Study of distribution of biologically active substances from flowers of helichrysum arenarium between phases of the extraction system


Cite item

Full Text

Abstract

The aim of this study is to confirm the adequacy of the proposed hypothesis, which explains and quantitatively describes the distribution of biologically active substances (BAS) within the extraction system consisting of Helichrysum arenarium flowers and the solvent using a regressive analysis for the theoretically predicted coordinates.Materials and methods. For this research, milled officinal flowers of Helichrysum arenarium (Helichrysum arenarium L. flores) were used. The analysis of the extractions was carried out by RP HPLC method. Isosalipurposide, salipurposide, and chlorogenic acid of >98.0% purity were used as reference substances. The analytical wavelengths were 370, 290, and 325 nm. Results. The obtained experimental data are well-approximated by regressive linear equations in the theoretically predicted coordinates 1/C=f(V) and ln(b/a)=f(1/T). Wherein, the coefficient of determination of regressive equations was R2>0.998, which indicates functional dependence between the studied parameters and confirms the adequacy of the developed mathematical model. The experimental work identified the necessity of implementation of additional constant values into the mathematical model.Conclusion. A new hypothesis was proposed to explain and quantitatively describe the distribution of BAS in the extraction system of Helichrysum arenarium flowers and 80% ethanol. With this working hypothesis, mathematical models were developed and their adequacy was proved using a regressive analysis in the theoretically predicted coordinates. The results obtained could not deny that a mechanism of BAS distribution between the phases is explained and described by the classic Boltzmann distribution for discrete values of molecular energy (or quantum distribution according to Fermi and Dirac).

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. WHO monographs on medicinal plants commonly used in the Newly Independent States (NIS). Geneva: World Health Organization, 2010. 441 p.
  6. Effect of flavone fractions of Helichrysum arenarium on liver lesions / J. Jelinek// Cesk Fysiol. 1960. Vol. 9. P. 289-290. (in Czech)
  7. 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)
  8. Szadowska A. Pharmacological action of the galenicals and flavonoids isolated from Helichrysum arenarium // Acta Pol Pharm. 1962. Vol. 19. P. 465-479. (in Polish)
  9. 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.
  10. Противотуберкулезная активность экстракта бессмертника песчаного (Helichrysum arenarium) in vitro / B. В. Скворцова// Экспериментальная и клиническая фармакология. 2015. Т. 78, N 2. С.30-33.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Попова Н.В., Литвиненко В.И., Куцанян А.С. Лекарственные растения мировой флоры: энциклопед. справочник. Харьков: Дка плюс, 2016. 540 с.
  17. 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.
  18. 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.)
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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
  22. Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV издание. Том I и IV. Москва: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2018.
  23. 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.
  24. Макаревич Н.А. Богданович Н.И. Теоретические основы адсорбции: учебное пособие. Архангельск: САФУ, 2015. 362 с.
  25. Цвет М. С. Хроматографический адсорбционный анализ. М.: Издательство Юрайт, 2017. 206 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2019 Boyko N.N., Zhilyakova E.T., Malyutina A.Y., Naplekov D.K., Shestopalova N.N., Martceva D.S., Novikov O.O., Pisarev D.I., Mizina P.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 67428 от 13.10.2016. 

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies