ИЗУЧЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС ЭКСТРАКЦИИ СУММЫ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ИЗ БУТОНОВ РАСТЕНИЯ Capparis spinosa

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье приведены сведения по разработке технологии производства получения суммы водорастворимых полисахаридов методом статической экстракции, результатам изучения таких факторов, как степень измельченности сырья, вид и концентрация растворителя, температура процесса, влияющие на процесс экстракции суммы водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих - Capparis spinosa. В результате исследований выявлено, что для максимального извлечения суммы водорастворимых полисахаридов из бутонов каперсов колючих, сырье следует измельчать до размера 2-4 мм, в качестве растворителя использовать воду и 6-кратно экстрагировать при температуре не ниже 60°С. Также, установлено, что при экстракции целесообразно извлекать 1, 2, 3, 4-сливы водных вытяжек за 8 часов, а 5, 6-сливы - за 6 часов.

ABSTRACT

This article provides information on the development of a production technology for obtaining the amount of water-soluble polysaccharides by static extraction, the results of studying such factors as the degree of grinding of raw materials, the type and concentration of the solvent, the process temperature that affect the extraction process of the amount of water-soluble polysaccharides from the buds of the prickly caper plant - Capparis spinosa . As a result of the research, it was found that in order to maximize the extraction of the amount of water-soluble polysaccharides from prickly caper buds, the raw material should be crushed to a size of 2-4 mm, water should be used as a solvent and extracted 6 times at a temperature not lower than 60°C. Also, it has been found that during extraction it is advisable to extract 1, 2, 3, 4 plums of water extracts in 8 hours, and 5, 6 plums - in 6 hours.

Ключевые слова: Capparis spinosa - каперсы, сырья, экстракция, растворитель, концентрация, температура, полисахариды, технология.

Keywords: Capparis spinosa - capers, raw materials, extraction, solvent, concentration, temperature, polysaccharides, technology.

Введение. Capparis spinosa – колючее многолетнее, травянистое, ростом до 2,5 м растение. Стебли разветвленные, стелющиеся. В Узбекистане произрастает 2 вида каперсов. В некоторых странах культивируются. Особенно, бутоны применяются в качестве пряности среди населения Кавказа и Средиземноморья [1,2]. В Индии растение применяетя при лечении воспаление легких, отвар корней используют для укрепления десен.

Раньше в народной медицине отвар из корней применяли для лечения желтухи. Цветочный сок использовали для лечения гноя и ран. Отвар плодов использовался при лечении кариеса, а также как укрепляющее средство от зубной боли и десен. С древних времен каперсы использовались как лекарственное растение при лечении различных заболеваний [3]. В настоящее время бутоны и плоды этого растения экспортируются в зарубежные страны в качестве продуктов питания [4-7].

Ежегодно можно заготавливать десятки тонн бутонов, плодов и надземной  этого растения, без ущерба его природным запасам. В составе растения каперсов содержится: 0,12-0,15% аскорбиновой кислоты, 0,32-044% флавоноидов, 23-29% азотистые соединения, 3,5-4,2% жиров, 1,2% пектина и гликозидов, а также кумарины, углеводы. Учеными из Института химии растительных веществ проведены исследования по изучению липидов  и углеводов корней [8], семян и листьев [9-12]. Также изучены биологические активности различных экстрактов, полученных из растения каперсов [13-17].

Целью исследования является изучение факторов, влияющие на процесс экстракции при разработке технологии выделения биологически активных веществ из растительного сырья.

На основании вышеизложенных, нами поставлена цель разработать технологию извлечения водорастворимых полисахаридов из бутонов каперсов. Для этого, прежде всего, важно определить общее количество водорастворимых полисахаридов, содержащихся в растительном сырье. Поэтому, для количественного определения полисахаридов в бутонах растения каперсов использовали метод определения общего количества полисахаридов по Государственной фармакопее выпуска XI.

Результаты экспериментов и их обсуждение. Сырье, состоящее из измельченных бутонов в количестве 10 г (точная навеска) положили в круглодонную колбу объемом 250 мл, заливали 200 мл водой. Сверху колбы устанавливали обратный холодильник, при перемешивании кипятили в течении 30 минут. Экстракцию повторяли дважды: в первый раз с водой объемом 200 мл, во 2-раз 100 мл. Водные экстракты объединяли, центрифугировали в течении 10 мин при 5000 об/мин. Затем, центрифугированный раствор отфильтровывали, фильтрат сливали в мерную колбу объемом 500 мл, доводили до метки дистиллированной водой (раствор А).

25 мл из раствора А перенесли в стакан центрифуги, добавили 75 мл 95%-ный этиловый спирт, доводили температуру раствора до 30ºС, оставили на 1 ч. По истечении установленной времени, центрифугировали в течении 30 мин при 5000 об/мин. Жидкая часть отделяли, отфильтровали через стеклянный фильтр с размерами пор 16 при 13-16 кПа вакууме. Осадок положили в фильтр, промывали сначала 15 мл смесь 95%-ный спирт-вода (3:1), затем 10 мл ацетоном и 10 мл этилацетатом. Фильтр с осадком сначала высушивали в воздузе, затем до постоянной массе при температуре 100-105ºС.

Содержание полисахаридов в растительном сырье (Х) рассчитывали по следующей формуле в пересчете на абсолютно сухое сырье:

где  m₁ – масса фильтра, г;

m₂ – масса фильтра вместе с осадком, г;

m – масса сырья, г;

W – количество потери при высушивании сырья, %.

Общее количество водорастворимых полисахаридов бутовов в образцах составляло от 4,1% до 5,6% в зависимости от периода вегетации и места произрастания.

После определения общего количества водорастворимых полисахаридов в растительном сырье, были проведены исследования по их извлечению из сырья с высоким выходом. С этой целью, продолжая наши исследования, мы провели исследования по изучению эффективности факторов, влияющих на процесс экстракции, то есть степени измельчения сырья, вида и концентрации растворителя, температуры и продолжительности, а также кратность экстракции.

С целью определения оптимальной степени измельчения сырья измельчали до размеров менее 2 мм, 2-4 мм и 5-7 мм (сумма общих водорастворимых полисахаридов при этом по отношению к сухой массе сырья составляет 4,1%). В первый экстрактор поместили 0,5 кг неизмельченного сырья, во второй – с размерами частий 5-7 мм, в третий – 2-4 мм, в четвертый – меньше 2 мм.

Экстракторы заливали водой комнатной температуры до полного покрытия сырья и через 8 часов сливали первую порцию экстракта. Процесс повторяли 7 раз. Результаты показаны на таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что при извлечении из измельченного до 2 мм сырья процесс фильтрации затруднен из-за большого количества основных полисахаридов, растворимых в воде, а также мутности экстракта и большого количества экстрактивных веществ. В результате чего возникает ряд трудностей в процессе выделения суммы водорастворимых полисахаридов. При экстракгировании неизмельченного сырья процесс экстракции происходит очень медленно и в результате чего продолжительность процесс экстракции занимает много времени. Установлено, что для извлечения водорастворимых полисахаридов с максимальным выходом целесообразно измельчать сырье до 2-4 мм.

Таблица 1.

Влияние степени измельченности сырья на выход водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих

Далее проведен ряд экспериментов по подбору эффективного растворителя для экстракции сырья после изучения степени измельченности растительного сырья. Для проведения экспериментов использовали органические растворители и их водные растворы. Опыты проводились в одинаковых условиях и путем экстрагирования одних и тех же образцов сырья разными растворителями.

Взяли по 0,5 кг сухого сырья с размерами частиц 2-4 мм и поместили в 8 экстракторов емкостью 5 л. В первый экстрактор заливали воду, во 2 экстрактор заливали этиловый спирт (95%), в 3-, 4-, 5-, 6-, 7-экстракторы – различные водно-спиртовые растворы концентрацией 80, 70, 60, 50, 40%. Во все экстракторы заливали экстрагенты до полного покрытия ими сырья и проводили экстракцию при комнатной температуре от 6 раз до 8 часов. Все извлеченные спиртовые экстракты концентрировали на роторном испарителе до водного-кубового остатка. Водный экстракт концентрировали до 1/10 объема от начального. Общее количество водорастворимых полисахаридов в концентрированной водной части определяли по описанной выше методике. Результаты проведенных исследований показаны на нижеследующей 2-таблице.

Таблица 2.

Влияние типа растворителя на выход водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих

Из таблицы 2 видно, что при экстрагировании 95%-ным концентрированным этиловым спиртом в экстракт выделяется наименьшее количество водорастворимых полисахаридов. По мере увеличения количества воды в водно-спиртовом растворителе переход водорастворимых полисахаридов в экстракт увеличивается, и было установлено, что водорастворимые полисахариды при экстрагировании водой переходят в экстракт с выходом 83,7%, что является наибольшим показателем.

При экстракции биологически активных веществ из растительного сырья большое значение имеет также влияние температуры на процесс экстракции. Повышение температуры увеличивает растворимость веществ в растворителе и ускоряет процесс растворения веществ из сырья в растворитель. Нами проведена серия исследований по изучению влияния температуры на процесс экстракции водорастворимых полисахаридов из сырья.

По 0,5 кг сухого сырья с размером частиц 2-4 мм помещали в 4 колбы и заливали с растворителем до полного покрытия сырья. Для проведения процесса экстракции в первой колбе температура должна быть 20-30°С, во второй колбе 40-50°С, в третьей колбе 40-50°С, в четвертой колбе 50-60°С в водяном термостате (ИТЖ-0-03, Россия).

Процесс экстракции проводили 8 раз по 8 часов методом отстаивания. Все извлеченные спиртовые экстракты концентрировали на роторном испарителе до остатки водно-кубовой части. Водный экстракт концентрировали до 1/10 объема от начального. Общее количество водорастворимых полисахаридов из концентрированной водной части определяли по описанной выше методике. Результаты проведенного исследования представлены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что повышение температуры при экстракции сырья оказывает большое влияние на процесс экстракции суммы водорастворимых полисахаридов. При повышении температуры количество водорастворимых полисахаридов растворяется в экстрагенте, и соответственно выход увеличивается. Даже при температуре 70°С выход водорастворимых полисахаридов в процессе экстракции показал практически такое же значение, как и при температуре 60°С. Таким образом, нами обнаружего, что наиболее эффективным является поддержание температуры в пределах 50-60°С в процессе экстракции водой бутонов каперсов колючих.

Таблица 3.

Влияние температуры на выход водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих

Далее нами проведена серия экспериментов, для установления кратности экстрагирования сырья, для максимального извлечения сумму водорастворимых полисахаридов. Для этого взяли по 0,5 кг сухого сырья с размером частиц 2-4 мм, помещали в 4 колбы и заливали водой из растворителя до полного покрытия сырья. Температуру колб поддерживали на уровне 50-60°С и экстрагент сливали через 8 часов. Каждый из полученных водных экстрактов анализировали вышеуказанными аналитическими методами. Результаты наших экспериментов представлен на графике 1.

В дальнейших экспериментах изучали влияние времени, т.е., продолжительности процесса экстракции на выход целевых веществ. Для этого взвешивали по 0,5 кг сухого сырья с размерами частиц 2-4 мм, помещали в 4 колбы и заливали водой до полного покрытия сырья. Температуру в процессе экстрагирования в экстракторе обеспечивали на уровне 60°С.  Из графика 1 видно, 6-кратное извлечение сырья является приемлемым. Последний 6-слив испоьзуют для экстракции сырья следующей порции.

График 1. Влияние кратности экстракции на выход водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих

Экстракт из колбы 1 сливали через 4 часа, колбу 2 через 6 часов, колбу 3 через 8 часов и колбу 4 через 10 часов. Процесс повторяли до получения 5 сливов из каждой колбы. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Влияние времени экстракции на выход водорастворимых полисахаридов из бутонов растения каперсов колючих

По полученным результатам установлено, что экстракцию сырья 1, 2, 3, 4-сливов следует провести на протяжении 8 часов, а 5-слив на 6 часов, в результате чего достигается желаемому результату.

Выводы. На основании приведенных выше экспериментов, можно сделать вывод о том, что для максимального извлечения суммы водорастворимых полисахаридов из бутонов каперсов колючих, сырье следует измельчать до размера 2-4 мм, в качестве растворителя использовать воды и 6-кратно экстрагировать при температуре на не ниже 60°С. Также, установлено, что целесообразно извлекать 1, 2, 3, 4-сливы за 8 часов, а 5-слив за 6 часов.

Список литературы:

1. Эшанкулова Н.Т, Ахмедова З.Р. Каперс (Capparis spinosa) термоксерофит-перспективное растения для создания биологических продуктов питания и фармацевтики. //Биоразнообразие, сохранение и рациональное использование генефонда растений и животных. Ташкент 2014 г. С. 207-209.
2. Закиров К.З., Р. Худойберганов. Каперс и перспективы его использования. Ташкент: Фан, 1972. -120с.
3. Холматов Х.Х.- Дикорастущие лекарственные растения Узбекистана. Ташкент: Фан, 1984г. -278с.
4. Эшанкулова Н.Т., Ахмедова З.Р. Каперс (Capparis spinosa) термоксерофит-перспективное растение для создания биотехнологических продуктов питания и фармацевтики // Биоразнообразие, сохранение и рациональное использование генефонда растений и животных. Ташкент, -2014. -С. 207-209.
5. Богатырев А.Н., Рогов И.А. Комбинированные продукты и перспективы создания новых композиций // Пищевая и перерабатывающая промышленность. -1985. -№7. -С. 50-52.
6. Slow S., Donaggio M., Cressey P.J., Lever M., George P.M., Chambers S.T. The betaine content of New Zealand foods and estimated intake in the New Zealand diet // J. Food Compos. Anal. – 2005. - №18. -Р. 473–485.
7. Холматов Х.Х., Аҳмедов Ў.А. Фармакогнозия // Тошкент. “Абу Али ибн Сино”. -1997. -Б. 368.
8. Yilli A., Tao Wu, Сагдуллаев Б.Т., Aisa H.A., Ульченко Н.Т., Глушенкова А.И., Рахмонбердиева Р.К. Липиды и углеводы корней Capparis spinosa // Хим.природ.соед. -2006. -№1. -С. 81-82.
9. Asilbekova D.T., Tursunkhodjaeva F.M., Yuldasheva N.K., Ul’chenko N.T., Glushenkova A.I. Lipids from seeds and leaves of Capparis spinosa L. // 7^th International Symposium on the Chemistry of Natural Compounds, Tashkent. -2007. -P. 116.
10. Юлдашева Н.К., Ульченко Н.Т., Глушенкова А.И. Липиды семян Capparis spinosa // Хим.природ.соед. -2008. -№ 5. -С. 516.
11. Асилбекова Д.Т., Турсунходжаева Ф.М. Липиды листьев Capparis spinosa L. // Химия растительного сырья. -2009. -№2 -С. 97-99.
12. Постадийный контроль производства субстанции стахидрина из растений Capparis spinosa L // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. Ботиров Р.А. [и др.]. 2020. 11(77).
13. Ihsan Calэs Ayse Kuruuzu-Uz, Piergiorgio A. Lorenzetto, Peter Ruedi. (6S)-Hydroxy-3-oxo-a-ionol glucosides from Capparis spinosa fruits // Phytochemistry. -2002. -59. -P. 451-457.
14. Xiao Pu Fu, TaoWu, Miriban Abdurahim, Zhen Su, Xue Ling Hou, Haji Akber Aisa, Hankui Wu New spermidine alkaloids from Capparis spinosa roots // Phytochemistry Letters. -2008. -1. –P. 59–62.
15. Aglal A. Alzergy, Saad M.S. Elgharbawy, Ghyath S. Mervat R. Mahmoud Role of Capparis spinosa in ameliorating trichloroacetic acid induced toxicity in liver of Swiss albino mice // Life Science Journal. -2015. -12.2. -Р. 26-39.
16. Шульгау З.Т., Арыстан Л.И., Шайкенова Ж.С., Адекенов С.М. Антиоксидантные эффекты в механизме противоязвенного действия оксима пиностробина и экстракта каперса колючего // Бюллетень сибирской медицины. -2011. -№ 5. -С. 112-115.
17. Taghavi M.M., Nazari M., Rahmani R., Sayadi A., Hajizadeh M.R., Mirzaei M.R., Ziaaddini H., Hosseini-Zijoud S.M., Mahmoodi M. Outcome of Capparis spinosa Fruit Extracts Treatment on Liver, Kidney, Pancreas and Stomach Tissues in Normal and Diabetic Rats // Med. Chem. -2014. -4.10. –P. 717-721.