Полисахариды из торфов и мхов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 97-100.

УДК 542.978:615.451.16 ПОЛИСАХАРИДЫ ИЗ ТОРФОВ И МХОВ

© Н.В. Юдина', С.И. Писарева, А.В. Зверева, С.Е. Дмитрук, Г.И. Калинкина Институт химии нефти СО РАН, пр. Академический, 3, 634055, Томск (Россия) e-mail: canc@ips.tsc.ru

Выделены водорастворимые вещества из низинных и верховых моховых торфов и соответствующих растений -торфообразователей мхов, исследованы их биологические свойства и состав. Углеводный состав торфа определяется источником его образования и степенью разложения. В верховых торфах содержание углеводов, как правило, выше, чем в низинных. Подтверждено, что с увеличением степени разложения верховых торфов снижается выход углеводов. Установлена фунгицидная активность водорастворимых фракций верховых торфов и мхов.

Введение

Торф является продуктом частичного распада болотных растений, сохранившим в своем составе органические и минеральные вещества, присущие растительному миру. В процессе торфообразования при распаде растительной ткани и метаболизме накапливаются новые биологически активные вещества [1, 2]. Многие из них связаны в торфе в сложные органические комплексы и не проявляют активности без дополнительной обработки. Исследования природы биологически активных веществ показали перспективность различных физико-химических воздействий с целью их модификации. Выделение водорастворимых соединений при нагревании является процессом обработки торфа при наиболее мягким условиях с сохранением их нативного состава. Верховые и низинные торфы резко различаются по химическому составу. Для верховых торфов явно прослеживается зависимость содержания углеводов от количества их в растениях - торфообразователях и степени разложения. Наибольшее количество углеводов отмечено в моховых торфах малой степени разложения [3]. Исследование углеводного комплекса торфов представляет значительный интерес как для рационального использования полисахаридов, так и для изучения динамики превращения органического вещества.

Целью данной работы явилось изучение состава и специфических биологических свойств водорастворимых фракций верхового и низинного торфов и мхов.

Экспериментальная часть

Выделение водорастворимых фракций из торфов осуществляли по следующей схеме. Из торфа хлороформом в соотношении сырье: растворитель 1 : 2 выделили липиды. Навеску подсушенного торфа обрабатывали горячей водой при температуре 95°С в весовом соотношении 1:12 дважды в течение 2 час и 20 мин. Водный экстракт отфильтровывали и концентрировали упариванием до 0.2 объема. В концентрированный экстракт добавляли 96%-ный этиловый спирт в соотношении 1 : 3 и перемешивали в течение 20 мин. Выпавшие в осадок полисахариды отделяли от водно-спиртового раствора полифенолов центрифугированием. Осадок промывали охлажденным ацетоном.

Из мхов полисахаридный комплекс выделяли тремя фракциями. Водорастворимые полисахариды (ВФПС) извлекали водой и осаждали 2-кратным объемом 96%-ного этанола. Остаток сырья обрабатывали водой, подкисленной хлористоводородной кислотой и осаждали пектиновые вещества (ПВ) 2-кратным объемом этанола. Шрот экстрагировали 10%-ным раствором гидроксида натрия и осаждали гемицеллюлозу (ГЦ) 50% уксусной кислотой. Во всех фракциях определяли содержание нейтральных сахаров по стандартному образцу глюкозы.

Исследуемые образцы характеризовались групповым составом. Мономерный состав отдельных фракций полисахаридов после их гидролиза 10%-ным раствором серной кислоты при 100-105°С в течение 18 ч определяли методом хроматографии на бумаге марки FN-6. Гидролизат хроматографировали в системе ацетон : н-бутанол : вода (7 : 2 : 1). В качестве проявителя использовали анилинфталат, который дает окрашенное соединение с углеводами.

Биологические исследования водорастворимых фракций на противогрибковое действие проведены методом двухкратных серийных разведений на жидкой питательной среде Сабуро. В качестве тест-микробов использовали: Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes, Microsporum canis, которые были получены в Центральном кожно-венерологическом институте Минздрава РФ. Для засева брали 71 0 суточные культуры. Взвеси грибов готовились путем подсчета спор в камере Горяева из расчета 200 тыс. клеток на 1 мл питательной среды. После дополнительных разведений стандартного раствора микробная нагрузка патогенных грибов составляла 1 тыс. тел на 1 мл среды. Посевы инокулировали в термостате при 28°С. Учет культуры проводили через 7-10 суток. Предельно высокая испытанная доза препарата соответствовала 1 тыс. мкг/мл. Повторность опытов была 4-6 кратная. За фунгистатический титр, являющийся критерием антифунгинальной активности, принималась предельная концентрация препарата в среде, при которой отсутствовал видимый рост культуры.

Обсуждение результатов

В таблице 1 приведены общая характеристика и групповой состав сфагновых мхов и торфов месторождений Томской области. Из исследованных образцов торф Березовского и Чистого месторождений относится к верховому типу, остальные - к низинному. Их ботанический состав довольно разнообразен, что, соответственно отражается на химическом составе торфа, определяемом растительным источником его образования и степенью разложения. В верховых торфах содержание липидов и водорастворимых веществ выше, чем в низинных. В последних больше содержится гуминовых веществ. С увеличением степени разложения в торфах всех типов содержание водорастворимых веществ сокращается. Это объясняется биохимической неустойчивостью углеводного комплекса, разрушающегося в торфогенном слое при протекании процессов микробиологического разложения растительного вещества. Установлено, что горячей водой экстрагируется от 10 до 20% полисахаридного комплекса. Количество гуминовых кислот в низинных торфах выше, чем в верховых, и накапливается пропорционально увеличению степени разложения.

Фунгицидная активность водорастворимых фракций может быть обусловлена наличием полифеноль-ных соединений. Тестированию подвергались как общие фракции, так и ее составляющие компоненты -полисахариды и полифенолы из верховых, низинных торфов и сфагновых мхов в сравнении с известным

Автор, с которым следует вести переписку.

препаратом нитрофунгином. В таблице 2 показано, что суммарный комплекс водорастворимых веществ и его компоненты из низинного торфа не проявляют биологической активности.

Слабый антигрибковый эффект отмечен для суммарной водорастворимой фракции и полифенолов верхового торфа. Наибольшая активность в отношении поверхностных дерматофитов наблюдалась для полисахаридов из верхового торфа Березовского месторождения, сравнимая с активностью нитрофунги-на. В связи с этим на антигрибковую активность были проанализированы полисахариды и полифенолы из растений-торфообразователей верховых торфов - сфагновых мхов. Полифенольные фракции проявили низкую активность, а эффективность полисахаридов в отношении поверхностных дерматофитов оказалась выше, чем у нитрофунгина.

Для определения биологически активного компонента в отношении поверхностного дерматофита был проанализирован более детально состав полисахаридных комплексов мхов.

Таблица 1. Общая характеристика и групповой состав торфов и сфагновых мхов

Наименование образца Ботанический Степень раз- Содержание, % мас.

состав ложения, % липидов полисахари- дов полифе- нолов гуминовых кислот

Торфы месторождений

Таганского Осоково- низинный 27 2.3 0.9 0.9 31.1

Березовского Сфагновый 29 12.1 1.5 0.6 25.3

Чистого Компл.верх. 5 19.9 0.9 1.4 23.0

Карбышевского Вейниковый 12 2.1 1.1 0.6 29.5

Карбышевского Древесный 31 2.9 0.4 0.4 33.4

БрИ. Magellanicum 2.5 2.0 3.7 -

БрИ. Ешсит 1.8 2.2 2.8 -

Таблица 2. Антигрибковая активность водорастворимых соединений торфов и мхов

Наименование образца ТгісИорЬ. ЯиЪгит ТгісИорИ. МеП^г. Місор. ЄапІ8

Торф Таганского мест.:

Полисахариды 1 / 125 1 / 125 1 / 250

Комплекс водорастворимых 1 / 250 1 / 250 1 /1000

Торф Березовского мест.:

Полисахариды 1 / 7.8 1 / 7.8 1 / 15.7

Комплекс водорастворимых 1 / 31.3 1 / 31.3 1 / 250

Торф Чистого мест.:

Полисахариды 1 / 15.7 1 / 15.7 1 / 31.3

БрИ. Magellanicum:

Полисахариды 1 / 3.95 1 / 3.95 1 / 3.95

Полифенолы 1 / 125 1 / 125 1 / 250

БрИ. Ешсит:

Полисахариды 1 / 3.95 1 / 3.95 1 / 3.95

Полифенолы 1 / 31.3 1 / 31.3 1 / 250

Нитрофунгин 1 / 7.8 - 1 / 7.8

Таблица 3. Полисахаридный комплекс сфагнума бурого Sphagnum fuscum

Тип Содержание, % Нейтральных В т.ч. свободных Компонентный состав сахаров

ВФПС 0.38 30.60 15.00 Глюкоза, галактоза, рамноза, ксилоза

ПВ 0.38 39.30 6.72 Глюкоза, галактоза, рамноза, ксилоза

ГЦ 2.37 4.34 1.94 Глюкоза, галактоза, рамноза, арабиноза

В таблице 3 приведен состав полисахаридного комплекса сфагнума бурого. Содержание водорастворимых фракций как и в торфе и в растениях-торфообразователях довольно низкое, среди восстанавливающих сахаров преобладают нейтральные. Компонентный состав всех полисахаридных фракций практически одинаков и представлен глюкозой, галактозой, рамнозой, ксилозой, арабинозой.

В составе полисахаридов мхов и верховых торфов методом хроматографии на бумаге были определены малые количества сфагнола. Очевидно, его присутствие и высокая проникающая способность полисахаридов обеспечивают антигрибковую активность полисахаридных фракций мхов и верховых торфов за счет эффекта синергизма.

Выводы

Подтверждено, что групповой состав торфов определяется их ботаническим составом и степенью разложения. Содержание водорастворимых веществ выше в верховых моховых торфах.

Полисахаридный комплекс верхового торфа обладает антигрибковой активностью в отношении поверхностных дерматофитов.

Антигрибковая активность полисахаридного комплекса из Sphagnum Magellanicum и Sphagnum Fus-cum выше известного препарата нитрофунгин.

Углеводный состав мхов представлен глюкозой, галактозой, рамнозой, ксилозой, арабинозой. Присутствие в их составе сфагнола определяет их активность за счет эффекта синергизма.

Список литературы

1. Маль С.С. Углеводы и азотсодержащие вещества торфа. Минск, 1982.

2. Наумова Г.В., Косоногова Л.В., Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф. Биологически активные препараты стимулирующего и фунгицидного действия на основе торфа // Химия твердого топлива. 1995. №2. С. 82-88.

3. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М., 1978.

Поступило в редакцию 8 июля 1999 года