Study of distribution of biologically active substances from flowers of helichrysum arenarium between phases of the extraction system
- Authors: Boyko N.N.1, Zhilyakova E.T.1, Malyutina A.Y.1, Naplekov D.K.1, Shestopalova N.N.1, Martceva D.S.1, Novikov O.O.2, Pisarev D.I.2, Mizina P.G.3
-
Affiliations:
- Belgorod National Research University
- Test Department "Drugs quality control center" of the Shared Research and Education Center Peoples' Friendship University of Russia
- All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants
- Issue: Vol 7, No 5 (2019)
- Pages: 271-278
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2307-9266/article/view/111610
- DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2019-7-5-271-278
- ID: 111610
Cite item
Full Text
Abstract
Full Text
ВВЕДЕНИЕ Бессмертника песчаного цветки (Helichrysi arenarii flores) являются фармакопейным растительным сырьем на территории РФ, Республики Беларуси, Украины, Казахстана и др. Из данного вида сырья производится лекарственное средство «Фламин», которое выпускается в виде таблеток, гранул, субстанции и используется для лечения некоторых видов заболеваний печени и желчного пузыря. Помимо этого, биологически активные вещества (БАВ) из цветков бессмертника песчаного проявляют антиоксидантные, антибактериальные, антивирусные, антигиперлипидесические, цитотоксические эффекты [1-20]. В предыдущей работе [21], авторы обосновали механизм влияния диэлектрической постоянной растворителя на равновесную концентрацию изосалипурпозида в извлечениях. Однако полученная модель не объясняет и не описывает механизм распределения БАВ в экстракционной системе при наступлении в ней состояния равновесия. Поэтому исследования направленные на развитие теории равновесного состояния экстракционного процесса являются актуальными. Цель данной работы - проверка адекватности выдвигаемой рабочей гипотезы, которая объясняет и количественно описывает распределение БАВ в экстракционной системе из цветков бессмертника песчаного и растворителя, с помощью регрессионного анализа в предсказанных теорией координатах. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Сырье и химические реактивы Для исследований использовали измельченное фармакопейное растительное сырье «Бессмертника песчаного цветки» (Helichrysum arenarium L. flores), которое приобреталось в аптеке ООО «Лекарственные травы», г. Харьков, Украина, серия № 530617, срок годности до 07.2020 г. [22]. В качестве экстрагента использовали водный раствор этанола 80±1% об. Качественный и количественный анализ проводили с помощью ОФ ВЭЖХ анализа по стандартным веществам. В качестве стандартных веществ использовали изосалипурпозид, салипурпозид, хлорогеновую кислоту ФСО ГФУ, содержание ≥98,0%. Аналитические длины волн 370, 290 и 325 нм. Основные параметры валидации метода анализа и пригодности ОФ ВЭЖХ системы для определения изосалипурпозида, салипурпозида, хлорогеновой кислоты представлены в табл. 1. Методика получения извлечений Точную навеску растительного сырья (точная масса навески составляла 1 г), помещали в герметичный флакон, добавляли необходимый объем растворителя, который также взвешивали и ставили в холодильник/термостат с температурой 4, 20, 40 и 60±1°С. Соотношение ЛРС/растворитель при каждой температуре составляло 1:5 (1:10), 1:15, 1:20, 1:40 масс./об. Экстракционную смесь выдерживали в течение 24 ч, извлечение сливали и проводили количественный анализ с помощью ОФ ВЭЖХ метода. Среднее значение и ошибку среднего, рассчитывали при числе повторов n=3 и доверительной вероятности P=0,95. Методика анализа ОФ ВЭЖХ Анализ извлечений проводили с помощью хроматографа фирмы «Agilent Technologies» серии «Agilent 1200 Infinity», производства США. Подробно методика анализа приведена в работе [21, 23]. Теоретическая часть Для объяснения механизма и количественного описания распределения БАВ между твердой фазой ЛРС и жидкой фазой растворителя, авторы выдвинули рабочую гипотезу - механизм равновесного распределения молекул БАВ, между фазами в экстракционной системе, объясняется и описывается классическим распределением Больцмана для дискретных значений энергии молекул (или квантовым распределением Ферми-Дирака), уравнение (1). Данная рабочая гипотеза позволяет разработать математическую модель, которая должна описывать экспериментальные данные в предсказанных теорией координатах, в виде уравнений (2) и (3): где n - количество БАВ в растворителе с энергией ΔG, моль; n0 - общее количество БАВ, моль; ΔG - изменение энергии Гиббса для молекул БАВ в экстракционной системе, Дж; k - постоянная Больцмана, 1,38·10-23 Дж/К; T - абсолютная температура в кельвинах, К. Генри (КН) и обратной величины общего содержания БАВ в ЛРС (М/m0 ), мл/г. Для выявления степени адекватности выдвигаемой рабочей гипотезы, авторы использовали регрессионный анализ экспериментальных данных в координатах предсказанных теорией 1/С=f(V) и ln(b/a)=f(1/T). Анализ данных проводили с помощью надстройки анализ данных в MS Excel 2010.РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Экспериментальные данные и регрессионные линейные уравнения зависимости концентрации изосалипурпозида, салипурпозида и хлорогеновой кислоты в извлечениях от объема экстрагента в координатах, предсказанных теорией, представлены на рис.1, 2 и 3. Как видно из представленных данных на рис. 1, 2 и 3 экспериментальные точки очень хорошо аппроксимируются регрессионными линейными уравнениями в предсказанных теорией координатах 1/ С=f(V). При этом коэффициент детерминации, имеет значение R²≥0,998, что говорит о функциональной зависимости между изучаемыми параметрами и подтверждает адекватность уравнения (2). Далее, полученные результаты использовали для построения регрессионных линейных уравнений зависимости константы Генри для изосалипурпозида, салипурпозида и хлорогеновой кислоты от температуры в координатах, предсказанных теорией, которые представлены на рис.4. Как видно из представленных данных на рис.4, зависимость константы Генри от температуры для изосалипурпозида, салипурпозида и хлорогеновой кислоты, очень хорошо аппроксимируются регрессионными линейными уравнениями в предсказанных теорией координатах ln(b/a)=f(1/T). При этом коэффициент детерминации, также имеет высокое значение R²≥0,998, что говорит о функциональной зависимости между изучаемыми параметрами и подтверждает адекватность уравнения (3). Однако полученные результаты выявили дополнительную константу (g) в уравнении (3), которая не предсказывалась теорией, что требует внесения экспериментально найденной константы (g=ln(mp /100)) в исходное уравнение (1). Значения констант (ΔG, g и mp ) для БАВ из цветков бессмертника песчаного, которые были найдены согласно теоретически предложенных уравнений (2) и (3), а также эксперимента, представлены в табл.2. Как видно из табл. 2, константа ΔG, которая выражает энергетику процесса распределения БАВ между фазами находится на уровне 5-20 кДж/моль, что хорошо согласуется со значениями физической адсорбции веществ на адсорбентах [24]. Данный факт говорит о том, что БАВ в ЛРС находятся в связанном, вероятнее всего адсорбционном состоянии, как это обнаружил еще в начале ХХ века Цвет М.С. [25]. Заключительную проверку выдвигаемой рабочей гипотезы проводили с помощью сравнения экспериментально найденных и теоретически рассчитанных значений общего (исходного) содержания БАВ в ЛРС (m0 /M), которые представлены в табл. 3. Как видно из табл.3, экспериментально найденные и теоретически рассчитанные значения общего (исходного) содержания БАВ в цветках бессмертника песчаного (m0 /M), достоверно не отличаются, друг от друга. Это дополнительно подтверждает адекватность уравнения (2). Таким образом, полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретически разработанными математическими моделями в виде уравнений (2) и (3). Однако эксперимент выявил необходимость введения в математическую модель дополнительной константы (g), при этом уравнение (1), примет следующий вид: (4) Следовательно, выдвигаемая рабочая гипотеза относительно того, что механизм распределения БАВ между фазами в экстракционной системе объясняется и описывается классическим распределением Больцмана для дискретных значений энергии молекул (или квантовым распределением Ферми-Дирака), не отвергается. В целом выдвигаемая рабочая гипотеза и разработанная на ее основе математическая модель: объясняет механизм распределения БАВ в экстракционной системе между фазами; позволяет найти необходимые константы; прогнозировать равновесную (предельную) концентрацию БАВ в извлечении; и подобрать/рассчитать оптимальные значения объема и температуры экстрагента для достижения заданной степени истощения ЛРС по БАВ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложена рабочая гипотеза, которая объясняет и количественно описывает распределение БАВ в экстракционной системе из цветков бессмертника песчаного и этанола 80% об. С помощью рабочей гипотезы разработаны математические модели, адекватность которых доказана с помощью регрессионного анализа в предсказанных теорией координатах. Найдены значения констант, которые входят в математическую модель. Экспериментально обнаружена необходимость введения в модель дополнительной константы. Полученные результаты не отвергают гипотезу, что механизм распределения БАВ между фазами в экстракционной системе объясняется и описывается классическим распределением Больцмана для дискретных значений энергии молекул (или квантовым распределением Ферми-Дирака).About the authors
N. N. Boyko
Belgorod National Research University
Email: boykoniknik@gmail.com
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
E. T. Zhilyakova
Belgorod National Research University
Email: ezhilyakova@bsu.edu.ru
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
A. Yu. Malyutina
Belgorod National Research University
Email: malyutina_a@bsu.edu.ru
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
D. K. Naplekov
Belgorod National Research University
Email: 783767@bsu.edu.ru
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
N. N. Shestopalova
Belgorod National Research University
Email: shestopalova@bsu.edu.ru
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
D. S. Martceva
Belgorod National Research University
Email: martseva@bsu.edu.ru
Laboratory of Drugs Technology, department of Pharmaceutical Technology
O. O. Novikov
Test Department "Drugs quality control center" of the Shared Research and Education Center Peoples' Friendship University of Russia
Email: ole9222@yandex.ru
D. I. Pisarev
Test Department "Drugs quality control center" of the Shared Research and Education Center Peoples' Friendship University of Russia
Email: juniper05@mail.ru
P. G. Mizina
All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants
Email: mizina-pg@yandex.ru
References
- Helichrysum arenarium subsp. arenarium: phenolic composition and antibacterial activity against lower respiratory tract pathogens / A.C. Gradinaru// Natural Product Research. 2014. Vol. 28, Is. 22. P. 2076-2080. doi: 10.1080/14786419.2014.924931.
- Sandy Everlasting (Helichrysum arenarium (L.) Moench): Botanical, Chemical and Biological Properties / D. Pljevljakusic// Front. Plant. Sci. 2018. Vol. 9. P. 1123. doi: 10.3389/fpls.2018.01123.
- Phytochemical analysis, antioxidant and antimicrobial activities of Helichrysum arenarium (L.) Moench. and Antennaria dioica (L.) Gaertn. Flowers / M. Babota// Molecules. 2018. Vol. 23, Is. 2. P. 409. doi: 10.3390/molecules23020409.
- Anti-atherosclerotic activities of flavonoids from the flowers of Helichrysum arenarium L. Moench through the pathway of anti-inflammation / Z. Mao// Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017. Vol. 27. P. 2812-2817. doi: 10.1016/j.bmcl.2017.04.076.
- WHO monographs on medicinal plants commonly used in the Newly Independent States (NIS). Geneva: World Health Organization, 2010. 441 p.
- Effect of flavone fractions of Helichrysum arenarium on liver lesions / J. Jelinek// Cesk Fysiol. 1960. Vol. 9. P. 289-290. (in Czech)
- Rashba E., Mostovova G. Relation of the antibacterial properties of Arenarin to the time of harvesting of Helichrysum arenarium and other factors // Mikrobiol Zh. 1962. Vol. 24, Is. 2. P. 48-55. (in Ukr)
- Szadowska A. Pharmacological action of the galenicals and flavonoids isolated from Helichrysum arenarium // Acta Pol Pharm. 1962. Vol. 19. P. 465-479. (in Polish)
- In vitro antioxidant properties of Helichrysum arenarium (L.) Moench. / E. Czinner// J Ethnopharmacol. 2000. Vol. 73, Is. 3. P. 437-43. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-8741(00)00304-4.
- Противотуберкулезная активность экстракта бессмертника песчаного (Helichrysum arenarium) in vitro / B. В. Скворцова// Экспериментальная и клиническая фармакология. 2015. Т. 78, N 2. С.30-33.
- Anti-atherosclerotic activities of flavonoids from the flowers of Helichrysum arenarium L. Moench. through the pathway of anti-inflammation / Z. Mao// Bioorg Med Chem Lett. 2017. Vol.27, Is. 12. P. 2812-2817. doi: 10.1016/j.bmcl.2017.04.076.
- Гудзенко А.В., Цуркан А.А. Разработка подходов к стандартизации цветков бессмертника песчаного (Helichrysum arenarium (L.) Moench) в растительных смесях // Фармация и фармакология. 2014. Т. 2, N 1(2). C. 29-34. DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2014-2-1(2)-29-34.
- Cytogenetic effects of Helichrysum arenarium in human lymphocytes cultures / H.E. Eroglu// Turk J Biol. 2010. Vol. 34. P. 253-259. doi: 10.3906/biy-0906-31.
- Helichrysum italicum: From traditional use to scientific data. Review / D.A. Viegas// Journal of Ethnopharmacology. 2014. Vol. 151, Is. 1. P. 54-65. doi: 10.1016/j.jep.2013.11.005.
- Phytochemical Analysis, Antioxidant and Antimicrobial Activities of Helichrysum arenarium (L.) Moench. and Antennaria dioica (L.) Gaertn. Flowers / M. Babota// Molecules. 2018. Vol. 23, Is. 2. P. 409. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules23020409.
- Попова Н.В., Литвиненко В.И., Куцанян А.С. Лекарственные растения мировой флоры: энциклопед. справочник. Харьков: Дка плюс, 2016. 540 с.
- Куркина А.В., Рыжов В.М., Авдеева Е.В. Определение содержания изосалипурпозида в сырье и препаратах бессмертника песчаного // Химико-фармацевтический журнал. 2012. Т. 46, N 3. С.28-33. DOI: https://doi.org/10.1007/s11094-012-0753-9.
- Лгтвшенко В.И., Попова Н.В., Волькович О.О. Цмини - ботаычна характеристика, хiмiчний склад та застосування // Фармаком. 2001. N 9. С. 9-15. (на Укр.)
- Helichrysum arenarium subsp. arenarium: phenolic composition and antibacterial activity against lower respiratory tract pathogens / A.C. Gradinaru// Natural Product Research. 2014. Vol. 28, Is. 22. P. 2076-2080. doi: 10.1080/14786419.2014.924931.
- Biologically active compounds of Helichrysum arenarium (L.) Moench. Eur / E. Czinner// J Drug Metab Pharmacokinet. 1999. Vol. 24, Is. 4. P. 309-313. DOI: https://doi.org/10.1007/BF03190038.
- Изучение и моделирование влияния растворителя на экстракцию изосалипурпозида из Helichrysi arenarii flores / Н.Н. Бойко// Фармация и фармакология. 2018. Т. 6, N 4. С. 340-350. doi: 10.19163/2307-9266-2018-6-4-340-350
- Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV издание. Том I и IV. Москва: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2018.
- Studying the polyphenolic structure of Laurus Nobilis L. leaves / E.T. Zhilyakova// Indo Am. J. Pharm. Sci. 2017. Vol. 4, Is. 9. P. 3066-3074.
- Макаревич Н.А. Богданович Н.И. Теоретические основы адсорбции: учебное пособие. Архангельск: САФУ, 2015. 362 с.
- Цвет М. С. Хроматографический адсорбционный анализ. М.: Издательство Юрайт, 2017. 206 с.
Supplementary files
![](/img/style/loading.gif)