ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИСАХАРИДОВ ИЗ БУТОНОВ И ПЛОДОВ Capparis spinosa

АННОТАЦИЯ

Из бутонов и плодов Capparis spinoza выделены и охарактеризованы водорастворимые полисахариды и пектиновые вещества. Из ВРПС плодов выделена гомогенная фракция АГ-CS с Мм 34 кДa, в который соотношение арабинозы и галактозы составляет 1:2. ПВ плодов C. spinoza является высокоэтерифицированным пектинам с Мм 47 кДа. Из ПВ выделен галактуронан, в котором остатки D-галактуроновой кислоты соединении α-1→4 гликозидными связами.

ABSTRACT

Water-soluble polysaccharides and pectin substances have been isolated and characterized from the buds and fruits of Capparis spinoza. A homogeneous fraction of AG-CS with Mm 34 kDa was isolated from VRPS fruits, in which the ratio of arabinose and galactose is 1:2. The HP of C. spinoza fruit is a highly esterified pectin with an Mm of 47 kDa. Galacturonan was isolated from PV, in which the residues of D-galacturonic acid are connected by α-1→4 glycosidic bonds.

Ключевые слова: Capparis spinoza, арабиногалактаны, пектиновые вещества, гель фильтрация, фракционные осаждения, степень этерификации ПВ, галактуронан, ИК спектроскопия.

Keywords: Capparis spinosa, arabinogalactan, pectin substances, gel filtration, fractional precipitation, degree of esterification PS, galactauranan, IR spectroscopy.

Введение

Флора Узбекистана представляет практически не ограниченные возможности для получения самых различных классов биополимеров, таких как углеводы-полисахариды. Полисахариды обладают широким спектром биологического действия и локализованы в различных частях растения: в подземных и надземных органах. На основе этих биополимеров созданы биологические активные добавки, загустители и лекарственные препараты, но их возможности в этом отношении не исчерпаны. Существенно, разнообразие их биологической активности зависит от строения полимера. Для того, чтобы провести поиск новых конкурентоспособных биологически активных соединений среди растительных биополимеров, следует определить особенности их строения, свойств, разработать способ получения и изыскать пути их применения в различных отраслях промышленности. На основе полисахаридов могут быть разработаны фармацевтические средства, обладающие качественно новыми фармакологическими эффектами по сравнению с химическими синтезированными лекарственными препаратами. Существенными преимуществами лекарственных веществ из природных источников являются доступность сырья, меньшая сложность технологических процессов выделения и очистки, выраженная фармакологическая активность и, как правило, низкая токсичность. В этом отношении большой интерес вызывают полисахариды: арабиногалактаны и пектиновые вещества, которые можно рассматривать как источники новых лекарств и фармакологически активных субстанций.

Таким образом, изучение полисахаридов, состоящих из арабиногалактанов и пектиновых веществ является актуальным.

К настоящему времени растения семейства Capparidaceae считаются одними из наиболее изученными в различных аспектах [1-7]. Одним из представителей этого семейства является род Capparis. Ареал распространения Каперсов довольно обширен и охватывает всю Среднюю Азию и Казахстан, кроме северных районов, Восточное Закавказье, Дагестан и Южный Крым [8].

В химическом отношении виды Capparis изучены недостаточно. В связи с этим нами ранее были исследованы углеводы, белки бутонов и плодов растения Capparis spinoza [9]. Установлен количественный выход и качественный состав выше указанных соединений. Продолжая более углубленное исследования, проводили выделение полисахаридов сначала в лабораторных условиях, затем были разработаны технологические условия.

Материалы и методы

Материалы. Объектом данного исследования являлись высушенные бутоны и плоды растений Capparis spinoza L. культивируемое в Узбекистане. Сбор сырья проводили в Ташкентской области в Охангаранском и Кибрайском районах в 2017 году.

Методы. Выделение водорастворимых полисахаридов и пектиновых веществ (ВРПС, ПВ) проводили по методу, описанному [10]. Для этого органы растения (бутоны и плоды) сначала измельчали и инактивировали по отдельности кипящей смесью хлороформ-метанол (1:1) для удаления не углеводных компонентов и красящих веществ. Далее кипящим 82%-ным спиртом дважды извлекали спирторастворимые сахара (СРС). Объединенные спиртовые экстракты сгущали и анализировали бумажной хроматографией, обнаружили фруктозу и сахарозу. Остаток сырья последовательно экстрагировали холодной водой, затем смесью 0,5% растворов щавелевой кислоты и оксалата аммония и получили водорастворимые полисахариды и пектиновые вещества (ВРПС, ПВ).

Для определения качественной и количественной характеристики моносахаридов проводили хроматографические исследования на оборудовании - газо-жидкостном хроматографе GС 2010 Plus, «Shimadzu» с пламенно ионизационным детектором (FID). Тип детектора: APC (Det3ch). Хроматографирование проводили с использованием стеклянной капиллярной колонки марки Rxi-624Sil MS. Длина колонки - 30,0 м. Внутренний диаметр - 0,25 мм. Толщина пленки - 1,40 мкм. В качестве газо-носителя использовали азот. Общий поток газо-носителя 30 мл/мин. Поток через колонку – 0,71 мл/мин. Температура испарителя 290°С. Температура колонки 280°С. Температура детектора 300°С. В испаритель хроматографа вводили 1 мкл раствора, содержащего 10 мг/мл (0,01 %) ацетатов альдонитрилов. Хроматограммы записывали на компьютере с фиксацией времени удерживания компонентов и состава смеси.

Водные экстракты упаривали на роторном испарителе при 40±50. Бумажную хроматографию осуществляли на бумаге Filtrak-FN 13,18 нисходящим методом с использованием следующей системы растворителей:

1) бутанол-1-пиридин-вода (6:4:3)

Для индикации пятен применяли кислый фталат- анилина

ИК-спектры образцов снимали на ИК-Фурье спектрометре 2000 (Perkin Elmer) в таблетках с KBr. Вязкость растворов полисахаридов измеряли на вискозиметре Оствальда с диаметром капилляра 0,82 мм [11].

Результаты и обсуждение

Выход вышеуказанных углеводов, а также их моносахаридный состав представлены в таблице 1, из которой видно, что полисахариды в различных органах растения распределены неодинаково, доминирующими полисахаридами являются ВРПС, ПВ находятся в меньших количествах.

Таблица 1.

Содержание полисахаридов в бутонах и плодах C. spinoza и их моносахаридный состав

Преобладающими моносахаридами ВРПС и ПВ плодов и бутонов являются уроновые кислоты и галактоза. Другие моносахариды находятся в меньших количествах.

Далее углубленно изучали физико-химические свойства водорастворимых полисахаридов и пектиновых веществ плодов Capparis spinoza. ВРПС плодов представляют собой аморфный порошок с кремоватым оттенком, хорошо растворяется в воде, водные растворы имеют показатель относительной вязкости ɳ_отн 2,1 (с1% Н₂О). Молекулярную массу определяли методом гель-фильтрации на сефадексе G-50, который показал гетерогенность полисахарида и его ММ 35 кДа. Моносахаридный состав ВРПС представлен нейтральными сахарами- глюкозой, арабинозой, галактозой в соотношении 1,3:0,5:2,7. Содержание уроновых кислот определяли карбазольным методом [12], оно составляет 15%. Как указано выше, ВРПС представляет собой гетерогенный полисахарид. Для получения гомогенного полисахарида ВРПС фракционно осаждали этанолом из водного раствора, в результате получили три фракции с выходами 13, 32, 6,2% соответственно. Фракция-II наибольшая по выходу и по данным гель -фильтрации была гомогенной. В ее гидролизате методами БХ и ГХ обнаружили арабинозу и галактозу в соотношении 1:2. Следовательно, изучаемая фракция-II является арабиногалактаном и обозначана нами АГ-CS.

АГ-CS-белый аморфный порошок с Мм 34 кDa, полностью растворяется в воде. В ИК-спектре АГ-CS обнаружены полосы поглощения в области 800, 860 и 981см^-1, характерные для арабиногалактанов.

Пектиновые вещества плодов представляют собой аморфный порошок с желтоватым оттенком. Хорошо растворяется в воде с образованием не вязких растворов и имеет показатель относительной вязкости ɳ_отн2,0 (с 1% Н₂О), реакция на крахмал отрицательная. Молекулярную массу определяли вискозиметрическим методом [10], она равна 47 кДа. В продуктах полного кислотного гидролиза ПВ, БХ обнаружили нейтральные сахара: рамнозу, арабинозу, ксилозу, глюкозу и галактозу, соотношение которых по данным ГХ составляет 1,5:2,5:0,5:2,0:3. Количество уроновых кислот в пектиновых веществах составляет 72%. Титриметрическим методом [13] определяли содержание свободных и этерифицированных карбоксильных групп. Установлено, что ПВ содержит Кс-9,0%, Кэ-11,0% и при этом степень этерификации (СЭ) составляет - 55,0%. Следовательно, ПВ относится к высокоэтерифицированным пектинам.

В ИК-спектре ПВ присутствуют полосы поглощения, показывающие наличие карбоксильных групп (1744 см^-1), метильных групп (1370см^-1) и триплет (810, 875 и 910 см^-1) указывающий на α-1,4 гликозидную связь между остатками D-галактуроновой кислоты в основной цепи полимера.

При обработке ПВ C. spinoza растворами щелочи происходит омыление метоксильных групп и образуются пектовые кислоты [14] (60%), которые по сравнению с исходными ПВ уже теряли растворимость в воде и ИК спектре отсутствовало полоса поглощения в области 1370см^-1.

Частичным кислотным гидролизом ПВ получили галактуронан, состоящий только из остатков D-галактуроновой кислоты. Следовательно, основную цепь ПВ составляет α-1,4-D-галактуронан, нейтральные сахара составляют в боковые ответвления.

Выводы

1. Впервые из плодов и бутонов C. spinoza культивируемой в Узбекистане выделены ВРПС и ПВ.
2. Определен их количественное содержание и моносахаридный состав.
3. Выделен и охарактеризован гомогенный арабиногалактан АГ-СS из плодов C. spinoza.
4. Показано, что C. spinoza является высокоэтерифицированным карбоксиполисахаридам.
5. Установлено, что основную цепь ПВ C. Spinoza составляет линейный α-1→4 галактуронан, а нейтральные полисахариды составляет боковые ответвления.

Список литературы:

1. V.N. Axmedov, R.A. Botirov, Z.A. Khushbaktova, A.Z. Sadykov, Sh.Sh. Sagdullaev. Evaluation of aggregant properties of stachydrine alkaloid // 12^th Symposium on the Chemistry of Natural Compounds. 2017. Tashkent. Abstracts. P. 177.
2. Kulisic-Bilusic T., Schmoller K., Schnabele K., Siracusa L., Ruberto G. The anticarcinogenic potential of essential oil and aqueous infusion from caper (Capparis spinosa L.) // Food Chemistry. 2012. -№132. -Р. 261–267.
3. Panico A.M., Cardile V., Garufi F., Puglia C., Bonina F., Ronsisvalle G. / Protective effect of C.spinosa on chondrocytes // Life. Sci. -2005. -№20. -Р. 2479-88.
4. Yilli A., Tao Wu, Сагдуллаев Б.Т., Aisa H.A., Ульченко Н.Т., Глушенкова А.И., Рахмонбердиева Р.К. Липиды и углеводы корней Capparis spinosa // Хим.природ.соед. -2006. -№1. -С. 81-82.
5. Asilbekova D.T., Tursunkhodjaeva F.M., Yuldasheva N.K., Ul’chenko N.T., Glushenkova A.I. Lipids from seeds and leaves of Capparis spinosa L. // 7^th International Symposium on the Chemistry of Natural Compounds, Tashkent. -2007. -P. 116.
6. Юлдашева Н.К., Ульченко Н.Т., Глушенкова А.И. Липиды семян Capparis spinosa // Хим.природ.соед. -2008. -№ 5. -С. 516.
7. Асилбекова Д.Т., Турсунходжаева Ф.М. Липиды листьев Capparis spinosa L. // Химия растительного сырья. -2009. -№2 -С. 97-99.
8. Ботиров Р.А., Дусчанова Г.М., Азизова М.А. / Capparis spinosa – растительное сырьё для получения алкалоида стахидрина и морфо-анатомическое строение его вегетативных и генеративных органов // -Ташкент. Фармацевтический вестник Узбекистана. -2017. -№3. -С 25-29.
9. Изучение белков и углеводов и незрелых плодов Каперса колючего, произрастающего в Узбекистане и их биологическая активность //Рахимова Ш.Х., Саноев З.И., Жауынбаева К.C., Межлумян Л.Г., Рахманбердыева Р.К., СадиковА.З., Сагдуллаев Ш.Ш. «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» (ФГБНУ ВИЛАР) Международной научной конференции «90 лет-от растения до лекарственного препарата: достижения и перспективы», которая состоится 10 - 11 июня 2021 года.
10. Коваленко С. Г., Куриленко О. Д. Вязкость пектиновых растворов // Укр. хим. ж. – Киев, 1965. - т 31. вып.2. – С.175 
11. Erkulov Z.E., Malikova M.Kh., Rakhmanberdyeva R.K., Chemisty of natural compounds, 47,182 (2011).
12. Биохимические методы анализа плодов, под. ред. В.В. Арасимовича. Штинца, Кишинев, 1984, с.12-13.
13. Г.Б. Аймухамедова, Д.Э. Алиева, Н.П. Щелухина, Свойства и применение пектиновых сорбентов. Илим, Фрунзе, 1984,131с.
14. Маликова М.Х., Ахмедова Х.Х., Рахманбердыева Р.К., Жауынбаева К.С. « Пектиновые вещества Ferula kuhistanica и Ferula tеnuisecta » Химия природных соединений, 2018, №1, с.13-15.