Астрахань, Астраханская область, Россия
Астрахань, Астраханская область, Россия
Астрахань, Россия
Введение. На сегодняшний день изучение каротиноидов является одним из перспективных направлений в медицинской науке. Интерес к данной группе биологически активных веществ основан на выявленных возможностях их применения в лечении и профилактике широкого спектра заболеваний. Основной механизм действия каротиноидов основан на защите мембраны клеток от воздействия на них свободных радикалов и активных форм кислорода. Богатым источником каротиноидов является растительная пища, в том числе растительное сырье. Поэтому поиск новых растительных источников каротиноидов является одной из первостепенных задач современной медицины. Одними из приоритетных растений для изучения являются Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L., произрастающие на территории Астраханской области. Целью исследования явилось проведение количественного определения суммы каротиноидов в растительном сырье Scutellaria baicalensis Georgi и Scutellaria galericulata L. Матери-алы 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 в сентябре 2019 и 2020 гг. Определение показателей качества и содержания каротиноидов было выполнено согласно требованиям общих фармакопейных и фармакопейных статей Государственной фармакопеи XIV издания. Результаты исследования. Определено суммарное содержание каротиноидов нескольких представителей семейства Яснотковых, заготовленные в разные года. Было установлено, что наибольшее содержание ка-ротиноидов характерно для Scutellaria baicalensis Georgi (40,16 мг%) в надземной части, заготовленной в 2020 году. Заключение. Данные, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в качестве обоснования использования данного растительного сырья в качестве источника каротиноидов.
каротиноиды, биологически активные вещества, пигмент, биологически активная добавка, ксан-тофиллы, α и β-каротин, ретинол, растительное сырье, 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 // Научно-агрономический журнал. 2021. № 2(113). P. 18-22.
2. Смоликова Г. Н., Медведев С. С. Каротиноиды семян: синтез, разнообразие и функции // Физиология растений. 2015. Т. 62. № 1. С. 3.
3. Колдаев В. М., Кропотов А. В. Каротиноиды в практической медицине // Тихоокеанский медицинский журнал. 2022. № 1(87). С. 65-71.
4. Абдуллина Р. Г., Денисова С. Г., Пупыкина К. А., Шигапов З. Х. Содержание каротиноидов в плодах некоторых представителей рода Sorbus L. При интродукции // Химия растительного сырья. 2020. № 1. С. 229-235.
5. Ивахнов А. Д., Скребец Т. Э., Боголицын К. Г. Сверхкритическая флюидная экстракция хлорофиллов и каротиноидов Laminaria digitata // Химия растительного сырья. 2014. № 4. С. 177-182.
6. Чирикова Н. К., Оленников Д. Н., Танхаева Л. М. Определение количественного содержания флавоноидов в надземной части шлемника байкальского (Scutellaria Baicalensis Georgi) // Химия растительного сырья. 2009. № 4. С. 99-105.
7. Оленников Д. Н., Чирикова Н. К., Танхаева Л. М. Фенольные соединения шлемника байкальского (Scutellaria Baicalensis Georgi) // Химия растительного сырья. 2009. № 4. С. 89-98.
8. Маслова Т. Г., Марковская Е. Ф., Слемнев Н. Н. Функции каротиноидов в листьях высших растений (обзор) // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81. № 4. С. 297-310.
9. Дудецкая Н. А., Теслов Л. С., Анисимова Н. А. Флавоноидный состав видов рода Scutellaria (Lamiaceae) флоры России // Растительные ресурсы. 2010. Т. 46. № 2. С. 159-174.
10. Дудецкая Н. А., Теслов Л. С., Сипкина Н. Ю. Состав и содержание фенольных соединений в надзем-ной части Scutellaria galericulata (Lamiaceae) // Растительные ресурсы. 2011. Т. 47. № 4. С. 95-104.
11. Кузнецова, Т. А. Никитина М. С., Севастьянова А. Д. Направленное культивирование Chlorella sorokiniana с целью увеличения синтеза каротиноидов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2019. Т. 81. № 4(82). С. 34-39.
12. Дейнека В. И., Буржинская Т. Г., Дейнека Л. А., Блинова И. П. Опреление каротиноидов плодов томатов различной окраски // Журнал аналитической химии. 2021. Т. 76. № 2. С. 135-142.
13. Тринеева О. В., Сливкин А. И., Сафонова Е. Ф. Определение гидроксикоричных кислот, каротиноидов и хлорофилла в листьях крапивы двудомной (Urtica dioica L.) // Химия растительного сырья. 2015. № 3. С. 105-110.
14. Государственная фармакопея XIV издание. - 2018. - Режим доступа: http://femb.ru/femb/pharmacopea.php, свободный (дата обращения 25.09.2022).
