ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ФЕНХЕЛЯ ОБЫКНОВЕННОГО (Foeniculum vulgare Mill.)

АННОТАЦИЯ

Плоды фенхеля являются широко используемым сырьем в фармацевтике, и после их заготовки остается большое количество надземной части растения, которое не используется на практике. Следует отметить, что элементный анализ проводится для определения тяжелых металлов и токсичных элементов, что является важными требованиями к сырью в нормативных документах. Соответственно, объектом исследования стала надземная часть фенхеля, элементный анализ которого проведен методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). В результате исследования в сырье было обнаружено 11 различных элементов (Al, Ba, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Sr, Zn, Hg). А элементы, как Ag, As, Be, Bi, Cd, Co, Ga, Li, Ni, Pb, Se, V не выявлены. Среди обнаруженных элементов преобладал макроэлемент калий (22980 мг/кг), среди микроэлементов – стронций (267,1 мг/кг). Важно отметить, что в сырье отсутствовали высокотоксичные элементы как свинец, кадмий и мышьяк, а содержание ртути (0,0306 мг/кг) не превышало установленной нормы (0,1 мг/кг). Полученные данные могут быть использованы для разработки фармакопейных статей на надземную часть фенхеля.

ABSTRACT

The fruits of fennel are widely used as raw material in pharmaceuticals and after their preparation there remains a large amount of the aerial part of the plant, which is not used in practice. It should be noted that elemental analysis is carried out to determine heavy metals and toxic elements, which are important requirements for raw materials in regulatory documents. Accordingly, the object of the study was the aerial part of fennel, the elemental analysis of which was carried out by the method of mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS). As a result of the study, 11 different elements were found in the raw material (Al, Ba, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Sr, Zn, Hg). And elements such as Ag, As, Be, Bi, Cd, Co, Ga, Li, Ni, Pb, Se, V were not detected. Among the detected elements, the macroelement potassium prevailed (22980 mg / kg), among the microelements - strontium (267,1 mg / kg). It is important to note that the raw material did not contain highly toxic elements such as lead, cadmium and arsenic, and the mercury content (0,0306 mg/kg) did not exceed the established norm (0,1 mg/kg). The obtained data can be used to develop pharmacopoeial articles for the aerial part of fennel.

Ключевые слова: надземная часть фенхеля, элементный анализ.

Keywords: aerial part of fennel, elemental analysis.

Введение

Известно, что одним из важных показателей лекарственного средства в нормативных документах, особенно в фармацевтической промышленности, является определение тяжелых металлов. Для определения этого показателя используют фармакопейные методы как атомно-абсорбционная спектрометрия и атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой [16, с. 11772]. Эти методы позволяют определять не только тяжелые металлы, но и элементный состав лекарственного средства. Элементный анализ лекарственного средства имеет большое значение при оценке его качества, безопасности и эффективности. Особенно при заготовке растительного сырья могут накапливаться такие тяжелые металлы, как свинец, кадмий, ртуть и другие подобные элементы [7, с. 493, 19, с. 1.]. Загрязнение ими растительного сырья связано с окружающей средой и промышленными отходами [3, с. 112336]. Их присутствие в растительном сырье может серьезно влиять на его фармакологическую активность и здоровье человека. Например, в качестве примера можно привести их токсичность для нервной системы и для органов выделительной системы организма человека [17, с. 67]. Поэтому важно изучать и контролировать элементный состав растительного сырья [20, с. 239]. Одним из лекарственных растений, широко используемых в фармацевтической и пищевой промышленности, является фенхель (Foeniculum vulgare Mill.). Является многолетним растением семейства сельдерейных (Apiaceae), известное человечеству с древних времен [10, с. 1309]. Он широко распространен в Средиземноморье [1, с. 103118] и на побережье Адриатического моря [5, с. 3573]. Плоды содержат большое количество эфирного масла, жирных кислот и широко используются в косметике, фармацевтике и пищевой промышленности [8, с. 407]. Количественное содержание эфирного масла в плодах варьируется в зависимости от способа извлечения, времени сбора урожая [18, с. 364], и в среднем содержат до 4%. Основными компонентами эфирного масла являются транс-анетол, фенхон и эстрагол [15, с. 108122]. Масло фенхеля содержит различные ненасыщенные жирные кислоты. Примерами являются петрозелиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая и пальмитиновая кислоты [13, с. 895]. Кроме того, растение содержит флавоноиды, гидроксикоричные кислоты [6, с. 12935, 2, с. 15034] и витамины [4, с. 129]. Следует отметить, что фенхель проявляет разносторонние фармакологические эффекты. Например, гексановый экстракт семян оказал противовоспалительное и антидиабетическое действие [9, с. 85]. Было доказано, что эфирное масло обладает гепатопротекторной, антигипертензивной [11, с. 915] и антиоксидантной активностью [12, с. 1574]. В народной медицине растение широко используется для снижения температуры, лечения боли в животе и гипертонии [14, с. 01]. Плоды фенхеля и его эфирное масло используются в фармацевтике в качестве лекарственного средства. Плоды собирают, когда 30-40% зонтиков растения становится коричневым. При этом после сбора плодов, остается большое количество надземной части растения, которая в дальнейшем практически не используется. Поскольку недостаточно данных об элементном анализе надземной части фенхеля, целью данного исследования стало изучение элементного состава данного сырья.

Материалы и методы.

Надземная часть фенхеля была заготовлена в сентябре 2024 года в городе Ташкенте, Узбекистан. Метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) широко применяется в фармацевтике и при определении многих элементов в пищевых продуктах (кальций, фосфор, магний, железо, йод и др.). Для проведения исследования измельченное до размера частиц 2-3 мм сырье массой 500 мг (точная навеска) взвешивали на аналитических весах, затем помещали в тефлоновые ёмкости автоклава. Сверху заливали концентрированную азотную кислоту и перекись водорода. Процесс проводили в автоклаве, снабженном специально запрограммированной (Microwave digestion system-3+) системой микроволнового разложения (производитель Berghof). После минерализации сырья в автоклаве образовавшийся остаток помещали в мерные колбы объемом 50 или 100 мл, приливали 20-30 мл 0,5%-ный раствор азотной кислоты, перемешивали, а затем доводили до нужной метки тем же раствором. Для приготовления раствора азотной кислоты использовали бидистиллированную воду. Полученные растворы анализировали на эмиссионном спектрометре ИСП-МС NEXION-2000. Для определения элементов использовался мультиэлементный стандарт №3, состоящий из 23 элементов. Для создания плазмы использовали аргон чистотой 99,995%.

Результаты и обсуждение.

Результаты показывают, что в надземной части фенхеля обнаружено 11 элементов. Из них содержание макроэлемента калия (22980 мг/кг) в 13600 раз превышает содержания фосфора (1,688 мг/кг). Следующие места занимают микроэлементы стронций (267,1 мг/кг), железо (103 мг/кг), цинк (47,47 мг/кг), алюминий (39,88 мг/кг), медь (38,36 мг/кг), барий (26,63 мг/кг), марганец (25,40 мг/кг), хром (1,840 мг/кг). Единственным идентифицированным ультрамикроэлементом является ртуть (0,0306 мг/кг). Остальные токсичные элементы не обнаружены (таблица 1).

Таблица 1.

Количественное определение содержания и классификация установленных элементов методом ИСП-МС

Заключение

В результате исследования в надземной части фенхеля обнаружено наличие 11 различных элементов. Наибольшее количество из них составил калий (22980 мг/кг), а среди микроэлементов стронций (267,1 мг/кг). Количество остальных микроэлементов (железо, цинк, алюминий, медь, барий, марганец, хром) находилось в пределах 103,0-1840 мг/кг. Следует отметить, что количество макроэлемента фосфора (1,688 мг/кг), микроэлемента хрома (1,840 мг/кг) и ультрамикроэлемента ртути (0,0306 мг/кг) было наименьшим среди выявленных элементов. Токсичные элементы в сырье не обнаружены. Полученные данные могут быть использованы для разработки нормативных документов на растительное сырье.

Список литературы:

1. Akbari A., Bahmani K., Kafkas N.E., [et al.]  Evaluation of seed yield, essential oil compositions, and fatty acid profiles in advanced fennel (Foeniculum vulgare Mill) breeding populations // Biocatal. Agric. Biotechnol. 2024. Vol. 57. P. 103118. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2024.103118
2. Ben Abdesslem S., Boulares M., Elbaz M., [et al.]  Chemical composition and  biological activities of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) essential oils and ethanolic extracts of conventional and organic seeds // J Food Process Preserv. 2020. Vol. 45. №1. P. 15034. https://doi.org/10.1111/jfpp.15034
3. Chen Y., He X., Huang J., [et al.]  Impacts of heavy metals and medicinal crops on ecological systems, environmental pollution, cultivation, and production processes in China // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021. Vol. 219. P. 112336. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112336
4. Cucci G., Lacolla G., Boari F., [et al.]  Yield response of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) to irrigation with saline water // Acta. Agric. Scand. B Soil. Plant Sci. 2014. Vol. 64. P. 129–134.  https://doi.org/10.1080/09064710.2014.888469
5. Di Napoli M., Castagliuolo G., Badalamenti N., [et al.] Antimicrobial, antibiofilm, and antioxidant properties of essential oil of Foeniculum vulgare Mill. Leaves // Plants. 2022. Vol. 11. P. 3573. https://doi.org/10.3390/plants11243573
6. Kalleli F., Bettaieb Rebey I., Wannes W.A., [et al.]  Chemical composition and antioxidant potential of essential oil and methanol extract from Tunisian and French fennel (Foeniculum vulgare Mill.) seeds // J Food Biochem. 2019. Vol. 43. №8. P. 12935. https://doi.org/10.1111/jfbc.12935
7. Karahan F. Evaluation of Trace Element and Heavy Metal Levels of Some Ethnobotanically Important Medicinal Plants Used as Remedies in Southern Turkey in Terms of Human Health Risk // Biol. Trace Elem. Res. 2023. Vol.  201. №1. P. 493-513. https://doi.org/10.1007/s12011-022-03299-z
8. Khammassi M., Mighri H., Mansour M.B., [et al.] Metabolite profiling and potential antioxidant activity of sixteen fennel (Foeniculum vulgare Mill.) populations wild‐growing in Tunisia // S. Afr. J. Bot. 2022. Vol.148. P. 407–414. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2022.05.021
9. Ncube N.H., Gupta J. Foeniculum vulgare (Fennel): A comprehensive review of its anti-diabetic properties // Asian Pac. J. Trop. Biomed. 2025. Vol. 15. №3. Р. 85-97. https://doi.org/10.4103/apjtb.apjtb_630_24
10. Noreen S., [et al.] Antioxidant activity and phytochemical analysis of fennel seeds and flaxseed // Food sci. nutr. 2023. Vol. 11. №3. Р. 1309-1317.  https://doi.org/10.1002/fsn3.3165
11. Noreen S., [et al.] Pharmacological, nutraceutical, functional and therapeutic properties of fennel (foeniculum vulgare) // Int. J. Food Prop. 2023. Vol. 26. №1. P. 915–927. https://doi.org/10.1080/10942912.2023.2192436
12. Rather M.A., Dar B.A., Sofi S.N., [et al.] Foeniculum vulgare: A comprehensive review of its traditional use, phytochemistry, pharmacology, and safety // Arab. J. Chem. 2016. Vol. 9. P. 1574–1583.  https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.04.011
13. Rezaei-Chiyaneh E., Amirnia R., Amani Machiani M., [et al.] Intercropping fennel (Foeniculum vulgare L.) with common bean (Phaseolus vulgaris L.) as affected by PGPR inoculation: A strategy for improving yield, essential oil and fatty acid composition // Sci. Hortic. 2020. Vol.261. P. 895. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108951
14. Rivai H., [et al.] Overview of traditional use, phytochemical and pharmacological activities of fennel (Foeniculum vulgare) // IJMPR. 2021. Vol. 5. №1. Р. 01-09.
15. Saeidnia F., Majidi M.M., Hosseini E. Simultaneous effect of water deficit and mating systems in fennel (Foeniculum vulgare mill.): Genetics of phytochemical compositions and drought tolerance // Agric Water Manag. 2023. Vol. 277. P. 108122. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2022.108122
16. Sánchez-Lara F., Manzanares-Acuña E., Badillo-Almaraz V., [et al.] Comparative Study of Heavy Metals in Selected Medicinal Plants and Extracts, Using Energy Dispersive X-Ray Fluorescence // Appl. Sci. 2022. Vol. 12. №22. Р. 11772. https://doi.org/10.3390/app122211772
17. Street R. Heavy metals in medicinal plant products — An African perspective // S. Afr. J. Bot. 2012. Vol. 82. P. 67-74. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2012.07.013
18. Šunić L., Ilić Z.S., Stanojević L., [et al.] Comparison of the Essential Oil Content, Constituents and Antioxidant Activity from Different Plant Parts during Development Stages of Wild Fennel (Foeniculum vulgare Mill.) // Hortic. 2023. Vol. 9. №3. Р. 364. https://doi.org/10.3390/horticulturae9030364
19. Tschinkel P.F.S., Melo E.S.P., Pereira, H. S., [et al.] The Hazardous Level of Heavy Metals in Different Medicinal Plants and Their Decoctions in Water: A Public Health Problem in Brazil // BioMed Res. 2020. Vol. 2020. Р. 1-11.  https://doi.org/10.1155/2020/1465051
20. Vinogradova N., Glukhov A., Chaplygin V., [et al.] The Content of Heavy Metals in Medicinal Plants in Various Environmental Conditions: A Review. // Hortic. 2023. Vol. 9. №2. Р. 239. https://doi.org/10.3390/horticulturae9020239