Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,953

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИШАЙНИКА КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БИОСЫРЬЯ

Аньшакова В.В. 1, 1 Степанова А.В. 1 Смагулова А.Ш. 1
1 ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»
В связи с тем, что слоевища лишайников р. Cladonia являются ценным биосырьем для получения серии биопрепаратов, используемых в медицине и пищевой промышленности, проведен анализ на содержание ряда токсичных и биогенных элементов, а также радионуклидов 137Cs и 90Sr в пробах лишайников, взятых в различных районах Республики Саха (Якутия). Показано, что в местах сбора лишайников для последующего биотехнологического передела содержание токсичных элементов, тяжелых металлов и радионуклидов в десятки и сотни раз ниже ПДК для этих элементов в пищевых продуктах. Кроме того в статье представлены аналитические данные об определении некоторых биологически активных веществ в лишайниках.
слоевища лишайников
тяжелые металлы
радионуклиды
биологически активные вещества
хроматография
1. Аньшакова В.В. Механохимическая технология получения биокомплексов на основе лишайникового сырья // Биофармацевтический журнал. – 2011. – Т. 3, № 5. – С. 33-42.
2. Аньшакова В.В., Кершенгольц Б.М. Биологически активная добавка актопротекторного, адаптогенного действия из растительного сырья и способ ее получения // Патент России № 2477143 С1. 2011.
3. Аньшакова В.В., Кершенгольц Б.М. Способ получения высокоактивного твердофазного биопрепарата антибиотического действия ЯГЕЛЬ из слоевищ лишайников // Патент России № 2467 063 C1. 2011.
4. Аньшакова В.В., Степанова А.В. Биотехнологическая переработка возобновляемого сырья Якутии // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2. URL: http://www.science-education.ru/108-8860(дата обращения: 20.09.2014).
5. Радиационный контроль. Стронций-90 и цезий-137. Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка // МУК 2.6.1.717-98. URL: http://www.opengost.ru (дата обращения: 20.05.2014).
6. Свидетельство о государственной регистрации № RU.77.99.11.003.Е.003705.05.13, 20.05.2013.
7. Свидетельство о государственной регистрации № RU.77.99.11.003.Е.003704.05.13, 20.05.2013.
8. Соловьева М.И., Кузьмина С.С. Динамика накопления некоторых биологически активных веществ в лишайниках в зависимости от сезона года // Вестник ЯГУ. – 2008. – Т. 5, № 4. – С. 141-143.
9. Чуркина Е.В., Кершенгольц Б.М., Шаройко В.В. Эффект препарата «Ягель» из слоевищ лишайника рода Cladonia на секрецию инсулина // Дальневосточный медицинский журнал. – 2011. №2. – С. 67-70.
10. Шиманская Е.И., Бураева Е.А., Вардуни Т.В., Симонович Е.И., Триболина А.Н., Рыбалко Д.А. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. –2013. – №8. – С. 156-157.

Содержание в слоевище лишайников биологически активных веществ (БАВ) обусловливает довольно широкое их использование в официальной и народной медицине для лечения болезней желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, инфекционных заболеваний кожи, эндокринных нарушений, также применение их в качестве иммуномодулирующих, противоопухолевых, гепатопротекторных и детоксикационных препаратов [8, 9]. Несмотря на то, что лишайниковые вещества обладают широким спектром лекарственных свойств, включая противомикробные, противомикотические, противовирусные, противовоспалительные, обезболивающие, жаропонижающие, антипролиферативные и цитотоксические, их терапевтический потенциал еще недостаточно изучен, что сдерживает широкое производство на их основе фармацевтических препаратов и применение в медицине.

Активное вещество биопрепаратов на основе лишайникового сырья, разработанных и производимых в лаборатории механохимических биотехнологий Северо-Восточного федерального университета – лишайниковые β-олигосахариды, способны связывать различные по природе вредные вещества (тяжелые металлы (ТМ) и радионуклиды, карбонильные соединения и фенолы, молочную кислоту и др. органические соединения) и выводить их из организма[1-4, 6,7].

Вместе с тем, первым требованием, предъявляемым к самому биосырью – слоевищам лишайников – является их экологическая чистота, так как известно, что нативные талломы, произрастающие на площадях загрязненных тяжелыми металлами и/или радионуклидами способны их эффективно сорбировать и накапливать[10].

Целью данной работы является проведение анализа содержания токсичных (Pb, Hg, Cd, Fe, As), биогенных (I, Se, Ca, Mg, P, K, Na, Li) элементов и радионуклидов (137Cs и 90Sr) в талломах лишайников р.Cladoniaи определение некоторых биологически активных веществ методом хроматографии.

Материал и методы исследований

Объектом исследования служили лишайники рода Cladonia, произрастающиев ряде районов Якутии, в местах, предполагаемых для сбора лишайникового сырья с целью последующего биотехнологического передела. Для оценки биобезопасности сырья определяли содержание в них ряда токсичных (в том числе ТМ), биогенных элементов, а также радионуклидов цезия и стронция в Алданском, Мегино-Кангаласском, Верхневилюйском районах и в окрестностях г. Якутска (рис.1).

Рис.1. Районы сбора лишайников в Республике Саха (Якутия)•

Содержание радионуклидов цезия и стронция определяли с помощью гамма-бета-спектрометрического комплекса УСК «Гамма плюс» с программным обеспечением «Прогресс» для испытаний проб продовольствия на соответствие требованиям критериев радиационной безопасности[5].

Лишайниковое сырье, собранное в Анабарском районе, в 150 км севернее п.Сааскылах, анализировалось с использованием метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.

Поскольку в отечественной фармакопее отсутствует общая статья по определению ТМ в лекарственном растительномсырье, мы брали за основу СанПин 2.3.2. 1078-01 от 14.11.2001/22.03.02.

При исследовании БАВ предварительно был составлен список определяемых соединений для оценки содержания физиологически активных компонентов: арбутин, галловая кислота, коричная кислота, хлорогеновая кислота, кверцетин, рутин, урсоловая кислота, байкалин, байкалеин, кемпферол, лютеолин, скутелларин, дельфинидин, апигенин, изорамнетин, гиперозид. Среди этих веществ имеются флавоноиды, органические кислоты, полифенольные соединения и т.п.Для каждого из перечисленных соединений была проведена оптимизация условий масс-спектрометрического определения для режима тандемного масс-детектирования в режиме регистрации отрицательных ионов. Были подобраны ионные переходы, потенциал декластеризации и энергия соударений в камере столкновений. Также получены спектры хроматограмм в УФ диапазоне (230 – 400 нм).В качестве неподвижной фазы при анализе проб использовали колонку с обращено-фазовым сорбентом AcclaimRSLC, длиной 150 мм, внутренним диаметром 2.1 мм, размером зерна сорбента 3 мкм, фирмы «Thermo». При хроматографическом разделении использовали программу градиентного элюирования.

Пробоподготовка заключалась в приготовлении трех различных экстрактов тремя растворителями – метиловым спиртом, этилацетатом и дихлорметаном. Полученные экстракты высушивали в вакуумном роторном испарителе и снова растворяли в 2 мл метилового спирта. Затем экстракты отфильтровали, разбавляя в 10 раз водой.

Кроме того, определяли летучие компоненты исследуемого образца методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием.

В работе использовали газовый хроматомасс-спектрометр GCMS-2010 Ultra фирмы Shimadzu (Япония). Разделение проводили на колонке ZB-5 MS 30м × 0,25 мм, с использованием градиентного режима нагрева: 0-2 мин – 40°С, 2–28 мин 40–300°С, 28-34 мин – 300°С. Сканирование проводили в диапазоне m/z 15–400 Да. Температура инжектора –250°С, температура источника ионизации –250°С, температура интерфейса –250°С, напряжение на детекторе –400 еВ. Ввод пробы осуществляли в двух режимах: ввод 0.5 мл нагретого (80°С, 10 мин) пара над образцом порошка растительного происхождения с добавкой 1 мл метанола и 1 мкл жидких экстрактов CH2Cl2, EtOAc и MeOH из этого порошка, разбавленных в 100 раз в CH2Cl2.

Результаты и обсуждение

Полученные данные по содержанию токсичных (Pb, Hg, Cd, Fe, As), биогенных (I, Se, Ca, Mg, P, K, Na, Li) элементов в талломах лишайников р.Cladonia, по сравнению с ПДК для соответствующих элементов в пищевых продуктах, представлены на рис.2, по содержанию 137Cs и 90Sr - на рис.3.

Рис.2. Содержание токсичных (Pb, Hg, Cd, Fe, As), биогенных (I, Se, Ca, Mg, P, K, Na, Li) элементов в пробах слоевищ лишайников р.Cladonia взятых в пяти районах Якутии, по сравнению с ПДК

Рис.3. Содержание 137Cs и 90Sr в пробах слоевищ лишайников р.Cladonia взятых в четырех районах Якутии. ПДК для цезия 200 Бк/кг, для стронция - 100 Бк/кг

Наибольшее содержание 90Sr - до 83 Бк/кг (ПДК ≤ 100 Бк/кг), отмеченное в Анабарском районе объясняется сбором сырья непосредственно на месте проведения горно-добывающих работ.

В ходе предварительных экспериментов по определению БАВ в образце были обнаружены следующие соединения, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химические вещества, обнаруженные в экстрактах

 

Содержание в колбе, мкг

 

Гиперозид

Кверцетин

Лютеолин

Галловая кислота

Урсоловая

кислота

Хлорогеновая

кислота

MeOH экстр.

0,15

0,06

0,02

16

108

0,04

EtOAc экстр.

0,04

0,04

0,01

12

9

0

СН2Сl2 экстр.

<ПО

<ПО

<ПО

<ПО

<ПО

<ПО

Также в экстрактах присутствовала коричная кислота в следовых количествах. Не найдены арбутин, байкалин, байкалеин, кемпферол, скутелларин, дельфинидин, апигенин, изорамнетин, вогонин, рутин. Однако сопоставление УФ и МС/МС спектров позволяют судить о том, что в данном образце содержатся дополнительные неидентифицированные соединения. Их идентификация требует дополнительных исследований.

Наибольшее извлечение целевых компонентов показал вариант экстракции с использованием метанола (рис. 4).

Рис. 4. ХроматограммыМеОН экстракта с извлечением ионных переходов обнаруженных соединений

В экстракте EtOAc было обнаружено сравнительно меньшее число летучих компонентов (около 20). Из них характерными для исследуемого образца являются предельные кислоты и их эфиры. Экстракция CH2Cl2 и MeOH позволяет выделить намного больше (около 100) летучих компонентов из исследуемого объекта. Основными компонентами CH2Cl2 и MeOH экстрактов являются предельные углеводороды и спирты. Кроме того в CH2Cl2 обнаружен ароматический спирт - 2,4-диизобутил-фенола.

Выводы

Результаты исследования свидетельствуют о том, что содержание токсичных элементов и радионуклидов не превышает соответствующих ПДК. Кроме того, лишайники р.Cladonia могут служить источником биогенных элементов – особенно Ca, Mg, P, K, Na и микродоз LiI, Se.

Химические ГХ-МС профили исследованных экстрактов типичны для растительных объектов, однако следует отметить отсутствие летучих производных фурана, что косвенно свидетельствует об отсутствии в образце больших количеств моно- и дизамещенных сахаридными остатками органических компонентов. Исследованный образец растительного сырья не содержит больших количеств среднелетучих органических соединений сложной структуры, таких как, например, незамещенные сапонины и сесквитерпены. Перспективы исследования химического состава образца принадлежат методам жидкостной хроматографии, позволяющей идентифицировать и определять нелетучие физиологически активные компоненты.Методом ВЭЖХ-МС в образцах экстрактов обнаружили галловую кислоту, коричную кислоту, хлорогеновую кислоту, кверцетин, рутин, урсоловую кислоту, лютеолин и гиперозид. Однако сопоставление УФ и МС/МС спектров позволяют судить о том, что в данном растении содержатся дополнительные неидентифицированные соединения. Их идентификация требует дополнительных исследований.

Рецензенты:

Охлопкова А.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой "Высокомолекулярные соединения и органическая химия" Института естественных наук ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова», г. Якутск.

Николаев А.Н., д.б.н., директор Института естественных наук ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова», г. Якутск.


Библиографическая ссылка

Аньшакова В.В., Аньшакова В.В., Степанова А.В., Смагулова А.Ш. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИШАЙНИКА КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БИОСЫРЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=15430 (дата обращения: 28.06.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.094