее высоты 1,5 м, с прямым голым стеблем и короткочерешковыми, ланцетными листьями. Розовато-красные цветки собраны на конце
* Автор, с которым следует вести переписку.
стебля в большую кисть и распускаются с нижней части кверху. Растет почти на всей территории России, в основном, как сорняк. Цветет в июне - июле. Для лечебных целей используют в основном наземную часть растения в стадии цветения «Иван-чай» оправдывает свое название. Листья, цветки и бутоны заваривают вместо чая.
Экспериментальная часть
Объектами исследования являлись водные экстракты различных частей выкопанного в Подмосковье 23.07.2009 г. лопуха (Arctium lappa L): корней, стеблей, листьев и шаровидных корзинок (цветков с колючками). У подорожника (Plantago major L.) были взяты корни, черешки, листья и колоски (семена). Образцы подорожника собрали 16.07.2009 г. в экологически «чистом» месте - на поляне лесного массива Кузьминского лесопарка Москвы; и в «грязном» - у обочины шоссе МКАД, проходящей через массив Кузьминского лесопарка. У кипрея (Epilobium angustifolium L), срезанного 30.06.2009 г. на лесной опушке в Западнодвинском районе Тверской области, были отобраны нижние, средние, верхние листья, бутоны и цветки.
Для проведения измерений тщательно вымытые и высушенные образцы частей растений измельчали в ступке до размера частиц 1-2 мм. Навески образцов 0,5 г заливали дистиллированной водой объемом 50 мл с температурой 95 °С. Экстрагирование проводили в течение 10 мин без термостатирования [2]. Экстракты тщательно отфильтровывали через бумажный фильтр «синяя лента» и при необходимости разбавляли перед введением в прибор. При измерениях суммарного содержания фенольных соединений в экстрактах учитывалась влажность исходных образцов. Для этого она определялась для каждой части высушенного и измельченного растения, и затем вносилась поправка в результаты измерений суммарного содержания полифенолов.
В работе использовали оперативный амперометрический метод определения суммарного содержания антиоксидантов фенольного типа в исследуемых экстрактах. Измерения проводили на приборе «Цвет Яуза-01-АА» [3]. Сущность данного метода заключается в измерении электрического тока, возникающего при окислении исследуемого вещества (или смеси веществ) на поверхности рабочего электрода при определенном потенциале. При этом потенциале происходит окисление только групп ОН природных антиоксидантов фенольного типа. Предварительно строили градуировочную зависимость сигнала образца сравнения (кверцетина) от его концентрации и с помощью полученной градуировки рассчитывали содержание полифенолов в исследуемых образцах в единицах концентрации кверцетина. Погрешность измерения (относительное среднеквадратичное отклонение идентичных показаний прибора) суммарного содержания фенольных соединений составила не более 5% [2, 3].
Обсуждение результатов
На рисунке 1 приведены результаты измерения суммарного содержания С фенольных соединений (в кверцетиновом эквиваленте, на грамм сухого вещества) в экстрактах шести частей лопуха. Видно, что наибольшее количество полифенолов у лопуха в это время сезона содержится в листьях (42 мг/г) и корнях (36 мг/г), наименьшее - в средних и толстых стеблях, составляющих ствол лопуха (3-5 мг/г). В «колючках» (шаровидных корзинках) оказалось в 4 раза меньше полифенолов, чем в листьях и корнях. Из литературы [4] известно, что в корнях лопуха обнаружено до 45% полисахарида инулина, 12,3% протеина, эфирное масло, жирное масло, пальмитиновая, стеариновая кислоты, ситостерин и стигмастерин. В листьях содержатся дубильные вещества, слизи, эфирные масла, дубильные вещества, аскорбиновая кислота (до 350 мг на 100 г сырой массы). В семенах найдены гликозид арктиин С27Н34Оц, гидролизующийся на арктигенин С21Н24О6 и глюкозу; большое количество жирного масла, в состав которого входят глицериды линолевой и олеиновой кислот. По-видимому, в середине июля, когда еще не закончилось цветение лопуха и только начали формироваться семена в шаровидных корзинках, в них еще не накопилось достаточное количество фенольных соединений, и основная доля их сосредоточилась в листьях и корнях. К концу сезона, вероятно, распределение содержания полифенолов в разных частях этого растения изменится. Во всяком случае, в июле наиболее полезные части лопуха - это листья и корни.
На рисунке 2 представлена диаграмма распределения содержания С фенольных соединений в экстрактах разных частей «чистого» (левые столбики) и «грязного» (правые столбики) подорожника. Наибольшие значения С наблюдаются в экстрактах листьев, причем в середине июля по содержанию полифе-
нолов «доминирует» «чистый» лист подорожника. Однако, как показано в работе [5], начиная с августа содержание фенольных соединений в «грязном» подорожнике существенно превышает содержание их в «чистом» вплоть до поздней осени. Минимум же содержания полифенолов в листьях «грязного» подорожника наступает к концу июня, когда у дороги, где много солнечного света и «стрессовых» факторов, происходит его цветение и интенсивное накопление полифенолов в цветках и семенах, а не только в листьях. Для «чистого» подорожника этот минимум сдвинут на июль - август. Поэтому в середине июля в семенах («колосках») наблюдается значительное (по сравнению с корнями и стеблями) количество полифе-нольных соединений, особенно у «чистого» подорожника. Цветы и семена как бы «оттягивают» часть полифенолов из листьев. В корнях и черешках подорожника содержание фенольных соединений существенно (в 4-5 раз) меньше, чем в листьях. В работе [6] представлены данные по количественному химическому составу листьев и семян подорожника. Основными действующими соединениями в листьях являются: органические кислоты (порядка 10%), углеводы (9%), фенолокислоты (1,5%), флавоноиды (3%), аскорбиновая кислота (20%), кальций (6%) и дубильные вещества (4%). В семенах подорожника установлено наличие свободных углеводов, водорастворимых полисахаридов (кислых арабиноксиланов), набухающих в воде и образующих высоковязкие слизистые растворы. Поэтому в середине лета целесообразней собирать листья подорожника вместе с семенами, в которых также много полезных веществ.
Что касается кипрея (рис. 3), то по суммарному содержанию фенольных соединений верхние его части отличаются не более чем в 1,5 раза, причем доминируют бутоны (128 мг/г) и цветки (120 мг/г). Это и понятно, так как в период цветения бутоны и цветы являются главным органом растения, отвечающим за выработку семян, а процессы вторичного метаболизма позволяют накопить в них полезные вещества, необходимые для защиты растения и его дальнейшего «размножения». Как видно из диаграмм (рис. 1-3), кипрей гораздо богаче фенольными соединениями, чем лопух и подорожник: в верхних частях кипрея содержится в 3-5 раз больше полифенолов, чем в листьях подорожника и лопуха. Листья и цветы кипрея содержат значительное количество аскорбиновой кислоты (от 100 до 400 мг на 100 г сырой массы), флавоно-идные и антоциановые соединения, алкалоиды (около 0,1%), до 10% танинов пирогалловой группы, а также слизь (до 15%), сахара, пектин, дубильные вещества (до 10% и более), фитостерины [6]. Благодаря высокому содержанию аскорбиновой кислоты и биофлавонидов отвар кипрея рекомендован для повышения иммунитета и укрепления кровеносных сосудов, препятствуя накоплению излишков активных свободных радикалов. Противовоспалительное и обволакивающее действие кипрея связано с большим содержанием в нем танина и слизи. Поэтому в период цветения кипрея можно рекомендовать заготавливать «Иван-чай» не только в виде цветов и бутонов, а и листьев, которые тоже богаты полезными полифенольными и другими соединениями.
С, мг/г
Лопух (репейник) 23.07.2009г.
1 1=
к
1 1 1=1 ■
30
25
20
15
10
С, мг/г Подорожник 16.07.2009г.
а-чистый б-грязный
а .
п П
1 2
ІЇ
Рис. 1. Суммарное содержание фенольных соединений в водных экстрактах разных частей лопуха: 1 - корни; 2 - толстые стебли; 3 - средние стебли; 4 - тонкие стебли; 5 - листья;
6 - шаровидные корзинки
Рис. 2. Суммарное содержание фенольных соединений в водных экстрактах разных частей «чистого» (а - левые столбики) и «грязного» (б -правые столбики) подорожника: 1 - корни;
2 - стебли; 3 - листья; 4 - семена (колоски)
5
0
3
4
140
120
100
s0
60
40
С, мг/г
Кипрей 30.06.2009 г.
20
Рис. 3. Суммарное содержание фенольных соединений в водных экстрактах наземных частей
кипрея: 1 - верхний лист; 2 - средний лист;
1 2 3 4 5 п - ЛЙС
3 - нижний лист; 4 - бутоны; 5 - цветки
Таким образом, динамика образования биологически активных веществ подчиняется онтогенетическим закономерностям. Онтогенез сопровождается характерными изменениями обмена веществ, причем изменения в обмене белков, углеводов, липидов, ферментов и витаминов влекут за собой изменения в динамике образования продуктов вторичного биосинтеза, в частности полифенольных соединений. В период цветения и плодоношения происходит перераспределение фенольных соединений между листьями, корнями и цветами с семенами.
Выводы
Проведенные в настоящей работе измерения распределения содержания фенольных соединений в различных частях лекарственных растений (на примере лопуха, подорожника и кипрея) свидетельствуют о том, что накопление полифенольных соединений в них является сложным динамическим процессом, зависящим от многих факторов. Зависимость этого процесса от этих факторов объясняется значимостью функций, которые выполняют в растениях эти соединения. Накопление и концентрация полифенольных соединений в различных частях и органах растений тесно связаны с их функцией в жизнедеятельности растений и фазой их развития. Показано, что в середине лета, в период цветения, для лопуха основная часть полифенолов сосредоточена в листьях и корнях, для подорожника - в листьях и семенах, а у кипрея - в бутонах и цветах.
Список литературы
1. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции в растениях. М., 1993. 271 с.
2. Мисин В.М., Сажина Н.Н., Завьялов А.Ю., Яшин Я.И. Измерение содержания фенолов в экстрактах лекарственных трав и их смесях амперометрическим методом // Химия растительного сырья. 2009. №4. С. 137-132.
3. Яшин А.Я., Яшин Я.И., Черноусова Н.И., Пахомов В.П. Экспрессный электрохимический метод определения антиоксидантной активности пищевых продуктов // Пиво и напитки. 2004. №6. С. 44-46.
4. Юзепчук С. В., Сергиевская Е. В. Лопух - Arctium // Флора СССР. М; Л. 1962, Т. XXVII. С. 93-107.
5. Сажина Н.Н., Мисин В.М., Завьялов А.Ю. Сезонное изменение содержания антиоксидантов фенольного типа в листьях подорожника и одуванчика // VII Международный симпозиум по фенольным соединениям. М., 2009. С. 239-240.
6. Оленников Д.Н., Samuelsen A.B., Танхаева Л.М. Подорожник большой (Plantago Major L.). Химический состав и применение // Химия растительного сырья. 2007. №2. С. 37-50.
7. Глухов М.М. Медоносные растения. 6-е изд-е. М., 1955.
Поступило в редакцию 23 сентября 2010 г.
