ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В СОСТАВЕ ЛИСТЬЕВ ШЕЛКОВИЦЫ

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассматривается влияние различных методов сушки на физико-химические свойства, такие как анализ состава, вязкость, морфологические свойства и антиоксидантная активность полисахаридов листьев шелковицы.

ABSTRACT

This article examines the effect of various drying methods on physicochemical properties, such as composition analysis, viscosity, morphological properties and antioxidant activity of mulberry leaf polysaccharides.

Ключевые слова: листья шелковицы, шелкопряд, вязкость, сушка горячим воздухом, экстракция.

Keywords: mulberry leaves, silkworm, viscosity, hot air drying, extraction.

Листья шелковицы очень богаты питательными веществами, такими как полисахариды, флавоноиды, алкалоиды, незаменимые аминокислоты (например, γ-аминомасляная кислота), витамины и неорганические соли [1-2]. Листья широко используются для рассеивания ветра и тепла, особенно для очищения легких от жара, снятия сухости, устранения огня в печени, улучшения зрения и так далее. С древних времен его использовали в чае и диетических добавках. Более того, он до сих пор используется в качестве ежедневного корма шелкопряда (Bombyx mori L.) с различными терапевтическими свойствами и без документально подтвержденной токсичности. Традиционно люди отваривают его для извлечения активных ингредиентов из листьев шелковицы и лечения различных заболеваний, таких как гипертония, диабет, гиперлипидемия, болезнь Альцгеймера, иммуномодуляция и так далее. Экстракт листьев шелковицы действует как мощное гипохолестеринемическое питательное вещество и мощный антиоксидант, модификации атерогенеза и образование перекисей липидов у гиперхолестеринемических крыс [3]. Кроме того, было доказано, что он обладает значительными антиоксидантными и антидиабетическими свойствами как in vivo, так и in vitro [4]. Каи и др. обнаружили, что экстракт Folium Mori снижает массу тела, уровень глюкозы, триглицеридов, общего холестерина, липопротеинов низкой плотности и улучшает резистентность к инсулину [5].

Полисахариды из листьев шелковицы ЛШ, как и малые молекулы этого вида, сохранили значительные гипогликемические свойства. Исследования ЛШ показали, что они могут уменьшать апоптоз клеток островков поджелудочной железы, улучшать липидный и углеводный обмен [6-7]. Таким образом, ЛШ привлекли к себе большое внимание благодаря своим уникальным биоактивным свойствам и химическим структурам. Выход ЛШ в нескольких исследованиях был разным из-за различных методов сушки и экстракции. Например, в исследовании Чжан и др. [8] листья шелковицы были высушены в тени, а ЛШ были извлечены методом водной экстракции и осаждения этанолом. Выход полисахаридов составил примерно 6,12%, в то время как при сушке листьев при 60 °C [9] и экстракции ЛШ с помощью ультразвука выход составил 6,92%. Несколько исследований показали, что различные методы экстракции не только влияют на выход экстракта, но и значительно искажают присутствие метаболитов [10-11]. Недавние исследования листьев шелковицы показали, что накопление полисахаридов и флавоноидов значительно увеличивалось после замораживания [12-13]. Эти результаты позволили предположить, что предварительная обработка сырья оказывает значительное влияние на выход полисахаридов. Многие исследования раскрывали биологическую активность ЛШ, однако лишь немногие продемонстрировали влияние различных методов сушки на биологическую активность.

Целью данного исследования было оценить влияние различных методов сушки на физико-химические свойства и антиоксидантную активность полисахаридов из листьев шелковицы.

Листья шелковицы были разделены на пять групп с двумя различными условиями сушки: сушка на воздухе, сушка горячим воздухом (с изменяющейся температурой 50 °C, 60 °C и 70 °C). Первоначально листья промывали дистиллированной водой с последующим удалением поверхностной воды, а затем разрезали на мелкие кусочки. При разной температуре сушки скорость испарения влаги будет разной. Чтобы добиться постоянного веса листьев шелковицы, мы изменили время сушки, после чего провели предварительный эксперимент. Группа, воздушная сушка (ВС), хранилась при комнатной температуре в темноте и вентиляции в течение 72 ч. Группа, сушка горячим воздухом  СГВ, СГВ-1 хранилась при 50 °C в течение 12 ч, СГВ-2 хранилась при 60 °C в течение 6 ч и СГВ-3 хранилась при 70 °C в течение 3 ч в сушильной печи. Затем листья измельчали, а высушенный порошок экстрагировали при 85 °C в течение 60 мин при соотношении жидкости и твердого вещества 70:30 [14]. Процедуру повторяли дважды, чтобы удалить большинство пигментов и жиров.

Неочищенные полисахариды из листьев шелковицы были получены методом экстракции горячей водой. Экстракт фильтровали через фильтровальную бумагу и затем концентрировали с помощью роторного испарителя при 50 °C в вакууме. Затем добавляли безводный этанол до конечной концентрации 80% (в/в) и выдерживали при 4 °C в течение ночи для получения осадка. Осадок был собран центрифугированием (3000 ×г, 8 мин) с последующей промывкой безводным этанолом в течение трех раз и затем высушен сублимационной сушкой. В итоге были получены неочищенные полисахариды из листьев шелковицы.

Полученные полисахариды растворяли водой и промывали безводным этанолом в течение пяти раз, пока этанол не становился бесцветным и прозрачным [15-19].

Физико-химические свойства листьев шелкопряда.

Композиционный анализ. Содержание нейтрального сахара и уроновой кислоты измеряли с помощью фенол-серного [20] и карбазол-серного [21] метода, соответственно, с небольшими модификациями. Вкратце, 200 мкл раствора сахара различной концентрации смешивали с 200 мкл 5%-ного водного раствора фенола с последующим добавлением 1 мл серной кислоты, что приводило к образованию оранжево-желтой окраски. Поглощение измеряли при 490 нм-1 и определяли содержание нейтрального сахара. Для определения уроновой кислоты 500 мкл раствора сахара различной концентрации охлаждали до 4 °C, добавляя 3 мл 0,025 М тетрабората натрия-10 H₂O-серной кислоты. Смесь нагревали в течение 5 мин на кипящей водяной бане и охлаждали до комнатной температуры. Затем добавляли 100 мкл 0,1% карбазол-этанола (масс. /масс.), нагревали 10 мин на кипящей водяной бане и охлаждали до комнатной температуры. Поглощение измеряли при 530 нм-1. Содержание белка измеряли по методу Брэдфорда [22], используя бычий сывороточный альбумин в качестве стандарта.

Выход полисахаридов рассчитывали по формуле:

Анализ вязкости. Анализ вязкости проводили на основании данных литературы [22]. Полисахариды листьев шелковицы растворяли в 0,2 М фосфатном буфере (pH 7,0) и фильтровали с помощью 0,45 мкм фильтрующей мембраны с последующим центрифугированием (3000×u, 10 мин) [23]. Общее время прохождения измеряли с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра Уббелохде, оборудованного вискозиметрической ванной (температура ванны контролировалась при 25 ± 0,5 °C, а время прохождения через капилляр между двумя интервалами контролировалось в пределах ±0,1 с). Вязкость рассчитывалась по формуле:

где ₀ - вязкость растворителя, а  - вязкость раствора при той же температуре. Измеренные таким образом вязкости были переведены в удельную вязкость ( _ув).

Затем внутренняя вязкость [ ] каждой смешанной фракции была рассчитана в соответствии со следующим уравнением:

Таблица 1.

Нейтральный сахар, кислый сахар, общее содержание сахара и белка, выход полисахаридов из листьев шелковицы, полученных различными методами сушки

Значения с разными буквами в одном столбце значительно отличаются (p ≤ 0,05). СГВ-1: сушка горячим воздухом при 5 °C; СГВ-2: сушка горячим воздухом при 60 °C; СГВ-3: сушка горячим воздухом при 70 °C; ВС: воздушная сушка.

Заключение. В данном исследовании было изучено влияние различных методов сушки на физико-химические свойства, такие как композиционный анализ, вязкость, морфологические свойства и антиоксидантная активность полисахаридов листьев шелковицы.

Список литературы:

1. Yang N.C., Jhou K.Y., Tseng C.Y. Antihypertensive effect of mulberry leaf aqueous extract containing c-aminobutyric acid in spontaneously hypertensive rats, Food Chem. 132 (2012) 1796–1801.
2. Liu S.X., Hua J.L., Li H.L. Study on ultrasonic extraction of 1 deoxynojirimycin (DNJ) and polysaccharides from mulberry leaves, Adv. Mater. Res. 236 (2011) 2759–2764.
3. El-beshbishy H.A., Nasser A.N., Sinkkonen J., Pihlaja K. Hypolipidemic and antioxidant effects of Morus alba L. (Egyptian mulberry) root bark fractions supplementation in cholesterol-fed rats, Life Sci. 78 (2006) 2724–2733.
4. Huang H.P., Ou T.T., Wang C.J. Mulberry and its bioactive compounds, the chemoprevention effects and molecular mechanisms in vitro and in vivo, J. Tradit. Complement. Med. 3 (2013) 7–15.
5. Cai S., Sun W., Fan Y., Guo X., Xu G., Xu T., Hou Y., Zhao B., Feng X., Liu T. Effect of mulberry leaf (Folium Mori) on insulin resistance via IRS-1/PI3K/Glut-4 signalling pathway in type 2 diabetes mellitus rats, Pharm. Biol. 54 (2016) 2685–2691.
6. Zhang Y., Ren C., Lu G., Mu Z., Cui W., Gao H., Wang Y. Anti-diabetic effect of mulberry leaf polysaccharide by inhibiting pancreatic islet cell apoptosis and ameliorating insulin secretory capacity in diabetic rats, Int. Immunopharmacol. 22 (2014) 248–257.
7. Ren C., Zhang Y., Cui W., Lu G., Wang Y., Gao H., Huang L., Mu Z. A polysaccharide extract of mulberry leaf ameliorates hepatic glucose metabolism and insulin signaling in rats with type 2 diabetes induced by high fat-diet and streptozotocin, Int. J. Biol. Macromol. 72 (2015) 951–959.
8. Zhang Y., Ren C., Lu G., Cui W., Mu Z., Gao H., Wang Y. Purification, characterization and anti-diabetic activity of a polysaccharide from mulberry leaf, Regul. Toxicol. Pharmacol. 70 (2014) 687–695.
9. Zhang D.Y., Wan Y., Xu J.Y., Wu G.H., Li L., Yao X.H. Ultrasound extraction of polysaccharides from mulberry leaves and their effect on enhancing antioxidant activity, Carbohydr. Polym. 137 (2016) 473–479.
10. Melo M.R.S., Feitosa J.P.A., Freitas A.L.P., De Paula R.C.M. Isolation and characterization of soluble sulfated polysaccharide from the red seaweed Gracilaria cornea, Carbohydr. Polym. 49 (2002) 491–498.
11. Liu J., Luo J., Ye H., Zeng X. Preparation, antioxidant and antitumor activities in vitro of different derivatives of levan from endophytic bacterium Paenibacillus polymyxa EJS-3, Food Chem. Toxicol. 50 (2012) 767–772.
12. Zhang W., Ouyang Z., Zhao M., Wei Y., Shao Y., Zhang Z. Differential Expression of Secondary Metabolites in Mulberry Leaves before and after Frost, Food Sci. 36 (2015) 109–114.
13. Yu X., Zhu Y., Fan J., Wang D., Gong X., Ouyang Z. Accumulation of flavonoid glycosides and UFGT gene expression in mulberry leaves (Morus alba L.) before and after frost, 14 (2017) 1–8.
14. Yang S., Li Y., Jia D., Yao K., Liu W. The synergy of Box-Behnken designs on the optimization of polysaccharide extraction from mulberry leaves, Ind. Crop. Prod. 99 (2017) 70–78.
15. Safarov J., Khujakulov A., Sultanova Sh., Khujakulov U., Sunil Verma. Research on energy efficient kinetics of drying raw material. // E3S Web of Conferences: Rudenko International Conference “Methodological problems in reliability study of large energy systems” (RSES 2020). Vol. 216, 2020. P.1-5.
16. Sunil Verma, Jumayev B.M, Khujakulov A.P., Sultanova Sh.A. Analysis of existing food processing technologies. International conference «Innovative ways of solving urgent problems of development of the food and petrochemical industry». Bukhara, 2020. Vol.1. –С.15-19.
17. Sunil Verma, Khujakulov U.K., Dadayev G.T., Safarov J.E. Studying the kinetics of drying. International conference «Innovative ways of solving urgent problems of development of the food and petrochemical industry». Bukhara, 2020. Vol.1. –С.99-102.
18. Rakhmanova T.T., Sultanova Sh.A., Sunil Verma, Safarov J.E., Dadayev G.T. A method for studying and analyzing the drying process of raw material. International conference AEGIS-2021 «Agricultural Engineering and Green Infrastructure Solutions». IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 868 (2021) 012080. P.1-6.
19. Sultanova Sh., Zaripov O., Beraat Özçelik, Aït Kaddour A., Safarov J., unil Verma, Abhijit Tarawade. Innovative method of drying medical plants. Monograph: New royal book company. –India, 2021. -191 p.
20. Pan Y., Wang C., Chen Z., Li W., Yuan G., Chen H. Physicochemical properties and antidiabetic effects of a polysaccharide from corn silk in high-fat diet and streptozotocin-induced diabetic mice, Carbohydr. Polym. 164 (2017) 370–378.
21. Bitter T., Muir H.M. A modified uronic acid carbazole reaction, Anal. Biochem. 4 (1962) 330–334.
22. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem. 72 (1976) 248–254.
23. Wang J., Liu W., Chen Z., Chen H. Physicochemical characterization of the oolong tea polysaccharides with high molecular weight and their synergistic effects in combination with polyphenols on hepatocellular carcinoma, Biomed Pharmacother 90 (2017) 160–170.