Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ПЕКТИНОВЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ КОРНЕЙ ОДУВАНЧИКА ЛЕКАРСТВЕННОГО TARAXACUM OFFICINALE WIGG.

Тигунцева Н.П. 1 Каницкая Л.В. 2 Евстафьев С.Н. 1 Ушаков И.А. 1
1 ФБГОУ ВПО «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет»
2 ФБГОУ ВПО «Байкальский государственный университет экономики и права»
Из корней одуванчика лекарственного Taraxacum оfficinale Wigg-последовательной экстракцией водой и водным раствором оксалата аммония и щавелевой кислоты выделены фракции полисахаридов ПС-1 и ПС-2. Исследована зависимость их выхода от температуры. Полученные при 100 °С фракции исследованы комплексом физико-химических методов. Установлено, что основными компонентами фракции ПС-1 являются фруктаны (и/или глюкан). В составе гидролизата фракции ПС-1 обнаружены арабиноза, ксилоза, галактоза, глюкоза и в минорном количестве манноза. Доминирующим моносахаридом является глюкоза с содержанием более 70 % от суммы моносахаридов, на долю остатков галактуроновой кислоты приходится около 16 % масс. Фракция ПС-2 с выходом 9,4 % может быть отнесена к пектиновым полисахаридам с содержанием остатков α-1,4-связанной D-галактопиронозилуроновой кислоты 41,9 % масс. В их составе обнаружены боковые цепи, образованные с участием α-L-арабинофуранозы, а также остатки глюкозы, ксилозы и галактозы.
полисахариды растений
Taraxacum оfficinale Wigg.
пектиновые полисахариды
моносахариды
количественная спектроскопия ЯМР 13С
1. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов: учеб. пособие. – М.: ДеЛи, 2000. – 251 с.
2. Иванова Н.В., Попова О.В., Бабкин В.А. Изучение влияния различных факторов на выход и некоторые характеристики пектиновых веществ коры лиственницы // Химия растительного сырья. – 2003. – № 4. – С. 43–46.
3. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки – М.: Химия, 2000. – 408 с.
4. Оводов Ю.С. Современные представления о пектиновых веществах // Биоорганическая химия. – 2009. – Т.35, № 3. – С. 293–310.
5. Выделение и исследование полисахаридов из смолевки обыкновенной silene vulgaris / Р.Г. Оводова, О.А. Бушнева, А.С. Шашков, Ю.С. Оводов // Биоорганическая химия. – 2000. – Т. 26. – № 9. – С. 686 – 692.
6. Выделение и предварительное исследование строения и физиологической активности водорастворимых полисахаридов из шрота ягод калины обыкновенной Viburnum opulus / Р.Г. Оводова, В.В. Головченко, С.В. Попов, А.С. Шашков, Ю.С. Оводов // Биоорганическая химия. – 2000. – Т.26, № 1.– С. 61–67.
7. Тигунцева Н.П., Каницкая Л.В., Евстафьев С.Н. Состав водорастворимых соединений надземной части одуванчика лекарственного Taraxacum officinale // Известия Вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2011. – № 1. – С. 71–75.
8. Aboughe-Angone S., Nguema-Ona E., Ghosh P., Lerouge P., Ishii T., Ray B., Driouich A. // Carbohydr. Res. – 2008. – Vol. 343. – P. 67–72.
9. Catoire L., Goldberg R., Pierron M., Morvan C., Herve du Penhoat C. // Eur. Biophys. J. – 1998. – Vol. 27. – P. 127‑136.
10. Marcon M.V., Carneiro P.I.B., Wosiacki G., Beleski-Carneiro E. // Ann. Magn.Reson. – 2005. – Vol. 4, Issue 3. – Р. 56–63.
11. Wang X.-S., Dong Q., Zuo J.-P., Fang J.-N. Structure and potential immunjlogical activite of a pectin from Centella asiatica (L.) Urban // Carbohyd. Research. – 2003. – Vol. 338. – P. 2393–2402.

В настоящее время приоритетными являются исследования выхода, состава и свойств пектиновых веществ из нетрадиционного растительного сырья. Одуванчик лекарственный является перспективным сырьем для получения функциональных биологически активных веществ, так как все части этого полезного растения – и корни, и листья, и цветки – имеют целебные свойства [7]. Изучение пектиновых веществ в связи с их ценными физико-химическими свойствами и высокой физиологической активностью [4] позволяет значительно расширить области их практического использования, что является актуальной задачей.

Целью работы являлось выделение пектиновых полисахаридов из корней одуванчика лекарственного Taraxacum оfficinale Wigg. и установление их структуры.

Экспериментальная часть

В работе использовали воздушно-сухие, измельченные до крупности 1–5 мм образцы корней одуванчика лекарственного, собранного в июне до цветения в Иркутском районе.

Для выделения пектиновых полисахаридов использована 2-стадийная обработка корней одуванчика при температурах 25, 70 и 100 °С. На первой стадии образец одуванчика трехкратно экстрагировали свежими порциями дистиллированной воды при указанных температурах. Гидромодуль – 1:10, продолжительность каждой обработки – 2 часа. Водные экстракты объединяли, концентрировали под вакуумом до 1/20 от первоначального объема. Из полученного концентрата обработкой этанолом при комнатной температуре [1] осаждали пектиновые полисахариды (ПС-1). Осадок отделяли фильтрованием, промывали последовательно этанолом, диэтиловым эфиром и сушили при 60 °С до постоянной массы.

На второй стадии твердый остаток после экстракции водой трижды обрабатывали смесью 0,5 %-го водного раствора оксалата аммония и 0,25 %-го водного раствора щавелевой кислоты в соотношении 1:1 (рН = 4) в течение 3 ч при соответствующей температуре и постоянном перемешивании [2]. Экстракт после фильтрования концентрировали до 1/20 от первоначального объема. Из полученного концентрата вышеописанным методом выделяли пектиновые полисахариды (ПС-2).

Кислотный гидролиз полисахаридов осуществляли 2 М раствором трифторуксусной кислоты [2]. Состав гидролизатов определяли на хроматографе 7820 А с селективным масс-спектрометрическим детектором НР 5975 фирмы «Agilent Technologies» [2], количественные спектры ЯМР 13С регистрировали на спектрометре ЯМР фирмы «Bruker» с рабочей частотой 62,8 МГц с шумовой развязкой от протонов и шириной спектров 20–30 кГц после 5000 прохождений. Шумовая развязка выключалась во время релаксационной задержки, которая составляет 10 с, ширина импульса – 90°, параметр уширения линий при экспоненциальном умножении – 10 Гц. Для регистрации спектра использовали раствор пектиновых веществ в D2O. Спектры регистрировали при температуре 25 °С. Расчеты содержания углеводов, функциональных групп и элементного состава по спектру ЯМР осуществляли, используя фрагментный анализ [3], относительная погрешность составляет 7,5 %. Элементный состав определяли на элементном анализаторе Vario micro Cube Elementar.

Результаты исследования и их обсуждение

Корни одуванчика характеризуются относительно высоким содержанием водорастворимых соединений, выход которых повышается с увеличением температуры на первой и на второй стадиях обработки. При 25 °С их выход на первой стадии составил 34,8 %, а при 100 °С – 39,6 % на абсолютно сухую массу корней одуванчика. На второй стадии при 25 °С дополнительно извлечено 11,5 % водорастворимых соединений. При 100 °С суммарный выход водорастворимых соединений достиг 65,6 %.

Повышение температуры обработки корней одуванчика способствует увеличению выхода пектиновых полисахаридов (рисунок). Их суммарный выход при 100 °С составил 18 %, что в 1,5 раза ниже суммарного выхода пектиновых полисахаридов из надземной части одуванчика [7].

pic_45.tif

Зависимость выхода пектиновых полисахаридов от температуры

Для компонентов фракций полисахаридов, выделенных при 70 °С с близким выходом на первой и второй ступени, характерна относительно высокая насыщенность водородом (табл. 1). С повышением температуры значения (Н/С)ат для фракций снижаются. Независимо от температуры повышенную зольность имеют полисахариды фракции ПС-1.

Таблица 1

Элементный состав пектиновых полисахаридов корней одуванчика*

Образец

Температура, °С

Элементный состав, в % на орг. массу

(Н/С)ат

(О/С)ат

Зола, в %

С

Н

N

Оd

ПС-1

70

41,1

7,1

1,0

50,8

2,07

0,93

5,4

100

42,2 (45,8)

6,4 (6,5)

0,7

50,7 (47,7)

1,82 (1,7)

0,90 (0,78)

4,9

ПС-2

70

32,1

7,2

2,9

57,5

2,69

1,34

2,3

100

39,8 (40,6)

6,6 (6,2)

3,1

50,5 (53,3)

1,99 (1,8)

0,95 (0,96)

3,7

Примечание.* Значения в скобках рассчитаны по количественным спектрам ЯМР 13С.

Результаты исследования состава гидролизата фракции ПС-1, выделенной при 100 °С, методом ГХ-МС свидетельствуют о том, что в состав исследуемых полисахаридов входят в основном остатки моносахаридов: арабинозы, ксилозы, галактозы, глюкозы и в минорном количестве маннозы (табл. 2). Доминирующим моносахаридом является глюкоза с содержанием более 70 % от суммы моносахаридов. Высокое содержание глюкозы можно объяснить присутствием в составе фракции в качестве основных компонентов глюкана и/или фруктанов, гидролиз которых сопровождается изомеризацией фруктозы в глюкозу. Незначительное содержание в гидролизате остатков галактуроновой кислоты и рамнозы указывает на примесный характер пектиновых полисахаридов во фракции ПС-1.

Таблица 2

Состав гидролизатов полисахаридов* корней одуванчика

Образец

GalA

Ara

Xyl

Man

Gal

Glс

Rha

ПС-1

16,4

14,9

2,3

0,3

6,7

59,3

Сл.

ПС-2

31,0

31,1

1,0

0,1

12,2

6,2

2,1

Примечание.* выделены при 100 °С.

По данным количественной ЯМР 13С, основным углеводом фракции ПС-1 является α-фруктоза – около 90 % масс., положение сигналов атомов углерода которой приведены в табл. 3. Кроме небольших количеств галактуроновой кислоты (фрагменты → 4)-α-D-GalpA-(1→ и →4-α-D-GalpA (1 → 2)) в исследованной фракции присутствуют в малых концентрациях β-фруктоза и α-D-глюкоза.

Качественный состав гидролизата фракции ПС-2 аналогичен, но доминирующими компонентами среди моносахаридов являются арабиноза и галактоза, их соотношение составляет 2,7:1 (табл. 3). Суммарное содержание моносахаридов – около 53 %. Такое содержание остатков арабинозы значительно превышает ее содержание в пектиновых полисахаридах большинства растений, что встречается крайне редко, например, в полисахаридах арганового дерева [8]. Спектр ЯМР 13С фракции ПС-2 корней указывает на присутствие в углеводной цепи пектиновых полисахаридов α-1,4-связанных остатков D-галактопиранозилуроновой кислоты. Выявлен фрагмент → 4)-a-D-GalA-(l→, который дает сигнал аномерного углеродного атома при 100,0 м.д. (табл. 4).

Таблица 3

Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 13С фракции ПС-1 [3, 4, 6, 10, 11]

Углеводный остаток

Химические сдвиги атомов углерода углеводов, м.д.

С-1

С-2

С-3

С-4

С-5

С-6

α-Frc

61,0

103,5

77,2

74,5

81,3

62,4

β-Frc

63,6

98,0

76,5

69,7

69,3

64,0

α-D-Glc

92,7

72,6

72,8

69,9

-

61,4

→4)-α-D-GalpA-(1→

98,3

69,3

69,7

75,5

72,8

174,9

→4-α- D-GalpA (1→2)

98,1

69,5

69,9

77,4

72,6

174,1

Таблица 4

Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 13С пектиновых полисахаридов фракции ПС-2 [3, 4, 6, 10, 11]

Углеводный остаток

Химические сдвиги атомов углерода углеводов, м.д.

С-1

С-2

С-3

С-4

С-5

С-6

ОСН3

α-L-Araf-(1→3)

108,4

82,2

77,6

84,4

62,1

-

-

→4)-α-D-GalpA-(1→

100,0

69,0

71,9

79,1

71,8

174,3

-

 

100,3

69,1

69,5

78,8

71,6

176,3

-

→4-α-GalpA (OMe)

101,4

69,2

69,3

81,9

71,9

171,7

53,9

Положение сигналов остальных атомов углерода остатков D-галактуроновой кислоты соответствует таковому для ЯМР 13С спектров a-1,4-D-галактопиранозилуронана [9]. Присутствие в пектиновых полисахаридах корней одуванчика этерифицированных карбоксильных групп (СООМе) подтверждается соответствующими минорными сигналами 171,7 (СООМе) и 53,9 м.д. (ОСН3), степень метилирования составляет 0,42. Пектиновые полисахариды фракции ПС-2 содержат боковые цепи, образованные с участием α-L-арабинофуранозы. Учитывая незначительное содержание рамнозы в гидролизате, макромолекула полисахарида характеризуется низкой степенью разветвленности. Соотношение углеводных остатков Araf:α-GalA составляет 1:4,3.

Данные ЯМР-спектроскопии подтверждают присутствие в составе исследуемых фракций ПС-1 и ПС-2 остатков нейтральных моносахаридов. Согласно данным табл. 5, наиболее заметно их присутствие во фракции ПС-1. Ацетильные группы обнаружены только во фракции ПС-2.

По методике, описанной в работе [3], с учетом стехиометрических соотношений, данных фрагментного состава (табл. 5) и по элементному составу, полученному по спектрам ЯМР 13С (табл. 1), рассчитано содержание основных углеводов и функциональных групп во фракции ПС-2 (табл. 6).

Таблица 5

Относительное содержание атомов углерода в пектиновых полисахаридах

Фрагмент

Содержание в долях (q)

Диапазон интегрирования, химические сдвиги (ХС) м.д., отнесение сигналов [3,5-7,10,11]

ПС-1

ПС-2

С(О)ОН

0,031

0,064

177–172; атомы углерода карбоксильных групп

СН3С(О)О

0,000

0,008

175,4; атомы углерода ацетильных групп*

С(О)ОСН3

0,021

0,047

172–170; атомы углерода сложноэфирных групп

С-1

0,156

0,142

105–95; аномерные атомы углерода углеводов

СН–ОН

0,384

0,569

85–66; атомы С-2, С-3, С-4, С-5 углеводов

СН2–ОН

0,256

0,027

64–58; атомы углерода С-6 углеводных колец

–ОСН3

0,21

0,040

62–61; 52–54; атомы углерода метоксильных групп

–СН3

0,000

0008

22–19; атомы углерода метильных групп ацетильного фрагмента

–СН2

–СН3

0,000

0,032

58,4 и 18,2 узкие резонансные сигналы СН2 и СН3– групп этилового спирта С2Н5ОН

Примечание.*в спектре ЯМР 1Н образца ПС-1 наблюдаются сигналы атомов водорода фрагмента СН3 ацетильных групп с ХС 1,93 и 2,3 м.д.

Таблица 6

Содержание функциональных групп и углеводных остатков во фракции ПС-2, в % масс

Образец

Углеводы

Функциональные группы

α-GalAp

α-L-Аraf

С(О)ОН

С(О)ОCH3

CH3C(O)O

OCH3

ПС-2

41,9

13,4

10,2

9,82

15,9

5,2

По данным ЯМР 13С содержание галактуроновой кислоты во фракции ПС-2 примерно на 11 % выше в сравнение с результатами анализа методом ГХ-МС. Около 42 % карбоксильных групп галактуроновой кислоты этерифицировано.

Заключение

В результате проведенного исследования из корней одуванчика выделены две фракции полисахаридов, одна из которых (ПС-2) с выходом 9,4 % может быть отнесена к пектиновым полисахаридам с содержанием остатков α-1,4-связанной D-галактопиронозилуроновой кислоты 41,9 % масс. Для протопектина корней одуванчика характерна относительно низкая разветвленность основной углеводной цепи. В ее составе обнаружены боковые цепи, образованные с участием α-L-арабинофуранозы, а также остатки глюкозы, ксилозы и галактозы. Основными компонентами фракции ПС-1 являются фруктаны (и/или глюкан). Пектиновые полисахариды присутствуют во фракции в виде примеси, содержание остатков галактуроновой кислоты не превышает 16,4 % масс.

Рецензенты:

Дьячкова С.Г., д.х.н., профессор, заведующая кафедрой химической технологии, декан химико-металлургического факультета, ФБГОУ ВПО «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет», г. Иркутск;

Пожидаев Ю.Н., д.х.н., профессор кафедры химии и пищевой технологии, ФБГОУ ВПО «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет», г. Иркутск.

Работа поступила в редакцию 20.09.2013.


Библиографическая ссылка

Тигунцева Н.П., Каницкая Л.В., Евстафьев С.Н., Ушаков И.А. ПЕКТИНОВЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ КОРНЕЙ ОДУВАНЧИКА ЛЕКАРСТВЕННОГО TARAXACUM OFFICINALE WIGG. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-6. – С. 1243-1247;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32524 (дата обращения: 17.04.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674