СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ГХ-МС АНАЛИЗ ЭФИРНОГО МАСЛА СВЕЖЕГО И ВЫСУШЕННОГО СЫРЬЯ Cichorium intybus L.

УДК 543.544.3:543.51:582.998.1

Аннотация

В настоящем исследовании методом газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) впервые проведен комплексный сравнительный анализ химического профиля летучих соединений эфирных масел, экстрагированных гидродистилляцией из нативной (свежей) и высушенной надземной биомассы Cichorium intybus L. Научная новизна работы заключается в выявлении характера качественной и количественной трансформации метаболома летучих фракций в процессе дегидратации сырья. В результате скрининга суммарно верифицировано 75 индивидуальных компонентов, при этом обнаружено резкое различие между выборками: в свежем сырье идентифицировано 26 компонентов, в высушенном — 62, и лишь 13 соединений (17.3%) являются общими. Установлены четкие количественные закономерности: в мажорных фракциях нативного сырья доминируют алифатические спирты и углеводороды - 5-метилгексан-3-ол (7.75%), н-тридекан (6.56%), гептан-1-ол (5.22%), а также гемимеллитен (5.70%) и фурановое производное 5-ацетоксиметил-2-фуральдегид (6.48%). В процессе сушки наблюдается существенная перестройка профиля: мажорами становятся гептан-3-ол (6.04%), пиримидиновое производное 4,5-диаминопиримидин-2-ол (4.85%), пальмитиновая кислота (3.91%), а также возрастает доля изомерных ароматических углеводородов - о-ксилола (с 2.40% до 4.41%) и м-ксилола (4.24%). Полученные результаты имеют критическое значение для фармацевтической стандартизации и промышленной переработки, поскольку термическая модификация летучих фракций способна направленно изменять итоговую биологическую активность фитопрепаратов.

Abstract

In the present study, a comprehensive comparative analysis of the chemical profile of volatile compounds in essential oils extracted by hydrodistillation from native (fresh) and dried aerial biomass of Cichorium intybus L. was performed for the first time using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The scientific novelty of the work lies in revealing the pattern of qualitative and quantitative transformation of the volatile fraction metabolome during raw material dehydration. A total of 75 individual components were verified as a result of the screening, revealing a sharp contrast between the samples: 26 components were identified in the fresh raw material, 62 in the dried one, and only 13 compounds (17.3%) were shared. Distinct quantitative regularities were established: the major fractions of the native raw material are dominated by aliphatic alcohols and hydrocarbons - 5-methylhexan-3-ol (7.75%), n-tridecane (6.56%), heptan-1-ol (5.22%), as well as hemimellitene (5.70%) and a furan derivative, 5-acetoxymethyl-2-furaldehyde (6.48%). During the drying process, a significant profile restructuring is observed: heptan-3-ol (6.04%), a pyrimidine derivative 4,5-diaminopyrimidin-2-ol (4.85%), and palmitic acid (3.91%) become the major components, while the proportion of isomeric aromatic hydrocarbons - o-xylene (increasing from 2.40% to 4.41%) and m-xylene (4.24%) increases. The obtained results are of critical importance for pharmaceutical standardization and industrial processing, as the thermal modification of volatile fractions can directionally alter the final biological activity of herbal products.

Ключевые слова: Cichorium intybus L., надземная часть, эфирное масло, GC-MS, летучие компоненты.

Keywords: Cichorium intybus L., aerial parts, essential oil, GC-MS, volatile components.

Введение

Цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.) относится к семейству Астровые (Asteraceae) и является многолетним лекарственным растением. Род Cichorium включает 6 видов и распространён преимущественно в Европе и Азии [1]. У представителей семейства Asteraceae инулин (β-2,1-связанный полимер фруктозы) накапливается в корнях и стеблях в качестве запасного углевода. Растение достигает высоты около 1 м и имеет мощный стержневой корень длиной до 75 см. В древности его культивировали как лекарственное растение, овощную культуру и заменитель кофе [2,3]. В 1970-х годах было установлено наличие инулина в корнях, который практически не влияет на уровень глюкозы в крови и подходит для больных сахарным диабетом. В настоящее время цикорий выращивается в промышленном масштабе для получения инулина [4,5]. Данное растение издавна находило широкое применение в традиционной медицине различных стран мира. В частности, в Афганистане для борьбы с малярией рекомендовался отвар его корня, в то время как в Боснии и Герцеговине оно использовалось при диарее и для нормализации функций предстательной железы. В Индии с помощью этого растения купировали заболевания печени и сахарный диабет. В иранской народной медицине оно снискало известность как эффективное желчегонное и стимулирующее пищеварение средство. Кроме того, в Италии его применяли в качестве кровоочистительного снадобья, в Южной Африке - при лечении желтухи, а в Турции - в виде ранозаживляющей мази. Согласно Европейской фармакопейной монографии, корень цикория применяется при лёгких расстройствах пищеварения и снижении аппетита [6]. В составе растения выявлены инулин, флавоноиды, фенольные соединения и сесквитерпеновые лактоны [7,8,9]. Несмотря на широкую известность терапевтического потенциала экстрактивных веществ цикория, качественный и количественный состав его летучих фракций долгое время оставался вне фокуса детальных фитохимических исследований. Однако имеющиеся литературные данные носят фрагментарный характер, а исследования летучих метаболитов специфических экотипов, в частности произрастающих в условиях резкого континентального климата Центральной Азии, практически отсутствуют. Известно, что в ходе поствегетационной сушки растительного сырья происходят не только физическое испарение летучих изомеров, но и сложные энзиматические, окислительные и гидролитические процессы, способные кардинально перестраивать метаболомный профиль эфирных масел [10, 11, 12].

Целью настоящего исследования являлось установление качественных и количественных закономерностей трансформации химического профиля летучих метаболитов эфирного масла Cichorium intybus L. путем проведения сравнительного ГХ-МС анализа нативного (свежего) и высушенного растительного сырья, заготовленного в Ферганской долине.

Материалы и методы

Экспериментальное растительное сырье было представлено свежими и высушенными образцами надземной части Cichorium intybus L., заготовленными в период массового цветения в июне 2025 года на территории Ферганской области Республики Узбекистан. Собранную биомассу разделяли на две фракции, одна из которых подвергалась непосредственному анализу без предварительной подготовки в качестве влажного образца, а вторая - высушивалась в затенении при температуре 25–30 °C до достижения постоянной массы с остаточной влажностью не более 10%. Экстракцию летучих фракций осуществляли методом гидродистилляции из предварительно измельченного сырья обеих групп в течение 3,5 часов с применением лабораторной стеклянной колбы и классического аппарата Клевенджера. Выход эфирного масла определяли объёмно-весовым методом и выражали в процентах (%) в пересчете на исходную массу сырья. Количественный выход целевого продукта из нативной биомассы составил 0,03 %, из высушенной - 0,13%. Полученный в результате дистилляции целевой продукт характеризовался как подвижная жидкость светло-желтого оттенка со специфическим ароматом; до момента проведения инструментального анализа выделенные эфирные масла консервировали в условиях пониженной температуры при 0°C. Компонентный профиль летучих соединений исследовали методом хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent 7890A, сопряженном с квадрупольным масс-селективным детектором Agilent 5975C inert MSD (Agilent Technologies) (Рис.1 и 2). Разделение сложнокомпонентных смесей выполняли на кварцевой капиллярной колонке HP-5MS (длиной 30 м, внутренним диаметром 250 мкм и толщиной неподвижной фазы 0,25 мкм) в условиях программирования температуры термостата: начальный изотермический режим при 50°C поддерживали в течение 2 минут, затем осуществляли линейный нагрев до 200°C со скоростью 10°C/мин с последующей 6-минутной выдержкой, после чего температуру повышали до 290°C со скоростью 15°C/мин и стабилизировали на финальном плато в течение 15 минут. Ввод исследуемых гексановых растворов образцов объемом 1 мкл выполняли в режиме инжекции, обеспечивая постоянную скорость потока гелия в качестве газа-носителя на уровне 1,3 мл/мин [13]. Качественную идентификацию индивидуальных летучих компонентов среды осуществляли посредством сравнительного анализа полученных масс-спектров с эталонными данными электронных библиотек Wiley Registry of Mass Spectral Data  и NIST  Mass Spectral Library (2011). Экстракцию летучих фракций и их последующий инструментальный ГХ-МС анализ выполняли в трехкратной повторности (n=3) для каждой экспериментальной группы. Относительное количественное содержание индивидуальных компонентов рассчитывали методом внутренней нормализации по площадям хроматографических пиков (в процентах от общей площади пиков на хроматограмме полного ионного тока, % ТИС) без использования корректирующих коэффициентов.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенного хромато-масс-спектрометрического исследования в исследуемом растительном сырье суммарно было верифицировано 75 индивидуальных соединений (Табл.1). При анализе мажорных фракций свежего сырья было установлено доминирование таких веществ, как 5-метилгексан-3-ол, доля которого составила 7,75%, н-тридекан с содержанием 6,56%, а также производное фурана - 5-ацетоксиметил-2-фуральдегид, составившее 6,48%; кроме того, в значительных количествах идентифицированы гемимеллитен и гептан-1-ол, на долю которых пришлось 5,70% и 5,22% соответственно. В свою очередь, компонентный профиль высушенных образцов демонстрировал иную архитектуру доминирующих веществ: гептан-3-ол в количестве 6,04%, пиримидиновое производное 4,5-диаминопиримидин-2-ол с концентрацией 4,85%, а также о-ксилол и м-ксилол, чье содержание зафиксировано на уровне 4,41% и 4,24% соответственно, наряду с пальмитиновой кислотой, составившей 3,91% от общей массы летучей фракции.

Рисунок 1. Хроматограмма  летучих компонентов свежего образца надземной части Cichorium intybus L., полученная методом ГХ-МС

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что сушка сырья оказывает детерминирующее влияние на качественный и количественный профиль летучих фракций Cichorium intybus L. В свежих образцах было зафиксировано превалирование алифатических спиртов (32,4%) и углеводородных соединений (28,6%), причем значительная концентрация низкомолекулярных спиртовых компонентов обусловлена непрекращающейся активностью эндогенных ферментных систем (Табл.2). В процессе сушки наблюдалась выраженная тенденция к деградации и убыли данных летучих соединений, что связано с их термолабильностью, высокой испаряемостью и подверженностью окислительной деструкции [14, 15].

На этом фоне регистрировалось сопряженное увеличение относительной доли ароматических углеводородов (27,3%) и свободных жирных кислот (14,7%).

Рисунок 2. Хроматограмма летучих компонентов высушенного образца надземной части Cichorium intybus L., полученная методом ГХ-МС

Таблица 1. Компонентный состав эфирных масел надземной части Cichorium intybus L.

 *ВУ – время удерживния

Таблица 2. Компонентный состав эфирных масел надземной части Cichorium intybus L.

Данный феномен может быть детерминирован несколькими параллельно протекающими процессами, включающими интенсивную эвакуацию легколетучих фракций, частичную деструкцию и гидролитическое расщепление липидного комплекса, а также протекание неферментативного гликозилирования и внутримолекулярных перестроек вторичных биометаболитов [16, 17]. В свою очередь, накопление азотсодержащих компонентов в высушенном сырье, по-видимому, индуцировано протеолизом белковых макромолекул или катаболизмом нуклеотидных структур.

Заключение

Проведенное хромато-масс-спектрометрическое исследование позволило впервые детально проследить динамику метаболомной перестройки летучих фракций Cichorium intybus L. в зависимости от фазового состояния сырья. Научная новизна работы заключается в установлении фундаментального паттерна химической трансформации эфирного масла цикория при дегидратации, в ходе которой поствегетационная сушка индуцирует глубокую модификацию состава, характеризующуюся критическим сокращением доли лабильных алифатических спиртов (в частности, 5-метилгексан-3-ола) и одновременным сопряженным запуском процессов биосинтеза или концентрирования высокомолекулярных жирных кислот, ароматических углеводородов (изомеров ксилола) и пиримидиновых гетероциклических структур. Выявленный феномен резкого расхождения компонентного состава (лишь 17.3% общих метаболитов) доказывает, что термическая дегидратация является фактором направленного химического модулирования сырья. Эти закономерности имеют определяющее значение для стандартизации фармацевтического сырья, так как полярная смена доминирующих групп летучих фракций способна радикально изменить фармакологический вектор и биодоступность фитопрепаратов. В качестве приоритетных направлений развития данной тематики и перспектив дальнейших исследований планируется проведение сравнительного скрининга in vitro и in vivo биологической (противовоспалительной, антиоксидантной и антимикробной) активности экстрагированных масел из свежего и сухого сырья для установления прямой корреляции «химический профиль – фармакологический эффект», а также изучение влияния альтернативных контролируемых методов дегидратации (лиофильной, вакуумной и микроволновой сушки) на сохранность термолабильных мажоров нативного сырья с целью оптимизации промышленных регламентов переработки Cichorium intybus L.

Список литературы:

1. Street R. A., Sidana J., Prinsloo G. Cichorium intybus: Traditional uses, phytochemistry and pharmacology // Journal of Ethnopharmacology. – 2013. – Vol. 147, No. 2. – P. 343–360.
2. Nandagopal S., Kumari B. D. R. Phytochemical and antibacterial studies of Cichorium intybus L. // Journal of Medicinal Plants Research. – 2007. – Vol. 1, No. 4. – P. 85–87.
3. Judžentienė A., Būdienė J. Volatile constituents from aerial parts and roots of Cichorium intybus L. // Chemija. – 2008. – Vol. 19, No. 2. – P. 25–28.
4. European Medicines Agency (EMA). Assessment report on Cichorium intybus L., radix. – London : EMA, 2013. – 44 p.
5. Miguel M. G. Antioxidant and anti-inflammatory activities of essential oils: A review // Flavour and Fragrance Journal. – 2010. – Vol. 25, No. 5. – P. 291–312.
6. Bakkali F., Averbeck S., Averbeck D., Idaomar M. Biological effects of essential oils // Food and Chemical Toxicology. – 2008. – Vol. 46, No. 2. – P. 446–475.
7. Dai J., Mumper R. J. Plant phenolics: extraction, analysis and antioxidant properties // Molecules. – 2010. – Vol. 15, No. 10. – P. 7313–7352.
8. Figueiredo A. C., Barroso J. G., Pedro L. G., Scheffer J. J. C. Factors affecting secondary metabolite production in plants // Flavour and Fragrance Journal. – 2008. – Vol. 23, No. 4. – P. 213–226.
9. Sellami I. H., et al. Effect of drying on essential oil composition of aromatic plants // Industrial Crops and Products. – 2013. – Vol. 46. – P. 345–349.
10. Msaada K., et al. Changes in essential oil composition during drying process of Lamiaceae species // Food Chemistry. – 2009. – Vol. 114, No. 2. – P. 471–476.
11. Soković M., et al. Antimicrobial activity of essential oils // Food. – 2010. – Vol. 4, No. 1. – P. 1–7.
12. Wink M. Modes of action of herbal medicines and secondary metabolites // Medicines. – 2015. – Vol. 2, No. 3. – P. 251–286.
13. Karabaeva R. B., Ibragimov A. A., Nazarov O. M. Component composition of the essential oil of Prunus persica var. nectarina growing in Uzbekistan // Chemistry of plant raw materials. - 2020. - No. 4. - P. 165-170.
14. Al-Snafi A. E., et al. Cichorium intybus L. – A review on its secondary metabolites, GC-MS profile and pharmacological insights // International Journal of Phytomedicine. – 2022. – Vol. 14, No. 1. – P. 12–25. (Янги қўшилган манба — ГХ-МС профили бўйича 2022 йил).
15. Mamadalieva N. Z., et al. Volatile compounds and essential oil composition of some Asteraceae species from Fergana Valley // Chemistry of Natural Compounds. – 2023. – Vol. 59, No. 4. – P. 710–715.
16. Chen L., et al. Comparative analysis of volatile compounds in herbal raw materials: Impact of shade and thermal drying methods // Industrial Crops and Products. – 2024. – Vol. 210. – Art. 118120.
17. Yusupova N., Ibragimov A. A. GC-MS analysis and metabolomic profile of volatile fractions of wild flora of the Fergana Valley // Uzbek Chemical Journal. - 2025. - No. 2. - P. 45-52.