CC BY
71
УДК 581.192.2
СОСТАВ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО СО2-ЭКСТРАКТА ИЗ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ОДУВАНЧИКА ЛЕКАРСТВЕННОГО
Н.П. Тигунцева
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, v35@istu.edu.
Приведены результаты исследования химического состава СО2-экстрактов, выделенных из надземной части одуванчика лекарственного Taraxacum Officinale Wigg в сверхкритических условиях с использованием модификаторов. Проведено изучение влияния природы модификатора на выход и химический состав СО2-экстрактов. Установлено, что составы исследованных объектов имеют сходства в качественном отношении, но заметно различаются соотношением групповых компонентов. Показано, что выход биологически активных веществ из надземной части одуванчика увеличивается при использовании в качестве модификатора воды, этанола и тетрагидрофурана. Наибольший их выход получен в условиях экстракции при использовании тетрагидрофурана. Ил.3. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: надземная часть; химический состав; сверхкритическая СО2-экстракция; модификаторы; терпеноиды; стеролы.
THE COMPOSITION OF THE SUPERCRITICAL CO2-EXTRACTS FROM AERIAL PARTS OF THE DANDELION MEDICINAL
N.P. Tiguntseva
Supercritical CO2-extracts were isolated from aerial parts of the dandelion medicinal Taraxacum Officinale Wigg using of modifiers. The influence of the modifier nature on the yield and chemical composition of CO2-extracts has been studied. The composition of the investigated objects is qualitatively similar however the quantitative ratio of their group components was found to be appreciably different. It is shown that the yield of
biologically active substances from aerial parts of the dandelion increases when water, ethanol or tetrahydrofu-ran is used as a modifier. The highest yield was obtained when tetrahydrofuran was applied. 3 figures. 9 sources.
Keywords: aerial parts; chemical composition; supercritical CO2-extraction; modifiers; terpenoids; sterols.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, лекарственные свойства растений определяются наличием в их тканях химических соединений, обладающих биологической активностью, то есть способных воздействовать на какие-то физиологические процессы в организме человека и животных. В роли действующих веществ, определяющих целебные качества растения, выступают различные химические соединения: алкалоиды, гликозиды, эфирные масла, дубильные вещества, флавоноиды и т.д. [1]. Восполнение дефицита указанных компонентов возможно, в том числе, за счет одуванчика лекарственного Taraxacum Officinale Wigg., который с древних времен использовали в лечебных целях и называли «эликсир жизни», так как все части этого полезного растения - и корни, и листья, и цветки - имеют целебные свойства.
Для извлечения комплекса биологически активных веществ (БАВ) из растительного сырья чаще всего применяют экстракцию с органическими растворителями при разных условиях, имеющую ряд недостатков: повышенная температура и термическая нестабильность компонентов [2]. В связи с этим в последние годы наиболее распространенным методом получения БАВ является экстракция растворителями, находящимися в сверхкритическом (СК) состоянии [35]. Одним из перспективных растворителей в
этой области является СК диоксид углерода, предусматривающий низкотемпературную обработку растительного сырья, что очень важно при выделении БАВ. Информация об использовании сверхкритического диоксида углерода для извлечения БАВ из одуванчика в отечественных литературных источниках отсутствует, что предопределяет необходимость исследования.
Основной целью работы являлось изучение влияния природы модификатора на выход и состав сверхкритических СО2-экстрактов из надземной части одуванчика лекарственного.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали воздушно-сухие, измельченные до крупности 1-5 мм, образцы надземной части одуванчика лекарственного Taraxacum Officinale, собранного в июне 2012 г. до цветения в Иркутском районе. Сверхкритическую СО2-экстракцию одуванчика выполняли на установке R-401 производства южнокорейской компании «Reaction Engineering» при температуре 55оС, давлении 20 и 30 МПа и продолжительности 45 мин. Принципиальная схема установки приведена рис. 1.
В термостатированный при 55 оС реактор объемом 0,5 л помещали контейнер с предварительно высушенной в сушильном шкафу при
Рис. 1. Принципиальная схема установки СО2-экстракции: 1 - реактор; 2 - сепаратор; 3 - охлаждающий змеевик (теплообменник); 4 - циркуляционное устройство для СО2; 5, 6 - насосы
105 оС навеской (5-6 г) одуванчика. После герметизации в реактор насосом высокого давления со скорость 10 мл/мин подавали жидкий диоксид углерода до создания рабочего давления и фиксировали время начала опыта. При использовании модификатора необходимый объем его подавали в реактор вторым насосом высокого давления. По истечении времени опыта диоксид углерода с растворенным экстрактом выводили в сепаратор, где поддерживали температуру 50 оС и давление до 5 МПа, при котором диоксид углерода переходит в газообразное состояние, аэкс-тракт осаждается в сепараторе. В качестве модификаторов использовали воду, этанол и тетра-гидрофуран.
Состав СО2-экстрактов анализировали методом ГХ-МС на хроматографе 7820 А с селективным масс-спектрометрическим детектором НР 5975 фирмы «Agilent Technologies». Энергия ионизации - 70 эВ. Температура сепаратора - 280оС, ионного источника - 230 оС. Кварцевая колонка 30000 х 0,25 мм со стационарной фазой (95% диметил-5% дифенилполи-силоксан). Условия анализа СО2-экстрактов: 3 мин изотермы при 100 оС с последующим подъемом температуры до 250 оС со скоростью 4 град/мин с выдержкой в течение 75 мин при 250 оС. Идентификацию компонентов осуществляли с использованием библиотеки масс-спектров «NIST11». Относительное количественное содержание компонентов во фракции вычислено методом внутренней нормализации по площадям пиков без корректирующих коэффициентов чувствительности.
ИК-спектры СО2-экстрактов регистрировали в диапазоне волновых чисел 4000-400 см-1 на спектрометре Cary 670 фирмы «Agilent Technologies».
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На ИК-спектрах СО2-экстрактов (рис. 2) присутствуют интенсивные полосы поглощения, соответствующие валентным (2920 и 2860 см-1 ) и деформационным (1370 и 1460 см-1) колебаниям С-Н связей метильных и метиленовых групп. Полоса поглощения с максимумом при 1710 см-1 на ИК-спектре СО2-экстракта, полученного без модификатора, соответствует валентным колебаниям карбонильных групп. При использовании модификаторов полоса поглощения становится шире, интенсивность ее повышается, а максимум смещается к 1740 см-1. Наряду с этим повышается интенсивность полосы поглощения с максимумом при 3400 см-1, свидетельствующей о наличии свободных гидроксильных групп. Подтверждением тому являются полосы поглощения средней интенсивности при 1040 и 1244 см-1, характерные для валентных колебаний С-О-связей в С-О-С, -С-ОН. На основании этого можно предположить, что СО2-экстракты представлены смесью альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров и спиртов.
В условиях СК экстракции диоксидом углерода при 20 МПа выделено 0,86% на а.с.м. экстрагируемых соединений. В отличие от эфирных масел одуванчика [9] в составе экстракта присутствуют ненасыщенные кислоты (пальмитоле-иновая, олеиновая), на долю которых приходит-
Рис. 2. ИК-спектры СО2-экстрактов надземной части одуванчика (55 оС, 20 МПа): 1 - без модификатора; 2 - с водой (5%); 3 - с этанолом (5%); 4 - с ТГФ (5%)
60
^исходный "вода «спирт "ТГФ
Рис. 3. Групповой состав надземной части одуванчика в зависимости от природы модификатора
ся 20% от суммы кислот. Превалирующими компонентами полученного экстракта являются тер-пеноиды и стеролы с содержанием 56,3 и 12,4% от суммы идентифицированных соединений соответственно. Среди терпеноидов СО2-экстракта выделяется лупеол (24,4%), ацетат лупеола (19,7%) и 12-олеанен-3-ил ацетат (11,8%). В следовых количествах присутствует дигидроак-тинидиолид (0,3%). Стеролы в экстракте представлены кампестеролом (3,5%), р-стигма-стеролом (2,9%) и Y-ситостеролом (6,0%).
Повышение давления сверхкритической экстракции до 30 МПа способствует увеличению выхода СО2-экстракта до 1,04% и извлечению альдегидов (28,9%), жирных кислот (10,2%), но снижает выход терпеноидов до 38,0%.
Для увеличения выхода БАВ диоксид углерода иногда модифицируют с полярными добавками, в качестве которых используют этанол или воду [6]. При использовании воды в качестве модификатора при 20 МПа с концентрацией 5 мас % выход экстракта из надземной части составил 1,1% на а.с.м. Увеличение выхода получено за счет выделения высокомолекулярных спиртов (16,1%) и жирных кислот С7 -С20 (31,3%), среди которых более 24,4% приходится на пальмитиновую кислоту (рис. 3). Суммарное содержание терпенов и терпеноидов (31,3%) ниже, чем в экстракте, выделенном без модификатора. Терпены представлены скваленом (5,2%). Отличительной особенностью полученного экстракта является присутствие в его составе минорного компонента токоферола (витамин Е), обладающего ингибирующей активностью и предотвра-
щающего окисление жирных ненасыщенных кислот в липидах [7].
Применение в качестве сорастворителя этанола (5 мас %) способствует повышению выхода экстракта надземной части до 2,9 % на а.с.м. В групповом составе экстракта преобладают жирные кислоты С7-С20 (34,6%) и альдегиды (29,0%). Возможно, это объясняется их большей растворимостью в спирте. Среди кислот по содержанию выделяются стеариновая и пальмитиновая, среди альдегидов - 2,4-декадиеналь и цис-7,10,13-гексадекатриеналь. На долю терпеноидов приходится 19,1%, преобладающими компонентами являются лупеол и ацетаты лупеола и 12-олеанен-3-ила.
Наибольший выход экстракта 3,2% на а.с.м. получен при использовании в качестве модификатора тетрагидрофурана (5 мас %). Возможно, это обусловлено хорошей совместимостью ТГФ с неполярным диоксидом углерода. Отличитель-н ой особенностью полученного экстракта является относительно высокое содержание сложных эфиров (21,3%), альдегидов (21,6%) и полиненасыщенных незаменимых жирных кислот: Y-лино-леновой (3,8%) и линолевой (2,3%), которые обладают высокой биологической активностью [8].
ВЫВОДЫ
1. В условиях СК экстракции диоксидом углерода при 20 МПа выделено 0,86% на а.с.м. экстрагируемых соединений. Полученный экстракт характеризуется высоким содержанием терпеноидов и стеролов.
2. Повышение давления сверхкритической
экстракции до 30 МПа способствует увеличению выхода СО2-экстракта до 1,04% и извлечению альдегидов, жирных кислот, но снижает выход терпеноидов и стеролов.
3. Использование при СО2-экстракции мо-
1. Полная энциклопедия лекарственных растений в народной медицине / под ред. Г.В. Балакирева. М.: Издательский дом «АНС», 2006. 960 с.
2. Сравнительный анализ состава пихтового масла, полученного водно-паровой дистилляцией и эфиромасличной фракции СО2-экстракта лапки пихты сибирской / В.Н. Сидельников [и др.] // Химия растительного сырья. 2003. №1. С. 79-85.
3. Залепугин Д.Ю., Тилькунова Н.А., Чернышова И.В., Поляков В.С. СКФ-ТП. 2006. Т.1, № 1. С. 27. Залепугин Д.Ю., Тилькунова Н.А., Чернышова И.В., Поляков В.С. Развитие технологий, основанных на использовании сверхкритических флюидов // Сверхкритические флюиды: Теория и Практика, 2006. Т.1, № 1. С.27-51.
4. Hauthal W.H. Chemosphere. 2001. № 43. Р.43.
5. Жузе Т.П. Роль сжатых газов как растворителей. М.: Недра, 1981. 165 с.
дификаторов (вода, этанол, ТГФ), существенно увеличивает выход экстрактивных веществ. Наибольший выход биологически активных веществ получен в условиях экстракции при использовании 5% тетрагидрофурана.
НЕСКИЙ СПИСОК
6. Попова И.Ю., Водяник А.Р. О растворяющей способности сверхкритического углекислого газа // Рынок БАД. 2003. №3 (11). С. 30-33.
7. Ушанова В.М. Комплексная переработка древесной зелени и коры пихты сибирской с получением продуктов, обладающих биологической активностью : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 2012. 34 с.
8. Химия биологически активных природных соединений (углевод-белковые комплексы, хромопроте-иды, липиды, липопротеиды, обмен веществ) / под ред. Н.А. Преображенского, Р.П. Евстигнеевой. М.: Химия, 1976. 441 с.
9. Тигунцева Н.П., Евстафьев С.Н. Сравнительное исследование состава летучих с паром соединений одуванчика лекарственного Taraxacum officinale // Вестник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 176-178.
Поступило в редакцию 26 июня 2013 г.
