CC BY
6УДК 581.&58.01/.07
Получение натуральных моющих средств из солодки голой с пребиотиками в условиях ЭкоКосмоДома
Т.Г. Третьякова П.А. Буглак Н.С. Зыль
ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь
ГГ
Рассмотрены варианты использования природного сырья для получения моющих средств в условиях замкнутой экосистемы. Представлены результаты эксперимента по изготовлению лабораторных образцов жидкого мыла из солодки голой (Glycyrrhiza glabra L.) с пребиотиками.
Ключевые слова:
замкнутая экосистема, моющие средства, пребиотищ солодка голая (Glycyrrhiza glabra L], ЭкоКосмоДом (ЭКД).
UDC 581.&58.01/.07
Obtaining
Natural Detergents from Licorice with Prebiotics in the EcoCosmoHouse Conditions
T. Tratsiakova P. Buglak N.Zyl
Unitsky String Technologies Inc., Minsk, Belarus
rr
Options for using natural raw materials for the obtaining of detergents in an enclosed ecosystem are considered. The results of an experiment on the production of laboratory samples of liquid soap from licorice (Glycyrrhiza glabra L.) with prebiotics are presented.
Keywords:
detergents, EcoCosmoHouse (ECH), enclosed ecosystem, licorice (Glycyrrhiza glabra L.l prebiotics.
Введение
Жителям ЭкоКосмоДома (ЭКД) необходимы моющие средства, которые лучше изготавливать в орбитальных условиях, чем затрачивать большие денежные ресурсы на их доставку с Земли. В замкнутой экосистеме предпочтительно применение растительного сырья для замены синтетического [1], состав которого представляет собой сложные смеси различных веществ.
Основной недостаток ненатуральных моющих средств -низкая скорость разложения, вследствие чего они загрязняют окружающую среду. Именно поэтому приоритетным направлением в данной сфере является замена таких средств на составы природного происхождения и натуральное мыло.
К поверхностно-активным веществам (ПАВ) органического происхождения можно отнести:
• растительные сапонины (экстракты мыльного дерева, мыльнянки, солодки);
• кастильское мыло (на основе оливкового масла, заменяющего животные жиры);
• фосфатидилхолин (лецитин) из сои.
В качестве натуральной замены синтетическим ПАВ в шампунях и моющих средствах используют природные сапонины (пенообразующие вещества), которые входят в состав некоторых растительных экстрактов - мыльнянки, коры мыльного дерева, корней солодки. Название «сапонины» происходит от латинского sapo - мыло. Это сложные безазотистые органические соединения из гликозидов растительного происхождения, обладающие поверхностно-активными свойствами. При взбалтывании растворы образуют густую стойкую пену.
Описание растений, содержащих сапонины
Альпийская фиалка [Cyclamen L.)
Многолетнее травянистое растение, относится к семейству первоцветных (рисунок 1) [2]. Сапонины находятся в корнях, которые имеют вид клубней, достигающих больших размеров на мягкой и жирной почве. Технические сапонины получаются обычным способом - экстрагированием мыльного корня водой и выпариванием полученного экстракта.
Сухие клубни содержат растворимые в воде вещества (технические сапонины) - 54,2 %, в том числе чистые сапонины - 25,2 % [3].
Рисунок 1 - Альпийская фиалка
Дрёма белая (Melandrium album (Mill.) Garcke)
Одно- или двулетнее травянистое растение, относится к семейству гвоздичных (рисунок 2). В корнях найдены технические сапонины - 31,9 %, в том числе чистые сапонины -27,5 % [3].
В данном растении имеется довольно мало посторонних веществ по сравнению с другими сапонинсодержащими культурами.
Рисунок 2 - Дрёма белая
Колючелистник железистый [Acanthophyllum glandulosum Bunge ex Boiss.)
Многолетнее травянистое растение или полукустарник семейства гвоздичных (рисунок 3). В его корнях обнаружены технические сапонины - 40,5 %, в том числе чистые сапонины - 32,02 % [3].
Мыльнянка лекарственная (Saponaria officinalis L.)
Относится к многолетним травянистым растениям семейства гвоздичных (рисунок 4]. В исследованиях [3,4] из сухих корней мыльнянки лекарственной выделены технические сапонины - 58,2 %, в том числе чистые сапонины - 36 %.
Солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.)
Солодка (солодковый корень, лакрица) - многолетнее травянистое растение семейства бобовых, известно своими полезными свойствами и давно применяется во всём мире (рисунок 5). Лекарственным сырьём являются корни, которые могут храниться в марлевых мешках или бумажных пакетах в сухом прохладном помещении в течение 10 лет.
По данным [5], солодка голая содержит целый ряд лечебных биологически активных соединений, таких
как тритерпеновые сапонины, флавоноиды, кумарины и другие фенолы. Общий объём экстрактивных веществ, выделяемых из корней растения, составляет 40 % от массы исходного сырья [6]. Основные биологически активные соединения более подробно представлены в таблице.
Рисунок 5 - Солодка голая
Таблица - Основные биологически активные вещества корня солодки голой
Вещества Содержание, %
Экстрактивные вещества 22,8-44,1
Тритерпеноиды 7,3-23,6
Углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал) 18,2-34
Флавоноиды 3-4
Стероиды 1,5-2
Аскорбиновая кислота 1,1-3,1
Эфирные масла 1,5-2
Аспарагин 1-4
Смолистые вещества 1,7-4,1
Жиры и жироподобные вещества 0,2-4,7
Белки 6,2-10,1
Камеди 1,5-6,5
Горечь нерастворимая (в воде) 1,8-4
Зола (общая) 4,9-9,7
Корни и подземные побеги солодки содержат до 23 % глицирризина, представляющего собой калиевую и кальциевую соль трехосновной глицирризиновой кислоты. Это тритерпеновый сапонин, расщепляющийся при гидролизе на глицирретиновую кислоту и две молекулы глюкуроновой кислоты, которая придаёт корням приторно-сладкий вкус [7].
Рисунок 4 - Мыльнянка лекарственная
Солодка нашла применение как источник сырья для получения пищевых, парфюмерно-косметических, технических и других продуктов. В ней имеется множество групп биологически активных соединений: сахара, аминокислоты, пектины, микроэлементы и др. В основном используются гли-цирризиновая, глицирретиновая кислоты и их производные, флавоноиды и полисахариды.
Солодка голая - полезное лекарственное растение, что является дополнительным плюсом и расширяет область её применения в условиях ЭКД.
На корнях солодки поселяются клубеньковые бактерии, обогащающие почву биологическим азотом, что также будет неоспоримым преимуществом при культивировании лакрицы в лёгких почвогрунтах, которые планируется использовать в замкнутой экосистеме. Надземная растительная часть солодки, достигающая 1,5-метровой высоты, богата протеином (до 12 %) и считается питательной кормовой добавкой для сельскохозяйственных животных [8]. В этой части найдены сапонины, флавоноиды, дубильные вещества, азотистые основания, органические кислоты, сахара и каротин.
С1 га солодки на второй год после посадки можно собрать около 6 тонн надземной биомассы, а на третий год -15 тонн. Содержание белка в ней в два раза превышает его количество в люцерне, что делает биомассу солодки питательным и ценным кормом (в сухом виде) для крупного и мелкого рогатого скота [9]. Корень лакрицы можно получить на третий или четвёртый год [10], при этом урожай сухой корневой массы составляет около 6-8 т/га.
Существует огромное количество патентов (более 10 ООО) по применению солодки [11]. Её включают в препараты для лечения желудка, селезёнки, кишечных, вирусных заболеваний, в том числе СПИДа, а также дерматитов, псориаза, акне, экземы, цистита, холецистита, панкреатита, простатита; в составы желчегонного, слабительного, диуретического, антиаллергического, спазмолитического действия; в лекарства от кашля, бронхита, конъюнктивита, артрита, люмбаго, геморроя, остеопороза, пародонтоза и даже в средства, которые повышают активность противоопухолевых препаратов, показанных при онкологии, и др. В [12] приведено максимальное количество патентных документов по данной тематике.
В косметологии экстракт корней солодки рекомендуется использовать в моющих средствах, продукции против морщин, для омоложения, очистки и осветления кожи, а также для стимуляции роста волос, их лечения и др. Положительным моментом применения лакрицы в шампунях является её способность очищать кожу головы и волосы, не пересушивая их. Всё это говорит о неоспоримых преимуществах выбора такой
ценной и многоцелевой растительной культуры в качестве объекта настоящего исследования и основного ингредиента разрабатываемого моющего средства.
Описание натуральных косметических добавок
Для того чтобы произведённые натуральные косметические продукты длительное время имели приятную консистенцию и свежий аромат, следует обеспечить оптимальные условия хранения. Для получения нужной консистенции необходим натуральный загуститель, в качестве которого в проведённом авторами эксперименте выступили пектин и ксантановая камедь. Природными соединениями, выполняющими функцию антиоксидантов и консервантов в органической косметике, считаются морская соль, лимонная кислота и эфирные масла [13], также включённые в рецептуру косметического моющего средства. Свойства данных веществ рассмотрим более подробно.
Пектин
В косметическом производстве востребован как загуститель и комплексообразователь [14]. Является преби-отиком - углеводом, содержимся в овощах, фруктах и зерновых культурах и создающим благоприятную питательную среду для размножения микрофлоры. Микрофлора кожи представляет собой многообразие микроорганизмов, живущих на её поверхности. Это часть защитного барьера организма. Полезные бактерии заселяются в благоприятную питательную среду и оберегают кожный покров от колонизации патогенными микроорганизмами.
Пектин содержит галактуроновую кислоту, обладающую свойством удержания влаги, разглаживания морщин, повышения тонуса кожи. Кроме того, доказана целесообразность использования низкоэтерифицированных пектиновых веществ в качестве активной моющей добавки к шампуням и жидкому мылу, рН которых находится в пределах от 5,5 до 7,5 [15].
Лимонная кислота
Полученная натуральная косметика должна сохранять свои свойства в течение долгого периода, поэтому в её состав необходимо вводить консерванты природного происхождения. Один из них - лимонная кислота, которая является регулятором кислотности, антиокислителем, а также синер-гистом антиокислителей; добавляется для ароматизации и как натуральный консервант [16]. Может быть задействована в качестве диспергирующего и размельчающего компонента.
Подвержена термическому и полному биораспаду. В соответствии с европейской цифровой кодификацией пищевых добавок лимонная кислота классифицируется как ЕЗЗО и входит в список веществ, разрешённых к использованию в пищевых продуктах и напитках.
Лимонная кислота представляет собой бесцветные кристаллы, внешне похожие на сахар. Области её применения:
• кондитерская промышленность - как подкислитель и усилитель вкуса;
• производство напитков - для придания ощущения свежести. Кроме того, она является синергистом, т. е. веществом, усиливающим действие антиоксидантов, таких как аскорбиновая кислота;
• консервная промышленность - как консервант вместо уксуса, который признан канцерогеном и применение которого в пищевой промышленности большинства стран резко ограничено;
• косметология - как регулятор рН многих косметических препаратов: эликсиров, лосьонов, кремов, шампуней, фиксаторов волос и др.
Морская соль
Отличается богатым химическим составом, с чем связаны её уникальные целебные свойства. Благодаря этому вещество очень популярно в косметологии. Вследствие высокого содержания минералов и других элементов морская соль питает кожу, улучшает кровообращение, подсушивает воспаления и укрепляет капилляры, насыщая их полезными веществами. Для волос она ценна тем, что ускоряет их рост, делает более плотной структуру, а локоны - объёмнее. Морская соль в косметических средствах работает и как антисептик, обладает противовоспалительным и антимикробным действием.
Эфирные масла
Эфирное масло чайного дерева [17] имеет эффективные антисептические свойства и при этом абсолютно безвредно для организма человека. Кроме того, оказывает противовоспалительное, вяжущее, антитоксическое, противовирусное, бальзамирующее, заживляющее, фунгицидное действие. Благодаря этим качествам активно используется в косметической продукции.
Эфирное масло розмарина обладает широким спектром полезных для здоровья свойств, среди них - обезболивающие, противовоспалительные, противомикроб-ные. Данное вещество характеризуется антиоксидантной активностью [18].
Эфирное масло грейпфрута отличается мощным антибактериальным и антимикробным действием, эффективно в борьбе с некоторыми штаммами грибков, имеет цитрусовый аромат.
Эфирное масло франжипани [плюмерии] придаёт приятный запах моющему средству и обладает рядом других ценных свойств: снимает воспалительные процессы, увлажняет и питает сухую кожу, способствует разглаживанию мелких морщин.
Эфирное масло жасмина не только известно тонким ароматом, но и является антисептиком, антибактериальным и противогрибковым средством, не раздражает кожу и поэтому часто используется в продуктах по уходу за кожей и волосами.
Экспериментальная часть
Для того чтобы приготовить моющее средство, корни солодки голой заливали водой в соотношении 1:5 по массе, выдерживали на кипящей водяной бане 30 мин, сливали раствор и снова заливали корни водой в соотношении 1:3 по массе, обработку повторяли. Полученный отвар (550 мл] центрифугировали, разделили на две части и изготовили разные пробы моющего препарата, в которых в качестве загустителя использовали: в первом образце - ксантановую камедь; во втором - пектин, являющийся также пребиотиком (рисунок 6].
Рисунок 6 - Моющие средства из отвара корней солодки: 1 - с ксантановой камедью; 2-е пектином
Так как моющие средства полностью натуральные, то в процессе их хранения при температуре (20 ± 5] °С в образцах образовалась плесень: в первом - через 14 дней, а во втором - через месяц. Исходя из того, что современные производители гарантируют хранение косметических
продуктов в открытом виде не более одного месяца, во втором случае был достигнут необходимый результат. Соответственно, в дальнейшей работе нужно предусмотреть вакуумную упаковку и стерилизацию тары, а также исследовать различные комбинации эфирных масел и растений.
Для точного подтверждения наличия сапонинов в растительном сырье применены реакции, основанные на физических и химических свойствах данных веществ [19]. Качественной реакцией на сапонины является пенообразование (рисунок 7], которое у других растений не наблюдается.
Сапонины по химическому строению делятся на две группы: стероидные и тритерпеновые. Для определения группы брали две пробирки, в одну из которых вносили 5 мл 0,1 моль/л NaOH, в другую - 5 мл 0,1 моль/л HCl. После добавляли в каждую пробирку по 2-3 капли отвара и сильно встряхивали (рисунок 8].
В результате в пробирке с кислотой образовалась стойкая пена. Это говорит о том, что в отваре содержатся кислые тритерпеновые сапонины, к которым и относятся производные глицирризиновой кислоты, оказывающей благоприятное влияние на кожу. Стероидные же сапонины дают обильную пену в щелочной среде.
20
10
б)
Рисунок7 - Отвар корней солодки: а - до встряхивания; б - после интенсивного встряхивания в течение 30 с
lltxOW 0,1м
Химическим доказательством наличия сапонинов является осаждение их из водных растворов гидроксидами бария и магния, солями меди, ацетатом свинца. В эксперименте использовали сульфат меди (II). Результат представлен на рисунке 9, который также подтверждает присутствие сапонинов (образовался осадок).
J
Рисунок 8 - Пробирки с NaOH, HCl и отваром корней солодки
б)
Рисунок 9 - Отвар корней солодки: а - чистый; б - с добавлением сульфата меди I
Заключение
В ходе исследования из корней солодки голой получено жидкое мыло, которое может быть использовано как гель для душа или шампунь (3 в 1), поскольку оказывает благоприятное влияние на кожу благодаря содержанию глицирризиновой кислоты. Определено, что раствор с ксантано-вой камедью хранится при температуре (20 ± 5) °С 14 дней, а с пектином - в два раза дольше.
Так как средство является полностью натуральным, а значит, и скоропортящимся, в дальнейшем необходимо предусмотреть его вакуумную упаковку. Полученные образцы жидкого мыла будут проанализированы на соответствие ТР ТС «О безопасности парфюмерно-косметической продукции» и установлен срок хранения данных препаратов в герметичной упаковке. Кроме того, исследованию подлежит способ увеличения срока хранения с помощью добавления в моющие средства различных эфирных масел и их смесей, а также отвара самих растений.
Использование натуральных компонентов для изготовления моющих средств - экологичное и многообещающее направление в косметологии. Для составов из корней солодки в качестве пребиотика, загустителя и комплексообразо-вателя можно ввести пектин; в качестве натурального консерванта - морскую соль, лимонную кислоту и эфирные масла чайного дерева, грейпфрута, розмарина; в качестве ароматизатора - эфирные масла франжипани, жасмина. Исходя из литературных данных и проведённых опытов, солодка является перспективным растением для применения
в замкнутых экосистемах. Глицирризиновая кислота из её корней может использоваться для изготовления моющих веществ и лекарств, а надземная часть - как корм для животных, что полностью соответствует понятию натурального безотходного производства.
Список основных источников
1. Зыль, Н.С. Растения специального назначения и их использование в ЭкоКосмоДоме /Н.С. Зыль, Н.В. Бата-левич, ЕА Шахно // Безракетная индустриализация космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы II между на р. науч. - техн. конф., Марьина Гща, 27 июня 2019 г./ ООО «Астроинженерные технологии»; под общ. ред. А.З. Юницкого. - Минск: Парадокс, 2019. - С. 191-197.
2. Cyclamen Exerts Cytotoxicity ¡n Solid Tumor Cell Lines: A Step Toward New Anticancer Agents? / M. YUdiz[et al]// Asían Pacific Journal of Cáncer Preventíon. -2013. - Voí 14, iss. 10. - P 5911-5913.
3. Гнамм, Г. Дубильные вещества и дубильные материалы/ Г. Гнамм; пер. под ред. Ю.С Залькинда. - Л.: Науч. химико-техн. изд-во, 1927. - 460 с.
4. Живчикова, РИ. Интродукция мыльнянки лекарственной Saponaria officinalis L. в Приморском крае/Р. И. Живчикова, А.И. Живчиков//ВестникДВО РАН. - 2017. -№3,- С. 15-21
5. Иллюстрированный определитель растений Средней России: [в 3 Т.1/И.А. Губанов [и др.]. - М.: T-во науч. изд. КМ К: Ин-т технолог, исслед, 2004. - Т. 3: Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные]. - 520 е.: ил.
6. Hosseinzadeh, Н. Pharmacological Effects of Glycyrrhiza spp and Its Bioactive Constituents: Update and Review/ H. Hosseinzadeh, M. Nassiri-Asl//Phytotherapy Research. -2015. - Voí 29. - P 1868-1886.
1. Рыбальченко, А. С. Исследование экстракции солодкового корня/А.С. Рыбальченко, В.П. Голицын,Л.Ф. Комарова// Химия растительного сырья. - 2002. - № 4. - С. 55-59.
8. Солодка голая (солодка гладкая, лакриил, лакричник] [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://cnshb.ru/AKDil/ 0054/base/RS/000128.SHTM/. - Дата доступа: 11.05.2023.
9. Изучение и использование солодки в народном хозяйстве СССР: материалы IVсимп., Алма-Ата, 2-5мая 1991 г. -Алма-Ата: Гылым, 1991. - 192 с.
10. Изучение и подбор солеустойчивых сельскохозяйственных культур для возделывания на засоленных почвах. -Бишкек, 2018. - 19 с.
11. Исмаилов, И. Этот многоликий скифский корень [Электронный ресурс]/И. Исмаилов. - Режим доступа: https:// orient.tm/ru/post/27080/etot-mnogolikij-skifskij-koren. -Дата доступа: 13.05.2023.
12. Аммосов, A.C. Солодка: применение в мировой практике (обзор по материалам охранных документов за период с 1901 по 2020 годы] [Электронный ресурс]/А. С. Аммосов, В.И Литвиненко, Т.П. Попова. - Режим доступа: https://pe-шение-верное.рф/licorice-application-in-world-practice-review-by-materials. - Дата доступа: 15.05.2023.
13. Королева, Ю.Е. Рецептурный состав органической и традиционной косметики / Ю.Е. Королева // Сибирский торгово-экономический журнал. -2010. - № 10. - С. 80-82.
14. Икпасова, A.ILI. Пектин: состав, технология получения, применение в пищевой и фармацевтической промышленности/ А.Ш. Икласова, З.Б Сакипова, ЭН. Бекболатова // Вестник КазНМУ. - 2018. -№3.- С. 243-246.
15. Худайкулова, O.A. Перспективы использования низко-этерифицированных пектиновых веществ в составе косметических средств специального назначения [Электронный ресурс]/O.A. Худайкулова//Провизор. -1999. -Вып. 15-16. - Режим доступа: https://www.provisor.com.ua/ archive/1999/N1516/pektin.php?part_code=40&art_code= 1721. - Дата доступа: 17.05.2023.
16. Юмагужина, А.Р. Общая характеристика натуральной косметики и её основных компонентов [Электронный ресурс] / А.Р. Юмагужина, ЕА Дроздова, ЕС. Алешина// Международный студенческий научный вестник. -2022. -№ 1. - Режим доступа: https://eduherald.ru/ru/article/ view?id=20870. - Дата доступа: 19.05.2023.
17. Гзоргиева-Андреева, М. Исследование антигрибного действия эфирных масел чайного дерева (Melaleuca alterni-folial шалфея (Salvia officinalis] и эвкалипта (Eucalyptus globulus] на гриб Alternaría spp., изолированный из сте-вии (Stevia rebaudiana] / M. Георгиева-Андреева, С. Ен-чев// Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2013. - Вып. 3. - С. 132-137.
18. Самусенко, АЛ. Исследование антиоксидантной активности эфирных масел лимона, розового грейпфрута, кориандра, гвоздики и их смесей методом капиллярной газовой хроматографии / АЛ. Самусенко // Химия растительного сырья - 2011.-№ З.-С. 107-112.
19. Химический анализ лекарственных растений: учеб. пособие для фармацевт, вузов / Е.Я. Ладыгина [и др.]; под ред. Н.И Гринкевич, Л.Н. Сафронич. - М.: Высш. шк, 1983.- 176 с.
