ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРИНОВ И ЖИРНЫХ КИСЛОТ ИЗ РАСТЕНИЙ И ИХ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.

TECHNOLOGY OF OBTAINING STEROLS AND FATTY ACIDS FROM PLANTS AND THEIR DEPENDENCE ON CLIMATIC CONDITIONS

Saida Magomedova

10th grade student, B. Astemirov Multidisciplinary Lyceum No. 39,

Russia, Makhachkala

Aslan Aliev

Acting Head of the lab. phytochemistry and medical botany, Mountain Botanical Garden of the Dagestan Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences,

Russia, Makhachkala,

Abutdin Rasulov

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry, Dagestan State Pedagogical University named after R. Gamzatov,

chemistry teacher, Lyceum No. 39 named after B. Astemirov,

Russia, Makhachkala

АННОТАЦИЯ

Цель: Реализация технологии сверхкритической флюидной экстракции химических соединений из дикой моркови (Daucus carota subsp. Maritimus) и выявление закономерностей их накопления в зависимости от климатических условий произрастания.

Методы и приемы исследования: Реализация технологии сверхкритической флюидной экстракции химических соединений из дикой моркови (Daucus carota subsp. Maritimus) производили на приборе СКФЭ-400 образцов, собранных в 3-х разных климатических условиях. Состав выделенных веществ определяли методом хромато-масс-спектометрии на приборах Shimadzu GCMS-QP2010plus, Agilent 6890N - JMS GCmate II.

Основные результаты исследования: Максимальный выход липофильных веществ методом сверхкритической углекислотной экстракции был в Монастирском образце (4,153%). Анализ компонентного состава летучих органических веществ полученных экстрактов показал в образцах из Монастиря и Ушниг по 36, а в Дербентском 30 веществ.

Выводы и рекомендации: Наша работа показала, что сверхкритическая СО₂ экстракции является эффективной технологией извлечения стеринов, жирных кислот и органических веществ из растительного сырья за одну экспериментальную процедуру.

Нам впервые удалось обнаружить в надземной части дикой моркови нонакозановую кислоту.

ABSTRACT

Objective: To implement the technology of supercritical fluid extraction of chemical compounds from wild carrots (Daucus carota subsp. Maritimus) and identification of patterns of their accumulation depending on the climatic conditions of growth.

Research methods and techniques: Implementation of the technology of supercritical fluid extraction of chemical compounds from wild carrots (Daucus carota subsp. Maritimus) was produced on the device SKFE-400 samples collected in 3 different climatic conditions. The composition of the isolated substances was determined by chromatography-mass-spectometry on Shimadzu GCMS-QP2010plus, Agilent 6890N - JMS GCmate II devices.

The main results of the study: The maximum yield of lipophilic substances by supercritical carbon dioxide extraction was in the Monastir sample (4,153%). The analysis of the component composition of volatile organic substances of the extracts obtained showed 36 substances in samples from Monastir and Ushnig, and 30 substances in Derbent.

Conclusions and recommendations: Our work has shown that supercritical CO2 extraction is an effective technology for extracting sterols, fatty acids and organic substances from plant raw materials in one experimental procedure. For the first time, we were able to detect nonacosanic acid in the aboveground part of wild carrots.

Ключевые слова: сверхкритическая флюидная экстракция; хромато-масс-спектометрия; анализ; дикая морковь; компонентный состав.

Keywords: supercritical fluid extraction; chromatography-mass-spectometry; analysis; wild carrots; component composition.

Факторами, существенно влияющими на биосинтез вторичных метаболитов, является температура, осадки, влажность, засуха, солнечная радиация и т.д. [12, 14]. Солнечная радиация или тепловой стресс могут способствовать специфическому или нестандартному их формированию за счет реакции защитных механизмов растения [13].

Выход экстрактивных веществ методом сверхкритической экстракции более чем 10 раз выше, чем выход эфирного масла методом гидродистилляции, что дает дополнительные возможности для исследований растений. [10, 11].

В качестве объекта исследований нами выбрана широко распространённая во всех регионах мира с умеренным климатом морковь дикая (Daucus carota subsp. Maritimus). Интерес к растениям семейства Apiaceae вызван их применением в коммерческих целях в качестве овощей, специй или лекарств из-за их богатого химического состава [2-9].

Для исследований надземная часть трех образцов дикой моркови была собрана во время цветения/ плодоношения в разных климатических условиях: первый образец в пригороде Монастир (Тунис), второй образец был собран на расстоянии 3301 метров севернее в пригороде Дербента (Россия) и третий образец был собран на расстоянии 3275 километров и располагался на высоте над уровнем моря 864 м. в окрестности села Ушниг (Россия).

Сверхкритическую углекислотную экстракцию проводили на установке, подробно описанной в нашей предыдущей работе [1].

Компонентный состав летучих органических веществ определяли методом хромато-масс-спектометрии на приборе Shimadzu GCMS-QP2010plus на колонке Supelco SLBTM-5ms (30mx 0,25mmx 0,25µm) в режиме «split». Скорость газа- носителя (гелий чистотой 99,9999%) через колонку была 1 мл/мин. Температуру колонки поднимали от 60 °С (выдержка 4 мин) до 150 °С со скоростью 10 °С/мин, далее до 280 °С со скоростью 5 °С/мин и выдерживали в течении 10 минут. Температура инжектора была 280 °С, а интерфейса и детектора 250 °С. Ионизация электронным ударом с энергией электронов 70 эВ. Ток эмиссии катода 150 мкА, диапазон регистрируемых ионов с m/z45-500. Идентификация компонентов проводилась с использованием библиотек масс-спектров NIST08 и FFNSC.Экстракт перед анализом разводился в н-гексане в 500 раз. 1 мкл разведенной пробы вводился в прибор с делением потока 1:40.

Максимальный выход липофильных веществ методом сверхкритической углекислотной экстракции был в Монастирском образце (4,153%), тогда как в образце, собранном в пригороде Дербента, выход составил почти в 2 раза меньше (2,318%), в образце, собранном на высоте 864 м. над уровнем моря (Ушниг, Россия) содержалось 3,222 % экстрактивных веществ. Как мы видим, содержание липофильной фракции существенно зависит от условий произрастания (Рисунок 1).

Рисунок 1. Выход экстрактивных веществ из надземной части дикой моркови методом СК СО₂ экстракции при давлении 30 MPa и t 50^оC: 1- Морастир (Тунис), 2-Дербент (Россия), 3-Ушниг (Россия).

Таким образом, мы установили, что в зависимости от экологических условий произрастания растение синтезирует разное количество стеринов (Рисунок 2).

Рисунок 2. Содержание основных фитостеринов в моркови дикой в зависимости от места произрастания: 1 – Монастир (Тунис); 2 – Дербент (Россия); 3 – Ушниг (Россия)

Наша работа показала, что сверхкритическая СО₂ экстракции является эффективной технологией извлечения широкого комплекса липофильной фракции из растительного сырья за одну экспериментальную процедуру.

В зависимости от места произрастания дикая морковь имеет значительную вариабельность состава летучих органических веществ, когда как жирнокислотный и стериновый составы сохраняют качественный состав, но меняется количественное содержание веществ. При этом общее содержание лифопильной фракции имеет положительную корреляцию, а общее содержание фитостеринов отрицательную корреляцию от среднесуточной солнечной энергией на м² места произрастания растения.

Нам впервые удалось обнаружить в надземной части дикой моркови нонакозановую кислоту.

Список литературы:

1. Aliev A.M., Abdulagatov I.M. // Journal of Molecular Liquids. 2017. Vol. 239 P. 96
2. Dutta P.C., Appelqvist L.A. // Plant Science. 1989. Vol. 64. P. 167
3. Dutta P.C., Appelqvist L.A. // Plant Science. 1991. Vol. 75. P. 177
4. De Stefani E., Boffetta P., Ronco A.L., Brennan P., Deneo-Pellegrini H., Carzoglio J.C., Mendilaharsu M. // Nutrition and cancer. 2000. Vol. 37. P. 140
5. El Amine Dib M., Djabou N., Desjobert J.M., Allali H., Tabti B., Muselli A., Costa J. // Chemistry Central Journal. 2010. Vol. 4. P. 1.
6. Gonny M., Bradesi P., Casanova J. // Flavour and fragrance journal. 2004. Vol. 19. P. 424
7. Gobbo-Neto L., Lopes N.P. // Química nova. 2007. Vol. 30. P. 374-381.
8. Hess J.L. Vitamin E, α-tocopherol. In Antioxidants in higher plants, 1st Edition; Alscher, R.G., Hess, J.L. Eds; CRC press. USA. 2017. P 111
9. Jabrane A., Jannet H.B., Harzallah‐Skhiri F., Mastouri M., Casanova J., Mighri Z. // Chemistry & biodiversity. 2009. Vol. 6. P. 881
10. Majdoub S., El Mokni R., Muradalievich A. A., Piras A., Porcedda S., Hammami S. // Journal of Chromatography B. 2019. Vol. 1125. P. 121713.
11. Miekus N., Iqbal A., Marszalek K., Puchalski C., Swiergiel A. // Molecules. 2019. Vol. 24. P. 4339.
12. Sampaio B.L., Edrada-Ebel R.A., Da Costa F.B. // Scientific reports. 2016. Vol. 6. No 1. P. 29265.
13. Zobayed S.M.A., Afreen F., Kozai T. // Plant Physiology and Biochemistry. 2005. Vol. 43. P. 977
14. Zhou R., Yu X., Ottosen C., Rosenqvist E., Zhao L., Wang Y., Yu W,. Zhao T., Wu Z. //BMC plant biology. 2017. Vol. 17. No 1. P. 1.