Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методы и технологии получения фармсубстанций растительного и минерального происхождения. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

О.В. Астафьева, С.К. Касимова, Н.А. Ломтева, Е.И. Кондратенко

МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

ФАРМСУБСТАНЦИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО И МИНЕРАЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Издательский дом «Астраханский университет»

Монография

2020

УДК 66 ББК 35

А91

Рекомендовано к печати редакционно-издательским советом

Астраханского государственного университета

Р е ц е н з е н т ы:

доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой химии

фармацевтического факультета

Астраханского государственного медицинского университета Минздрава России

М.В. Мажитова;

кандидат сельскохозяйственных наук, директор Астраханского филиала

Ростовского референтного центра Россельхознадзора

О.А. Долженко

Астафьева О. В. Методы и технологии получения фармсубстанций расти-

тельного и минерального происхождения : монография / О. В. Астафьева, С. К. Касимова, Н. А. Ломтева, Е. И. Кондратенко. – Астрахань : Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», 2020. – 66 с.

Монография посвящена рассмотрению технологии получения экстрактов и биокомпонентов из растительного сырья. Описаны традиционные и современные методы выделения БАВ. Представлены собственные результаты исследования экстрактов некоторых растений, обладающих разными видами активности, приводятся данные по методам их получения, химическому составу и фармакологическому действию, а также показаны результаты химического анализа сульфидноиловой грязи.

Представленные данные будут полезны специалистам для подбора методов выделения химических компонентов растительной или минеральной природы с необходимыми свойствами, а также для подбора методов идентификации выделенных веществ.

ISBN 978-5-9926-1183-0

© Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», 2020 © О. В. Астафьева, С. К. Касимова Н. А. Ломтева, Е. И. Кондратенко, 2020 © Т. А. Сезганова, дизайн обложки, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ..........................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ

И БИОКОМПОНЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ..............................................7

1.1. Традиционные и современные методы выделения

биологически активных веществ .......................................................................................7

1.2. Получение экстрактов из разных частей растений

и изучение их состава .......................................................................................................16

1.2.1. Получение экстрактов из разных частей лотоса орехоносного ........................16

1.2.2. Экстракция фенольных соединений из семян лотоса орехоносного................17

1.2.3. Экстракция жирных кислот ....................................................................................17

1.2.4. Экстракция биологически активных веществ

с антибактериальными свойствами ................................................................................18

1.2.5. Экстракция биологически активных веществ

с антиоксидантными свойствами ....................................................................................19

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ

ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО И МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ..............................21

2.1. Обзор методов идентификации биологически активных веществ .......................21

2.2. Химические методы изучения водно-спиртовых экстрактов

лотоса орехоносного .........................................................................................................26

2.3. Результаты анализа содержания флавоноидов

в экстрактах лотоса орехоносного ..................................................................................29

2.4. Химический состав экстракта семян лотоса орехоносного ..................................30

2.5. Исследование первоначального состава экстрактов солодки голой, цмина песчаного и тысячелистника мелкоцветкового

методом тонкослойной хроматографии .........................................................................32

2.6. Исследование антибактериальных компонентов соцветий цмина песчаного и тысячелистника мелкоцветкового

методом газовой хроматографии-масс-спектрофотометрии (ГХ/МС) ........................37

2.7. Определение антиоксидантных компонентов соцветий бархатцев

методом высокоэффективной тонкослойной хроматографии (ВЭТСХ) .....................45

2.8. Результаты химического анализа сульфидно-иловой грязи

оз. Карантинное Астраханской области .........................................................................47

2.9. Результаты химического анализа рапы

оз. Карантинное (Малое Лиманское) Астраханской области .......................................50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................53

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................. 54

ВВЕДЕНИЕ

настоящее время многие из промышленно важных соединений, используемых в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности растительного и минерального происхождения.

Растения как источник лекарственных соединений продолжают играть важную роль в поддержании человеческого здоровья с древних времён. Согласно Всемирной организации здравоохранения, экстракты растений или их активные компоненты составляют 80 % используемых природных соединений в народной медицине (S. Kirbag et al., 2009).

Наличие в растении, а также в растительных экстрактах, комплексов, состоящих из десятков и более отдельных химических соединений, объясняет способность натурального препарата вызывать положительный эффект там, где отдельные соединения, выделенные из того же растения, оказываются малоэффективными (П.П. Голышенков с соавт., 1990; А.С. Васильев с соавт., 2006). Активность экстрактов во многом обусловлена наличием в них определённых химических веществ (Георгиевский с соавт., 1990; Муравьева с соавт., 2002; Castleman, 2001; Schulz et al., 2001; Cseke et al., 2006; Hopkins, 2008; Burlando et al., 2010).

Растения содержат много активных соединений (алкалоиды, стероиды, дубильные вещества, гликозиды, летучие масла, неподвижные масла, смолы, фенолы и флавоноиды), которые осаждаются в их специфических частях – листьях, цветах, коре, семенах, фруктах, корнях и т. д. Полезные лекарственные эффекты растительных материалов обычно возникают в результате сочетания этих вторичных продуктов (Tonthubthimthong et al., 2001).

Специфические функции многих фитохимических веществ всё ещё неясны, однако значительное количество исследований показало, что они участвуют во взаимодействии растение – возбудитель – заболевание. Противомикробный скрининг растительных экстрактов и фитохимических компонентов представляет собой отправную точку для создания антибактериальных препаратов. Фитохимические исследования привлекли внимание учёных с целью создания новых и более сложных методов. Эти методы сыграли значительную роль в поиске дополнительных ресурсов, сырья и материалов для фармацевтической промышленности.

Лекарственные растения обладают иммуномодулирующими и антиоксидантными свойствами, связанными с антибактериальной активностью. Известно, что они обладают универсальной иммуномодулирующей активностью путём стимуляции как неспецифического, так и специфического иммунитета (A.K. Pandey, P.K. Chowdhry,

2006). Использование растительных экстрактов и фитохимических компонентов с известными противомикробными свойствами имеет большое значение в терапевтическом лечении. В последние несколько лет был проведён ряд исследований в разных странах с целью доказать эффективность использования экстрактов растений и их

компонентов. Многие растения используются из-за наличия противомикробных свойств, которые обусловлены вторичными метаболитами (G. Nascimento et al., 2000).

Биологически активные растительные соединения могут воздействовать различным образом на организм человека и животных, а также на микроорганизмы. Это послужило основой их использования в медицине и создания на их основе лекарственных средств. Несомненными преимуществами получения лекарственных компонентов из растений являются широкий спектр их биологической активности и экологическая безопасность изготовления, что особенно ценно в наше время. Природные компоненты растительного происхождения служат и ещё долго будут служить моделями для синтеза полезных человеку компонентов. Примером такого соединения может быть салициловая кислота, выделенная из коры ивы и некоторых других растений. На её основе было создан такой популярный препарат, как аспирин (ацетилсалициловая кислота). В настоящее время, несмотря на огромные успехи химиков-синтетиков, из растений получают более трети лекарственных препаратов, структура многих из них настолько сложна (винбластин, сердечные гликозиды, кокаин, резерпин, хинин, колхицин, пилокарпин), что растения ещё долго будут их единственным источником (Пасешниченко, 2001).

Особо актуальным является поиск новых противомикробных компонентов в связи с возникновением резистентности у микроорганизмов к применяемым синтетическим препаратам. К тому же препараты синтетического происхождения имеют чаще всего многочисленные противопоказания к применению, индивидуальную непереносимость, тяжёлые побочные эффекты вплоть до системных нарушений. Имеющиеся на рынке препараты имеют низкую эффективность по отношению к микроорганизмам, штаммы которых сформировали со временем устойчивость к данным препаратам. В связи с этим актуальным является поиск малотоксичных эффективных средств растительного происхождения с комплексным воздействием на организм (Марьин, Коломиец, 2012).

Влияние противомикробных соединений растительного происхождения на окружающую среду невелико, и они могут быть использованы в качестве биологических контрольных агентов. Однако некоторые лекарственные растения по некоторым причинам не нашли широкого применения и иногда упоминаются как «забытые растения». Хотя фармакологическая промышленность за последние три десятилетия выпустила ряд новых антибиотических средств, устойчивость к этим препаратам микроорганизмов увеличилась. В целом бактерии обладают генетической способностью передавать и приобретать устойчивость к лекарствам, которые используются как терапевтические средства (Cheng et al., 2009).

Перспективным направлением является выделение биологически активных соединений в виде экстрактов с антибактериальными и фитонцидными свойствами из растений Астраханской области. Особые природные экологические условия: высокие инсоляция и температура, низкая влажность – способствуют образованию биологически активных веществ в повышенных концентрациях (Сухенко, 2006, 2010).

Кроме биологически активных веществ растительного происхождения, актуальным является применение комплексных веществ минеральной природы. Современные исследования рассматривают лечебные грязи не только как фактор локального воздействия, но в первую очередь как воздействие, затрагивающее системные регуляторные процессы (Верба, 2001; Мотов, 2003; Золотарева, 2004; Зарипова, 2008).

Грязелечение успешно использовалось в качестве лечения для различных воспалительных процессов, в том числе ревматических заболеваний и хронических дисфункций кожи, таких, как псориаз или атопический дерматит. Помимо их терапевтических свойств, грязевые комплексы также хорошо известны благодаря их косметическим эффектам. Так, было показано, что их применение эффективно против старения кожи (Portugal-Cohenet et al., 2009). Хотя грязь использовалась в течение десятилетий в медицинских и косметических целях, данные о её физических, химических и биологических свойствах недостаточны.

Лечебные и косметические свойства грязевых комплексов можно объяснить сочетанием факторов, в том числе местных термических эффектов и физикохимических свойств. Грязи представляют собой смесь, богатую неорганическими элементами (магний, кальций, натрий, калий, цинк), а также органическими веществами. Из органических соединений в грязях преобладающими являются гидрофильные молекулы, такие как гуминовые, фульвовые и ульминовые кислоты и органические вещества, состоящие из жирных кислот (пальмитиновая, миристиновая, олеиновая и линолевая кислоты). Фитостеролы, терпены и стероиды были также идентифицированы как важные компоненты грязи (Curri et al., 1997; Odabasi et al.,

2007). Благоприятные эффекты грязелечения первоначально были связаны с поглощением минералов через кожу. Несмотря на то, что органические вещества, присутствующие в грязи, являются биологически активными молекулами с большой терапевтической и косметической ценностью, нет достаточно научных данных, связывающих их с активными фармацевтическими свойствами грязи.

В монографии представлены данные по химическому составу сульфидноиловых грязей (оз. Карантинное, Астраханская область). Дано обоснование связи химического состава грязи с её терапевтическими свойствами.

Представленные в данной монографии результаты исследования компонентов некоторых растений, обладающих разными видами активности, показывают актуальность и перспективы изучения как методов выделения биологически активных веществ, так и методов их идентификации. Результаты позволяют на основе полученных данных расширить список источников противомикробных, антиоксидантных, психотропных и иммуномодулирующих компонентов.

Представленные данные будут полезны для подбора методов выделения химических компонентов растительной или минеральной природы с необходимыми свойствами, а также для подбора методов идентификации выделенных веществ. Результаты важны для раскрытия механизмов различных типов активностей (противомикробной, антиоксидантной, иммунотропной, психотропной и др.) действующих веществ, их связи как с типом используемого сырья, так и с видом основных компонентов, их аккумуляцией в определённых типах сырья.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ

И БИОКОМПОНЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

1.1. Традиционные и современные

методы выделения биологически активных веществ

кстракция – метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстрагента). В зависимости от

применяемого растворителя экстракты могут быть водными, спиртовыми, эфирными и др., а по консистенции – жидкими, густоватыми, густыми и сухими (В.Д. Пономарев, 1976). Механизм экстрагирования включает в себя проникновение экстрагента в поры твёрдого материала, растворение целевых компонентов, перенос экстрагируемых веществ из глубины твёрдой частицы к поверхности раздела фаз с помощью молекулярной диффузии или массопроводности и перенос веществ от поверхности раздела фаз вглубь экстрагента с помощью конвективной диффузии. Скорость экстрагирования определяется движущей силой процесса и диффузионным сопротивлением. Компоненты, представляющие интерес, затем солюбилизируются и содержатся в растворителе. Полученный таким образом раствор представляет собой желаемый экстракт.

В литературе описано множество методик экстрагирования биологически ак-

тивных веществ из растительного сырья (Пономарев, 1976; Багирова с соавт.,

2001). Классические техники экстракции биологически активных веществ из растительного сырья основываются на выборе растворителя в сочетании с использованием нагревания и/или перемешивания (Пономарев, 1976). Существующие классические техники экстрагирования, используемые для выделения биологически активных веществ из растений, включают: экстракцию Сокслета, гидроксилирование и мацерацию с этанольной смесью или горячим жиром (Wang et al., 2006).

Гомогенизация растительной ткани в растворителе широко используется

исследователями. Высушенные или влажные свежие растительные части измельчают в блендере до мелких частиц, помещают в определённое количество растворителя и энергично встряхивают в течение 5–10 минут или оставляют на 24 часа, после чего экстракт фильтруют. Некоторые исследователи применяют центрифугирование фильтрата для осветления экстракта (Das et al., 2010).

Последовательная исчерпывающая экстракция – ещё один распростра-

нённый метод экстракции, который включает последовательную экстракцию растворителями повышенной полярности из неполярного (гексан) в более полярный растворитель (метанол), чтобы обеспечить возможность выделения широкого диапазона полярных соединений (K. Das et al., 2010).

Экстракция Сокслета – это основная и хорошо налаженная методика, кото-

рая превосходит по производительности другие традиционные техники экстрагирования, за исключением, в ограниченной области применения, экстрагирование

термолабильных компонентов (L. Wang et al., 2006; P. Tiwari et al, 2011). Экстракция Сокслета чаще применяется в тех случаях, когда требуемое соединение имеет ограниченную растворимость в растворителе, тогда как примеси нерастворимы в этом растворителе.

Преимущества обычной экстракции Сокслета: – смещение изменения равновесия неоднократно свежим растворителем при

контакте с твёрдой фазой;

– сохранение относительно высокой температуры экстракции с нагреванием

перегонной колбы;

– не требуется фильтрование после выщелачивания; – метод прост и дешев (Handa et al., 2008); – вместо многих частей тёплого растворителя, проходящего через образец,

только одна партия растворителя рециркулируется (Sutar et al., 2010).

Основные недостатки традиционной экстракции Сокслета: – длительное время экстракции; – использование большого количества растворителя; – перемешивание не может производиться в аппарате Сокслета для увеличе-

ния скорости процесса;

– большое количество растворителя (сольвента) требует его выпаривания

/ концентрирования;

– возможность термического разложения целевого (конечного) продукта не может быть проигнорирована, так как экстракция обычно происходит при температуре кипения растворителя в течение длительного времени.

Необходимость длительного времени и большого количества растворителя приводит к обширной критике традиционного метода экстракции Сокслета (L. Wang et al., 2006). Этот метод не может быть использован для термолабильных соединений, поскольку длительное нагревание может привести к разложению соединений (K. Das et al., 2010).

Традиционными методами экстракции являются мацерация и перколяция – основные техники экстрагирования компонентов лекарственных растений, которые широко используются в приготовлении галеновых препаратов (Handa et al., 2008).

Мацерация (настаивание) – наиболее старый способ экстрагирования (Минина и др., 2004). Целое или крупноизмельчённое растительное лекарственное сырьё помещается в закрытую ёмкость с растворителем и выдерживается при комнатной температуре не менее трёх дней при частом помешивании до растворения веществ растворителем. Затем смесь сливают, осветляют фильтрованием или декантацией (Handa et al., 2008).

Преимуществами метода мацерации являются доступность и простота экстрагирования (L. Wang et al., 2006). К его недостаткам относят длительность процесса экстрагирования, неполное экстрагирование действующих веществ (процесс протекает до установления динамического равновесия в системе «твёрдая фаза – жидкость», и действующие вещества остаются в шроте), переход в экстракт из-за

длительности настаивания большого количества балластных веществ. В связи с перечисленными недостатками в промышленности метод настаивания применяют лишь при трудностях использования других методов (например, для экстрагирования лекарственного сырья с большим количеством слизи, порошкообразного) (Минина и др., 2004).

Метод мацерации с повышенной температурой – это форма мацерации, в которой мягкое тепло используется в процессе экстрагирования. Этот метод используется при умеренно повышенной температуре. Тем самым увеличивается эффективность использования растворителя (Handa et al., 2008).

Процесс ремацерации (ступенчатого настаивания) часто используют для ускорения процесса экстракции и повышения выхода действующих веществ. Растительный материал заливают не всем объёмом экстрагента, а по частям, последовательно (Минина и др., 2004). После первичного настаивания извлечение сливают, а растительный материал заливают второй порцией экстрагента и т.д. Возможно использование процесса бисмацерации (ускоренной двойной мацерации) с периодическим перемешиванием (Handa et al., 2008).

Перколяция используется чаще всего для извлечения активных ингредиентов при приготовлении настойки и жидких экстрактов. Обычно используется перколятор (узкий конусообразный сосуд, открытый с обоих концов). Твёрдые ингредиенты увлажняют соответствующим количеством указанного растворителя и выдерживают приблизительно 4 часа в плотно закрытом контейнере, после чего массу упаковывают и закрывают верхнюю часть перколятора.

Добавляют дополнительный растворитель, чтобы сформировать мелкий слой над массой, и смеси дают возможность мацерировать в закрытом перколяторе в течение 24 часов. Затем выпускное отверстие перколятора открывается, и жидкости, содержащейся в нём, дают возможность медленно капать. Добавляется дополнительный растворитель по мере необходимости, пока перколят не примет около 3/4 требуемого объёма готового продукта. Затем выжимки отжимаются, и полученная жидкость добавляется к перколяту. Добавляют достаточное количество растворителя для получения требуемого объёма, и смешанную жидкость осветляют фильтрованием или отстаиванием с последующей декантировкой (Cowan,1999).

Отвар. Этот метод используется для извлечения водорастворимых и термостабильных компонентов из неочищенного лекарственного средства путём кипячения его в воде в течение 15 минут, охлаждения, деформации и пропускания холодной воды через лекарственное средство для получения требуемого объёма (Bimakr, 2010).

Некоторые лекарственные препараты готовят с применением техники ферментации (брожения) для извлечения активных веществ (Handa et al., 2008). Экстракция этим методом включает в себя сокинг (выдержку) лекарственного сырья в измельчённой форме или в виде порошка или отвара в течение определённого времени, в течение которого оно подвергается ферментации с образованием спирта, что облегчает извлечение активных компонентов, содержащихся в растениях. Спирт,

образующийся таким образом, также служит в качестве консерванта (Natural products…, 2006; Handa et al., 2008).

Извлечение БАВ из многих видов растительного сырья осуществляют отжимом. Отжим используют для получения сока из свежего травянистого сырья, а также растительных масел с сопутствующими жирорастворимыми веществами из плодов и семян. Отжим позволяет извлекать ценные вещества из сырья без повышения температуры, что способствует сохранению их естественных свойств и высокой биологической активности. Однако при малом содержании в растительном сырье подлежащих извлечению веществ отжим малоэффективен или невозможен. В этом случае используют совмещение экстракции с отжимом, что повышает степень извлечения целевых веществ. Сырьё смешивают с растворителем, после чего отжимают растворитель с извлечёнными из сырья веществами. В подобных процессах также обеспечивается сохранение в экстрактах высокой биологической активности извлекаемых веществ, поскольку использование повышенных температур необязательно (А.Н. Шиков и др., 2004).

Традиционные методы, например, экстракция Сокслета, просты в использовании, но в то же время очень времязатратны, требуют большого количества сольвента и могут вызывать деградацию жаропрочных компонентов (L. Wang et al.,

2006). Существуют новые техники экстрагирования, в которых сокращено время экстракции, снижено потребление органического растворителя и увеличена «чистота» процесса, минимизирована деградация образцов. Они также приводят к удалению нежелательных и нерастворимых компонентов из экстракта. Новые методы экстракции, включающие ультразвуковую экстракцию (M. Vinatoru, 2001), микроволновую экстракцию (B. Kaufmann et al., 2002), сверхкритическую флюидную экстракцию (Q. Lang et al., 2001) и ускоренную растворителями (B. Kaufmann et al., 2002; R.M. Smith, 2002), являются быстрыми и эффективными для извлечения химических веществ из растительного сырья. Эти методы позволяют работать при повышенных температурах и давлении, значительно уменьшая время экстракции (L. Wang et al., 2006). Кроме того, устранение дополнительных этапов очистки и концентрирования образца перед хроматографическим анализом, улучшение эффективности экстракции и селективность также являются преимуществами современных процессов (V. Kothari et al., 2010).

Механические эффекты ультразвука вызывают большее проникновение растворителя в клетку веществ и улучшение массообмена. Ультразвук в экстрагировании может также нарушить биологические клеточные стенки, содействуя высвобождению содержимого (J.L. Luque-Garcia et al., 2003).

Таким образом, эффективное разрушение клеток и эффективная передача массы приводятся в виде двух основных факторов, ведущих к повышенному применению экстракции с мощностью ультразвука. В отличие от обычной экстракции, растительные экстракты диффундируют через клеточные стенки в связи с воздействием УЗ, в результате чего клетка разрывается в течение более короткого периода (M. Toma et al., 2001; S. Chemat et al., 2004; H. Li et al., 2004).

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]