ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИСАХАРИДЫ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ Capparis spinoza

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества и гемицеллюлозы, выделенные из надземной части Capparis spinoza. Изучены физико-химические показатели и охарактеризован моносахаридный состав. По результатам газожидкостной хроматографии моносахаридный состав включает: уроновая кислота, галактоза, глюкоза, арабиноза и ксилоза находится в незначительных количествах. Выделенный пектин является низкоэтерифицированным пектином.

ABSTRACT

The article considers water-soluble polysaccharides, pectin substances and hemicelluloses isolated from the above-ground part of Capparis spinosa. The physicochemical parameters were studied and the monosaccharide composition was characterized. According to gas-liquid chromatography, the monosaccharide composition: uronic acid, galactose, glucose, arabinose and xylose are in insignificant quantities. The isolated pectin is low-esterified pectin.

Ключевые слова: Capparis spinosa, 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. Нами ранее были исследованы углеводы, белки бутонов и плодов Capparis spinoza. Были изучены и охарактеризованы водорастворимые полисахариды и пектиновые вещества из бутонов и плодов Capparis spinoza [1]. Выделенные водорастворимые полисахариды являются средством, потенцирующим как α1-адрено-, так и ДА2-дофаминовые рецепторы, играющих важную роль в регуляции нервных и психических процессов, а также и в системе кровообращения, где они применяются в качестве противошоковых средств для повышения артериального давления [2,3]. В институте Химии растительных веществ академии Наук в республике Узбекистан разработаны технология получения водорастворимых полисахаридов из бутонов и незрелых плодов Capparis spinoza [4]. В связи с этим мы продолжали изучать уровень токсичности суммы водорастворимых полисахаридов, полученных из надземной части Capparis spinosа [5]. Учеными отделом фармакологии и токсикологии изучены влияние на ЦНС, противовоспалительное, антигипоксическое, антиоксидантное, анальгезирующее, а также показатели глюкозы и холестерина в сыворотке крови и получены положительные результаты в экспериментах.

Цель исследования. Целью исследования является изучение и углеводного комплекса надземных органов растения Capparis spinoza культивируемого в Узбекистане.

Материалы и методы. Из надземной части Capparis spinoza выделены водорастворимые полисахариды (ВРПС), пектиновые вещества (ПВ) и гемицеллюлозы (ГМЦ), установлен моносахаридный состав. Результаты показали, что моносахаридный состав полисахаридов относятся глюкоарабагалактанам.

Выделение различных групп полисахаридов проводили по ранее описанной методике [6]. Спирторастворимые сахара представлены фруктозой, сахаразой и глюкозой. Водорастворимые полисахариды экстрагировали водой: сырье экстрагировали водой при комнатной температуре 20-22°С и выделили ВРПС. Далее последовательно выделяли пектиновые вещества (ПВ) и гемицеллюлозы (ГМЦ). Содержание и моносахаридный состав выделенных полисахаридов приведены в табл.1.

Таблица 1.

Выход полисахаридов и их моносахаридный состав

*Примечание: Gal-галактоза, Glc-глюкоза, Ara-арабиноза, Xyl-ксилоза, Rha-рамноза, UAc-уроновая кислота.

Как видно из таблицы 1, ВРПС и ПВ основными моносахаридами является арабиноза и галактоза, остальные моносахаридные остатки глюкоза, ксилоза, встречается малых количествах. ГМЦ основными моносахаридами ксилоза, галактоза, арабиноза незначительных количествах галактоза и рамноза.

Выделенный ВРПС представляет собой аморфный порошок –бежевого цвета, хорошо растворимый в воде, дающий окрашивание с раствором йода, что указывает на присутствие в исследуемом сырье глюкана типа крахмала.

В моносахаридном составе водорастворимых полисахаридов идентифицировали галактозу, и арабинозу.

Содержание уронового ангидрида в полисахаридах определяли фотоэлектроколориметрическим методом на основе цветной реакции с карбазолом [7].

Пектиновые вещества представляют собой аморфный порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Раствор ПВ дает с йодом едва заметное быстро исчезающее синее окрашивание, что характерно для крахмалоподобных полисахаридов. Показано, что моносахаридный состав пектиновых веществ представлен галактуроновой кислотой, галактозой, арабинозой и в незначительных количествах ксилозой (по данным титрометрического анализа) (табл. 2) [8].

Выделенные пектиновые вещества относятся к низкоэтерифицированным пектинам со степенью этерификации 45.4 %.

Таблица 2

Титрометрические показатели ПВ Capparis spinosa

Гемицеллюлоза – аморфный порошок светло – коричневого цвета, хорошо растворяется в слабых растворах щелочей. Моносахаридный состав также представлен кислыми и нейтральными моносахаридами: уроновая кислота галактоза, арабинозы, ксилозы, в меньших количествах глюкозы. Доминирующими моносахаридами является ксилоза. Повышенное содержание ксилозы характерно для полисахаридов ксиланового типа.

Выделенные полисахариды анализировали методом ИК- спектроскопии [9].

В ИК- спектрах ВРПС присутствуют полосы поглощения 3305 и 3287, достаточно интенсивные, характерные для ОН групп. Полосы поглощения при 2932 см^-1 показывает присутствие СН групп. Присутствуют также полосы поглощения, связанные с наличием карбоксильных групп 1740 и 1736 см^-1, а также 1254 и 1235 см^-1

Остальные полосы поглощения находятся в низкочастотной области спектра и соответствуют колебаниям пиранозных циклов и их фрагментов.

В ИК- спектре ПВ обнаружены полосы поглощения характерные для карбоксиполисахаридов 1750 и 1237см^-1. Пектиновые вещества обычно содержат метоксильные группы, что отражается в данном случае полосой поглощения в области 1316 см^-1. Характерной также является полоса поглощения при 1415 см^-1 соответствующая ионизированному карбоксилу. Полоса поглощения при 956 см^-1 колебания метиленовых групп. Для пектиновых веществ, которые имеют основную полимерную цепь, состоящую из α 1 →4 связанных остатков D – галактуроновой кислоты, присущие полосы поглощения в ИК- спектре 890 – 832 см^-1

ИК- спектр ГМЦ имеет полосы поглощения, характерные для полисахаридов в области гидроксильных групп, СН групп и т.д.

Во всех спектрах, т.е. ВРПС, ПВ и ГМЦ имеются интенсивные полосы, которые отражают белковые примеси: 1602, 1600, 1597, 1608 см^-1.

Экспериментальная часть. Сырьё заготавливали в Ташкентской области в Охангаранском и Кибрайском районах в мае 2021 году.

Бумажную хроматографию (БХ) гидролизатов проводили нисходящим методам на бумаге Filtrak FN -12 (Германия) в системе растворителей н-бутанол-пиридин-вода (6:4:3), для индикации пятен моносахаридов (гексозы и пентозы) применяли анилин фталат кислый (1), кетоз 5% раствор мочевины (2). Хроматограммы проявляли в течение 3-4 мин. при 100°С.

Полный кислотный гидролиз ВРПС проводили, 1н Н₂SО₄ при 100°С, 8 ч, ПВ и ГМЦ гидролизовали 2 н Н₂SО_4, при 24 ч. Гидролизаты нейтрализовали BaCO₃, деонизировали катионитом КУ-2 (Н⁺), упаривали и анализировали БХ с известными стандартами моносахаридов.

ГХ анализ образцов проводили на хроматографе Shimadzu GC-2010 с пламенно-ионизационным детектором, кварцевая капиллярная колонка Shimadzu Rxi-624Sil MS (3м×0.25мм×1.40μм), скорость подвижной фазы (N₂) 1,5 мл/мин, температура инжектора 260°С, температура детектора 280°С и температура колонки 230°С. Образцы снимали в виде ацетатов альдононитрилов [10].

ИК спектры полисахаридов снимали на ИК-спектрометре Фурье фирмы Perkin-Еlmer, FT-IR/NIR Spectrometr. Spectrium 3. Universal ATR Sampling Accessory области поглощения (диапазон) 530-3600 см^-1

Инактивация сырья. 100 г измельченного сырья Capparis spinosa обрабатывали дважды кипящей смесью метанол - хлороформ (1:1) для удаления красящих веществ и не углеводных компонентов. Затем сырьё отделяли фильтрованием и высушивали. Высушенное сырьё дважды экстрагировали кипящим 82%-ным этиловым спиртом (1:6) в течение 1 ч. Спиртовые экстракты объединяли, упаривали и анализировали БХ в системе 1, идентифицировали глюкозу, сахарозу и следы фруктозы.

Выделение водорастворимых полисахаридов (ВРПС). Остаток сырья трижды экстрагировали водой при температуре 80°С в течение 1,5 ч при гидромодуле 1:5, 1:3, 1:3. Экстракты отделяли, белки удаляли по методу Севага [8]. Затем экстракт упаривали до небольшого объема и осаждали спиртом 1:3. Осадок отделяли центрифугированием (6000 об/мин, 10 мин.), промывали и обезвоживали спиртом. Выход ВРПС – 6,5 г.

ИК-спектр (ν_max, см^-1) 3305, 2932, 1740, 1602, 1395, 1254, 1036, 767, 602

Выделение пектиновых веществ (ПВ) остаток сырья после извлечения ВРПС дважды экстрагировали смесью 0,5% растворов щавелевой кислоты и оксалата аммония, взятых в равных соотношениях (1:1), при 70°С, в течение 1,5-2 ч. Экстракты объединяли, диализовали относительно проточной воды, упаривали, осаждали этанолом (96%, 1:3). Выпавший осадок обрабатывали и высушивали как обычно. Выход ПВ – 3.1 г.

ИК-спектр (ν_max, см^-1) 1750, 1237, 1316, 1415, 956, 890, 832

Выделение гемицеллюлоз (ГМЦ) Остаток сырья дважды экстрагировали 5% раствором КОН (по 100 мл), при комнатной температуре.

Щелочной экстракт отделяли, нейтрализовали СН₃СООН, диализовали, упаривали до небольшого объема и осаждали спиртом (96%). Выпавший осадок отделяли, обрабатывали как описано выше. Выход ГМЦ – 4,5 г.

ИК-спектр (ν_max, см^-1) 3287, 1608, 1416, 1314, 1037,896, 779, 645

Вывод. Таким образом, из надземной части Capparis spinosa выделены и охарактеризованы водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества и гемицеллюлозы. Установлен их моносахаридный состав. Выделенные полисахариды анализировали методам ИК – спектроскопии и определили их степень этерификации.

Список литературы:

1. Жауынбаева К.С., Ботиров Р.А., Садиков А.З., Сагдуллаев Ш.Ш. Физико-химические характеристики полисахаридов из бутонов и плодов Capparis spinosа // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2022. № 7 (97). C. 45-49. DOI - 10.32743/UniChem.2022.97.7.13957
2. Ю.Р. Мирзаев, Э.М.Рузимов, Р.А.Ботиров, Г.Э.Саидова, А.З.Садиков Ш.Ш.Сагдуллаев / Фармакологическое исследование экстракта бутонов и цветков Сapparis spinosa // Universum: химия и биология электрон. научн. журн. 2023. №3(105). № 41 Физиология. C. 26-32.
3. Bekmurzayeva Nurjamal Baxtiyarovna, Botirov Ruzali Anvarovich, Azamatov Azizbek Azamatovich, Tursunkhodzhaeva Firuza Muratovna, Aytbayeva Aygul Baxtiyorovna, Sadykov Alimdjan Zairovich, Sagdullayev Shamansur Shaxsaidovich / Anti-inflammatory, antihypoxant and antioxidant activity of products isolated from caper cultivated in Uzbekistan // The Bioscan 19(2): 75-80, 2024.
4. Botirov, Ruzali A.; Saidova, Gavkhar E.; Mutalova, Dilnoza K.; Sadikov, Alimdjan Z.; and Sagdullaev, Shamansur Sh. (2024) "Technology for obtaining biologically active substanses from buds and immature fruits of the Capparis spinosa plant," Chemistry and chemical engineering: Vol. 2024: No. 2, Article 10. DOI: 10.34920/cce2024210
5. N.B. Bekmurzayeva, А.А.Аzamatov, R.A. Botirov /Acute toxicity of polysaccharide assemblage from the aboveground part of Capparis spinosа // International Scientific and technical conference Actual Problems the Chemistry of Natural Compounds, September19-20, 2024 Tashkent P. 99.
6. M.Kh. Malikova, Kh.Kh. Akhmedova, R.K. Rakhmanberdiyeva, K.S. Zhayinbaeva//Chem. Nat. Compd., 54, 10 (2018) P.10-12, https://doi.org/10.1007/s10600-018-2247-9
7. В.В. Арасимович, Биохимические методы анализа плодов, Кишинев, Штиинца, 1984, с. 12-14
8. Г.Б. Аймухамедова, З.Алиева, Н. Д. Шелухина, Свойства и применение пектиновых сорбентов, Илим, Фрунзе, 1984, с. 61- 63
9. М.П. Филиппов. Инфракрасные спектры пектиновых веществ, Кишинёв, Штиинца, 1978. -  С.14-22.
10. Методы исследования углеводов. Под ред. А. Я. Хорлина.- М.: Мир,1975. - С. 22-25