УДК 636.085.16
Получение водных экстрактов трутовых грибов
© Сысоева Мария Александровна,1* Носов Антон Игоревич,1+
1 Кафедра пищевой биотехнологии. Казанский национальный исследовательский технологический университет. Ул. К. Маркса, 68. г. Казань, 420015. Республика Татарстан. Россия. Тел.: (843) 231-41-73. E-mail: nosovanig@mail.ru
_______________________________________________
*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку
Ключевые слова: экстракция, трутовые грибы, хромогенные комплексы, антиоксидантная активность.
Аннотация
Применены четыре способа экстракции трутовых грибов. Определены оптимальные методы экстракции для каждого из трёх грибов для получения экстрактов с максимальным содержанием экстрактивных веществ и хромогенного комплекса с высокой антиоксидантной активностью.
Введение
Трутовые грибы являются ценным источником биологически активных веществ и представляют большой интерес для фармацевтической промышленности. Из гриба Inonotus obliquus - чаги фармацевтическая промышленность выпускает ряд препаратов [1]. При экстракции чаги водой образуется полидисперсная коллоидная система с дисперсной фазой представленной хромогенным комплексом (меланином). Он является основным действующим веществом, обеспечивающим терапевтическую эффективность водных извлечений из чаги. Максимальное количество экстрактивных веществ и хромогенного комплекса не менее 10 % можно извлечь из этого сырья водой при экстракции его кипячением [2]. Однако, в исследованиях [3] показано, что при получении водных извлечений для производства препарата бефунгин повышение температуры выше 80 ºС на любой стадии технологии производства этого препарата приводит к большей конденсации хромогенного комплекса и снижению его терапевтической активности. В работе [4] приведено сравнение водных экстрактов, полученных из чаги с использованием реперколяции, ремацерации и перемешивания. Показано, что по содержанию экстрактивных веществ и хромогенного комплекса (12.9%) экстракты, полученные ремацерацией, превосходят экстракты, полученные другими способами. Кроме того, в [5] установлено, что хромогенный комплекс, выделенный из экстракта, полученного ремацерацией, имеет наименее конденсированную структуру.
Описана последовательная экстракция грибов, Phellinus igniarius - трутовик ложный и Fomitopsis pinicola - трутовик окаймлённый, эфиром, ацетоном и затем водой [6]. Экстракцию водой проводили при соотношении сырьё:экстрагент - 1:5, в течение 3 часов при кипячении и затем 24 часа настаивали при комнатной температуре. Полученные извлечения имели содержание экстрактивных веществ 13.50% и 6.45%, а хромогенного комплекса 0.89% и 0.20% (на абсолютно сухой вес гриба), соответственно.
Для расширения сырьевой базы, используемой фармацевтической промышленностью при производстве препаратов на основе природного сырья, актуальной задачей является подбор оптимального способа экстракции грибов Phellinus igniarius - трутовик ложный и Fomitopsis pinicola - трутовик окаймлённый и Ganoderma applanatum - трутовик плоский.
Целью работы является определение оптимального способа экстракции трутовых грибов, по содержанию в экстрактах максимального количества экстрактивных веществ и хромогенного комплекса, обладающего высокой антиоксидантной активностью.
Экспериментальная часть
Для исследования были использованы макромицеты возрастом около 1.5 лет, заготовленные в Зеленодольском районе Республики Татарстан в октябре 2010 г. Плодовые тела трутовиков плоского (Ganoderma applanatum), ложного (Phellinus igniarius) и окаймлённого (Fomitopsis pinicola) сняты с мёртвых берёз. Стерильные наросты трутовика скошенного (чага, Inonotus obliquus) куплены через розничную сеть.
Экстракцию мелкоизмельчённых грибов проводили водой следующими методами: ремацерация [7], мацерация [8], экстракция с механическим перемешиванием, кипячение [2].
Ремацерация осуществляется следующим способом: навеска 10 г измельчённого сырья экстрагируется ступенчато, на первой ступени - 60 мл воды в течение 5 ч при 70 °С, полученный экстракт первой ступени отделяется, на второй ступени оставшееся после первой ступени сырьё экстрагируется 40 мл воды в течение 5 ч при 70 °С, полученный экстракт второй ступени отделяется. Экстракты первой и второй ступеней объединяют и фильтруют.
Мацерация включает экстрагирование навески 10 г измельчённого сырья 40 мл воды в течение 1.5 ч при 70 °С, полученный экстракт отделяется и фильтруется.
Экстракцию с механическим перемешиванием проводят следующим образом: навеску 10 г измельчённого сырья экстрагируют 100 мл воды в течение 1 ч при 70 °С, полученный экстракт отделяют и фильтруют.
Кипячение сырья включает экстракцию навески 10 г измельчённого сырья 300 мл воды в течение 1 ч при комнатной температуре, затем экстрагируемую смесь помещают на кипящую водяную баню с обратным холодильником и выдерживают, поддерживая слабое кипение, в течение 2 ч. Экстракт отделяют, фильтруют, сырьё промывают тёплой водой, экстракт и промывные воды объединяют, охлаждают и доводят объём экстракта до 500 мл.
Содержание зольных веществ определяли согласно [2]. В предварительно прокаленную, взвешенную и сухую фарфоровую чашку наливают 10 мл извлечения и ставят выпариваться на водяной бане досуха. Затем остаток прокаливают в предварительно нагретой муфельной печи при температуре 500 °C до полного сгорания. Далее муфельную печь отключают и выдерживают чашку в течение 2–2.5 ч. После остывания чашку с прокаленным остатком вынимают и охлаждают в течение 30 мин в эксикаторе и повторно взвешивают.
Содержание сухих веществ определяли согласно [9]. В предварительно прокаленную, взвешенную и сухую фарфоровую чашку наливают 10 мл извлечения и ставят выпариваться на водяной бане досуха. Чашку сушат при температуре 105±5 °C до постоянной массы, затем охлаждают в течение 30 мин в эксикаторе и повторно взвешивают.
Выделение хромогенных комплексов проводили согласно [2]. 100 мл экстракта подкисляют добавлением раствора 25 % хлористроводородной кислоты (ХВ), перемешивают и оставляют на 30 мин, осадок отделяют на воронке Бюхнера со взвешенным фильтром, полученный осадок переносят в чашку Петри и высушивают при комнатной температуре. Выход хромогенных комплексов определяют по разнице масс фильтра и фильтра с высушенным хромогенным комплексом.
Антиоксидантную активность (АОА) экстрактов и хромогенных комплексов определяли методом кулонометрического титрования с электрогенерированным бромом [10]. Электрогенрацию брома осуществляли на потенциометре П-5827М при постоянной силе тока 5.0 мА из 0.2 М бромида калия в серной кислоте. Конец титрования определяли амперометрически, в ячейке с двумя поляризованными платиновыми электродами (ΔЕ = 300 мВ). Рабочим электродом служила гладкая платиновая пластинка площадью 1 см2, вспомогательным электродом - платиновая спираль, отделенная полупроницаемой перегородкой от анодного пространства ячейки.
Результаты и обсуждение
Для поиска оптимального способа экстракции грибов Phellinus igniarius - трутовик ложный и Fomitopsis pinicola - трутовик окаймлённый и Ganoderma applanatum - трутовик плоский использовали способы экстракции применённые к чаге: кипячение, экстракция с перемешиванием, мацерация, ремацерация. Полученные экстракты оценивали по содержанию экстрактивных веществ, зольных веществ, хромогенного комплекса.
Кипячение сырья является одним из наиболее простых и часто используемых способов экстракции, при котором за счёт высокой температуры процесса достигаются высокие выходы экстрактивных веществ за короткое время процесса, однако высокая температура экстракции может отрицательно сказаться на свойствах термолабильных биологически активных веществ (БАВ) и приводит к конденсации хромогенного комплекса.
На рис. 1 приведен состав экстрактов исследуемых грибов полученных при кипячении сырья. Для чаги приведены средние значения, полученные из трёх партий сырья. Более низкий выход экстрактивных веществ и хромогенного комплекса в экстрактах чаги и трутовика ложного по сравнению с ранее приведёнными литературными данными может быть объяснено более коротким временем кипячения сырья и отсутствием других стадий экстракции. Максимальное количество экстрактивных веществ этим способом экстракции получено из трутовиков плоского и окаймленного. Их выход в экстракте из трутовика окаймлённого возрос на 52%, а выход хромогенного комплекса в 9 раз, по сравнению с литературными данными. Согласно [6], при экстракции трутовиков ложного и окаймлённого из них, до экстракции водой, эфиром и ацетоном было извлечено разное количество липофильных веществ - 2.42% и 19.05%, соответственно. При проведении кипячения в течение двух часов липофильные вещества частично экстрагируются горячей водой и в коллоидной системе извлечения ассоциируются с её дисперсной фазой – хромогенным комплексом. Этим можно объяснить более высокий выход экстрактивных веществ и хромогенного комплекса у трутовика окаймленного.
Рис. 1. Содержание экстрактивных и зольных веществ, хромогенного комплекса в экстрактах, полученных кипячением, % от сухого сырья.
Содержание зольных веществ в экстракте чаги составляет 21.70 %, что в 10-20 раз больше, чем для трутовиков плоского, ложного и окаймлённого. Важной характеристикой экстрактов исследованных трутовиков является то, что содержание хромогенных комплексов в 2-3 раза выше, чем зольных веществ, исключение составляет трутовик ложный. Извлечение наибольшего количества экстрактивных веществ, хромогенного комплекса и зольных веществ из чаги связано с тем, что чага аккумулирует значительное количество сухих веществ, но биология и метаболизм трутовиков плоского, окаймлённого и ложного отличны от чаги. Возможно, для экстракции указанных грибов необходимо применение других методов.
Чтобы исключить применение высокой температуры, но сохранить интенсивный массообмен, проведена экстракция исследуемых грибов с применением механического перемешивания, она занимает меньше времени, чем кипячение, и проводится при меньшей температуре, что позволяет сократить энергозатраты, время проведения процесса и сохранить активность извлекаемых БАВ.
При использовании этого способа экстракции, по сравнению с предыдущим, в экстрактах всех исследуемых грибов наблюдается снижение выхода сухих веществ в 2 раза, а также изменение состава экстрактивных веществ (рис. 2, данные по чаге из [4]). Так, содержание хромогенного комплекса понизилось в экстрактах 2-3-5 раз для трутовиков плоского, ложного и окаймлённого, соответственно. В целом, интенсификация массообменных процессов во время экстракции, вероятно, затрудняет формирование коллоидной системы извлечения, что сказывается на содержании в нём экстрактивных веществ. Т. о. экстракция с перемешиванием, менее эффективна, чем использование кипячения.
Кипячение и экстракция с перемешиванием являются методами, обеспечивающими высокую скорость массообмена. Однако, ввиду их низкой эффективности в отношении трутовиков, были проведены мацерация и ремацерация.
Для установления возможности экстрагирования БАВ трутовых грибов в мягких условиях проведена мацерация. Метод является наиболее простым и может использоваться, когда применение других методов слишком дорого или приводит к переходу в экстрагент посторонних веществ (таких как зольные).
Мацерацией получены экстракты чаги с содержанием сухих веществ в 3.5 раза меньше, чем при кипячении и несколько ниже, чем в экстрактах, полученных при перемешивании [5].
Рис. 2. Содержание экстрактивных и зольных веществ, хромогенного комплекса, в экстрактах, полученных экстракцией с перемешиванием, % от сухого сырья.
При этом в полученных экстрактах резко изменяется содержание хромогенного комплекса и зольных элементов, по сравнению с экстрактами, полученными кипячением сырья (рис. 3, данные по чаге из [8]). Изменяется количество дисперсной фазы, при большем или меньшем количестве зольных элементов в дисперсионной среде. Содержание хромогенного комплекса снижается в 8 раз у трутовика окаймлённого, при незначительном снижении количества зольных элементов в дисперсионной среде - в 1.5 раза. В экстрактах, полученных мацерацией, снижается количество хромогенного комплекса - 3-3.5 раза у чаги и трутовика плоского.
Рис. 3. Выход хромогенного комплекса, экстрактивных и зольных веществ в экстрактах, полученных мацерацией, % от сухого сырья.
При этом в дисперсионной среде коллоидной системы экстракта из чаги снизилось в 3.2 раза количество зольных элементов, а в коллоидной системе экстракта из трутовика плоского возросло в 1.5 раза. Следовательно, именно при мацерации в большей степени начинают сказываться особенности структурной организации хромогенных комплексов при их переходе из сырья в дисперсионную среду, т. е. в образовании коллоидных систем экстрактов.
Проведена экстракция грибов методом ремацерации (рис. 4, данные по чаге из [4]). Метод характеризуется невысокой температурой процесса, простым аппаратурным оформлением, высокими значениями выходов основных компонентов, но значительной продолжительностью.
В [4] показано, что ремацерация является наиболее эффективным методом для экстракции чаги, по сравнению с мацерацией и экстракцией с перемешиванием.
Рис. 4. Выход хромогенного комплекса, экстрактивных и зольных веществ в экстрактах, полученных ремацерацией, % от сухого сырья.
Увеличение времени экстракции при проведении ремацерации, по сравнению с мацерацией позволило повысить содержание экстрактивных веществ в экстрактах трутовиков плоского, ложного, окаймлённого в 1.5-2 раза. Кроме того в экстрактах анализируемых грибов возрос выход хромогенного комплекса, также в 1.5-2 раза. Причём, только для стабилизации большего количества хромогенного комплекса в коллоидной системе экстракта трутовика плоского потребовалось увеличение количества зольных элементов в дисперсионной среде почти в 2.5 раза. Такая закономерность наблюдается для экстрактов из чаги, в которых возрастание выхода хромогенного комплекса в 2.6 раз обеспечивается увеличение зольных элементов в дисперсионной среде, содержание которых увеличивается в 4 раза. Т. о. от способа экстракции зависит формирование коллоидной системы экстракта и на этот процесс большее влияние оказывает температура и продолжительность проведения процесса.
В [5] показано, что хромогенные комплексы чаги, полученные ремацерацией, по своим физико–химическим характеристикам превосходят пигментные комплексы, полученные мацерацией и экстракцией с перемешиванием. Для установления, сохраняется ли данная закономерность в отношении трутовиков, определена АОА хромогенных комплексов, полученных как ремацерацией, так и другими способами экстракции (табл. 1, данные по чаге из [11]).
Хромогенные комплексы трутовиков, полученные ремацерацией, обладают высокой АОА сравнимой с чагой. Показано, что АОА хромогенных комплексов, полученных ремацерацией, в 2 раза выше, чем у хромогенных комплексов, полученных другими методами экстракции, которые характеризуются как большими, так и меньшими значениями выходов хромогенного комплекса. Следовательно, АОА хромогенных комплексов не связана с их выходом, а зависит от процессов формирования структуры хромогенного комплекса в получаемых коллоидных системах экстрактов.
Табл. 1. АОА хромогенных комплексов.
Гриб | Способ экстракции | АОА, кКл\100 г |
Чага | Ремацерация | 27.22±0.03 |
Трутовик плоский | Ремацерация | 20.00±1.00 |
Перемешивание | 9.10±0.40 | |
Трутовик ложный | Ремацерация | 19.30±0.90 |
Мацерация | 9.50±0.60 | |
Трутовик окаймлённый | Ремацерация | 25.00±2.00 |
Кипячение | 12.20±0.60 |
Выводы
1. Показано, что оптимальным способом экстракции, позволяющим извлечь из трутовиков плоского, ложного и окаймлённого максимальное количество экстрактивных веществ и хромогенного комплекса, является кипячение сырья.
2. Установлено, что оптимальным способом экстракции хромогенных комплексов трутовиков плоского, ложного и окаймлённого, обладающих максимальной антиоксидантной активностью, является ремацерация.
Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Наноматериалы и нанотехнологии» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госконтракту №_01201252915 от 01.01.2001 г тема: "Разработка биологически активных добавок на основе супрамолекулярных бионаносистем".
Литература
[1] Я., Н., В., К. Чага, чаговит, чагалюкс в лечебной и профилактической практике. М.: Холдинг ЭДАС. 2008. 64с.
[2] Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. М.: Медицина. 1990. 399с.
[3] М. К характеристике доброкачественности препарата из чаги. Комплексное изучение физиологически активных веществ низших растений: сб. науч. тр. М. Л.: Наука. 1961. 279с.
[4] А., Ю., С., П., К., К. Исследование золя водных извлечений чаги. III. Влияние состава сырья на выход экстрактивных веществ водных извлечений чаги. Химия растительного сырья. 2004. №4. С.29-34.
[5] А., Ю., С., Г., П. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами. Вестник Казанского технологического университета (КГТУ). 2003. №2. С.172-176.
[6] Н., В., Г. О химическом составе чаги. Чага и её лечебное применение при раке IV стадии: сб. науч. тр. Л.: Медгиз. 1959. 334с.
[7] А., С., Ю., Г. Исследование золя водных извлечений чаги. I. Изменение изучаемой системы при введении комплексонов. Башкирский химический журнал. 2004. №2. С.62-65.
[8] А., Ю., А., К., К., А. Подбор условий экстрагирования чаги. XI междунар. конф. Пищевые технологии и биотехнологии: тез. докл. Казань: Отечество. 2010. 277с.
[9] Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. М.: Медицина. 1987. 335с.
[10] А., Р., С., В., Ю., К., К. Применение гидролазсодержащих ферментных препаратов при получении водных извлечений чаги. Часть I. Использование гидролаз некрахмалистых полисахаридов. Антиоксидантная активность полученных извлечений. Бутлеровские сообщения. 2005. №4. С.36-39.
[11] А., Ю., С., П., К., К. Исследование золя водных извлечений чаги. IV. Антиоксидантная активность. Влияние способа извлечения и применение комплексонов, гидроксида натрия. Химия растительного сырья. 2005. №1. С.41-47.
Obtaining of the water extracts of the polypore fungus
© Sisoeva Mariya Alexandrovna,1* Nosov Anton Igorevich,1+
1 Food biotechnology division. Kazan national research technological university. К. Marx, 68. Kazan, 420015. Tatarstan Republic. Russia. Tel.: (843) 231-41-73. E-mail: nosovanig@mail.ru
Keywords: extraction, polypore fungus, chromogen complexes, antioxidative activity.
Abstract
Four methods of polypore fungus extraction were applied. Optimal extraction methods for each of three fungus to obtain extracts with maximal content of extractive compounds and chromogen complexes with high antioxidative activity were determined.
Рецензия
на статью “Получение водных экстрактов трутовых грибов”
доктора химических наук, доцента кафедры Пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО “КНИТУ” Сысоевой Марии Александровны, аспиранта кафедры Пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО “КНИТУ” Носова Антона Игоревича
В статье рассматривается вопрос получения биологически активных соединений из трутовых грибов. Произведено сравнение четырёх способов экстракции (кипячение, экстракция с перемешиванием, мацерация, ремацерация) грибов. Целью работы является определение оптимального способа экстракции трутовых грибов, по содержанию в экстрактах максимального количества экстрактивных веществ и хромогенного комплекса, обладающего высокой антиоксидантной активностью.
Актуальность статьи заключается в том, что демонстрируется возможность получения биологически активных веществ из доступного возобновляемого сырья.
Как положительный факт можно отметить, что в рамках работы предлагается использование для экстракции относительно простых методов, не требующих сложного аппаратурного оформления при их реализации. Приведены положительные и отрицательные стороны каждого использованного метода экстракции.
Показан высокий уровень знаний в области экстракции биологически активных веществ (в частности хромогенных комплексов) из грибов. Литературные сведения, касающиеся затрагиваемой проблемы, изложены полно. Для сравнения способов экстракции авторы пользуются такими характеристиками получаемых экстрактов, как содержание в них экстрактивных веществ, зольных веществ, выход хромогенных комплексов. Показано влияние различных факторов (температуры, продолжительности экстракции, применения перемешивания) на формирование коллоидной системы получаемых экстрактов.
В статье грамотно описывается ход экстракции компонентов грибов с теоретической точки зрения, проводятся параллели между параметрами экстракции и выходами извлекаемых компонентов.
Авторы объясняют полученные ими результаты особенностью формирования коллоидных систем экстрактов, различием в видовой принадлежности, а также отличием метаболизма исследованных грибов.
Изложенные выводы сформулированы чётко и точно соответствуют цели исследования.
А. Сысоевой и А. И. Носова “Получение водных экстрактов трутовых грибов” соответствует требованиям, предъявляемым к исследовательским публикациям, и может быть рекомендована к публикации в журнале “Бутлеровские сообщения”.
Рецензент:
Проф. кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ,
д. х.н. _______________ (С. Ю. Гармонов)
Основные порталы (построено редакторами)