CC BY
29
УДК 542.61:502.75:615.322:66.061.34 Астр. 1.В. Павлюк;
доц. Н.€. Стадницька, канд. хт. наук проф. В.П. Новтов, д-рхiм. наук - НУ "Львiвська полтехтка"
СТАНДАРТИЗАЦ1Я ТА ШЛЯХИ ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЛЕКСУ Б10Л0Г1ЧН0 АКТИВНИХ СПОЛУК, ОТРИМАНИХ ЕКСТРАГУВАННЯМ ШРОТУ ШИШОК ХМЕЛЮ
Дослщжено кiлькiсний та якiсний склад шшфенольних сполук густого 70 %-го водно-етанольного екстракту зi шроту шишок хмелю, серед яких iдентифiковано гало-ву, хлорогенову, кавову, кумаринову, ферулову, коричну органiчнi кислоти та флавоно-1ди: рутин, гесперiдин, мiрицетин, морин, катехш, кемпеферол та кверцетин. Визначено суму аминокислот та основнi мiкро- та макроелементи та запропоновано основнi показ-ники для стандартизаци субстанцй, зокрема: опис, вмют етанолу, сухий залишок, вмiст флавоно!дов i мiкробiологiчна чистота. Проведено експериментальш дослiдження з вив-чення антимшробно!, антиоксидантно'! та фотопротекторно'! активностi, отриманi ре-зультати шдтверджують доцiльнiсть його використання у складi косметичних та мийних засобiв.
Ключов1 слова: шрот, шишки хмелю, шшфенольш сполуки, флавоно'1ди, консер-ванти, бюлопчна активнiсть, косметичнi засоби.
Вступ. Використання бюлопчно активних сполук природного похо-дження е актуальним для використання в рiзних галузях промисловостi. Одним iз перспективних джерел бiологiчно активних сполук для отримання субстанций природного походження е вiдходи рослинно! сировини.
ТенденцИ' останнього часу - це введения в косметичш рецептури екстрак-тш рослин, водоростей, солей. Зростае популярнкть використання видiлених та очищених бiологiчно активних сполук рослинних екстракпв [1]. Для застосуван-ня отриманих екстракпв у складi косметичних засобш потрiбно вивчити хiмiч-ний склад i стандартизацда основних показниюв якостi субстанцл, зокрема, вста-новити допустим межi кiлькiсного вмiсту основних груп хiмiчних речовин.
Мета роботи - стандартизация екстракту зi шроту шишок хмелю та обгрунтування шляхiв його використання.
Шд час розроблення способу вторинно! перероблення шроту шишок хмелю використано даш з вивчення хiмiчного складу, обгрунтування вибору екстрагенту та дослвдження кiнетики екстрагування полiфенольних сполук [2, 3]. Оптимальними умовами для отримання екстракту з високим вмктом флаво-но!дав е екстрагування шроту 70 %-вою водно-етанольною сумiшшю методом настоювання.
Матерiали та методи. Попередш дослiджения вмiсту бiологiчно активних сполук у шрот шишок хмелю свщчать про високий вмiст сполук полiфе-нольно! природи, тому в екстракт визначали полiфенольнi сполуки та флавоно-!ди. Загальний вмiст полiфенольних сполук визначено методом спектрофотометру з реактивом Фолiна-Чокальтеу [4]. Оптичну густину розчину вимiряно на спектрофотометрi за довжини хвилi 760 нм у кюветi з товщиною шару 10 мм. Для побудови стандартно! криво! використано концентрацц галово!' кислоти вiд 0,01 мг/мл до 0,001 мг/мл.
Для визначення кшьккного вмiсту суми флавоно!дав використовували реакцда комплексоутворення з алюмiнiю хлоридом методом спектрофотометру
на спектрофотометрi Cary 50 Varían [4]. Вмкт суми флавоноiдiв (мг/мл) у пере-рахунку на рутин обчислюють за формулою
X _ A ■ mo ■ 2 • 25 _ A0 ■ 50 ■ 25 ■2'
де: А - оптична густина випробовуваного розчину; А0 - оптична густина розчи-ну СЗ рутину; m0 - маса СЗ рутину, г.
!дентифшащю оргатчних кислот та флавоноiдiв у густому екстракт проведено на рiдинному хроматографi Agíllent з УФ-детектором. Рухома фаза В: ацетоштрил, швидкiсть рухомо! фази - 1,0 мл/хв, температура колонки -25 °С, час хроматографування - 95 хв. Для повно! оцiнки корисних властивос-тей субстанцц природного походження важливе значения мае вивчення вмiсту макро- та мжроелементш. Отже, у густому екстрактi зi шроту шишок хмелю методом атомно-абсорбщйно! спектрометрi на спектрометрi фiрми Varían моде-лi АА 240 Z з ефектом Займана, оснащеним графгговою шччю, визначено вмiст макро- та мшроелеменпв [5].
Кiлькiсне визначення амшокислот проведено методом спектрофотометра у видимому спектрi за вiдомою реакщею утворення забарвленого продукту амiнокислот з ншпдрином. Одним з важливих показниюв якостi е сухий зали-шок екстракту, значення якого для густого екстракту повинно бути не менше 70 %, та вмiст етанолу, який повинен бути не бшьше 15 %, методики визначення цих показниюв наведено у [6, 7].
Для обгрунтування вибору шляхiв застосування дослiджено бiологiчну активностi комплексу хiмiчних речовин, якi мiстяться в отриманих екстрактах зi шроту шишок хмелю, а саме: антиоксидантна, фотопротекторна та антимш-робна активностi. Для ощнки антиоксидантно! активностi (АОА) застосовано метод, що грунтуеться на реакцп 2,2-дифешл-1-шкрилпдразила (DPPH) [4]. Ан-тиоксидантну актившсть обчислювали за формулою
АОА(%) = 100(А0 - А)/А0, де: А0 - оптична густина розчину DPPH у метанолi з концентрацiею 2,2 мг/100 мл; А - оптична густина розчину дослвджуваного екстракту.
Модель системи для визначення фотопротекторно! активности грунтуеться на УФ4ндуковашй змЫ кольору каротиноiдiв екстракту паприки (Capsicum annuum) [4]. Ршень фотопротекторно!' активностi визначено за вiзуаль-ною змiною iнтенсивностi забарвлення пiгментiв паприки протягом всього часу опромiнення. Для цього робили фотографц через 0, 30, 60, 90 та 120 хв в одна-кових умовах. Для ощнки антимжробно! дц визначено мшмальш iнгiбуючi концентрацц вiдповiдно до методик, описаних в [8, 9]. У дослвд використано грампозитивнi та грамнегативш штами бактерiй i дрiжджовий грибок.
Результати дослщження. Загальний вмiст полiфенольних сполук у густому екстракт становив 570 г/кг, вмiст суми флавонодав у перерахунку на рутин - 11 г/кг, вмкт суми амшокислот - 12 г/кг густого екстракту. Результати щентифшацп основних полiфенольних компонентов екстракту методом ВЕРХ представлено на рисунку.
Рис. Хроматограма ВЕРХ екстракту зi шроту шишок хмелю
З 38 сполук, виявлених на хроматограм^ iдентифiковано галову, хлоро-генову, кавову, кумаринову, ферулову, коричну органiчнi кислоти та флавоно-1'ди: рутин, гесперiдин, мiрицетин, морин, катехш, кемпеферол та кверцетин. Отже, щентифковано 13 речовин, серед яких переважають рутин, кверцетин, гесперидин i мiрицетин.
З огляду на отриманi експериментальш данi визначення макро- та мкро-елементiв, можна зазначити, що у дослщжуваному зразку мiститься багато таких важливих мiкроелементiв, як залiзо, марганець, цинк та хром, також вияв-лено мiдь та кобальт, серед макроелеменлв переважае калiй, дещо менше маг-н1ю та натрт Результати дослiдження загально'1 антиоксидантно'1 активносп методом БРРИ представлено в табл. 1. Наявшсть антиоксидантно'1 активностi можна пояснити присутшстю у складi комплексного екстракту великого вмюту полiфенольних сполук.
Табл. 1. Загальна антиоксидантна активтсть екстракту
Концентращя екстракту з1 шроту шишок хмелю, мг/мл
1,0 0,5 0,25
90,2 % 51,1 % 25,4 %
Внаслщок проведеного експерименту з вивчення фотопроекторно'1 ак-тивностi у зразку з додаванням екстракту зi шроту шишок хмелю забарвлення тгменлв паприки зберiгаеться на 60 хв довше, порiвняно зi зразком екстракту паприки. Фотозахисш властивостi екстракту зi шроту шишок хмелю можна ви-користати у складi косметичних засобiв з фотопротекторною дiею.
Отриманi значення МБцК та МБсК для згущеного 70 %-го водно-ета-нольного екстракту зi шроту шишок хмелю св^ать про високу активнiсть до грампозитивних та грамнегативних бактерiй i дрiжджового гриба роду Candid (табл. 2). Щ властивостi екстракту можна використати для надання косметич-ним та мийним засобам антибактерiальних та антигрибкових властивостей та запоб^и розмноженню мiкроорганiзмiв у косметичному засобi пiд час вико-ристання.
Обговорення результат. З огляду на отримаш експериментальнi данi для стандартизацп густого екстракту обрано таю показники: опис, вмшт етано-лу, сухий залишок, вмiст флавоноíдiв, мiкробiологiчна чистота (табл. 3). [10].
Табл. 2. MiHiManbHi iнгiбуючi концентраци екстракту 3i шроту шишок хмелю
TecT-MiKpoopraHi3M Концентрация екстракту 3i шроту шишок хмелю, мг/мл
МБК/МФК* М1К
Staphylococcus aureus ATCC 6538-P 0,313 0,156
Bacillus subtilis ATCC 6633 0,313 0,156
Escherichia coli ATCC 8739 3,125 1,56
Salmonella Abony CIP 8039 6,25 3,125
Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 12,50 6,25
Candida albicans ATCC 10231 12,50 6,25
*МБК/МФК - мшмальна бактерицидна (фунпцидна) концентрацiя, М1К - мшь мальна бактерюстатична концентрацш
Табл. 3. Показники якостi густого екстракту 3i шроту шишок хмелю
№ з/п
Найменування показника
Характеристика та норма
1
Опис
В'язка маса зелено-коричневого кольору
Вмкт етанолу
Не бшьше 15 %
Сухий залишок
Не менше 70 %
Кшьюсний вм1ст флавонодав
Не менше 8 г/кг
Мшробюлопчна чистота
Загальна к1льк1сть бактер1й не б1льше 100 на 1 г, вщсуттсть др1жджових i пл1сеневих гриб1в, вiдсутнiсть бактерш Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa та родини Enterobacteriaceae.
2
3
4
5
Завдяки високому вмкту полiфенольних сполук, зокрема флавонодав, екстракт зi шроту шишок хмелю виявляе антирадикальну активнкть, що шд-тверджено експериментальними даними. Однiею з проблем, пов'язаною з мийними засобами, е нестабшьнкть !х забарвлення, а саме вицвтння барвни-кiв пiд впливом окислювальних агентш, тому введення антиоксидантш до складу мийних засобiв е обов'язковим для забезпечення стiйкостi !х забарвлення. Для косметичних мийних засобш, шампунiв, мил введення в !х рецептуру екстрактiв зi шротiв рослинно! сировини дасть змогу вирiшити це питання. Для надання шампуням зволожувально! i захисно! дп до !х складу вводять бiлковi гiдролiзати. Низькомолекулярш олiгопептиди i амiнокислоти теж проявляють зволожувальну дда на волосся та шюру голови.
Швидкiсть використання, консистенщя, а також технологiчнi властивос-т мила залежать вiд вмiсту вологи, титру та йодного числа жирних кислот. Вве-дення високооле!нових фракцш пiдвищуе пластичнiсть i розчиннiсть мила, але спричиняе швидке згiркнення. Тому в мила з шдвищеним вмктом ненасичених алiфатичних кислот вводять антиоксиданти. Серед них: багатоатомнi i просто-рово-затрудненi феноли, о-толiлбiгуанiдин, кверцетин, лецетин, прополк, токо-фероли, каротинощи i витяжки, що !х вмiщують. Синергетиками антиоксидан-тiв е комплексони, амшокислоти, аскорбiнова, сорбiнова кислоти та !х солi [11].
Антимiкробна активнiсть екстракту е актуальною для запобкання роз-множенню мiкроорганiзмiв у косметичному та мийних засобах, тобто виступа-ти в ролi консерванту. Консерванти - надзвичайно важливi компоненти косметичних композицш, завдяки яким значно зменшуеться ризик мiкробного заб-руднення, яке може призвести до псування косметичного засобу. Сонцезахиснi
засоби, як можуть пiддаватися дц сонячних промешв i тепла тривалий час, пот-ребують серйозного захисту вiд мшрооргашзмш. Встановлено, що похiднi мо-носахаридiв, сполученi по аномерному атому вуглецю гексоз або пентоз з фла-воно'дами виявляють властивостi консервантiв. Наприклад, гiперозид виявляе бактерицидну та антивiрусну дда, ефективний проти екзем та дерматилв, мае протизапальний ефект. Рутин завдяки свош властивостям використовують у ба-гатьох косметичних засобах як БАР та як консервант [1].
Фотопротекторну актившсть можна пояснити тим, що антиоксиданти послаблюють дiю УФ-опромшення на шкiру завдяки нейтралiзацil вшьних радикалов, що утворюються у кл^инах пiд дiею УФ-променiв. Особливий iнтерес косметолопв викликають природнi антиоксиданти - бюфлавоно'ди, бiофеноли, катехiни та ш
Традицiйно до складу косметичних та мийних засобов для забезпечення позитивного ефекту входять мiкро- та макроелементи. Серед виявлених в екстракл мiкроелементiв важлива роль у засобах догляду за волоссям та шкь рою выводиться мiдi, залiзу, цинку, марганцю та макроелементу магнiю. Мщь бере участь у синтезi колагену та еластину, пришвидшуючи процес оновлен-ня клiтин. Зменшуе дiю вшьних радикалiв. Вiдiграе важливу роль у збереженш природно' кислотно'' реакцií шюри, яка важлива для 11 захисту вщ хвороботвор-них бактерiй. Крiм цього, мiдь впливае на колiр шкiри i волосся. Нестача залiза призводить до ламкостi волосся, змшам шкiри. Цинк, потрiбний для шдтримки нормального стану шкiри i волосся, здавна вщомий у дерматологií i косметоло-гií як активний протизапальний елемент, зменшуе актившсть речовин, що шд-тримують процеси запалення. Надзвичайно популярним у складi косметики е марганець. Цей мшроелемент пiдтримуе 1мунну систему шкiрного покриву. Марганець бере участь у сиш^ колагену i е його структурним компонентом. Основний результат застосування засобу, у складi якого е марганець, полягае у зменшенш "темних юл" пiд очима i набрякiв. Нестача магнда призводить до ви-падання волосся, ламкост нiгтiв, руйнування зубiв [12, 13].
Висновки. Внаслiдок проведено' роботи запропоновано показники якос-тi для стандартизацп густого екстракту зi шроту шишок хмелю. Перевiрено до-цiльнiсть його використання у складi косметичних i мийних засобiв, яка шд-тверджена результатами проведених експериментальних дослiджень з вивчення антимшробно!', антиоксидантно! та фотопротекторно' активности Отже, обра-ний споаб екстрагування забезпечуе отримання комплексiв бюлопчно актив-них сполук з повним збереженням 'х природних властивостей.
Лггература
1. Самуйлова Л.В. Косметическая химия : учебник. - В 2-ух ч. - Ч. 1: Ингредиенты / Л.В. Самуйлова, Т.В. Пучкова. - М. : Изд-во "Школа косметических химиков", 2005. - 336 с.
2. Павлюк 1.В. Оптишзащя процесу використання лжарсько'! рослинно'! сировини / 1.В. Павлюк, Н.Е. Стадницька, I. Ясщка-Мюяк, П.П. Вечорек, В.П. Новиков // Науковий вiсник НЛТУ Украхни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украхни. - 2015. - Вип. 25.6. - С. 216-220.
3. Павлюк 1.В. Дослiдження кнетики екстрагування флавоно'лдав зi шроту шишок хмелю / 1.В. Павлюк, Н.Е. Стадницька, В.П. Новиков // Схiдно-Eвропейський журнал передових техноло-гш. - 2015. - № 5/11(77). - С. 36-41. БОТ: 10.15587/1729-4061.2015.50965.
4. Pavlyuk I. A Study of the Chemical Composition and Biological Activity of Extracts from Wild Carrot (Daucus carota l.) Seeds Waste / I. Pavlyuk, N. Stadnytska, I. Jasicka-Misiak, B. Gorka, P.P. Wieczorek and V. Novikov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2015. - № 6 (2). - Pp. 603-611.
5. ГОСТ 30178-96 Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии, сертификации. - Минск : Изд-во стандартов. - 2003.
6. Державна фармакопея Украши. - Вид. 2-ге, [перероб. та доп.]. - Харюв : Вид-во "Дер-жавне шдприемство "Украшський науковий фармакопейний центр якост лшарських засоб1в", 2011. - 540 с.
7. Пономарев В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья / В.Д. Пономарев. - М. : Изд-во "Медицина". - 1976. - 202 с.
8. N 167, 05.04.2007, Наказ, Вказ1вки, Мшстерство охорони здоров'я Украши Про затвер-дження методичних вказ]вок "Визначення чутливост мшрооргашзм]в до антибактер1альних пре-паратв".
9. Лабинская А.С. Общая и санитарная микробиология с техникой микробиологических исследований / А.С. Лабинская, Л.П. Блинкова, А.С. Ещина. - М. : Изд-во "Медицина", 2004. -576 с.
10. European Directive for Cosmetic Products 76/768/EEC; The New EC Cosmetics regulation 1223/2009.
11. Плетев М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства / М.Ю. Плетев. - М. : Изд-во "Химия", 1990. - 272 с.
12. Полова Ж.М. Використання нанорозм1рних мжроелеменйв як активних складових кос-метичних препаратв / Ж.М. Полова, В.П. Попович, П.В. Глуховський // Актуальш питання фар-мацевтично! i медично! науки та практики : зб. наук. праць. - 2012. - № 1 (8). - С. 74-77.
13. Башюрова Л. Бюлопчна роль деяких есенцшних макро- та мжроелеменпв (огляд) / Л. Башюрова, А. Руденко // Жки Украши : зб. наук. праць. - 2004. - № 10. - С. 59-65.
Павлюк И.В., Стадницкая Н.Е., Новиков В.П. Стандартизация и пути использования комплекса биологически активных соединений, полученных экстрагированием шрота шишек хмеля
Исследован количественный и качественный состав полифенольных соединений густого 70 %-го водно-этанольного экстракта со шрота шишек хмеля, среди которых идентифицированы органические кислоты и флавоноиды: рутин, гесперидин, мирице-тин, морин, катехин, кемпферол и кверцетин. Определена сумма аминокислот и основные микро- и макроэлементы и предложены основные показатели для стандартизации субстанции, в частности: описание, содержание этанола, сухой остаток, содержание флавоноидов и микробиологическая чистота. Проведены экспериментальные исследования по антимикробной, антиоксидантной и фотопротекторной активности, полученные результаты подтверждают актуальность его использования в составе косметических и моющих средств.
Ключевые слова: шрот, шишки хмеля, полифенольные соединения, флавоноиды, консерванты, биологическая активность, косметические средства.
Pavlyuk I. V., Stadnytska N. Y., Novikov V.P. Standardization and Ways to Use Biologically Active Compounds Obtained by Hop Cones Waste Extraction
Quantitative and qualitative composition of polyphenolic compounds of the thick 70 % water-ethanol extract of the hop cones meal is studied. Among them there were identified gallic, chlorogenic, coffee, coumarin, ferulic and cinnamon organic acids and flavonoids such as rutin, hesperidium, myricetin, morin, catechin, kaempeferol and quercetin. Main macro and microelements were also defined. Key standardisation indicators such as description, content of ethanol, dry trace, content of flavonoids and microbiological purity were proposed. An experimental research on antimicrobial, antioxidant and photo protective activity was made. The obtained results confirm the advisability of extract use as a part of the cosmetics and detergents.
Keywords: waste, hop cones, preservatives, biological activity, cosmetics, extraction.
