ИЗУЧЕНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗИРЫ (Cuminiumcyminum)

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты количественного определения минерального состава, белков и витаминов в трех образцах тмина (Cuminiumcyminum) различного происхождения. Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, в режиме полуколичественного анализа "Semiguant" в составе вегетативных органов лекарственного растения Cuminiumcyminum проведено определение 37 макро- и микроэлементов. Сравнение результатов исследований различных образцов растений показало, что количественное содержание макро- и микро-элементов в образце Шахимарданского тмина значительно выше, чем у других. В то же время содержание общего белка в тмине иранского происхождения, выше, чем в стеблях тмина Соха.

ABSTRACT

The paper presents the results of quantitative determination of mineral composition, proteins and vitamins in three samples of cumin (Cuminiumcyminum) of various origin. 37 macro- and microelements were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry in the Semiquant semi-quantitative analysis mode as part of the vegetative organs of the medicinal plant Cuminiumcyminum. Comparison of the results of studies of various plant samples showed that the quantitative content of macro- and micro-elements in a sample of Shakhimardan cumin is significantly higher than in others. At the same time, the total protein content in coming of Iranian origin is higher than in the stems of cumin Sokha.

Ключевые слова: тмин (Cuminiumcyminum), химический состав, макро- и микроэлементы, витамины, белки, ИСП-масс-спектрометрия, ВЭЖХ, химия товаров, пищевые добавки, народная медицина.

Keywords: cumin (Cumin cyminum), chemical composition, macro- and microelements, vitamins, proteins, ISP-mass spectrometry, HPLC, chemistry of goods, food additives, folk medicine.

Введение

В последние годы народная медицина все чаще возвращается к применению лекарственных препаратов растительного происхождения[1-3]. Преимуществом лекарственных растений является их широкий спектр биологической активности, малая токсичность и возможность длительного применения без существенных побочных явлений [4-6]. Это касается и тмина Cuminiumcyminum, в основном применяемого в качестве кулинарных специй [7]. Ареал произрастания тмина весьма широк и охватывает многие страны Европы и Азии с умеренным климатом [9].

Наличие в составе семян и стеблей тмина многих необходимых для организма макро- и микроэлементов, витаминов различных классов, антиоксидантов позволяет отнести это растение к лекарственным, а также открывает широкие возможности применения в народной медицине[10,11]. Действительно, издавна из семян тмина готовят настои и отвары для очищения организма от вредных веществ, шлаков, токсинов [12,13]. А широко рекламируемое различными СМИ масло черного тмина, получаемое холодным отжимом, нормализует обменные процессы, действует как противовоспалительное средство и даже уменьшает жировую массу тела, способствуя похудению [14]. Масло чёрного тмина используют для лечения и профилактики расстройств пищеварительного тракта, а также применяется для борьбы с мигренью и облегчения протекания аллергических реакций.  В этой связи представляет большой практический интерес сравнение макро-микроэлементного и витаминного состава образцов тмина, произрастающего в различных уголках нашей планеты.

Целью настоящего исследования является определение химического состава образцов местного и иранского тмина с применением современных методов анализа: масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) и высоко эффективной жидкостной хроматографии (HPLC).

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служили три различных образца тмина (Cuminiumcyminum): шахимарданский тмин (образец №1), черный иранский тмин (образец №2), желтый иранский тмин (образец №3), массой по 3 грамма каждый. После измельчения образцов проводили их азотнокислое разложение, для чего в колбу с образцом тмина добавляли по 30 мл концентрированной азотной кислоты и выдерживали 30 минут при перемешивании. Затем полученные растворы фильтровали в мерные колбы на 100 мл и добавляли дистиллированную воду до метки.

Подготовленные растворы образцов тмина анализировали на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой в режиме полуколичественного анализа "Semiguant"[15-17].

Параметры прибора: мощность плазмы 1200 Вт, время интегрирования 0,1 сек. Калибровку прибора и количественные расчеты проводили на основе многоэлементного калибровочного стандарта AgilentTechnologist (44 элемента).

Анализ водорастворимых витаминов проводилиметодом ВЭЖХ с использованием режима градиентного элюирования и диодно-матричного детектора в спектральном диапазоне 200 – 400 нм [18,19].

Условия хроматографирования

Подвижная фаза (градиентный режим) – ацетонитрил – буферный раствор pH=2,92 (4%:96%) 0-6 мин.,  (10% : 90%) 6-9 мин., (20% : 80%) 9-15мин., (4% : 96%) 15-20 мин.

Объём инжекции – 10 мкл.

Скорость подвижной фазы – 0,75 мл/мин.

Колонка – EclipseXDB – C18. 5,0 мкм, 4,6х250мм.

Детектор – диодно-матричного детектора, длины волн: 272, 292, 254, 297 и 360 нм.

Общее содержание белков в образцах определяли методом Кьельдаля в соответствии с ГОСТ 10846-91[20,21].

Результаты и их обсуждение

В таблице 1 представлены результаты количественного масс- спектрометрического определения 37 элементов, расположенных в порядке возрастания их атомной массы.

Таблица 1.

Минеральный состав тмина (Cuminiumcyminum), мг/кг

Анализ полученных данных по элементам, приведенных в таблице, показывает, что макроэлементы во всех образцах тмина в наибольшем степени представлены натрием, калием, магнием, кальцием, фосфором, серой. Среди микроэлементов преобладают бор, алюминий, кремний, селен, титан, железо, марганец, стронций. В то же время суммарное количество макро- и микроэлементов явно преобладает в образце местного шахимарданского тмина, произрастающего в Ферганской долине Республики Узбекистан. Сравнительно большое количество токсичных тяжелых металлов, таких как свинец и кадмий, скорее всего связано с особенностями геопровинции, в которой произрастает тмин. Но уже тот факт преобладающего количества макро- и микроэлементов в местном тмине дает основание рассматривать шахимарданский тмин в качестве перспективной пищевой добавки, обладающей широким спектром действия.

Содержание общего белка в растительном сырье также имеет определяющее значение в изготовлении и использовании фитопрепаратов.

Определение общего белка в образцах тмина по методу Кьельдаля основано на сернокислотном разложении азотсодержащих органических веществ, при котором образуется сульфат аммония по схеме [21]:

Азотсодержащее органическое вещество+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄+CO₂+H₂O

При добавлении раствора гидроксида натрия образуется аммиак:

Аммиак отгоняется в 0,05 М серную кислоту, избыток которой титруется 0,1 М раствором едкого натра. Массовую долю азота (Х) в образце рассчитывают по формуле:

где: V₀ — объем 0,1 моль/дм³ раствора гидроокиси натрия, пошедшего на титрование 0.05 моль/дм³ серной кислоты в «холостом» определении, см³;

V₁ — объем 0.1 моль/дм³ раствора гидроокиси натрия, пошедшего на титрование 0,05 моль/дм³ серной кислоты в анализируемом растворе, см³;

К — поправка к титру 0,1 моль/дм³ раствора гидроокиси натрия:

0.0014 — количество азота, эквивалентное 1 см³ 0,05 моль/дм³ раствора серной кислоты, г.

100 – коэффициент пересчета в проценты.

В таблице 2 приведены % содержание белков и количество азота в двух образцах тмина.

Таблица 2.

Содержание белков и количество азота в разных образцах тмина

Для сравнительного анализа образцов тмина было определено содержание витаминов с помощью ВЭЖХ при условиях хроматографирования, описанных в экспериментальной части работы.

В таблице 3 представлены результат этого эксперимента.

Таблица 3.

Количественное определение содержания водорастворимых витаминов из состава тмина методом ВЭЖХ (HPLC)

Выводы

Проведены экспериментальные исследования образцом тмина различного происхождения с применением современных инструментальных методов анализа.

Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой установлено количественное содержание 37 макро- и микроэлементов, показавшее, что в образце шахимарданского тмина их суммарное количество значительно больше, чем в образцах черного и желтого тмина иранского происхождения, уступая при этом им по белковому содержанию, 5,188 и 18,121 мг/100 г, соответственно.

 С применением ВЭЖХ определено содержание витаминов в исследуемых образцах, которое показало, что количество витаминов В₁, В₆ В₁₂ в местном тмине Соха также больше, чем в черном иранском тмине.

На основании проведенных исследований однозначно следует, что тмин Соха шахимарданского происхождения обладает большим биоактивным потенциалом и может быть рекомендован в качестве биологически активной пищевой добавки в традиционной и народной медицине.

Список литературы:

1. Аскаров И.Р. Химия товаров. - Т.: Издательский дом науки и технологий. – 775 стр.
2. Мамарахмонов М.Х. “Химия товаров” - новый предмет в химии // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 2 (56). URL:https://7universum.com/ru/nature/archive/item/6872 (дата обращения: 30.05.2023).
3. Алексеева, Е. Фитопрепараты в современной рациональной фармакотерапии // Рос.аптеки. -2002. - Т2. -C. 23-27.
4. Булаев, В.М., Ших, Е.В., Сычев, Д.А. Безопасность и эффективность лекарственных растений: учеб.пос. – 2-е изд. Москва, Практическая медицина, 2013. - С. 1-272.
5. Бойко Н.Н., Бондарев А.В., Жилякова Е.Т. и др.  Фитопрепараты, анализ фармацевтического рынка российской федерации // Медицина и фармация. 2017.- Т. 3, № 4. -С. 30-38. DOI:10.18413/2313-8955-2017-3-4-30-38
6. Posadzki, P., Watson L.K., Ernst E. Adverse effects of herbal medicines: an overview of systematic  reviews // Clin Med (Lond). 2013. Feb,13(1). Pp. 7-12.
7. ПохлёбкинВ.В. Ажгон (айован, коптский тмин, индийский тмин, зира). Всё о пряностях. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - С.104-105.-208с.
8. Cuminium Сyminum// Ботанический словарь/ сост. Н. И. Анненков.- СПб.: Тип. Имп. АН, 1878.-XXI + 645с.
9. www.https://en.wikipedia.org/wiki/Medicinal_plants (дата обращения: 30.05.2023 г.).
10. Collins, Minta (2000). Medieval Herbals: The Illustrative Traditions. University of Toronto Press. p. 32. ISBN978-0-8020-8313-5.
11. Авиценна. Канон медицины. 3-том. -Т.: Изд-во народного наследия им. А.Кодирий, 1994. – 320 с.
12. Аскаров И.Р. Канон врачевания. -Т.: Изд-во «Мумтозсуз». – 1142 с.
13. Baser K.H.C., Özek T., Abduganiev B. E., Abdullaev U. A., Aripov Kh. N. Composition of the Essential Oil of Bunium persicum (Boiss.) B. Fedtsch. from Tajikistan // Journal of Essential Oil Research.Volume 9, 1997.– Is.5.
14. Пупышев А.А., Суриков В.Т. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Образование ионов. - Екатеринбург, УрО РАН: 2006.
15. Пупышев А.А., Сермягин Б.А. Дискриминация ионов по массе при изотопном анализе методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, Екатеринбург.: УПИ, 2006.
16. Большаков А.А., Ганеев А.А., Немец В.М., Перспективы аналитической атомной спектроскопии, Успехи химии. 75 (4), 2006. С. 322-338.
17. Abduganiyev B.Yo. ,  Asqarov I.R. Study of the qualitative and quantitative composition of tissues by physico-chemical methods/J Chem Good Trad Med, Volume 2, Issue 1, 2023. P 29-44.
18. Abduganiyev B.Yo., Asqarov I.R. Ensuring the reliability of the results in the study of the qualitative and quantitative composition of goods by physicochemical methods //J. Chem. Good Trad Med, Volume 2, Issue 1, 2023. P 45-58.
19. ГОСТ 10846-91. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка. – М.: СТАНДАРТИНФОРМ, 2009.
20. Методы контроля. Химические факторы. Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище. Руководство Р4.1.1672-03. - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004.
21. Определение общего количества азота по Кьельдалю. http: //yars-analyt.ru/nitrogen/keldal.shtml. Дата обращения:30.05.2023.