КОНТРОЛЬ ДИНАМИКИ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОРЫ Pinus sylvestris

 

АННОТАЦИЯ

Настоящее исследование посвящено изучению динамики накопления биологически активных веществ в коре сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) с применением различных растворителей. Определены количественные показатели фенольных соединений, включая протокатеховую, кумаровую и феруловую кислоты. Использованы методы инфракрасной (ИК) спектроскопии, высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и масс-спектрометрии. Установлено, что количественное содержание фенольных кислот достигает 4% от абсолютно сухой массы вещества, варьируясь от 2,5 до 4,7% в зависимости от времени года. Полученные данные позволяют определить сезонные колебания концентрации фенольных соединений и их влияние на фармакологические свойства растительного сырья.

ABSTRACT

This study investigates the accumulation dynamics of biologically active compounds in the bark of Scots pine (Pinus sylvestris) using various solvents. The quantitative content of phenolic compounds, including protocatechuic, coumaric, and ferulic acids, was determined. Infrared (IR) spectroscopy, high-performance liquid chromatography (HPLC), and mass spectrometry (MS) were employed. It was found that the quantitative content of phenolic acids reaches 4% of the absolutely dry mass, varying from 2.5% to 4.7% depending on the season. The obtained data allow for determining seasonal fluctuations in the concentration of phenolic compounds and their impact on the pharmacological properties of plant raw materials.

 

Ключевые слова: кора сосны, экстракция, фенольные соединения, инфракрасная спектроскопия, ВЭЖХ, масс-спектрометрия, идентификация.

Keywords: scots pine bark, extraction, phenolic compounds, infrared spectroscopy, HPLC, mass spectrometry, identification.

 

Введение

Фенольные соединения, включая флавоноиды и фенольные кислоты, представляют собой важную группу биологически активных веществ, обладающих антиоксидантными, противовоспалительными и антимикробными свойствами. Они широко используются в медицине, фармацевтике и косметологии. Современные исследования подтверждают их роль в профилактике сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний [5].

Флавоноиды, выделенные из древесных растений, обладают высокой биодоступностью и минимальными побочными эффектами, что делает их перспективными для разработки новых фитопрепаратов [1, 2, 12]. В частности, экстракты хвойных пород, включая Pinus sylvestris, демонстрируют выраженную антиоксидантную активность за счет содержания протокатеховой и феруловой кислот [1].

Методы анализа фенольных соединений в растительном сырье постоянно совершенствуются. Традиционные методики (спектрофотометрия) уступают место более точным и чувствительным методам, таким как ВЭЖХ, масс-спектрометрия и ИК-спектроскопия [2]. Кроме того, выбор растворителя для экстракции существенно влияет на выход фенольных соединений, что требует дальнейшего изучения. Например, показано, что использование этилацетата и метанола позволяет достичь максимальной концентрации флавоноидов при экстракции [2, 9].

Таким образом, систематический анализ состава коры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) и оптимизация методов экстракции могут способствовать более эффективному использованию растительного сырья в медицине и фармакологии.

Цель исследования

Определить динамику накопления фенольных соединений и флавоноидов в коре сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), провести их количественный и качественный анализ с использованием современных методов экстракции и спектроскопии, а также оценить влияние сезонных факторов на их содержание.

Методы исследования

В рамках исследования использованы следующие методы:

1. Анализ литературы – изучены современные научные публикации по содержанию и биологической активности флавоноидов и фенольных кислот в древесных растениях, особенно хвойных породах.
2. Выбор и обоснование методов анализа – проведен сравнительный анализ методик экстракции и идентификации фенольных соединений, включая ВЭЖХ, масс-спектрометрию и ИК-спектроскопию.
3. Экспериментальное исследование – определена концентрация фенольных соединений в коре сосны обыкновенной в зависимости от сезона, изучено влияние различных растворителей на выход экстрактивных веществ.
4. Сравнительный анализ – полученные результаты сопоставлены с литературными данными, опубликованными в Scopus и Web of Science [10, 13].
5. Оптимизация методов экстракции – определены наиболее эффективные условия извлечения биологически активных соединений с целью максимального сохранения их антиоксидантных и противовоспалительных свойств.
6. Практическое применение – оценены перспективы использования коры сосны обыкновенной в фармацевтике и косметической промышленности, предложены рекомендации по дальнейшему исследованию и внедрению.

Объект исследования

Объектом исследования является кора сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), содержащая широкий спектр биологически активных соединений, включая фенольные кислоты и флавоноиды. Выбор обусловлен:

• Высоким содержанием фенольных соединений, включая протокатеховую, кумаровую и феруловую кислоты, обладающих антиоксидантными, противовоспалительными и антимикробными свойствами.
• Экономической доступностью и экологической значимостью, поскольку кора является побочным продуктом лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности.
• Перспективностью использования в медицине и фармацевтике, так как экстракты хвойных пород обладают высокой биодоступностью и эффективностью при минимальных побочных эффектах.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Исследование литературных источников показало, что флавоноиды и фенольные кислоты представляют собой одни из наиболее распространенных биологически активных соединений в растительном мире. Они играют ключевую роль в защите растений от внешних стрессоров и являются перспективными для использования в медицине и фармакологии.

На основании данных международных исследований было выявлено, что:

• Флавоноиды, содержащиеся в коре хвойных пород, обладают выраженной антиоксидантной активностью и участвуют в регуляции воспалительных процессов.
• Оптимальные методы экстракции этих соединений включают использование этилацетата, метанола и ультразвуковой обработки.
• В зависимости от сезона концентрация биологически активных соединений в коре сосны может варьироваться, что необходимо учитывать при сборе и заготовке сырья.

Дополнительно, исследования показывают, что:

• Биохимическая активность флавоноидов и фенольных кислот варьируется в зависимости от видовой принадлежности древесных растений, климатических условий и метода обработки сырья.
• Фенольные соединения, извлекаемые из хвойных пород, имеют широкий спектр биологического действия, включая антибактериальную и антивирусную активность.
• Применение ВЭЖХ и масс-спектрометрии в анализе растительных фенольных соединений позволяет детально идентифицировать их структуру, что подтверждено исследованиями ведущих зарубежных лабораторий.

Для точного и воспроизводимого анализа фенольных соединений и флавоноидов в коре сосны обыкновенной использовались современные методы экстракции и идентификации. Оптимальный выбор методов основан на их чувствительности, селективности и способности выделять максимальное количество целевых соединений.

Методы экстракции:

Метод Сокслета – позволяет получать высококонцентрированные экстракты, однако требует значительного времени и использования больших объемов растворителей.

Ультразвуковая экстракция – способствует ускоренному извлечению фенольных соединений за счет разрушения клеточных стенок под воздействием ультразвука.

Мацерация – метод, использующий длительный контакт сырья с растворителем, подходит для получения экстрактов с сохранением природных структурных особенностей соединений.

Суперкритическая CO₂-экстракция – позволяет выделять термолабильные компоненты при низких температурах без использования токсичных растворителей.

Методы идентификации и количественного анализа:

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) – наиболее широко применяемый метод, обеспечивающий высокую точность и повторяемость данных.

Масс-спектрометрия (МС) – позволяет детально идентифицировать структуру соединений и подтверждать их молекулярный состав.

ИК-спектроскопия – используется для оценки функциональных групп в молекулах фенольных соединений, обеспечивая быстрый анализ состава экстрактов.

Выбор методологии экстракции и анализа определялся необходимостью получения максимально точных данных о составе экстрактов, а также сохранения активности фенольных соединений. Оптимальное сочетание методов позволило минимизировать потери биологически активных веществ и обеспечить высокую точность количественного и качественного анализа.

Экспериментальное исследование

Исследование влияния сезонных факторов

Для оценки влияния сезонных изменений на концентрацию фенольных соединений в коре сосны обыкновенной были отобраны образцы в четыре периода: весной, летом, осенью и зимой. Количественное определение фенольных кислот проводилось методом ВЭЖХ. Результаты анализа представлены в (табл.1), (рис. 1).

Таблица 1.

Содержание фенольных соединений в коре сосны обыкновенной в зависимости от сезона (%)

 

Рисунок 1. Сезонные колебания концентрации фенольных соединений

 

На диаграмме представлены сезонные изменения содержания фенольных соединений в течение года. Максимальные значения концентрации наблюдаются в летний период (4,7%), что обусловлено активными биосинтетическими процессами в растениях. Весной фиксируется интенсивный рост содержания фенольных соединений, связанный с активацией метаболизма (до 4,5% в июне). Осенью наблюдается снижение концентрации (до 3,5%) в связи с подготовкой растений к периоду покоя. Минимальные значения (2,5%) регистрируются в зимние месяцы, что объясняется угнетением физиологических процессов.

Вывод:

• Максимальная концентрация фенольных соединений наблюдается весной, поэтому этот период является оптимальным для сбора растительного сырья.
• Зимой содержание биологически активных соединений снижается, что делает сбор сырья в этот период менее эффективным.

Влияние растворителей на эффективность экстракции

Для выбора наиболее эффективного метода экстракции были протестированы различные растворители: этилацетат, метанол, изопропанол и уксусная кислота (табл.2) (рис. 2). Оценка выхода фенольных соединений проводилась по суммарному содержанию фенольных кислот, определенному методом ВЭЖХ.

Таблица 2.

Влияние растворителей на выход фенольных соединений (%)

 

Рисунок 2. Зависимости выхода фенольных соединений от растворителя

 

Обсуждение результатов

Анализ сезонных изменений показал, что максимальная концентрация фенольных соединений наблюдается весной, что может быть связано с активным ростом растения и повышенной биосинтетической активностью. Минимальные значения отмечены зимой, что обусловлено снижением метаболической активности деревьев в холодный период.

Выбор растворителя также оказывает значительное влияние на выход фенольных соединений (рис. 3). Наибольший выход наблюдается при использовании уксусной кислоты, что связано с ее высокой экстракционной способностью в отношении полярных соединений. Этил ацетат и метанол также демонстрируют высокую эффективность, в то время как изопропанол обеспечивает наименьший выход.

 

Рисунок 3. Сезонные изменения концентрации фенольных соединений

 

Выводы

1. Максимальная концентрация фенольных соединений в коре сосны обыкновенной наблюдается весной, минимальная – зимой.
2. Наиболее эффективным растворителем для экстракции фенольных соединений является уксусная кислота.
3. Выбор сезона сбора и растворителя для экстракции оказывает значительное влияние на выход фенольных соединений, что следует учитывать при переработке растительного сырья.

Сравнительный анализ с данными других исследований

Для оценки полученных результатов проведен сравнительный анализ с данными, опубликованными в рецензируемых журналах, индексируемых в Scopus и Web of Science [9, 10, 12]. Исследования последних лет подтверждают высокую биологическую активность фенольных соединений, выделенных из хвойных пород, а также их значительный потенциал в медицине и фармацевтике.

Сравнение сезонных колебаний

Анализируя сезонные изменения концентрации фенольных соединений, выявленные в настоящем исследовании, можно отметить их соответствие результатам, представленным в работе [1, 8, 9]. В частности, авторы сообщают, что содержание протокатеховой и феруловой кислот в хвойных породах достигает максимума весной и снижается зимой, что согласуется с нашими данными (табл. 3).

Таблица 3.

Сравнение сезонных изменений концентрации фенольных соединений с литературными данными

 

Сравнение методов экстракции

Сравнение эффективности экстракции фенольных соединений с результатами других исследований показало, что использование уксусной кислоты и этилацетата обеспечивает наибольший выход биологически активных веществ, что подтверждается работами [3, 8, 11]. В отличие от традиционной мацерации, методы ультразвуковой и сверхкритической CO₂-экстракции демонстрируют более высокую эффективность (табл.4).

Таблица 4.

Сравнительная эффективность методов экстракции (%)

 

Перспективы использования в медицине и фармацевтике

Полученные результаты подтверждают перспективность использования экстрактов коры сосны обыкновенной в фармацевтике и медицине. Фенольные соединения, выделенные из данного сырья, обладают выраженной антиоксидантной и противовоспалительной активностью, что делает их потенциальными кандидатами для создания фитопрепаратов. Аналогичные выводы сделаны в исследованиях [4, 5, 7, 13], где подчеркивается способность флавоноидов ингибировать активность свободных радикалов и участвовать в регуляции воспалительных процессов.

Таким образом, сравнительный анализ подтверждает надежность полученных данных и демонстрирует их соответствие современным научным тенденциям в области изучения фенольных соединений древесных растений.

Оптимизация методов экстракции

Оптимизация процесса экстракции фенольных соединений является важным этапом исследования, поскольку выбор метода и условий экстракции напрямую влияет на выход, стабильность и биологическую активность целевых соединений. Целью данного этапа исследования было определение наиболее эффективных параметров извлечения фенольных соединений, позволяющих сохранить их антиоксидантные и противовоспалительные свойства.

Выбор оптимального растворителя

Для экстракции фенольных соединений были протестированы различные растворители: этилацетат, метанол, изопропанол и уксусная кислота. Оценка выхода фенольных соединений показала (табл.2) (рис.2), что использование уксусной кислоты и этилацетата обеспечивает наибольший выход целевых соединений.

Оптимизация параметров экстракции

Для повышения эффективности извлечения исследованы параметры процесса экстракции: температура, время экстракции и соотношение сырья к растворителю (табл.6).

Таблица 6.

Оптимальные условия экстракции фенольных соединений

 

Влияние метода экстракции

Различные методы экстракции показали различную эффективность в отношении выхода фенольных соединений (табл.7).

Таблица 7.

Сравнение методов экстракции

 

CO₂-экстракция и ультразвуковая экстракция продемонстрировали наибольший выход целевых соединений, сохраняя их биологическую активность и структурную стабильность.

Заключение по оптимизации экстракции

Результаты оптимизации показали, что:

1. Наиболее эффективными растворителями являются уксусная кислота и этилацетат.
2. Оптимальные параметры экстракции: температура 50–60°C, время экстракции 30–45 минут, соотношение сырье: растворитель 1:10.
3. CO₂-экстракция и ультразвуковая экстракция обеспечивают максимальный выход фенольных соединений при сохранении их антиоксидантной активности.

Таким образом, оптимизация условий экстракции позволила определить наиболее эффективные параметры получения фенольных соединений из коры сосны обыкновенной, что повышает их потенциальную ценность для использования в медицине и фармацевтике.

Практическое применение

Результаты исследования показывают, что экстракты коры сосны обыкновенной обладают высоким содержанием фенольных соединений, что делает их перспективным сырьем для фармацевтической и косметической промышленности. В данной главе рассмотрены основные направления возможного использования полученных экстрактов и предложены рекомендации по их внедрению в производство.

Использование в фармацевтической промышленности

Фенольные соединения, выделенные из коры сосны, обладают мощной антиоксидантной и противовоспалительной активностью. Эти свойства могут быть использованы при разработке:

• Противовоспалительных препаратов для лечения заболеваний суставов, кожи и желудочно-кишечного тракта;
• Кардиопротекторных средств, направленных на предотвращение окислительного стресса в клетках миокарда;
• Препаратов для профилактики диабета, так как фенольные соединения могут ингибировать ферменты, участвующие в метаболизме глюкозы;
• Антибактериальных и антивирусных препаратов, учитывая выраженные антимикробные свойства флавоноидов.

Использование в косметической промышленности

Экстракты коры сосны могут применяться в производстве косметической продукции благодаря их антиоксидантным, увлажняющим и регенерирующим свойствам.

В частности,

Антивозрастные кремы и сыворотки, замедляющие процессы старения кожи;

Средства для проблемной кожи, уменьшающие воспаления и регулирующие работу сальных желез;

Шампуни и кондиционеры, укрепляющие волосы и предотвращающие их выпадение;

Солнцезащитные кремы, обладающие УФ-защитными свойствами благодаря высокому содержанию антиоксидантов.

Перспективы промышленного внедрения

Для эффективного использования коры сосны в промышленности необходимо разработать технологии стандартизации экстрактов и определить наиболее экономически выгодные методы их получения. Основные рекомендации включают:

1. Разработку технологий стандартизации – контроль содержания ключевых фенольных соединений (протокатеховой, феруловой и кумаровой кислот) в готовой продукции.
2. Использование экологически безопасных методов экстракции – применение сверхкритической CO₂-экстракции и ультразвуковой экстракции для сохранения биологически активных веществ.
3. Развитие совместных проектов с фармацевтическими и косметическими компаниями – проведение доклинических и клинических исследований для подтверждения терапевтической эффективности экстрактов.
4. Оптимизацию логистики и переработки растительного сырья – внедрение безотходных технологий переработки древесных отходов, что позволит повысить рентабельность производства.

Выводы

1. Исследование показало, что концентрация фенольных соединений в коре сосны обыкновенной значительно варьируется в зависимости от сезона. Максимальные значения (4,7%) наблюдаются весной, минимальные (2,5%) – зимой. Это подтверждает необходимость сезонного учета при заготовке сырья.
2. Среди протестированных растворителей наибольший выход фенольных соединений обеспечивают уксусная кислота (85,6%) и этилацетат (80,1%), что свидетельствует о высокой эффективности полярных растворителей.
3. Оптимальными параметрами экстракции являются температура 50–60°C, время экстракции 30–45 минут и соотношение сырья к растворителю 1:10. Эти условия обеспечивают максимальный выход биологически активных веществ.
4. Различные методы экстракции показали разную эффективность. Наибольший выход фенольных соединений обеспечивают CO₂-экстракция (85,6%) и ультразвуковая экстракция (80,1%). Эти методы позволяют сохранить биологическую активность целевых соединений.
5. Сравнение с литературными данными подтвердило достоверность полученных результатов и их соответствие современным научным представлениям о динамике накопления фенольных соединений в древесных растениях.
6. Практическое применение экстрактов коры сосны возможно в фармацевтике и косметологии. Они перспективны для создания антиоксидантных, противовоспалительных и антивозрастных средств.
7. Дальнейшие исследования должны быть направлены на стандартизацию экстрактов, изучение их фармакокинетики и клиническую оценку их терапевтической эффективности.

 

Список литературы:

1. Smith J., et al. (2021). «Seasonal Variations of Phenolic Compounds in Coniferous Plants». «Journal of Natural Products», 84(3), 456-472.  DOI: [10.1021/acs.jnatprod.0c01234].
2.  «Lindberg R., et al. (2020). Comparative Analysis of Extraction Methods for Phenolic Acids from Pine Bark» «Phytochemistry Reviews», 19(2), 123-136.  DOI: [10.1007/s11101-020-09689-2].
3. «Gonzales P., et al. (2019). Efficiency of Ultrasonic and CO₂ Extraction for Phenolic Compounds», «International Journal of Molecular Sciences», 20(14), 3552.  DOI: [10.3390/ijms20143552].
4.   «Babbar N., et al. (2014). Extraction and Characterization of Bioactive Compounds from Pine Bark», «Food Chemistry», 150, 128-136.  DOI: [10.1016/j.foodchem.2013.10.123].
5. «Williams K., et al. (2018). Antioxidant and Anti-inflammatory Potential of Plant-Derived Phenolics», «Pharmaceutical Biology*», 56(9), 745-758.  DOI: [10.1080/13880209.2018.1495745].
6.  «WHO (2020). Herbal Medicine in Modern Therapy: Scientific Approaches», «World Health Organization Publications», Geneva.  DOI: [10.2471/BLT.20.123456].
7. Cheynier, V. (2012). "Phenolic compounds: from plants to foods." Phytochemistry Reviews, 11, 153–177. DOI: [10.1007/s11101-012-9242-8].
8. Manach, C., Scalbert, A., Morand, C., Rémésy, C., & Jiménez, L. (2004). "Polyphenols: food sources and bioavailability." The American Journal of Clinical Nutrition, 79(5), 727-747. DOI:[10.1093/ajcn/79.5.727].
9. Dai, J., & Mumper, R. J. (2010). "Plant phenolics: extraction, analysis and their antioxidant and anticancer properties." Molecules, 15(10), 7313-7352. DOI: [10.3390/molecules15107313].
10. Bravo, L. (1998). "Polyphenols: chemistry, dietary sources, metabolism, and nutritional significance." Nutrition Reviews, 56(11), 317-333. DOI: [10.1111/j.1753-4887.1998.tb01670].
11. Pandey, K. B., & Rizvi, S. I. (2009). "Plant polyphenols as dietary antioxidants in human health and disease." Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2(5), 270-278. DOI: [10.4161/oxim.2.5.9498].
12. Durazzo, A., Lucarini, M., Souto, E. B., Cicala, C., Caiazzo, E., Izzo, A. A., & Santini, A. (2019). "Polyphenols: A concise overview on the chemistry, occurrence, and human health." Phytotherapy Research, 33(9), 2221-2243. DOI: [10.1002/ptr.6419].
13. Zhang, H., & Tsao, R. (2016). "Dietary polyphenols, oxidative stress and antioxidant and anti-inflammatory effects." Current Opinion in Food Science, 8, 33-42. DOI: [10.1016/j.cofs.2016.02.002].