Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Лишайники хорошо известны разнообразием вторичных метаболитов , так называемыми лишайниковыми веществами. Пожалуй, наиболее известным вторичным метаболитом лишайников является усниновая кислота, которая продуцируется в родах Cladonia , Usnea , Lecanora , Ramalina , Evernia , Parmelia , Alectoria и в других родах лишайников. Усниновая кислота обладает противовирусной, антибиотической, анальгетической, противотуберкулезной и инсектицидной активностями.

Усниновая кислота продуцируется микобионтом лишайника, - это было впервые показано в работе и в дальнейшем усниновую кислоту извлекли из изолированных микобионтов лишайников рода Ramalina . Усниновая кислота впервые была выделена в 1843 г. из лишайников родов Ramalina и Usnea , годом позже характеризована как индивидуальное вещество и получила своё название. Через девять десятилетий было установлено её химическое строение.

Усниновая кислота продуцируется в лишайниках в больших количествах, составляя до 8 % от сухого веса талломов . Наблюдаются большие сезонные колебания содержания усниновой кислоты в талломах лишайников: пиковый уровень в конце весны и начале лета, и в целом низкий уровень в течение осени и зимы. Содержание усниновой кислоты коррелирует со временем наступления летнего солнцестояния, уровнями солнечной радиации и температурными условиями, зависит от места произрастания лишайника.

Усниновая кислота - кристаллическое вещество жёлтого цвета, по своему строению относится к производным дибензофурана и существует в виде двух энантиомерных форм , различающихся конфигурацией метильной группы у атома С 9b . Правовращающий энантиомер имеет R -конфигурацию ангулярной метильной группы и его удельное вращение составляет +478 (с 0.2 CHCl 3 , (град мл) (г дм) -1). Типичным продуцентом (+)-усниновой кислоты является Usnea longissima , источником левовращающего энантиомера усниновой кислоты можно назвать Cladonia stellaris (-458, c 0.2 CHCl 3 , (град мл) (г дм) -1).

Гидроксильные группы усниновой кислоты участвуют в образовании сильных межмолекулярных водородных связей . Константы диссоциации гидроксильных групп усниновой кислоты, определенные спектрофотометрическим титрованием , составляют: pKa 1 4.4 (C 3 -OH), pKa 2 8.8 (C 7 -OH), pKa 3 10.7 (C 9 -OH). Кислотность среды и соотношение нейтральной и анионной форм усниновой кислоты, по предположению исследователей, играют важную роль в жизнедеятельности лишайника.

Гидроксильные группы этой молекулы образуют сильные внутримолекулярные водородные связи, а также способны формировать межмолекулярные водородные связи, что может способствовать быстрой передаче избыточной энергии, полученной лишайниками от Солнца, окружающей среды в виде тепла.

Наличие резорцинового цикла и системы сопряжённых карбонильных групп способствуют тому, что молекула усниновой кислоты широко поглощает в ближнем УФ (320-400 нм), среднем УФ (280-320 нм) и дальнем УФ (ниже 280 нм) диапазонах. Следует отметить, что этот метаболит выступает в качестве эффективного солнцезащитного средства для лишайников. Это позволяет лишайникам, например, при условии долгого пребывания на солнце в жарких пустынях снизить вредное воздействие солнечного излучения.

Основным способом получения усниновой кислоты, начиная с первых исследований в XIX в и до наших дней, является экстрагирование лишайников органическими растворителями и последующие осаждение из экстракта или его перекристаллизация. Усниновая кислота хорошо растворяется в бензоле , хлороформе , амиловом спирте , ледяной уксусной кислоте, малорастворима в этаноле , петролейном эфире , диэтиловом эфире и нерастворима в воде .

Усниновая кислота

Усни́новая кислота́ является одним из специфических лишайниковых веществ, которые образуются в процессе метаболизма и не встречаются в других группах организмов. Название происходит от рода лишайников Usnea .

Среди свойств усниновой кислоты, как биологически активной, для человека наибольший интерес представляет ее антибактериальная активность, которая уже нашла применение в медицине: препарат бинан (натриевая соль усниновой кислоты) применяется при лечении многих заболеваний, в том числе, против туберкулеза , а также как противоожоговое средство, которое можно купить в аптеках. Это и определило интерес к усниновой кислоте.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Усниновая кислота" в других словарях:

УСНИНОВАЯ КИСЛОТА (C - 18H16O7) лишайниковое вещество, встречается в слоевищах многих лишайников, обладает широким антибиотическим спектром действия и высокими бактериостатическими и бактерицидными свойствами. На базе У. к. создан отечественный антибиотический препарат … Словарь ботанических терминов

Цетрария снежная … Википедия

Экономическое значение лишайников в жизни человека велико. Во первых, это важнейшие кормовые растения. Лишайники служат основным кормом для северных оленей животных, играющих большую роль в жизни народов Крайнего Севера. Основу… … Биологическая энциклопедия

Полифилетическая группа грибов Эрнст Генрих Геккель … Википедия

Лишайники (лат. Lichenes) симбиотические ассоциации грибов (микобионт) и микроскопических зелёных водорослей и/или цианобактерий (фотобионт); микобионт образует слоевище (таллом), внутри которого располагаются клетки фотобионта. Группа… … Википедия

В состав лишайников входят многие элементы и вещества. Все их можно разделить на две большие группы первичные и вторичные. К первичным относятся те вещества, которые непосредственно принимают участие в клеточном обмене веществ; из них… … Биологическая энциклопедия

Лишайники чрезвычайно широко распространены на земном шаре, они встречаются почти во всех наземных и даже некоторых водных экосистемах. Особенно велика их роль в тундровых, лесотундровых и лесных биогеоценозах, где они составляют заметную … Биологическая энциклопедия

Под именем О. известен в продаже красильный продукт темно фиолетового цвета, приготовляемый из различных пород лишаев и употребляемый для окрашивания шелка и шерсти в различные смешанные цвета. О. представляет одно из наиболее древних красильных… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Обширная группа органических соединений, содержащихся в лишайниках (См. Лишайники). Встречаются во многих родах лишайников (Ramalina, Evernia, Cladonia, Anzia и др.). Обычно для каждого вида лишайников характерно несколько определённых Л … Большая советская энциклопедия

Вырабатываемые микроорганизмами химические вещества, которые способны тормозить рост и вызывать гибель бактерий и других микробов. Противомикробное действие антибиотиков имеет избирательный характер: на одни организмы они действуют сильнее, на… … Энциклопедия Кольера

Владельцы патента RU 2317076:

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности. Проводят экстракцию смеси лишайников родов Usnea и Cladonia органическим растворителем (хлороформ, четыреххлористый углерод, ацетон, гексан, петролейный эфир, нефрас и смеси перечисленных растворителей) с последующим выделением целевого продукта путем упаривания органического растворителя и осаждения из экстракта в системе хлороформ - спирт (1:10) или из гексана. Изобретение позволяет повысить выход до 0.99-2.44%.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и касается получения усниновой кислоты - (2,6-диацетил-3,7,9-тригидрокси-8,9b-диметил-9bН-дибензофуран-1-она) следующей структурной формулы I:

Усниновая кислота - желтое кристаллическое вещество с остовом дибензофурана обладает высокой активностью по отношению ко многим патогенным организмам вирусной, бактериальной и грибковой природы, благодаря своим свойствам используется в косметике, стоматологии и других областях медицины. Хорошим источником усниновой кислоты являются различные виды лишайников, например лишайники родов Usnea и Cladonia, в которых это соединение является основным метаболитом.

Известны способы получения усниновой кислоты путем экстрагирования лишайника бензолом, которые отличаются стадией выделения чистого вещества из сухого экстракта.

По способу, описанному в [Моисеева Е.Н. Биохимические свойства лишайников и их практическое значение. Изд. АН СССР, 1961, с.43-47.], лишайник экстрагируется бензолом, бензол удаляется, сухой экстракт лишайника обрабатывается хлороформом, хлороформный экстракт упаривается, остаток обрабатывается холодным спиртом, выпавшие кристаллы усниновой кислоты далее еще раз растворяют в горячем хлороформе и высаживают холодным спиртом и эфиром. Таким образом, процедура извлечения усниновой кислоты из экстракта многостадийная, а достигаемый выход составляет всего 0.66%.

По изобретению [А.с. СССР 833255, МКИ3 А61К 35/82. Способ получения усниновой кислоты, БИ №20, 1981] выход целевого продукта также невысок - 0.76%. Способ заключается в экстрагировании лишайника бензолом, удалении бензола, обработки сухого остатка хлороформом, после чего извлеченная из экстракта усниновая кислота очищается с использованием силикагеля. Сначала загрязненная усниновая кислота в растворе наносится на силикагель, растворитель удаляется, а целевой продукт элюируется с силикагеля на колонке смесью бензол - хлороформ. Такой многоступенчатый способ очистки с использованием силикагеля не является технологичным и будет затруднять выделение больших количеств усниновой кислоты.

В качестве прототипа выбран способ [Моисеева Е.Н. Биохимические свойства лишайников и их практическое значение. Изд. АН СССР, 1961, с.43-47.], которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения.

Задачей изобретения является создание технологичного способа получения усниновой кислоты из доступного сырья с высоким выходом.

Поставленная задача решается способом экстракции воздушно-сухого сырья доступными растворителями при кипячении с последующим выделением чистой усниновой кислоты в виде желтых кристаллов при выдерживании раствора после частичного удаления экстрагента либо при растворении сухого экстракта при нагревании в смеси хлороформ - этиловый спирт (1:10) с последующим охлаждением раствора, причем в качестве сырья - источников усниновой кислоты - используются смеси лишайников рода Usnea, которые до сих пор являются неиспользуемым отходом при лесозаготовках, а также лишайников рода Cladonia, входящиих в состав оленьего мха, широко распространенного в тундре и горном Алтае.

Лишайники рода Usnea являются источником для выделения (+)-усниновой кислоты, лишайники рода Cladonia - для выделения (-)-усниновой кислоты. А из смеси лишайников родов Usnea и Cladonia извлекается (±)-усниновая кислота.

В качестве растворителей для извлечения усниновой кислоты используются хлороформ, четыреххлористый углерод, бензол, ацетон, гексан, петролейный эфир, нефрас и смеси перечисленных растворителей в различных соотношениях. Такой подбор растворителей для экстракции и выделения основан на том, что усниновая кислота растворима в хлороформе и бензоле, в гексане, петролейном эфире и ацетоне - растворима при нагревании, трудно растворима - в этаноле. Именно поэтому усниновая кислота хорошо кристаллизуется из частично упаренного гексанового раствора или раствора в петролейном эфире и нефрасе при охлаждении; из сконцентрированного хлороформного экстракта - высаживается спиртом, или сухой экстракт при нагревании растворяется в подобранной системе хлороформ - этанол (1:10), из которой кристаллическая усниновая кислота выпадает при охлаждении.

Исходное сырье - сумма лишайников рода Usnea - заготавливалось на Алтае, собиралось на ветках пихты и ели, на участках леса, имеющих потенциальную ценность для лесозаготовок. Образцы лишайников рода Cladonia собраны на Семинском перевале (Алтай). Собранные на ветках пихты и ели лишайники рода Usnea имеют следующий состав: Usnea hirta Web., Usnea longissima Arh. (основные виды в смеси), в меньшем количестве Usnea subfloridana Stirt., Usnea glabrescens Hav. Ap.Lynge, Usnea wasmuthii Ras., Usnea glabrata (Arh.) Vain., Usnea scabrata NyL; собранные на Алтае лишайники рода Cladonia: основные виды - Cladonia uncialis (L.) Wigg., Cladonia rangiferina (L.) Web. ex Wigg., Cladonia stellaris (Opiz) Pouzard et Vezda, в меньшем количестве - Cladonia mitis (Sandst). Hustich, Cladonia pyxidata (L.) Hoffm., Cladonia crispata (Ach.) Flot, Cladonia cariosa (Ach.) Spreng.f.cariosa, Cladonia Squamosa (Scop.) Hoffm.ssp. squamosa, Cladonia gracilis (L.) Willd. Усниновая кислота может быть извлечена как из отдельных видов лишайников родов Usnea и Cladonia, так и из смесей видов и родов лишайников, перечисленных выше.

Таким образом, предлагаемый способ получения усниновой кислоты прост в технологическом исполнении и позволяет получить чистую усниновую кислоту с высоким выходом после однократного осаждения, без дополнительной очистки, он имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами:

Экстракция проводится из суммы лишайников, которые могут быть достаточно легко заготовлены в отличие от сбора индивидуальных видов;

Для извлечения усниновой кислоты используются различные растворители и смеси растворителей; отогнанный из экстракта растворитель не требует дополнительной очистки или регенерации для использования в повторных экстракциях, что весьма технологично. Растворители подобраны таким образом, что осаждаемая из растворов усниновая кислота не требует дополнительной очистки и выделяется с выходом большим, чем в способах-аналогах, указанных выше. Выход целевого продукта по предлагаемому способу составляет 0.99-2.44% против 0.66% по известному способу-прототипу.

Полученное вещество представляет собой усниновую кислоту без примесей, чистота которой доказана на основании данных спектров ЯМР 1 H и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Полученные кристаллы имеют т.пл. 198°С. Чистота по ВЭЖХ - 97-98%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 200 г воздушно-сухой измельченной смеси лишайников рода Usnea экстрагируют последовательно два раза 1.5 л хлороформа при кипячении в течение 4 часов. Растворитель отгоняют, сухой остаток составляет 6.35 г. Экстракт растворяют при кипячении в 100 мл смеси хлороформ-этанол (1:10), после охлаждения раствора из него выпадают светло-желтые кристаллы (+)-усниновой кислоты, масса отфильтрованных высушенных кристаллов составляет 2.82 г (Выход - 1.41%). [α] D   25 +395° (с 1.5, CHCl 3) ЯМР 1 Н (CDCl 3 , δ, м.д.) 1.73 С 9b -СН 3 , 2.03 С 8 -СН 3 , 2.64 и 2.65 С 10 -СН 3 и С 11 -СН 3 , 5.93 Н 4 , 10.89 С 8 -ОН, 13.21 С 6 -ОН, 18.86 С 3 -ОН.

Пример 2. 250 г воздушно-сухой измельченной смеси лишайников рода Usnea в 2 л колбе кипятят с хлороформом дважды по 4 часа (по 1.7 л хлороформа). Растворитель удаляют до объема экстракта ˜30-50 мл, добавляют в колбу 80-100 мл этилового спирта, после чего выпадают кристаллы усниновой кислоты. Осадок отделяют на воронке Бюхнера, промывают на фильтре спиртом и сушат на воздухе. Выделяют 4.3 г (+)-усниновой кислоты. [α] D   25 +390° (с 1.4, CHCl 3). Выход целевого продукта 1.72%.

Пример 3. 292.60 г воздушно-сухого лишайника Cladonia stellaris измельчают и трехкратно экстрагируют петролейным эфиром (по 1.5 л, 3 раза по 4 часа). Полученный экстракт после удаления растворителя до 0.25 л оставляют на 4-6 часов. Выпавший осадок в виде светло-желтых игл представляет собой (-)-усниновую кислоту, массой 3.00 г (Выход - 1.03%). [α] D   25 -450° (с 1.5, CHCl 3).

Пример 4. 225 г смеси лишайников родов Cladonia и Usnea (соотношение ˜1:1) экстрагируют последовательно трижды нефрасом (по 1.5 л, по 4 часа), горячий экстракт сливают, растворитель удаляют до объема 0.2-0.3 л и оставляют стоять 4-6 часов. Выпавший осадок в виде желтых игл представляет собой рацемическую (±)-усниновую кислоту массой 2.81 г (Выход - 1.25%).

Пример 5. 81.80 г лишайника Usnea filependula экстрагируют гексаном (по 1.0 л, 3 раза по 4 часа). Полученный экстракт упаривают до объема 0.25 л. Масса (+)-усниновой кислоты, выпавшей из охлажденного экстракта, составила 2.00 г (Выход - 2.44%). [α] D   25 +441° (с 1.60, CHCl 3).

Пример 6. Смесь лишайников рода Usnea массой 210 г экстрагируют при кипячении смесью ацетона и петролейного эфира ˜1:1 (по 1.5 л, 2 раза по 4 часа). Полученный экстракт упаривают досуха, затем растворяют при нагревании в ˜80 мл смеси хлороформ - этанол (1:10). После охлаждения раствора выпадают желтые кристаллы массой 2.05 г (Выход - 0.98%), которые по спектру ЯМР 1 H представляют собой усниновую кислоту. [α] D   25 +416° (с 1.64, CHCl 3).

Пример 7. Смесь лишайников рода Usnea массой 190 г экстрагируют при кипячении смесью ацетона и хлороформа ˜1:1 (по 1.5 л, 2 раза по 4 часа). Полученный экстракт упаривают досуха, затем растворяют при нагревании в ˜80 мл смеси хлороформ - этанол (1:10). После охлаждения раствора выпадают желтые кристаллы массой 2.65 г (Выход - 1.39%), которые по спектру ЯМР 1 Н представляют собой усниновую кислоту. [α] 0   25 +414° (с 1.60, CHCl 3).

Способ получения усниновой кислоты из лишайников путем экстракции органическим растворителем с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве лишайников используют смесь лишайников родов Usnea и Cladonia, в качестве органических растворителей - хлороформ, четыреххлористый углерод, ацетон, гексан, петролейный эфир, нефрас и их смеси, а выделение проводят путем упаривания органического растворителя и осаждения из экстракта в системе хлороформ-спирт (1:10) или из гексана.

Похожие патенты:

Изобретение относится к лекарственным средствам и касается депигментирующей композиции для кожи, которая содержит адапален и по меньшей мере одно депигментирующее вещество, выбранное из производных фенола, таких как гидрохинон или 4-гидроксианизол в физиологически приемлемом носителе.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при определении целевой доставки в желудочно-кишечном тракте твердой лекарственной формы с защитным покрытием.

1 Институт экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук

2 Северный Арктический федеральный университет им. М.В. Ломоносова

3 Институт экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук, Северный Арктический федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Значительно возросший интерес к биологически активным веществам растительного происхождения объясняется широким спектром фармакологической активности биоактивных веществ. Среди них особое место занимает усниновая кислота, которая обладает высоким противомикробным, антиоксидантным, противоопухолевым, а также иммуностимулирующим свойствами. В?данной статье проведен сравнительный анализ методов извлечения усниновой кислоты из лишайника рода Cladonia stellaris. Рассмотрены традиционные методы экстракции (мацерация, перколяция), их модификации (использование техники сверхвысокочастотного излучения) и современные (применение суб- и сверхкритических растворителей), отмечены их достоинства и недостатки. Показано, что высокоэффективным является метод сверхкритической флюидной экстракции диоксидом углерода, позволяющий с высоким выходом получить усниновую кислоту (до 2,39?% от массы а.с. лишайникового сырья), при этом экстракт содержит 90–100?% усниновой кислоты.

лишайники

методы экстракции

усниновая кислота

1. Кершенгольц Б.М., Ремигайло П.А., Шеин А.А., Кершенгольц Е.Б. // Дальневосточный медицинский журнал. – 2004. – № 1. – С. 25–29.

2. Коптелова Е.Н., Кутакова Н.А., Третьяков С.И. Извлечение экстрактивных веществ и бетулина из бересты при воздействии СВЧ-поля // Химия растительного сырья. – 2013. – № 4. – С. 159–164.

3. Моисеева Е.Н. Биохимические свойства лишайников и их практическое значение. – М.: Изд. АН СССР, 1961. – 82 с.

4. Пичугин А.А., Тарасов В.В. Суперкритическая экстракция и перспективы создания новых бессточных процессов // Успехи химии. – 1991. – Т. 60. – С. 2412–2421.

5. Подтероб А.П. Химический состав лишайников и их медицинское применение // Химико-фармацевтический журнал. – 2008. – Т. 42. – № 10. – С. 32–38.

6. Соколов Д.Н., Лузина О.А., Салахутдинов Н.Ф. Усниновая кислота: получение, строение, свойства и химические превращения // Успехи химии. – 2012. – Т 81. – № 8. – С. 747–768.

7. Manojlovic N.T., Vasiljevic P.J., Maskovic P.Z., Juskovic M., Bogdanovic-Dusanovic G. // Evid Based Complement Altrnat Med. – 2012. – № 1. – С. 1–8.

Для каждого вида лишайника характерно наличие определенных лишайниковых кислот (например, усниновая, протолихестериновая, лихестериновая кислоты характерны для лишайников рода Сladonia), что служит их систематическим признаком. Усниновая кислота (УК) – желтое кристаллическое вещество, по структуре относящееся к дибензофуранам, обладает высокой активностью по отношению ко многим патогенным организмам вирусной, бактериальной и грибковой природы и имеет антиоксидантные, противоопухолевые, иммуностимулирующие и гепатопротекторные свойства (используется в составе БАД для снижения веса), что позволяет успешно использовать ее при лечении заболеваний различной этиологии . Благодаря таким свойствам применяется в фармакологии, косметике, стоматологии и других областях медицины . Однако, несмотря на положительный опыт использования УК во многих разделах клинической медицины, производство лекарственных средств на ее основе не налажено. Вероятно, известные методы выделения биоактивных веществ из лишайникового сырья не дают желаемых результатов. Известно около 70 видов лишайников, содержащих усниновую кислоту. Однако промышленное значение могут иметь только те из них, в которых количество этой кислоты составляет не менее 0,5 %. Перспективным источником усниновой кислоты является род лишайника Cladonia, в котором это соединение является основным метаболитом.

Классическими методами выделения биологически активных соединений из растительного сырья являются экстракционные с применением органических растворителей. К ним относятся мацерация (настаивание), перколяция (непрерывная фильтрация экстрагента сквозь слой сырья), реперколяция. Для выделения лишайниковых кислот используют различные органические растворители: бензол, ацетон, гексан, этанол, петролейный эфир, хлороформ или их смеси для увеличения выхода целевого продукта . Достоинством этих способов является простота исполнения и оборудования. К недостаткам относятся длительность процесса экстракции, повышенное содержание примесей в экстрактах, трудоемкость, использование значительных объемов растворителей, часто высокая токсичность и летучесть применяемых органических растворителей. Однако, несмотря на указанные недостатки, эти методы находят свое применение в настоящее время, но чаще в модифицированном виде. К таким способам можно отнести экстракцию с использованием техники сверхвысокочастотного излучения (СВЧ).

Наряду с вышеперечисленными традиционными методами экстракции в настоящее время используют современные способы экстрагирования, такие как сверхкритическая флюидная экстракция (СКФЭ), экстракция субкритическими растворителями, ускоренная экстракция жидкими растворителями (ASE), которые позволяют выделять продукты экстракции из растительного сырья, не приводя к их деструкции и максимально сохраняя биологическую ценность всех компонентов. В связи с этим многочисленные исследования, проводимые в России и за рубежом, посвященные разработке новых способов извлечения биологически активных веществ из природных матриц и исследованию их свойств интенсивно расширяются.

Целью данной работы являлось сравнительное изучение возможности выделения усниновой кислоты из лишайникового сырья традиционными методами и методами с использованием современных технологий.

Объектами настоящего исследования являлись слоевища лишайников рода Cladonia stellaris, произрастающие на субарктической территории РФ. Образцы лишайников были собраны на острове Русский Кузов, Белое море.

Воздушно-сухое лишайниковое сырье, предварительно очищенное от механических примесей, измельчали на лабораторной мельнице ЛН-201. Элементный анализ сырья проводили на элементном анализаторе EvroEA 3000 (конфигурация ). Образец лишайника содержит 42,9 ± 1,7; 6,68 ± 0,27; 1,19 ± 0,05 % С, Н, и N соответственно, влажность – 6,68 %, зольность – 0,73 %. Для оценки биобезопасности сырья определяли содержание ряда токсичных (в том числе тяжелых металлов), а также биогенных элементов. Анализ выполнен на последовательном волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре XRF-1800. Элементный состав золы лишайника характеризуется преимущественным содержанием биогенных элементов: калия (27,17 %), магния (5,59 %) и фосфора (7,85 %). Другие элементы (включая некоторые тяжелые металлы) такие как S, Cl, Ti, Mn, Cr, Sr, Br, Cu, Rb, Ni, Pb, присутствуют в количестве менее 1 %, что не оказывает существенного влияния на жизнедеятельность лишайника и выделение из него БАВ.

Выделение лишайниковых кислот проводили различными методами:

– экстракцией органическими растворителями методом настаивания;

– экстракцией органическими растворителями на аппарате Сокслета;

– экстракцией с использованием техники СВЧ;

– ускоренной экстракцией жидкими растворителями;

– сверхкритической флюидной экстракцией диоксидом углерода;

– экстракцией субкритическим диоксидом углерода.

Усниновую кислоту идентифицировали методом ВЭЖХ. Хроматографическое разделение производили на приборе LC-30 Neexera (Shimadzu, Япония). Детектирование проводили с использованием спектрофотометрического детектора, диодная матрица при длине волны 280 нм. Образцы растворяли в ацетоне, фильтровали и вводили в хроматографическую систему. С использованием стандартного образца УК фирмы Aldrich были построены калибровочная зависимость площади пика от концентрации в диапазоне от 1 мкг/л до 0,1 мг/л. Зависимость линейна с коэффициентом корреляции более 0,99.

Экстракция органическими растворителями методом настаивания

Мацерация представляет собой обыкновенное вымачивание в растворителе, при котором происходит разрыхление клеточных стенок растительного сырья и растворение экстрагированных веществ. Навеску лишайника около 5 г помещали в колбу с этиловым спиртом. Настаивание проводили в сушильном шкафу при температуре 70 °С в течение 30 минут. Содержание УК в экстракте составило 24 %, а выход УК от массы а.с. лишайникового сырья – 0,27 %. Для повышения выхода УК данным методом длительность процесса экстракции необходимо значительно увеличить.

Экстракция органическими растворителями на аппарате Сокслета

При перколяции растворитель проходит (просачивается) через слой измельченного сырья и «вымывает» целевые компоненты. Патрон с навеской около 5 г лишайника помещали в аппарат Сокслета. В качестве экстрагента использовали ацетон, этанол или хлороформ (марка хч), продолжительность перколяции – 30–60 мин (таблица).

Выход УК при экстракции различными растворителями на аппарате Сокслета

Несмотря на простоту, традиционная экстракция не позволяет получить УК с высоким выходом простым экстрагированием, т.к. растительная клетка лишайника при данном методе экстракции остается целой и непроницаемой, кроме того использование токсичных и пожароопасных органических растворителей делают эту технологию небезопасной.

Экстракция с использованием техники СВЧ

Для интенсификации процесса извлечения БАВ используют воздействие на сырье различных силовых полей. Одним из эффективных способов экстракции растительных материалов является микроволновая обработка в сверхвысокочастотном поле. Технологические параметры процесса извлечения БАВ в СВЧ-поле: удельная мощность 350 Вт/ч; жидкостной модуль 1/15; экстрагент – этиловый спирт . Продолжительность экстракции варьировали от 5 до 20 мин. Характер воздействия СВЧ-поля сходен с интенсивной влаготепловой обработкой, проводимой путем сочетания обработки острым паром и кондуктивного нагрева, но разрушение структуры при воздействии СВЧ-поля происходит в большей степени, что позволяет интенсифицировать пропитку пор растительного сырья жидким экстрагентом и, соответственно, существенно ускорить процесс экстракции. При экстракции этанолом в течение 10 минут, выход УК достигает максимального значения 1,36 % от массы а.с. лишайникового сырья (рис. 1), при этом повышается чистота целевого продукта (содержание УК в экстракте, составило 30 %).

Рис. 1. Влияние СВЧ-обработки на выход УК (% от массы а.с. сырья) при варьировании продолжительности экстракции

Использование техники СВЧ для извлечения УК позволило сократить продолжительность экстракции до 10 мин, в сравнении с традиционными методами извлечения БАВ, при этом выход и чистота целевого продукта значительно увеличиваются.

Метод ускоренной экстракции жидкими растворителями

Метод ускоренной экстракции растворителями – это относительно новая технология, в которой используются повышенные температура и давление с целью увеличения скорости и степени извлечения целевых компонентов из образцов с различной матрицей. Экстракция выполнена на приборе ASE 350, Dionex США. В ячейку объемом 10 мл помешали навеску измельченного лишайника массой 1 г, смешанную с 1 г диатомитовой земли. Экстракцию проводили при температурах 80, 100, 150 °С и давлении 100 атм. Параметры экстракции: растворители различной природы и полярности (вода, ацетон, этанол), 5 мин нагрев ячейки, 5 мин выдерживание образца при заданной температуре, объем экстрагента 10 мл.

Показано, что вода является плохим растворителем усниновой кислоты, выход усниновой кислоты не превышает 0,08 % (рис. 2).

Использование в качестве экстрагента этанола и ацетона (субкритические условия) показывает сопоставимые результаты, и выход УК достигает 2,77–2,82 %, при этом содержание УК в экстракте составило 20–30 %. С увеличением температуры экстракции выход УК увеличивается. При экстракции методом ASE сокращается продолжительность процесса до нескольких минут, значительно ускоряется пробоподготовка и для его выполнения требуются небольшие количества растворителя. Таким образом, ASE является перспективным методом выделения лишайниковых кислот, в частности УК, а варьирование параметров процесса позволяет значительно увеличить выход целевого компонента

Рис. 2. Выход УК (% от массы а.с. сырья) в экстракте, полученном методом ASE

Метод сверхкритической флюидной экстракции

Сверхкритическая флюидная экстракция выполнена с использованием установки MV-10ASFE (Waters, США). В качестве экстрагента использовали сверхкритический диоксид углерода. Процесс СКФЭ был выполнен в динамическом режиме, широком интервале температур (40–80 °С) и давлений (10–35 МПа). Продолжительность экстракции 20 мин. Экстракт после декомпрессии растворяли в потоке домывающего растворителя (ацетон, скорость подачи 2 мл/мин). Использование домывающего растворителя предотвращает унос твердых компонентов экстракта с потоком газообразного диоксида углерода. Сверхкритический диоксид углерода – стабильное и инертное вещество, проявляющее химическую индифферентность по отношению к перерабатываемому сырью и извлекаемым веществам. Также его преимуществами являются невысокая стоимость и возможность многократного использования. Применение диоксида углерода вместо органических растворителей повышает экологическую безопасность производства, а также степень чистоты получаемых продуктов .

Увеличение температуры с 40 до 80 °С приводит к повышению эффективности экстракции, при этом содержание сухих веществ в выделенном экстракте возрастает с 1 до 2 % от массы а.с. сырья, взятого на анализ. Увеличение давления от 10 до 35 МПа приводит к возрастанию выхода целевого продукта в 2 раза (рис. 3).

Экстракт, получаемый с использованием СО2 в сверхкритическом состоянии, содержит 90–100 % усниновой кислоты и характеризуется ее высоким выходом относительно сырья – 0,52–2,39 %. Кроме того, получение экстрактов с помощью сверхкритического СО2 выгодно экономически, так как этот способ дает возможность производить достаточно концентрированные (или в твёрдом виде) экстракты усниновой кислоты высокой чистоты.

Экстракция с применением субкритического СО2

Экстракт лишайниковых кислот может быть получен также и при использовании в качестве экстрагента субкритического СО2 (давление 7 МПа, температура 20 °С, скорость подачи СО2 0,1 кг/ч, расход СО2 100 кг/кг сырья). Выход экстракта 0,52 % от а.с. сырья, экстракт содержит 85 % усниновой кислоты и характеризуется высоким выходом УК относительно сырья – 1,02 %. Кроме того, более мягкие условия (в сравнении с СКФЭ) исключают изомеризационные процессы в ходе экстракции, что способствует сохранению биологической активности выделяемых БАВ. Также преимуществом использования субкритического СО2 в качестве экстрагента является снижение энергетических затрат на повышение давления и нагрев СО2.

Рис. 3. Влияние давления и температуры СКФЭ на выход УК (% от а.с. сырья)

Таким образом, результаты количественного извлечения усниновой кислоты различными методами показали, что традиционные методы (мацерация, перколяция) малоэффективны и трудоемки, а полученные экстракты содержат большое количество побочных продуктов. Новые технологии (экстракция сверхкритическими и субкритическими растворителями, метод ASE) позволяют значительно увеличить выход и улучшить качество целевого продукта. Наши исследования показали целесообразность использования методики сверхкритической флюидной экстракции, позволяющей извлечь усниновую кислоту в виде твердого экстракта в одну технологическую стадию, при этом содержание усниновой кислоты в экстракте составляет 90–100 %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы (проекта) № 0410-2014-0029 «Физико-химические основы изучения основных закономерностей фундаментального цикла «строение – функциональная природа – свойства» природных полимерных матриц», а также в рамках научного проекта комплексной программы Уральского отделения РАН № 0410-2015-0021 «Новые подходы к комплексной оценке состояния и эволюции лесных и болотных экосистем западного сегмента Арктики» с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ) при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (Уникальный идентификатор работ RFMEFI59414X0004) и оборудования ЦКП КТ РФ-Арктика (ИЭПС, ИФПА УрО РАН).

Рецензенты:

Поскотинова Л.В., д.б.н., доцент, зав. лабораторией биоритмологии, ФГБУ «Институт природных адаптаций» УрО РАН, г. Архангельск;

Хабаров Ю.Г., д.х.н., профессор кафедры технологии ЦБП, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова», г. Архангельск.