CC BY
25
УДК 664
Лебедева Е.С., Артемьев А.И., Казеев И. В.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АРАЛОЗИДОВ ИЗ АРАЛИИ МАНЬЧЖУРСКОЙ
Лебедева Елена Сергеевна - бакалавр 4 курса кафедры кибернетики химическо-технологических процессов; limonka1999@mail.ru.
Артемьев Артём Ильич - ведущий инженер международного учебно-научного трансфера фармацевтических и биотехнологий;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, 20.
Казеев Илья Владимирович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Российского онкологического научного центра;
ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина», Россия, Москва, 115478, Каширское ш., 23
В статье рассмотрены способы получения аралозидов из корней аралии маньчжурской: жидкостная экстракция, экстракция с помощью аппарата Сокслета и сверхкритическая экстракция. Описаны фармацевтические свойства, а также области применения аралозидов. Проведены эксперименты по получению аралозидов тремя вышеперечисленными способами.
Ключевые слова: сверхкритическая флюидная экстракция, жидкостная экстрация, экстракция Сокслета, аралия маньчжурская, аралозиды.
METHODS FOR PRODUCTION ARALOSIDES FROM ARALIA MANDSHURICA
Lebedeva E.S.1, Artemyev A.I.1, Kazeev I.V.2
1D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2Federal State Budgetary Institution «N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology» оf the Ministry of Health of the Russian Federation (N.N. Blokhin NMRCO)
The article discusses the methods for production aralosides from the roots of Aralia manchuria: solvent extraction, extraction using the Soxhlet apparatus and supercritical fluid extraction. The pharmaceutical properties, as well as the applications of aralosides, are described. Experiments were carried out to produce aralosides by the three methods listed above.
Key words: supercritical fluid extraction, solvent extraction, Soxhlet extraction, Aralia mandshurica, aralosides.
Введение
Экстракция - это один из методов разделения веществ, который основан на различной растворимости соединений в различных растворителях. В настоящее время этот процесс является востребованным во многих отраслях промышленности, например, в пищевой, косметической и фармацевтической, поэтому сейчас существует много различных способов экстрагирования и их модификаций.
В жидкостной экстракции из-за сравнительно высокой вязкости, низких коэффициентов диффузии и высокого поверхностного натяжения, жидкости плохо проникают даже в пористые матрицы.
В химических лабораториях для проведения процесса экстракции твёрдых веществ часто применяют аппарат Сокслета. Экстракция в этом случае протекает непрерывно, что позволяет ограниченным объёмом растворителя извлечь неограниченное количество экстрагируемого вещества, которое всё время обрабатывается чистым растворителем.
Широкий интерес представляет сверхкритическая флюидная экстракция (СКЭ), в которой в качестве растворителя выступает сверхкритический флюид. СКЭ является отличной альтернативой традиционным методам извлечения целевых компонентов. За счет сочетания уникальных свойств
сверхкритических флюидов, их применение в качестве растворителя позволяет уменьшить время проведения процесса и массу исходной загрузки, при этом повысить качество получаемого экстракта [1].
Исследование сверхкритических флюидов началось с опыта Каньяра де ла Тура, поставленного в 1822 году, однако их использование в промышленности началось лишь в 1980 годах. Сверхкритические флюиды соединяют в себе свойства и газов, и жидкостей. Они обладают текучестью и высокой растворяющей способностью, присущими жидкостям, но и могут сжиматься как газы. Это вещества с высоким коэффициентом диффузии и низкой вязкостью, ввиду отсутствия межфазного натяжения они легко проникают в поры малого диаметра в глубинных слоях экстрагируемого материала, осуществляя быстрый массоперенос [2][3]. Сверхкритические флюиды обладают минимальными значениями кинематической вязкости, за счёт чего наблюдаются высокие значения чисел Грасгофа и Рейнольдса, то есть большая интенсивность свободного и вынужденного форм движения в рабочих средах [1]. Плотностью сверхкритического флюида можно управлять изменением давления или температуры, что позволяет настраивать его растворяющую способность и контролировать селективность экстракции.
Самым популярным растворителем является сверхкритический CO2, так как он обладает низкими критическими параметрами (Ткр = 31°C, P^ = 7,3 МПа), что позволяет извлекать термолабильные соединения, также он является нетоксичным, пожаро-и взрывобезопасным, инертным и дешевым растворителем. Отдельным преимуществом является то, что в нормальных условиях CO2 - газ, что упрощает стадию очистки целевых компонентов от растворителя до простого сброса давления. Сверхкритический диоксид углерода переходит в газ и улетучивается. Сверхкритические экстракционные процессы с замкнутым циклом относятся к экологически чистым процессам, так как используют диоксид углерода, являющийся побочным продуктом многих технологических производств, снижая таким образом общий выброс CO2 в атмосферу.
Недостаток диоксида углерода, ограничивающий его применение в качестве растворителя в чистом виде, заключается в том, что, будучи неполярным, он является слабым растворителем для многих полярных соединений. Углеводороды и другие органические соединения с относительно низкой полярностью и молекулярной массой хорошо растворяются в сверхкритическом CO2. Например, простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны легко им экстрагируются, поэтому процесс может осуществляться при более низких давлениях. Высокополярные вещества, содержащие карбоновые кислоты и три и более гидроксильные группы (например, сахара, дубильные вещества, белки, воски, каротиноиды) почти не растворимы в сверхкритическом диоксиде углерода.
Экстракция полярных соединений проводится с добавлением сорастворителей, таких как метанол, этанол, а также вода [4][5]. Этанол, является более удачным выбором, чем метанол, так как он менее токсичен. Окончательный выбор сорастворителя определяется с помощью предварительных экспериментов и зависит от характеристик самих извлекаемых компонентов и цели их использования.
В данной работе сравниваются различные способы разделения целевых компонентов из растительного сырья - аралии маньчжурской.
Аралия маньчжурская (AraliamandshuricaRupr. et Maxim.) - небольшое лекарственное растение, распространённое на Дальнем Востоке - Приморье и Приамурье. Она является основным источником аралозидов A, B и C (рис. 1), содержащихся в корнях и коре растения, которые оказывают тонизирующее и иммуностимулирующее действие на организм. Настойка аралии по воздействию на центральную нервную систему более эффективна, чем большинство используемых настоек. Она снижает психологическую усталость, ощущается прилив сил, усиление мотивации и способности к концентрации внимания. Аралия обладает гипогликемическим эффектом, а также повышает тонус сердечной мышцы. Помимо настоек аралия входит в состав таких лекарственных средств, как «Сапарал», «Сафинор».
н он
Рис. 1 Структурные формулы аралозидов Л, B и C,
где R1=L-арабиноза R2=Н для Аралозида А Rl ^-арабиноза R2=L-арабиноза для Аралозида В Rl =D-галактоза R2=D-ксилоза для Аралозида С
Главные действующие вещества аралии -аралозиды - относятся к сапонинам, которые являются сложными по структуре полициклическими поверхностно активными веществами гликозидного характера. Сапонины - бесцветные аморфные полярные вещества, которые легко растворимы в воде и горячем 80-90% водном растворе этилового спирта. В организме человека они вступают во взаимодействие и образуют молекулярные комплексы со стеринами (холестерином), белками, липидами, танинами [6]. Препараты, в которых содержатся сапонины, принимаются только внутрь. В их присутствии легче всасываются другие лекарственные препараты. Стоит отметить, что тритерпены являются компонентами нашего рациона в силу их растительного происхождения, они обладают биодоступностью и низкой токсичностью [7]. Под действием минеральных кислот и специальных групп ферментов в водных растворах сапонины гидролизуются с выделением агликонов.
Агликоном аралозидов является олеаноловая кислота, которая применяется в качестве ингибитора онкогенеза. Перспектива использования препаратов, содержащих олеаноловую кислоту, в качестве противоопухолевых средств существует благодаря её избирательной цитотоксичности против
малигнизированных клеток [7]. Помимо цитотоксичности, тритерпеновые соединения обладают и другими свойствами, способствующими в борьбе с опухолями: антиангиогенными, противовоспалительными, антиоксидантными,
способствуют клеточной дифференциации [7].
Классическая схема экстракции аралии маньчжурской требует регенерации и утилизации большого количества растворителей и адсорбентов, так как включает токсичные экстрагенты и реагенты.
Экспериментальная часть
Для получения аралозидов из аралии маньчжурской были выбраны следующие методы экстракции: жидкостная экстракция, экстракция Сокслета, сверхкритическая флюидная экстракция. Для проведения экспериментов были взяты предварительно измельченные корни аралии маньчжурской, остаточная влажность растительного сырья составила 7,48%.
Жидкостная экстракция проводилась с предварительным термостатированием смеси измельченной аралии массой 10 г и водного раствора 33% этилового спирта массой 65,5 г. Термостатирование проводилось в течение двух суток при температуре 36 °С. С помощью вакууумного фильтрования был получен экстракт из смеси.
Установка для экстракции Сокслета изображена на рисунке 2. Навеска 10 г измельчённой аралии в патроне из фильтровальной бумаги была помещена в экстрактор. В круглодонную колбу объёмом 250 мл был помещен водный раствор 95% этилового спирта массой 240 г. Для нагрева растворителя использовался колбонагреватель LH 150 фирмы LOIP, температура нагрева составила 180 °С. Было проведено четыре экстракционных цикла в течение 3,5 часов.
Рис. 2 Установка для проведения экстракции Сокслета
СКЭ проводилась в аппарате высокого давления объёмом 250 мл (рис. 3) - оригинальной разработке Международного учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий (МУНЦ).
Рис. 3 Аппарат высокого давления
Растительное сырье массой 10 г помещали в водный раствор 33% этилового спирта массой 65,45 г. Затем исследуемую смесь помещали в аппарат высокого давления объёмом 250 мл. После герметизации аппарата, с помощью насоса в систему подавался сверхкритический диоксид углерода. Экстракция проводилась в течение 90 минут при рабочих параметрах: давлении 17 МПа и температуре 50 °C. Для удаления остаточного растворителя применялся роторно-вакуумный испаритель.
Полученные образцы были переданы в лабораторию высокоэффективной жидкостной хроматографии для определения их состава.
Анализ полученных результатов показал, что сверхкритическая экстракция является наиболее эффективным способом получения аралозидов из аралии маньчжурской. Массовый выход аралозидов в экстрактах, полученных СКЭ выше, чем в экстрактах, полученных жидкостной экстракцией и с помощью аппарата Сокслета.
Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию процесса экстракции. Заключение
Были рассмотрены следующие способы получения аралозидов из корней аралии маньчжурской: жидкостная экстракция, экстракция с помощью аппарата Сокслета, сверхкритическая экстракция. Проведённые эксперименты показали, что наиболее эффективным способом получения аралозидов является сверхкритическая экстракция.
Список литературы
1. Покровский О. Пробоподготовка в химическом анализе методом сверхкритической флюидной экстракции // Аналитика - 2013 - №6. С. 22-27.
2. Каталевич А.М. Процессы получения высокопористых материалов в сверхкритическом флюиде [Текст]: дис. кандидата технических наук. -Москва, 2013
3. Гумеров Ф.М. Сверхкритические флюидные технологии. Экономическая целесообразность. -монография - Серия «Бутлеровское наследие». -Казань: Издательство Академии наук РТ, 2019. - 440с.
4. Solana, M., Boschiero, I., Dall'Acqua, S., & Bertucco, A. Extraction of bioactive enriched fractions from Eruca sativa leaves by supercritical CO2 technology using different co-solvents // The Journal of Supercritical Fluids. - 2014. - Vol. 94. - P. 245-251.
5. Wrona O, Rafinska K, Walczak-Skierska J, Mozenski C, Buszewski B. Extraction and Determination of Polar Bioactive Compounds from Alfalfa (Medicago sativa L.) Using Supercritical Techniques. Molecules // J. Molecules. - 2019. Vol. 24. - №24:4068.
6. С.А. Минина, И.Е. Каухова. Химия и технология фитопрепаратов. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. - 560 с.
7. Фролова Т.С. Исследование механизма цитотоксического действия тритерпеновых кислот урсанового ряда [Текст]: дис. кандидата биологических наук. - Новосибирск, 2017
