CC BY
55
УДК 665.3:541.8
ОЦЕНКА АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ МЕТОДОМ МИКРОКАЛОРИМЕТРИИ
© Н.В. Сизова, О.Ю. Веретнова1, А.А. Ефремов2 1 Институт химии нефти СО РАН, Томск
2Красноярский государственный торгово-экономический институт,
Красноярск, ул. Л. Прушинской, 2, 660075 (Россия) e-mail: f_nps@chat.ru
В настоящей работе на модельной реакции радикального инициированного окисления кумола мы оценили антиоксидантные свойства 100% эфирного масла полыни горькой и пихтовых эктрактов полыни горькой, тысячелистника и крапивы, березовых почек, березовых листьев, календулы.
Терапевтический, противовирусный эффект некоторых препаратов, приготовленных из растительного сырья, связан с наличием у них соединений, которые также проявляют антиокислительные свойства. Установлено, что полифенолы, токоферолы, флавоноиды проявляют антирадикальную активность. В основе биологической активности природных антиоксидантов лежат процессы торможения развивающегося радикального окисления тканевых липидов путем взаимодействия активных пероксирадикалов с биоантиоксидами.
Одним из самых активных компонентов растений являются эфирные масла, которые, помимо приятного запаха, являются антисептиками, проявляют противовоспалительную активность, и могут применяться как компоненты в лечебных и косметических препаратах. Оценивать антиоксидантную активность таких многокомпонентных систем, как эфирные масла и природные экстракты, достаточно сложно, методы плохо коррелируются друг с другом. В литературе имеются противоречивые сведения об антиокислительной активности эфирных масел.
Нами предлагается для оценки противоокислительной активности эфирных масел метод микрокалориметрии. Метод основан на регистрации теплового эффекта радикальных реакций окисления или полимеризации и позволяет по периоду индукции рассчитать эффективное содержание ингибиторов в сложных природных смесях. По приросту тепловыделения в течение периода индукции можно рассчитать константу скорости взаимодействия пероксидного радикала и ингибитора.
Общая схема окисления углеводорода в присутствии ингибитора, в котором инициатор создает постоянную скорость генерирования радикалов, а растворенный кислород быстро превращает алкильные радикалы в пероксидные, включает следующие элементарные стадии:
I 2 г. <Li)
r . + RH—k0—► rH + R. (10)
* Автор, с которым следует вести переписку.
К • + О2
к1
КО2
(1.1)
ЯО2 + яи
к9
-► яоои + я*
(1.11)
яоои кз >яо• + ио*
(1.111)
К + • я-
к4
C1.IV)
я • + яо‘2
к5
-►яоои
(1.V)
яо*2 + яо*2
кб
-►р
(1.VI)
1пИ + яо2
к7
-► яоои + 1п.
(1.VП)
яо2 + 1п»-
к8
Р
(1.VШ)
где - радикал инициатора; ИИ - окисляемый углеводород; я - радикал углеводорода; яо^2 - перекисный радикал; 1пИ - ингибитор; Ш - радикал ингибитора; Р - молекулярные продукты, ко-к8 - константы скорости элементарных стадий.
Выражение, связывающее мощность тепловыделения со скоростью реакции окисления ■ок :
(1)
где АН - энтальпия изучаемого процесса; V - объем реакционной смеси.
Выражение для мощности тепловыделения в момент времени t в режиме ингибированного окисления:
=АН V к2 / к7 [яН] [1/(т- )],
(2)
где [яИ] - концентрация окисляемого углеводорода; т - период индукции в присутствии ингибитора с константой скорости ингибирования к7.
В настоящей работе на модельной реакции радикального инициированного окисления кумола мы оценили антиоксидантные свойства 100%-ного эфирного масла полыни горькой и пихтовых экстрактов полыни горькой, тысячелистника и крапивы, березовых почек, березовых листьев, календулы. На рисунке приведены экспериментальные кривые окисления кумола в присутствии ингибиторов - эфирных масел и витамина Е.
Из приведенных объектов только для витамина Е можно вычислить константу скорости ингибирования к7. Константы для а-токоферола-ацетата на модельной реакции окисления кумола - 2,2 105 л/моль с, а на модельной реакции полимеризации стирола - 2,8 104 л/моль с. Для эфирных масел методически мы не можем рассчитать константу, поэтому оценить тормозящее действие эфирных масел можно по величине скорости окисления, которая будет соответствовать соотношению к2 / к7 - продолжения реакции по реакции (II) и обрыва цепей по (VII) взаимодействию с ингибитором:
Wок= к2 / к7 [ЯИ] [1/(т- )]. (3)
Чем меньше скорость окисления в момент времени t , тем сильнее ингибирующее действие экстрактов. Полученные скорости окисления в присутствии эфирных масел, экстрагированных пихтовым маслом из различных видов растений приведены в таблице.
Скорости окисления в присутствии эфирных масел, экстрагированных пихтовым маслом из различных видов растений
Ингибитор С, г/л Wок, моль/л с
Без ингибитора 0 83,8
Эфирное масло полыни горькой (зеленое) 0,63 21,3 (кислород)
0,63 34,6 (воздух)
Пихтовый экстракт календулы 2,19 33,2(кислород)
2,03 46,6 (воздух)
Пихтовый экстракт полыни (синее) 0,56 41,2
Пихтовый экстракт полыни (зеленое) 0,57 53,2
Пихтовый экстракт полыни горькой 2,12 33,2
Пихтовый экстракт березовых почек 0,69 42,6
Пихтовый экстракт березового листа 0,68 41,2
Пихтовый экстракт крапивы и тысячелистника 0,69 47,9
Ж 1СГ3, Дж/с
1
Кривые тепловыделения модельной реакции окисления кумола в присутствии ингибиторов различного типа: 1 - без ингибитора; 2 - пихтовый экстракт полыни С = 2,12 г/л; эфирное масло полыни С = 0,63 г/л; витамин Е масляный раствор С = 6,24 г/л
Выводы
В теории радикального окисления различаются механизмы линейного обрыва радикальных цепей на ингибиторе и механизм ингибирования, который реализуется через создание комплексов активных радикалов с системами с сопряженными п-связями. По первому механизму взаимодействуют например, пространственно-экранированные фенолы, токоферолы, для этих ингибиторов характерен четкий период индукции. Витамин Е - пример такого ингибитора, что подтверждается периодом индукции на рисунке.
Второй механизм реализуется для природных смесей чаще, и для эфирных масел, судя по экспериментальным кривым, преобладает, так как в смесях содержится большой набор соединений, в которых чередуются двойные и одинарные связи. Чтобы объяснить ингибирующее действие эфирного масла полыни, надо рассмотреть химическую структуру составляющих компонентов. Наличие функциональной группы ОН в соединениях: эвдесмол, бизаболол, интермедиол, возможно, и обрывают цепи по линейному механизму, но они имеют низкую активность, недостаточную для полного подавления реакции окисления. Более вероятен механизм ингибрования через создание комплексов с сопряженными системами. Поэтому наблюдается понижение скорости окисления от 1,5 до 4 раз. Из присутствующих соединений, возможно, выступают в роли ингибитора второго типа хамазулен, нерил-метил-бутаноаты.
Из изученных объектов максимальной антирадикальной активностью обладает эфирное масло полыни, оно понижает скорость окисления в 4 раза. Экстракты в пихтовом масле обладают едва выраженным антиокислительным действием, возможно, это объясняется меньшей концентрацией тех же ингибирующих веществ. Это соответствует также и меньшей терапевтической активности пихтовых экстрактов по сравнению с 100%-ными эфирными маслами.
Предложенный метод микрокалориметрии очень удобен в качественной оценке антиокислительной активности сложных природных смесей, так как регистрируемая кривая дает точное и быстрое представление о наличии и силе природных ингибиторов радикальных процессов.
Поступило в редакцию 27 мая 2002 г.
