К вопросу комплексного изучения березы повислой (Betula pendula Roth. ), произрастающей в Красноярском крае Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 615.322:582.998.2.03

К ВОПРОСУ КОМПЛЕКСНОГО ИЗУЧЕНИЯ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ (BETULA PENDULA ROTH.), ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ

© Г.Г. Первышина, А.А. Ефремов , Г.П. Гордиенко, Е.А. Агафонова, И.С. Губанова, О.В. Гоголева

Красноярский государственный торгово-экономический институт, ул. Л. Прушинской, 2, 660049, Красноярск (Россия) e-mail: [email protected]

Изучено содержание минеральных элементов, количественный и качественный составы экстрактивных веществ, эфирного масла почек и листьев березы. Исследована возможность экстракции биологически активных веществ под действием ультразвука с использованием в качестве экстрагента эфирного масла пихты сибирской.

Введение

В мире произрастает 120 видов берез, из них 50 - на территории СНГ. Наиболее известна береза повислая, плакучая, или бородавчатая. Она широко распространена в лесной зоне европейской части страны, в Сибири, на Алтае и Кавказе, а также по всей Европе, за исключением Пиренейского полуострова. Всего березниками занято около 90 млн км.

В медицине широко используют почки (Gemmae Betulae), молодые листья (Folium Betulae) и сок весеннего «плача» (Succus Betulae), иногда - кору (бересту) (Cortex Betulae).

Большой потенциальный интерес вызывают биологически активные вещества березы, а особенно отходов ее заготовки: листьев и почек.

В связи с вышесказанным целью настоящей работы являлось комплексное изучение химических компонентов, входящих в листья и почки березы.

Почки заготавливали рано весной (в марте), в период их набухания, до распускания листьев, когда чешуйки на их верхушке еще не разошлись. При этом срезали ветви, связывали их пучками и сушили в течение 3-4 недель на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. После сушки почки отделяли от ветвей и очищали от примесей на решете. В высушенном виде они имеют темно-коричневый цвет, приятный запах и горьковатый вкус.

Листья заготавливали в начале цветения, в мае, когда они душистые и клейкие. Сушили на открытом воздухе в тени при температуре 25-30°С.

Минеральные элементы

Минеральные вещества являются жизненно необходимыми для обменных процессов в организме человека [1]. Находясь в минорных количествах, они обеспечивают постоянство осмотического давления, кислотно-основного равновесия, включаются в различные реакции обмена веществ, процессы всасывания, секреции, кроветворения, свертывания крови, выделения из организма метаболитов [2]. Целый ряд металлов включен в процессы метаболизма (натрий, магний калий, кальций, железо, медь и т.д.), иными словами, эти металлы являются жизненно важными для живых организмов. Так, например, железо и медь являются переносчиками кислорода в организме, натрий и калий регулируют клеточное осмотическое давление, магний, кальций и другие активизируют энзимы - биологические катализаторы. Однако

* Автор, с которым следует вести переписку.

некоторые металлы, будучи крайне нежелательными для организмов, проникают туда из естественных природных источников, в частности, с потребляемыми отварами лекарственных трав.

Исходя из того, что при приготовлении отваров степень извлечения отдельных элементов водой может достигать 90-95%, необходимым является изучение минерального состава исследуемого сырья.

Содержание макро- и микроэлементов, определяемое с помощью атомно-адсорбционного анализа согласно [3], приведено в таблице 1.

Из данных таблицы 1 видно, что исследуемое сырье практически не содержит тяжелых металлов, таких как ртуть, кадмий, мышьяк, свинец (их содержание не превышает ПДК [7]).

В то же время как в листьях, так и в почках березы содержатся значительные количества жизненно важных элементов, таких как натрий, калий, кальций, марганец, железо, цинк, медь. Кроме того, необходимо отметить, что содержание минеральных компонентов в почках березы превышает их содержание в листьях.

Количественный и качественный состав экстрактивных веществ почек березы

Были изучены данные по количественному составу экстрактивных веществ, извлеченных разными растворителями. В связи с тем, что в состав экстрактивных веществ входят различные классы соединений, для разделения и изучения химического состава последних был использован метод их фракционирования различными растворителями с возрастающей полярностью (диэтиловый эфир, этилацетат, пропанол-2, вода). Этот метод дает возможность определить как общую сумму экстрактивных веществ, содержащихся в растительном сырье, так и количество смолистых веществ, фенольных и углеводных компонентов в отдельности.

Для определения времени выделения максимального количества экстрактивных веществ была изучена динамика их экстракции из растительного сырья используемыми органическими растворителями.

Изучение динамики выделения экстрактивных веществ показало, что с увеличением полярности органического растворителя увеличивается и продолжительность экстракции веществ. Так, продолжительность экстракции диэтиловым эфиром составляет 4-5 ч, этилацетатом - 6-9 ч, пропанолом-2 -5-7 ч, водой - более 22 ч.

Анализ данных, полученных с помощью УФ-спектроскопии, показал, что в экстрактах почек березовых содержатся флавоновые и флавоноловые гликозиды (1,96-5,56%) - главным образом гиперозид (3-О-галактозид кверцетина) - 0,8-1,5%, а также 5-окси-7,4-диметоксифлавон - 0,3%, 3-Б-дигалактозид мирицетина - 0,37%, кверцитрин (3-О-рамнозид кверцетина) - 0,14%, авикулярин (3-арабинозид кверцетина) - 0,57%, 3-глюкуронид кверцетина - 0,25%, изорамнетин, другие производные кемпферола и апигенина. В почках березы выявлены также стерины, дубильные вещества пирокатехиновой группы (1,07-9%), горечи, кумарины (0,09-0,44%), антоцианы, смолы (бетулестер), бутиловый эфир бетулоретиновой кислоты, 8-10% сахаров, инозит, горечи, аскорбиновую (до 2,8%) и никотиновую кислоты, никотинамид, каротин. Наличие указанных классов соединений и определяет фармакологическое действие экстрактов почек березы как препаратов, обладающих мочегонным, желчегонным, дезинфицирующим, отхаркивающим, потогонным и противовоспалительным действием. Кроме того, настойка березовых почек (1 : 5) обладает антимикробной активностью в отношении антибиотикоустойчивых форм 144 штаммов стафилококков, выделенных от больных различными формами гнойной инфекции (мастит, фурункулез, флегмоны, абсцессы, перитонит) [4].

Таблица 1. Содержание минеральных веществ в почках и листьях березы повислой

Почки Листья ПДК

Влажность сырья, % 5,3 6,6

Зольность сырья, % 1,99 1,96

Содержание минеральных элементов, мг/100 г 7и 3,86 1,33 5,0

РЬ 0,05 0,02 0,05

Mg 578,00 35,00 -

Ыа 86,60 45,67 -

Ее 2,70 1,05 5,0

Си 4,33 0,70 -

К 577,00 470,80 -

Са 219,48 106,00 -

са 0,004 0,003 0,01

N1 9,025 0,62 -

Л8 Следы* Следы 0,0003

Следы Следы -

* Содержание менее 0,0001.

Эфирное масло

Методом гидродистилляции из почек березы получали эфирное масло (до 8%), представляющее собой густую желтую жидкость с приятным бальзамическим запахом с плотностью 0,968 г/см3.

С помощью хромато-масс-спектрометрии определено, что в состав эфирного масла входят сесквитерпеновый спирт бетулол (19,7%) и его эфиры с уксусной кислотой (26,3%), бетуленовая и пальмитиновая кислоты, бициклический сесквитерпеновый лактон бетулен, сесквитерпеноиды: Р-кариофиллен (0,9%), 14-гидрокси-р-кариофиллен (1,4%), оксид р-кариофиллена (4,2%), гумулен (0,5%), 14-ацетокси-р-кариофиллен (29,5%), 6-гидрокси-р-кариофиллен (9,8%), 6-ацетокси-р-кариофиллен (3,4%), тритерпеновые бициклические спирты а-, Р- и у-бетуленолы - 4,3%, ацетат а-бетуленола, тритерпеноид бетулин, алкалоиды (0,1%), флавоноиды (апигенин, изорамнетин), нафталин, парафины, желтый краситель, п-пентакозан, смолы (5-окси-7,4-диметоксифлавон). Бетуленолы присутствуют в эфирном масле как в свободном виде, так и в виде эфиров с уксусной кислотой.

OH

HO

р-бетуленол

бетулиновая кислота

Необходимо отметить, что данные соединения были выделены ранее [5, 6] в почках Betula pendula Roth, произрастающих в Центральной Якутии и Ленинградской области.

Экстракция биологически активных веществ почек и листьев березы под действием ультразвука

С целью создания высокоэффективных галеновых препаратов, содержащих всю гамму экстрактивных веществ и обладающих наиболее выраженным терапевтическим эффектом при отсутствии в их составе синтетических веществ, исследовали процесс извлечения БАВ из листьев и почек березы повислой с помощью их ультразвуковой обработки при температуре 20-25 °С в присутствии экстрагента эфирного пихтового масла.

Для проведения ультразвуковой обработки использовался ультразвуковой диспергатор УЗДН А. Воздействие на твердое растительное сырье, находящееся в химическом стакане в эфирном масле пихты сибирской (I сорта согласно ОСТ 13-221-86), проводилось с частотой колебаний 20-22 кГц и интенсивностью 1-70 Вт/см2 в течение 60-600 с. Использование в качестве экстрагента эфирного пихтового масла связано с его фармацевтической применимостью.

Концентрацию биологически активных веществ в полученном растворе определяли по потере веса в процессе ультразвуковой экстракции и сопоставляли с оптической плотностью наиболее интенсивной полосы поглощения в УФ-спектрах растворов. Это позволяло определить коэффициент поглощения биологически активных веществ, который необходим для расчета концентрации БАВ, получаемых в дальнейшем растворах.

Результаты экстракции биологически активных веществ из почек и листьев березы приведены в таблице 2. Концентрация биологически активных веществ в растворе определяли с использованием УФ-спектроскопии. Для этого предварительно были построены калибровочные кривые зависимости оптической плотности от концентрации биологически активных веществ ромашки аптечной и ромашки душистой в растворе эфирного пихтового масла (рис. 1 и 2).

Таблица 2. Концентрация БАВ в растворе эфирного масла пихты сибирской после ультразвуковой обработки сырья при 25 °С в течение 30 мин

Лекарственное сырье Концентрация БАВ Лекарственное сырье Концентрация БАВ

мг/мл вес. % мг/мл вес.%

Листья березовые 15,40 1,69 Почки березовые 40,85 4,49

Рис. 1. Зависимость концентрации БАВ, Рис. 2. Зависимость концентрации БАВ,

экстрагируемых пихтовым маслом из листьев экстрагируемых пихтовым маслом из почек березы

березы от оптической плотности раствора от оптической плотности раствора

Согласно полученным данным, применение ультразвука позволило значительно интенсифицировать процесс экстрагирования и увеличить содержание БАВ в растворе.

Заключение

Предлагаемый нами метод извлечения БАВ обладает рядом несомненных преимуществ. Он позволяет существенно увеличить скорость экстракции, снизить температуру и время тепловой обработки, способствует более полному экстрагированию веществ. Необходимо отметить, что возможно его влияние на состав экстрагента и биологическую активность. По этим показателям необходимо провести дополнительные исследования, которые позволили бы найти оптимальные режимы ультразвукового экстрагирования для каждого вида растительного сырья, не снижающие, а может быть, и увеличивающие качество продуктов экстракции.

Список литературы

1. Бабенко Г. А., Решеткина Л. П. Применение микроэлементов в медицине. Киев, 1971. 220 с.

2. Ginter E., Chorvatovicova D. Metabolism, physiological role and toxicity of chromium // Ceskosl. physiol. 1987. Vol. 36. №6. P. 551-559.

3. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсических элементов. Минск, 1995.

4. Куцик Р.В., Зузук Б.М. Береза бородавчатая (береза повислая): Аналитический обзор // Провизор. 2001. №10. С. 21-35.

5. Ведерников Д.Н., Рощин В.И., Кошкин А.В. Экстрактивные вещества березы и направления их использования // Химия и технология растительных веществ: Тез. докл. Всерос. конф. Сыктывкар, 2000. C. 35.

6. Вершняк В.М., Степень Р.А. Содержание и состав эфирного масла в различных органах Betula pendula Roth из Центральной Якутии // Растительные ресурсы. 1992. Вып. 3. С. 86-92.

7. Обзоры по информационному обеспечению общесоюзных технических программ. Вып. 1: Контроль содержания тяжелых металлов при оценке качества сырья и пищевых продуктов. М., 1990. Сер. 14.

Поступило в редакцию 21 февраля 2002 г.