Astrakhan, Astrakhan, Russian Federation
Astrakhan, Astrakhan, Russian Federation
Astrakhan, Russian Federation
Introduction. Today, the study of carotenoids is one of the promising areas in medical science. Inter-est in this group of biologically active substances is based on the identified possibilities of their use in the treatment and prevention of a wide range of diseases. The main mechanism of action of carote-noids is based on the protection of the cell membrane from exposure to free radicals and reactive oxy-gen species. A rich source of carotenoids is plant foods, including plant raw materials. Therefore, the search for new plant sources of carotenoids is one of the primary tasks of modern medicine. Some of the priority plants for study are Scutellaria baicalensis Georgi and Scutellaria galericulata L., growing in the Astrakhan region. The purpose of the study was to quantify the sum of carotenoids in the plant raw materials Scutellaria baicalensis Georgi and Scutellaria galericulata L. Research materials and methods. The object for analysis was the plant raw materials (aboveground part) Scutellaria bai-calensis Georgi and Scutellaria galericulata L., collected and prepared in the Astrakhan region in Sep-tember 2019 and 2020. The determination of quality and carotenoid content indicators was carried out in accordance with the requirements of the general pharmacopoeial and pharmacopoeial articles of the State Pharmacopoeia of the XIV edition. Study results. The total content of carotenoids of several rep-resentatives of the Yasnotkovs family, prepared in different years, was determined. It was found that the highest carotenoid content is typical for Scutellaria baicalensis Georgi (40.16 mg%) in the above-ground part harvested in 2020. Conclusion. The data obtained during the study can be used as a justi-fication for the use of this vegetable raw material as a source of carotenoids.
carotenoids, biologically active substances, pigment, biologically active additive, xanthophylls, α and β -carotine, retinol, plant raw materials, Scutellaria baicalensis Georgi, Scutellaria galericulata L.
Введение. Каротиноиды представляют собой биологически активные соединения, относящиеся к группе природных пигментов, синтезирующихся как в прокариотических, так и в эукариотических клетках. Они оказывают существенное влияние на структурную организацию фотосинтетических мембран и являются основой зрительных пигментов, реализующих базовые реакции цветоощущения [1]. Использование каротиноидов в фармацевтической и парафармацевтической практике является основой для производства природных красителей, биологически активных добавок (БАД), парфюмерной и косметической продукции [2].
Существует большое разнообразие каротиноидов, которые включают в себя две основные группы структурно близких веществ: каротины и ксантофиллы. Основным представителем каротинов является -каротин, а ксантофиллов – разнообразные группы окисленных каротинов [3]. Особый интерес представляют различные модификации данных компонентов, поскольку именно они определяют специфичность синтеза и функционирование отдельных молекул каротиноидов. Например, известно, что -каротин содержится у бактерий, грибов и большинства фотосинтезирующих организмов, в то время как α-каротин будет синтезироваться в хлоропластах водорослей и высших растений, имеющих две фотосистемы [4]. Именно поэтому проведение исследований, направленных на специфическое изучение схемы синтеза каротиноидов и локализации их отдельных групп в растительном сырье, является актуальным направлением современной медицинской науки [5].
Обзор литературы. Богатым источником каротиноидов является растительная пища, в том числе растительное сырье, которое содержит в своем составе разнообразные группы ксантофиллов, являющихся основными функциональными центрами ненасыщенных углеводородов и их кислородсодержащих производных. Согласно литературным данным растения семейства Яснотковых (Lamiaceae) обладают богатым химическим составом и широким диапазоном биологической активности. Приоритетными растениями для изучения являются Шлемник байкальский (Scutellaria baicalensis Georgi) и Шлемник обыкновенный (Scutellaria galericulata L.), которые, как и все эукариоты, обладающие оксигенным фотосинтезом, накапливают каротиноиды в основном в надземной части [6]. Кроме того, современные исследования каротинов и ксантофиллов виолаксантинового цикла доказали, что они обладают антиоксидантной активностью и участвуют в образовании пигмент-белкового комплекса фотосистем I и II [7].
Большинство каротиноидов обладает специфическим терпеноидным строением, углеродный скелет которых построен из восьми единиц изопентенилдифосфата. Основополагающую роль в биосинтезе и определении стабильности молекулы каротиноида играет его изомерная структура. В природе представители данного класса биологически активных соединений представлены как в цис-, так и в транс-форме. При этом цис-изомеры являются наиболее нестабильными, что приводит к образованию смеси изомеров, благодаря действию фотосенсибилизаторов. Более стабильные транс-изомеры имеют высокую оптическую плотность и точку плавления. Представленные характеристики позволяют определить влияние конфигурации молекул на биосинтез и локализацию каротиноидов [8].
Согласно литературным данным биохимический процесс образования каротиноидов в сырье Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., протекает по двум альтернативным путям биосинтеза, предполагающим разные исходные метаболиты, при этом этапы остаются неизменными. Образование каротиноидов может протекать по ацетатно-мевалонатному пути, образуя изопентенилдифосфат (ИПДФ) и диметилаллилдифосфат (ДМАДФ), и по глицеральдегидфосфат-пируватному пути, способствуя формированию гидроксиэтилтиаминдифосфата и глицеральдегид-3-фосфата [9]. К основным этапам образования каротиноидов в растительной клетке относят: синтез изопреноидов, формирование дитерпенов, синтез фитоина, дегидрирование, циклизация и гидроксилирование. Так образуются циклические ксантофиллы высших растений [10].
Наиболее важными циклическими производными каротиноидов для человека являются -каротин (рис. 1), α-каротин (рис. 2) и криптоксантин (рис. 3), которые являются предшественниками витамина А, а также лютеин (рис. 4) и ликопин (рис. 5), обладающие выраженной антиоксидантной активностью, не являясь предшественниками витамина А [11].
Рис. 1. Структурная формула -каротина
Fig. 1. Structural formula of -carotene
Рис. 2. Структурная формула α-каротина
Fig. 2. Structural formula of α-carotene
Рис. 3. Структурная формула криптоксантина
Fig. 3. Structural formula of cryptoxanthin
Рис. 4. Структурная формула лютеина
Fig. 4. Structural formula of lutein
Рис. 5. Структурная формула ликопина
Fig. 5. Structural formula of lycopene
При недостатке каротиноидов в организме человека страдает темновая адаптация сетчатки, что влечет за собой развитие гемералопии. Без 11-цис-ретиналя и опсина разрушаются наружные сегменты палочек. Зрение восстанавливается только через несколько недель систематического приема каротиноидов, а в частности, ретинола. Также он участвует в синтезе прогестерона и других стероидов, сперматогенезе, ослабляет эффекты тиреоидных гормонов. Кроме того, ретинол оказывает противоопухолевое действие при эпителиальных и мезенхимных опухолях легких, мочевого пузыря, молочных желез и кожи, слабее подавляет метастазирование. Он усиливает дифференцировку опухолевых клеток в морфологически зрелые клетки. Ослабляя связи между опухолевыми клетками, он тормозит перенос маннозы на гликопротеины клеточных мембран, нарушая их межклеточное взаимодействие. Немаловажным является эффект усиления противоинфекционного иммунитета, который приводит к усилению фагоцитоза, синтеза антител, интерферонов, лизоцима и секреторного иммуноглобулина А [1, 2, 3, 12].
Представленные фармакологические эффекты использования каротиноидов в медицинской практике определяют необходимость постоянного мониторинга содержания данных веществ в рационе человека. Поскольку данные вещества приобретают активную форму в организме человека, но не синтезируются в нем, то их поступление должно коррелироваться разнообразным питанием, либо применением БАД к пище, содержащих поливитаминный комплекс [3, 11].
Одной из самых распространенных и удобных лекарственных форм, полученных из растительного сырья, являются экстракты. В медицинской практике они применяются как самостоятельные лекарственные препараты, так и для проведения комплексной терапии при лечении различных заболеваний. Поэтому перспективным направлением является получение экстракта из растительного сырья Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., поскольку богатый химический состав данного растения включает в себя широкий спектр БАВ, в том числе и каротиноиды [9, 10, 13].
Цель: провести количественное определение суммы каротиноидов в растительном сырье (надземной части) Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L.
Материалы и методы исследования. Объектом для анализа послужило растительное сырье (надземная часть) Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., собранное и заготовленное на территории Астраханской области по требованиям ОФС.1.5.1.0001.15 «Ле-карственное растительное сырье». Сбор осуществлялся в начале сентября 2019 и 2020 годов. Сушили сырье в хорошо вентилируемом помещении без попадания солнечных лучей по усло-виям общей фармакопейной статьи (ОФС) 1.5.1.0001.15 «Лекарственное растительное сырье». Заготовленное сырье хранили, следуя рекомендациям ОФС 1.1.0011.15 «Хранение лекарствен-ного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов». Взятие проб для прове-дения анализов проводили, следуя этапам, указанным в ОФС.1.1.0005.15 «Отбор проб лекар-ственного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов». Показатель влаж-ности определяли по способу отгонки гравиметрическим методом согласно методике, указан-ной в ОФС 1.5.3.0007.15 «Определение влажности лекарственного растительного сырья». Со-держание общей золы и золы, нерастворимой в 10% хлороводородной кислоте находили со-гласно ОФС.1.2.2.2.0013.15 «Зола общая» и 1.5.3.0005.15 «Зола, нерастворимая в хлористово-дородной кислоте» гравиметрическим методом по способу термогравиметрии. Количественное определение каратиноидов в мг% определяли спектрофотометрическим методом по методике, представленной фармакопейной статье (ФС) 2.5.0106.18 «Шиповника плоды» [14]. Статистиче-ская обработка было проведена согласно функциональным возможностям программного пакета «Statistica 10».
Результаты исследования и их обсуждения. Авторами работы была поставлена задача определить, насколько целесообразно использовать сырье Scutellaria baicalensis Georgi и Scutel-laria galericulata L. в медицинской практике с целью улучшения показателей содержания каро-тиноидов. Для этого было проведено исследование, результаты которого могут быть использо-ваны в дальнейшем изучении комплексного химического состава Шлемника обыкновенного и Шлемника байкальского и его активного применения в фармацевтической и медицинской прак-тиках.
Наряду с определением содержания каротиноидов в надземной части Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. получали ряд показателей, которые характеризуют качество растительного сырья: влажность ( , %), зола общая ( , %) и нерастворимая в хлористоводородной кислоте ( , %). Показатели определяли в лабораторных условиях в пяти повторениях. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1. Основные показатели растительного сырья Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L.
Table 1. The main indicators of plant raw materials Scutellaria baicalensis Georgi and Scutellaria galericulata L.
Растение Год сбора , %
( ), %
( ), %
Scutellaria baicalensis Georgi 2019 8,58±0,44 6,29±0,27 1,97±0,17
2020 9,16±0,51 5,97±0,33 1,89±0,14
Scutellaria galericulata L. 2019 7,22±0,36 7,01±0,40 1,14±0,09
2020 6,87±0,47 5,55±0,38 1,77±0,11
Содержание каратиноидов ( мг%) в надземной части Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., представлено в таблице 2.
Таблица 2. Содержание каротиноидов в надземной части Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L.
Table 2. The content of carotenoids in the aerial parts of Scutellaria baicalensis Georgi and Scutellaria galericulata L.
Растение Год сбора ( ) мг%
Scutellaria baicalensis Georgi 2019 35,08±1,59
2020 40,16±1,71
Scutellaria galericulata L. 2019 31,76±1,37
2020 38,47±1,55
Исходя из данных таблицы 1, можно сделать вывод о некоторых показателях качества, изучаемого растительного сырья (надземной части) Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. Показатель влажности надземной части лежит в пределах от 6,87 до 9,16 %, что соответствует требованиям Государственной Фармакопеи (ГФ) (не более 14%). Содержание общей золы варьируется в интервале 5,55 - 7,01% (не более 12%) и золы, нерастворимой в 10% хлороводородной кислоте 1,14 – 1,97% (не более 3%), также отвечают условиям нормативной документации.
Результаты количественного определения содержания каротиноидов в надземной части Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. свидетельствуют о их достаточном наличии (мг%). Согласно полученным данным интервал содержания составляет 31,76 - 40,16 мг%. Максимальное количество каротиноидов определено в растительном сырье Scutellaria baicalensis Georgi, что соответствует 40,16 мг% в надземной части, заготовленной в 2020 году.
Вывод. Результаты исследования, представленные в таблице 2 позволяют сделать вывод о том, что в качестве источника каротиноидов возможно применение растительного сырья Scu-tellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. Кроме того, данные растения могут быть востребованными для применения в медицинской практике, благодаря их разнообразному хи-мическому составу. Определение содержания каротиноидов и полученные результаты приме-нимы в качестве информационного поля для дальнейшего изучения различных фракций, полу-ченных из растительного сырья Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. Кроме того, возможно изучение применения изучаемого экстракта наравне с синтетическими препара-тами, обладающими более сильными фармакологическими эффектами.
Заключение. Исходя из полученных результатов, можем сделать вывод о том, что рас-тительное сырье (надземная часть) Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. яв-ляется источником каратиноидов. Данные, полученные опытным путем, представляют не только научный интерес, но и имеют практическое значение для нутрициологии и фармации, что позволяет наметить перспективу дальнейшего изучения растительного сырья Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., как объекта для создания БАД, обогащенной ка-ротиноидами.
1. Staruhina A. O., Popova A. S., Zaitsev V. G. The Quantification of Chlorophylls and Carotenoids in the Same Sample of an Individual Condition Assessment of Agricultural Plant's Seedlings // Nauchno-agronomicheskij zhurnal. 2021;2(113):18-22.
2. Smolikova G. N., Medvedev S. S. Seed carotenoids: synthesis, diversity and functions // Plant Physiology. 2015;62(1):3. (In Russ.).
3. Koldaev V. M., Kropotov A. V. Carotenoids in practical medicine // Pacific Medical Journal. 2022;1(87):65-71. (In Russ.).
4. Abdullina R. G., Denisova S. G., Pupy`kina K. A., Shigapov Z. X. The content of carotenoids in the fruits of some representatives of the genus Sorbus L. During introduction // Chemistry of plant raw materials. 2020; 1: 229-235. (In Russ.).
5. Ivaxnov A. D., Skrebecz T. E`., Bogolicyn K. G. Supercritical fluid extraction of chlorophylls and carotenoids of Laminaria digitata // Chemistry of plant raw materials. 2014; 4: 177-182. (In Russ.).
6. Chirikova N. K., Olennikov D. N., Tanxaeva L. M. Determination of the quantitative content of flavonoids in the aerial part of the Baikal skullcap (Scutellaria Baicalensis Georgi) // Chemistry of plant raw materials. 2009; 4: 99-105. (In Russ.).
7. Olennikov D. N., Chirikova N. K., Tanxaeva L. M. Phenolic compounds of the Baikal skullcap (Scutellaria Baicalensis Georgi) // Chemistry of plant raw materials. 2009; 4: 89-98. (In Russ.).
8. Maslova T. G., Markovskaya E. F., Slemnev N. N. Functions of carotenoids in the leaves of higher plants (re-view) // Journal of General Biology. 2020;81(4):297-310. (In Russ.).
9. Dudeczkaya N. A., Teslov L. S., Anisimova N. A. Flavonoid composition of species of the genus Scutellaria (Lamiaceae) of the Russian flora // Plant Resources. 2010. T. 46. № 2. S. 159-174. (In Russ.).
10. Dudeczkaya N. A., Teslov L. S., Sipkina N. Yu. Composition and content of phenolic compounds in the aer-ial part of Scutellaria galericulata (Lamiaceae) // Plant Resources. 2011;47(4):95-104. (In Russ.).
11. Kuzneczova, T. A. Nikitina M. S., Sevast`yanova A. D. Directed cultivation of Chlorella sorokiniana to in-crease the synthesis of carotenoids // Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;4(82):34-39. (In Russ.).
12. Dejneka V. I., Burzhinskaya T. G., Dejneka L. A., Blinova I. P. Determination of carotenoids in tomato fruits of various colors // Journal of Analytical Chemistry. 2021;76(2):135-142. (In Russ.).
13. Trineeva O. V., Slivkin A. I., Safonova E. F. Determination of hydroxycinnamic acids, carotenoids and chlo-rophyll in the leaves of nettle (Urtica dioica L.) // Chemistry of plant raw materials. 2015; 3: 105-110. (In Russ.).
14. State Pharmacopoeia XIV edition. - 2018. - Access mode: http://femb.ru/femb/pharmacopea.php, free (ac-cessed 25.09.2022). (In Russ.).
