DEVELOPMENT OF A TECHNOLOGY FOR OBTAINING GLYCYRRHETINIC ACID FROM Glycyrrhiza glabra L. ROOTS USING MACROPOROUS ADSORPTION RESINS

УДК 547.972: 633.88

Аннотация

Глицирретиновая кислота является одним из наиболее востребованных тритерпеновых соединений, широко применяемых при производстве противовоспалительных, противовирусных, гепатопротекторных и дерматологических лекарственных препаратов. Целью настоящего исследования являлась разработка эффективной технологии получения глицирретиновой кислоты из корней Glycyrrhiza glabra L. с использованием макропористых адсорбционных смол для очистки глицирризиновой кислоты перед кислотным гидролизом. Технологическая схема включала водную экстракцию растительного сырья, ультрафильтрацию, концентрирование экстракта, очистку на макропористых адсорбционных смолах HPD-100, HPD-200, HPD-300 и LXA-8101, последующий кислотный гидролиз и рекристаллизацию. Количественное определение глицирризиновой и глицирретиновой кислот проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Установлено, что смола LXA-8101 характеризуется наибольшей адсорбционной ёмкостью (22,75 мг/г), максимальной степенью извлечения глицирризиновой кислоты (79,8 %) и эффективностью десорбции (93,5 %). Анализ изотерм адсорбции по моделям Лангмюра и Фрейндлиха подтвердил высокую сорбционную активность и селективность данной смолы. В результате очистки была получена субстанция, содержащая 78,0 ± 0,02 % глицирризиновой кислоты и её солей, которая после кислотного гидролиза и рекристаллизации обеспечила получение глицирретиновой кислоты с чистотой 95–97 %. Полученные результаты подтверждают эффективность разработанной технологии и её перспективность для промышленного производства фармацевтической субстанции глицирретиновой кислоты.

Abstract

Glycyrrhetinic acid is one of the most valuable triterpenoid compounds widely used in the manufacture of anti-inflammatory, antiviral, hepatoprotective, and dermatological pharmaceuticals. The aim of this study was to develop an efficient technology for producing glycyrrhetinic acid from Glycyrrhiza glabra L. roots using macroporous adsorption resins for the purification of glycyrrhizic acid prior to acid hydrolysis. The proposed technological process included aqueous extraction of the plant material, ultrafiltration, concentration of the extract, purification using HPD-100, HPD-200, HPD-300, and LXA-8101 macroporous adsorption resins, followed by acid hydrolysis and recrystallization. Quantitative determination of glycyrrhizic acid and glycyrrhetinic acid was performed by high-performance liquid chromatography (HPLC). Among the investigated adsorbents, LXA-8101 exhibited the highest adsorption capacity (22.75 mg/g), glycyrrhizic acid recovery (79.8%), and desorption efficiency (93.5%). Adsorption isotherm analysis based on the Langmuir and Freundlich models confirmed the superior adsorption performance and selectivity of this resin. The purification process yielded an intermediate containing 78.0 ± 0.02% glycyrrhizic acid and its salts, which, after acid hydrolysis and recrystallization, produced glycyrrhetinic acid with a purity of 95–97%. The developed technology provides an efficient and reliable approach for the industrial production of pharmaceutical-grade glycyrrhetinic acid.

Keywords: Glycyrrhiza glabra L.; glycyrrhetinic acid; glycyrrhizic acid; macroporous adsorption resin; acid hydrolysis; HPLC.

Ключевые слова: Glycyrrhiza glabra L.; глицирретиновая кислота; глицирризиновая кислота; макропористые адсорбционные смолы; кислотный гидролиз; ВЭЖХ.

Введение

Глицирретиновая кислота является одним из наиболее ценных тритерпеновых соединений корней Glycyrrhiza glabra L. и широко используется при создании противовоспалительных, противовирусных, гепатопротекторных и дерматологических лекарственных препаратов. Благодаря высокой биологической активности и широкому спектру фармакологических эффектов глицирретиновая кислота представляет значительный интерес для современной фармацевтической промышленности. В отличие от глицирризиновой кислоты, агликон обладает более выраженной липофильностью, что обеспечивает его применение при разработке лекарственных форм наружного и системного действия [1–4].

Основным промышленным источником получения глицирретиновой кислоты служит глицирризиновая кислота, содержащаяся в корнях Glycyrrhiza glabra L. Поэтому эффективность технологии получения конечного продукта в значительной степени определяется стадией выделения и очистки глицирризиновой кислоты. Однако водные экстракты солодки содержат большое количество полисахаридов, белков, минеральных солей, дубильных веществ и других сопутствующих компонентов, существенно затрудняющих последующий гидролиз и снижающих качество получаемой глицирретиновой кислоты [5–7].

В последние годы для очистки растительных экстрактов всё более широкое применение находят макропористые адсорбционные смолы, отличающиеся высокой сорбционной ёмкостью, селективностью, возможностью многократной регенерации и сравнительно низким расходом органических растворителей. Использование таких смол позволяет эффективно концентрировать целевые сапонины, значительно уменьшить содержание балластных веществ и получать стандартизированные субстанции, пригодные для дальнейших технологических превращений [8–12].

В настоящей работе разработана технология получения глицирретиновой кислоты, включающая водную экстракцию корней Glycyrrhiza glabra L., предварительную ультрафильтрацию экстракта, последующую очистку концентрата на макропористых адсорбционных смолах с получением субстанции глицирризиновой кислоты и её солей, дальнейший кислотный гидролиз и рекристаллизацию глицирретиновой кислоты. Особое внимание уделено исследованию процессов адсорбции и десорбции на макропористых смолах как ключевому этапу технологии, определяющему эффективность последующего получения высокоочищенной глицирретиновой кислоты [13–16].

Цель исследования Разработка эффективной технологии получения глицирретиновой кислоты из корней Glycyrrhiza glabra L., основанной на последовательной водной экстракции, ультрафильтрации, очистке концентрированного экстракта на макропористых адсорбционных смолах, кислотном гидролизе глицирризиновой кислоты и последующей рекристаллизации целевого продукта. Особое внимание уделено выбору наиболее эффективной макропористой смолы и оптимизации процессов адсорбции и десорбции.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использовали воздушно-сухие корни Glycyrrhiza glabra L., собранные в декабре на территории Сырдарьинской области Республики Узбекистан. Растительное сырьё измельчали до размера частиц 2–4 мм и хранили в сухом, защищённом от света месте.

Для очистки водного экстракта применяли макропористые адсорбционные смолы HPD-100, HPD-200, HPD-300 и LXA-8101 (Sunresin Technology Co., Ltd., Китай). В качестве элюента использовали водно-этанольные растворы различной концентрации. Для проведения кислотного гидролиза применяли раствор соляной кислоты квалификации «х.ч.». Все используемые реактивы имели аналитическую степень чистоты.

Количественное определение глицирризиновой и глицирретиновой кислот проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на жидкостном хроматографе Shimadzu LC-20 (Япония), оснащённом двумя насосами (P2000), автосамплером (AS3000) и УФ-детектором (UV1000). Разделение осуществляли на колонке Hypersil ODS-C18 (250 × 4,6 мм, 5 мкм) при детектировании на длине волны 254 нм. В качестве подвижной фазы использовали смесь метанола, очищенной воды, ледяной уксусной кислоты и гептилсульфата натрия. Скорость потока составляла 2,0 мл/мин, объём инжекции — 50 мкл. Для идентификации и количественного определения использовали стандартные образцы глицирризиновой кислоты и 18β-глицирретиновой кислоты (Sigma-Aldrich, США, чистота ≥98 %). Количественное содержание определяли методом внешнего стандарта по площади хроматографических пиков.

Результаты и обсуждение

Получение глицирретиновой кислоты включает несколько последовательных технологических стадий, среди которых наиболее важной является выделение и очистка глицирризиновой кислоты, являющейся основным предшественником целевого продукта. Эффективность последующего кислотного гидролиза во многом определяется степенью очистки промежуточной субстанции, поскольку присутствие полисахаридов, белковых веществ, минеральных солей и других сопутствующих компонентов снижает скорость гидролиза и ухудшает качество конечного продукта. В связи с этим после водной экстракции, ультрафильтрации и концентрирования водного экстракта особое внимание было уделено разработке эффективной технологии очистки с использованием макропористых адсорбционных смол, обеспечивающих селективное концентрирование глицирризиновой кислоты и получение субстанции, пригодной для последующего получения высокочистой глицирретиновой кислоты.

Для выбора наиболее эффективного адсорбента были исследованы сорбционные свойства макропористых адсорбционных смол HPD-100, HPD-200, HPD-300 и LXA-8101. Эффективность смол оценивали по адсорбционной ёмкости, степени извлечения и времени достижения адсорбционного равновесия. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительные показатели статической адсорбции глицирризиновой кислоты на макропористых адсорбционных смолах

Как видно из данных (табл.1), все исследованные смолы обладали способностью адсорбировать глицирризиновую кислоту из концентрированного водного экстракта Glycyrrhiza glabra L. Однако наиболее высокие показатели были получены для смолы LXA-8101, адсорбционная ёмкость которой составила 22,75 мг/г, а степень извлечения — 79,8 %. Кроме того, данная смола характеризовалась наименьшим временем достижения адсорбционного равновесия (7 ч), что свидетельствует о более высокой скорости массопереноса и селективности процесса адсорбции.

Для оценки сорбционных свойств исследуемых смол и определения их максимальной адсорбционной ёмкости экспериментальные данные были обработаны с использованием модели Лангмюра. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Как видно из данных (табл.2), наилучшее соответствие экспериментальных данных модели Лангмюра наблюдалось для смолы LXA-8101 (R² = 0,992). Кроме того, данная смола характеризовалась максимальной адсорбционной ёмкостью (Qmax = 25,0 мг/г) и наиболее высоким значением константы адсорбции (KL = 0,050 л/мг), что свидетельствует о её высокой сорбционной активности по отношению к глицирризиновой кислоте. Полученные результаты подтверждают перспективность использования смолы LXA-8101 для получения высокоочищенной субстанции глицирризиновой кислоты, предназначенной для последующего кислотного гидролиза с целью получения глицирретиновой кислоты.

Таблица 2. Сравнительный анализ параметров изотермы адсорбции по модели Лангмюра

Для более полной характеристики процесса адсорбции экспериментальные данные были также обработаны с использованием эмпирической модели Фрейндлиха, позволяющей оценить интенсивность и селективность сорбции на неоднородной поверхности адсорбента. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительный анализ параметров изотермы адсорбции по модели Фрейндлиха

Параметры модели Фрейндлиха (табл.3) также подтвердили преимущества смолы LXA-8101. Наибольшее значение KF (8,2) и наименьшее значение 1/n (0,33) указывают на высокую интенсивность и селективность адсорбции глицирризиновой кислоты.

Следующим этапом исследования являлась оценка эффективности десорбции глицирризиновой кислоты с исследуемых макропористых адсорбционных смол. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4. Сравнительные показатели эффективности десорбции глицирризиновой кислоты

Как видно из данных таблицы 4, максимальная степень десорбции глицирризиновой кислоты (93,5 %) была достигнута при использовании смолы LXA-8101 и 30 %-ного водно-этанольного раствора в качестве элюента. Это свидетельствует о высокой эффективности выбранной смолы и оптимальности условий десорбции, обеспечивающих получение высокоочищенной субстанции глицирризиновой кислоты, пригодной для последующего кислотного гидролиза с целью получения глицирретиновой кислоты.

Таким образом, результаты сравнительного исследования показали, что среди изученных макропористых адсорбционных смол наиболее эффективной является смола LXA-8101, характеризующаяся высокой адсорбционной ёмкостью, степенью извлечения, оптимальными параметрами адсорбционных изотерм и максимальной эффективностью десорбции. Полученные результаты свидетельствуют о высокой селективности данной смолы по отношению к глицирризиновой кислоте и подтверждают целесообразность её использования в разработанной технологии очистки водного экстракта Glycyrrhiza glabra L. Применение смолы LXA-8101 позволило получить высокоочищенную субстанцию глицирризиновой кислоты, которая в дальнейшем была использована для кислотного гидролиза с целью получения глицирретиновой кислоты.

После завершения процесса десорбции элюат концентрировали под вакуумом и высушивали до получения сухой субстанции. По результатам ВЭЖХ-анализа содержание глицирризиновой кислоты и её солей в полученном продукте составило 78,0 ± 0,02 %. После этого продукт использовали для последующего кислотного гидролиза.

Кислотный гидролиз проводили в кислой среде при pH 1,5–2,0 и температуре 95–100 °С при постоянном перемешивании. В этих условиях происходило расщепление углеводной части молекулы глицирризиновой кислоты с образованием глицирретиновой кислоты. Завершение гидролиза контролировали методом ВЭЖХ по снижению содержания глицирризиновой кислоты. После окончания процесса реакционную смесь охлаждали, образовавшийся осадок отделяли фильтрованием, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды, после чего подвергали экстракции этилацетатом. Органическую фазу концентрировали под вакуумом, а полученный остаток очищали методом рекристаллизации из смеси этанола и ацетона.

После высушивания образцы направляли на анализ методом ВЭЖХ. Результаты анализа подтвердили успешное получение глицирретиновой кислоты высокой степени чистоты 95-97%, что свидетельствует об эффективности разработанной технологии, включающей очистку глицирризиновой кислоты на макропористой адсорбционной смоле LXA-8101, кислотный гидролиз и последующую рекристаллизацию.

Выводы

Разработана комплексная технология получения глицирретиновой кислоты из корней Glycyrrhiza glabra L., включающая водную экстракцию, ультрафильтрацию, очистку водного экстракта на макропористых адсорбционных смолах, кислотный гидролиз и рекристаллизацию.

Сравнительное исследование адсорбционных свойств смол HPD-100, HPD-200, HPD-300 и LXA-8101 показало, что смола LXA-8101 обладает наибольшей адсорбционной ёмкостью (22,75 мг/г), степенью извлечения (79,8 %) и эффективностью десорбции (93,5 %), что обеспечивает наиболее эффективное выделение глицирризиновой кислоты.

Анализ экспериментальных данных с использованием моделей Лангмюра и Фрейндлиха подтвердил высокую сорбционную активность и селективность смолы LXA-8101, что позволило получить субстанцию, содержащую 78,0 ± 0,02 % глицирризиновой кислоты и её солей.

Проведение кислотного гидролиза полученной субстанции с последующей рекристаллизацией обеспечило получение глицирретиновой кислоты высокой степени чистоты (95–97 %), что подтверждает эффективность разработанной технологии и перспективность её использования для промышленного производства фармацевтической субстанции.

Список литературы:

1. Xiang, H., et al. Hepatoprotective effects of glycyrrhetinic acid in oxidative liver injury. // Food and Chemical Toxicology. – 2019. – Vol. 125. – P. 313–320.
2. Li, X., et al. Antioxidant activity of glycyrrhetinic acid via ROS scavenging mechanisms. // Journal of Functional Foods. – 2017. – Vol. 30. – P. 134–141.
3. Wang, Z., et al. Anticancer activities of glycyrrhetinic acid and its derivatives. // Journal of Ethnopharmacology. – 2015. – Vol. 165. – P. 265–291.
4. Park, H.Y., et al. Immunomodulatory effects of glycyrrhetinic acid on mast-cell-mediated allergic inflammation. // International Journal of Molecular Sciences. – 2014. – Vol. 15. – P. 24102–24115.
5. Chen K., Yang R., Shen F.Q., Zhu H.L. Advances in pharmacological activities and mechanisms of glycyrrhizic acid // Current Medicinal Chemistry. – 2020. – Vol. 27. – P. 6219–6243.
6. Pastorino G., Cornara L., Soares S., Rodrigues F., Oliveira M.B.P.P. Liquorice (Glycyrrhiza glabra): A phytochemical and pharmacological review // Phytotherapy Research. – 2018. – Vol. 32. – P. 2323–2339.
7. Li J., Wang Y., Zhang L. et al. Bioactive compounds and pharmacological effects of Glycyrrhiza species: A review // Frontiers in Pharmacology. – 2022. – 13: 822336. DOI: 10.3389/fphar.2022.822336
8. Wan, J.B.; Zhang, Q.W.; Ye, W.C.; Wang, Y.T. Quantification and separation of protopanaxatriol and protopanaxadiol type saponins fromPanax notoginsengwith macroporous resins.Sep. Purif. Technol.2008,60, 198–205.
9. Ma, C. Y., Tang, J., Wang, H. X., Tao, G. J., Gu, X. H., & Hu, L. M. (2009). Preparative purification of salidroside from Rhodiola rosea by two-step adsorption chromatography on resins. Journal of Separation Science, 32(2), 185–191
10. Li, J.; Chase, H.A. Development of adsorptive (non-ionic) macroporous resins and their uses in the purification of pharmacologically-active natural products from plant sources.Nat. Prod. Rep.2010,27, 1493–1510.
11. Shi, Q.; Yang, X.; Wu, L.; Liu, H.; Zhang, J.; Zhang, F.; Long, C. Binary adsorption equilibrium and breakthrough of toluene and cyclohexane on macroporous and hypercrosslinked polymeric resins. Microporous and Mesoporous Materials, 2018, 271, 73–82.
12. Liu, Y., Liu, J., Chen, X., Liu, Y., Di, D., (2010). Preparative separation and purification of lycopene from tomato skins extracts by macroporous adsorption resins. Food Chem. 123 (4), 1027–1034.
13. Sanoev A.I., Khalilov R.M., Sagdullaev Sh.Sh. Intensification of glycyrrhizic acid extraction // Farmatsevtika jurnali. - 2024. - No. 6. - P. 41-47.
14. Sanoyev A.I, Zaripova S.A., Botirov R.A., Xalilov R.M., Sagdullayev Sh.Sh. / Получение суммы агликоновых флавоноидов из отходов переработки корней Glycyrrhiza glabra L. // Universum: химия и биология:электрон. научн. журн. 2026. 4 (142). С. 40-47.
15. Sanoev A.I., Zaripova S.A., Botirov R.A., Sadykov A.Z., Sagdullaev Sh.Sh. / Improving product quality through ultrafiltration of Glycyrrhiza glabra extract. // Universum: Chemistry and Biology, 2024, No. 12(126) с.53-58. https://doi.org/10.32743/UniChem.2024.126.12.18647
16. Wang Y., Wang Z., Li C. et al. Advances in the study of chemical constituents and pharmacological effects of Glycyrrhiza glabra L. // Journal of Ethnopharmacology. – 2021. – 267: 113523. DOI: 10.1016/j.jep.2020.113523