CC BY
3
УДК 61:615:322 3.4.2 Фармацевтическая химия, фармакогнозия
Овг. 10.3 7903/vsgma. 2023.4.28 EDN: XIALEW
МЕТОДОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОТКЛИКА В КОЛИЧЕСТВЕННОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПОЛИСАХАРИДОВ В КОРНЯХ КУПЕНЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ © Макарова Д.Ю., Новикова Е.К., Александрова Л.Ю.
Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 14
Резюме
Цель. Применение методологии поверхности отклика в количественном определении полисахаридов в корнях купены лекарственной для нахождения оптимальных гидромодуля и времени ультразвуковой экстракции.
Методика. Объектом исследования служат измельченные корни купены лекарственной (Polygonatum officinale), заготовленные в республике Крым; количественное определение полисахаридов проводится согласно ОФС.1.2.3.0019.15 «Определение сахаров
спектрофотометрическим методом» по методике с пикриновым реактивом; для нахождения оптимальных значений гидромодуля и времени ультразвуковой экстракции используется программное обеспечение для обработки статистических данных «Minitab»: на первом этапе создается план эксперимента, состоящий из 13 опытов, на втором этапе выводится регрессионная модель и устанавливается значимость каждого параметра, на третьем этапе оптимизируются полученные данные и определяется теоретический выход полисахаридов.
Результаты. Для наибольшего выхода полисахаридов найдены гидромодуль, равный 1:60, и время, равное 15 мин. Теоретический выход полисахаридов составляет 13,73 %, практический выход равен 13,86 %.
Заключение. Подобраны оптимальные значения гидромодуля и времени в количественном определении полисахаридов в корнях купены лекарственной благодаря методологии поверхности отклика.
Ключевые слова: методология поверхности отклика, полисахариды, корни купены лекарственной
RESPONSE SURFACE METHODOLOGY IN THE QUANTITATIVE DETERMINATION OF POLYSACCHARIDES IN THE ROOTS OF THE POLYGONATUM OFFICINALE Makarova D.Yu., Novikova E.K., Alexandrova L.Yu.
Saint-Petersburg State Chemical Pharmaceutical University, 14, Professor Popov St., 197022, Saint-Petersburg, Russia
Abstract
Objective. Application of the response surface methodology in the quantitative determination of polysaccharides in the roots of the Polygonatum officicnale to find the optimal hydromodule and time in ultrasonic extraction.
Methods. The object of the investigation is the crushed roots of the Polygonatum officinale harvested in the Republic of Crimea; quantitative determination of polysaccharides is carried out according to the OFS.1.2.3.0019.15 "Determination of sugars by spectrophotometry method" according to the method with picrin reagent; to find the optimal values of the hydromodule and the time of ultrasonic extraction, the software for processing statistical data "Minitab" is used: at the first stage, an experimental plan consisting of 13 experiments is created, at the second stage a regression model is derived and the significance of each parameter is established, at the third stage the obtained data are optimized and the theoretical yield of polysaccharides is determined.
Results. For the highest yield of polysaccharides, a hydromodule equal to 1:60 and a time equal to 15 minutes are found. The theoretical yield of polysaccharides is 13.73%, the practical yield is 13.86%.
Conclusion. The optimal values of the hydromodule and time in the quantitative determination of polysaccharides in the roots of Polygonatum officinale due to the methodology of the response surface are selected.
Keywords: response surface methodology, polysaccharides, the roots of the Polygomatum officinale
Введение
Одним из перспективных направлений в фармацевтической отрасли является разработка растительных лекарственных препаратов в связи с их популярностью на российском рынке, ценой и доступностью [5]. Особенно востребованы у населения фитопрепараты для лечения заболеваний верхних дыхательных путей [1,6]. В связи с этим изучение качественного и количественного состава растений остается актуальным.
Купена лекарственная - многолетнее травянистое растение, принадлежащее к семейству Лилейные ^Шасеае). Купена растет и культивируется в умеренных и субтропических поясах Северного полушария, распространяется в России. Широко применяется в Китае в качестве функционального продукта питания и в традиционной медицине для лечения различных заболеваний [4,8]. Купена в своем составе содержит полисахариды, которые могут оказывать различных спектр фармакологических эффектов [3].
Полисахариды являются незаменимыми макромолекулами, которые существуют практически во всех живых формах и выполняют важнейшие функции у растения. Благодаря своим физико-химическим свойствам полисахариды подвержены изменениям, приводящим к улучшению параметров, что является базовой концепцией для их обширного применения в фармацевтической области [7]. Определение количественного состава полисахаридов можно проводить с применением методологии поверхности отклика, которая устанавливает зависимость между переменными.
Методика
В качестве объекта исследования применялись корни купены лекарственной. Фракционный состав сырья представлен в табл. 1.
Таблица 1. Фракционный состав корней купены лекарственной
Диаметр отверстий сита, через которые проходит сырье, мм Содержание, %
0,5 50
1 50
Определение содержания полисахаридов в сырье проводилось с использованием методики, описанной в ОФС.1.2.3.0019.15 «Определение сахаров спектрофотометрическим методом». В исследовании применяется метод, который основан на цветной реакции моносахаридов с пикриновой кислотой. Результатом реакции, представленной на рис. 1, является восстановление глюкозой группы N02 до NH2 [2].
Н-
НОН Н-
СНО
-ОН -Н -он -он
сн2он
Глюкоза
ОгМ
■n он
Na,CO
н
г но н н
соон
он н
он он
o2n он
+ <Н^н„г
СН2ОН
Глюко новая кислота 11 икрами новая кислота
Пикриновая кислота Рис. 1 Реакция глюкозы с пикриновой кислотой
Количественное определение полисахаридов проводилось следующим образом. Аналитическую пробу измельченных корней купены лекарственной массой 1,00 г экстрагируют в ультразвуковой ванне ПСБ-22. Полученное извлечение фильтруется через 5 слоев марли. Раствор перемещают в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки (раствор А). Аликвоту раствора А объемом 10,0 мл и 1 мл хлористоводородной кислоты нагревают в колбе в течение 30 мин, после чего с применением 40% раствора гидроксида натрия получают раствор с рН 4,0-4,5. Раствор помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, доводят до метки и фильтруют, отбрасывая первые 10-15 мл (раствор Б). К аликвоте раствора Б объемом 5,0 мл добавляют 2,5 мл 1% раствора пикриновой кислоты и 7,5 мл 20% раствора карбоната натрия и нагревают в течение 10 мин. Полученный раствор помещают в колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки (раствор В).
Для определения оптимальных гидромодуля и времени используется программное обеспечение для обработки статистических данных «МтйаЬ». На первом этапе создается план эксперимента: подбираются всего 2 фактора (гидромодуль и время), поэтому необходимо выполнить 13 опытов. На втором этапе устанавливается зависимость содержания полисахаридов от изучаемых параметров. На третьем этапе оптимизируются экспериментальные данные и определяется теоретический выход полисахаридов.
Результаты исследования и их обсуждение
В табл. 2 представлены результаты количественного определения полисахаридов в соответствии с заданным паном эксперимента.
Таблица 2. Заданный план эксперимента
№ Гидромодуль Время, мин. Содержание полисахаридов, %
1 1 40 10 12,13
2 1 40 10 11,76
3 1 70 15 13,21
4 1 10 10 9,71
5 1 40 5 11,74
6 1 70 5 10,06
7 1 40 10 11,85
8 1 40 10 11,98
9 1 70 10 12,26
10 1 10 15 9,95
11 1 40 15 13,60
12 1 40 10 11,40
13 1 10 5 9,80
В соответствии с экспериментальными значения получена регрессионная модель, где А - значение гидромодуля, В - значение времени, ПСХ - выход полисахаридов. Коэффициент смешанной корреляции равен 93,16, что свидетельствует о сильной положительной линейной взаимосвязи между переменными.
ПСХ = 9,79+ 0,1045 х А-0,289 х В- 0,001509 х Аг + 0,0131 х в2+ 0,00500 х А х В
Следующим этапом регрессионного анализа является рассмотрение значимости подбираемых параметров по отношению к зависимой переменной. В таблице 3 представлены значения Р-критерия для каждого параметра. Если Р-критерий <0,05, то заданные параметры влияют на выход полисахаридов.
Таблица 3. Значение Р-критерия
Параметр Р-критерий Влияние на выход полисахаридов
Гидромодуль 0,001 +
Время 0,002 +
Гидромодуль хГидромодуль 0,001 +
Время^Время 0,252 -
Гидромодуль*Время 0,011 -
Исходя из табл. 3, можно отметить, что наибольший вклад оказывают переменные гидромодуль, время и гидромодуль^гидромодуль. Графически можно представить на диаграмме Парето (рис. 2).
12 3 4
Рис. 2. Диаграмма Парето
Далее проведен анализ остатков (рис. 3), который позволяет оценить точность регрессионной модели. Интерпретация результатов анализа остатков представлена в табл. 4.
График остатков п порядка Рис. 3 Анализ остатков
Таблица 4. Интерпретация результатов анализа остатков
График Описание Распределение
Нормальный вероятностный график График приближен к прямой Нормальное распределение
Гистограмма остатков Гистограмма имеет форму «колокола» Нормальное распределение
График остатков и подогнанных значений Значения носят как положительный, так и отрицательный характер Нормальное распределение
График остатков и порядка График не носит «регулярного» поведения Нормальное распределение
Из табл. 4 следует, что регрессионная модель подчиняется нормальному распределению. На последнем этапе получены значения гидромодуля и времени, при которых достигается максимальный выход полисахаридов (табл. 5).
Таблица 5. Результаты планирования эксперимента
Гидромодуль Время Теоретический выход, % Практический выход, %
1:60 15 13,73 13,86
Вывод
Составлен план эксперимента подбора гидромодуля и времени в количественном определении полисахаридов. Проведен анализ полученной регрессионной модели. Подобраны значения гидромодуля, равного 1:60, и времени, равного 15 мин., и предсказан теоретический выход полисахаридов, который составляет 13,73%. Определен практический выход полисахаридов, равный 13,86%.
Литература (references)
1. Бойко Н.Н., Бондарев А.В., Жилякова Е.Т. и др. Фитопрепараты, анализ фармацевтического рынка Российской Федерации // Научный результат. Медицина и фармация. - 2017. - Т.3, №4. - С. 30-38. [Bojko N.N., Bondarev A.V., Zhiljakova E.T. i dr. Nauchnyj rezul'tat. Medicina i farmacija. Scientific result. Medicine and pharmacy. - 2017. - T.3, N4. - P. 30-38. (in Russian)]
2. Государственная фармакопея Российской Федерации XV издания. - Москва, 2023. [Gosudarstvennaija Farmacopeija RF XV. State Pharmacopoeia RF XV edition. - Moscow, 2023. (in Russian)]
3. Макарова Д.Ю., Новикова Е.К. Обнаружение полисахаридов в корнях Polygonatum officinale // XXVI Всероссийская конференция молодых учёных-химиков: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Нижний Новгород, 2023 - С. 484. [Makarova D.Yu., Novikova E.K. HHVI Vserossijskaja konferencija molodyh uchjonyh-himikov: Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. XXVI All-Russian Conference of Young Chemists: Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference. -Nizhnij Novgorod, 2023 - P. 484. (in Russian)]
4. Макарова Д.Ю. Перспективы использования корней купены лекарственной // Молодая фармация -потенциал будущего: Материалы Всероссийской научной конференции школьников, студентов и аспирантов с международным участием. - Санкт-Петербург, 2023. - С. 1095-1098. [Makarova D.Yu. Molodaja farmacija - potential budushhego: Materialy Vserossijskoj nauchnoj konferencii shkol'nikov, studentov i aspirantov s mezhdunarodnym uchastiem. Young Pharmacy - the potential of the future: Materials of the All-Russian Scientific Conference of schoolchildren, Students and postgraduates with international participation - Sankt-Peterburg, 2023. - P. 1095-1098. (in Russian)]
5. Самбукова Т.В., Овчинников Б.В., Ганапольский В.П. и др. Перспективы использования фитопрепаратов в современной фармакологии // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. -2017. - Т.15, №2. - С. 56-63. [Sambukova T.V., Ovchinnikov B.V., Ganapol'skij V.P. i dr. Obzory po klinicheskoj farmakologii i lekarstvennoj terapii. Reviews of clinical pharmacology and drug therapy. - 2017. -V.15, N2. - P. 56-63. (in Russian)]
6. Свистушкин В.М., Никифорова Г.Н., Шевчик Е.А. и др. Эффективность растительных лекарственных препаратов при лечении острых респираторных инфекций в реальной клинической практике // Consilium Medicum. - 2022. - 24(9). - С. 579-587. [Svistushkin V.M., Nikiforova G.N., Shevchik E.A. i dr. Consilium Medicum. - 2022. - 24(9). - P. 579-587. (in Russian)]
7. Mohammed A. S. A., Naveed M., Jost M. Polysaccharides; Classification, Chemical Properties, and Future Perspective Applications in Fields of Pharmacology and Biological Medicine (A Review of Current Applications and Upcoming Potentialities) // Journal of Polymers and the Environment. 11.10.2023 URL: https://www.researchgate.net/publication/348870060_Polysaccharides_Classification_Chemical_Properties_and _Future_Perspective_Applications_in_Fields_of_Pharmacology_and_Biological_Medicine_A_Review_of_Curr ent_Applications_and_Upcoming_Potentialities
8. Zhao X., Li J. Chemical Constituents of the Genus Polygonatum and their Role in Medicinal Treatment // Natural Product Communications. - 2015. - V.10, N4. - P. 683-688.
Информация об авторах
Макарова Дарья Юрьевна - магистрант кафедры промышленной технологии лекарственных препаратов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Минздрава России. E-mail: makarova.darya@spcpu.ru
Новикова Екатерина Константиновна - кандидат фармацевтических наук, старший преподаватель кафедры промышленной технологии лекарственных препаратов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Минздрава России. E-mail: ekaterina.krasova@pharminnotech.com
Александрова Любовь Юрьевна - старший преподаватель кафедры процессов и аппаратов химической технологии, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Минздрава России. Email: lubov.aleksandrova@pharminnotech.com
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Поступила 25.10.2023
Принята к печати 15.12.2023
