Фенольные соединения травы зверобоя и их применение

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2012, том 55, №8_

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 667.667

К.К.Мирзорахимов

ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ТРАВЫ ЗВЕРОБОЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Технологический университет Таджикистана

В работе представлены результаты исследования процесса экстракции фенольных соединений травы зверобоя. На основе полученных результатов разработан способ выделения фенольных соединений из травы зверобоя и показана возможность их использования для окрашивания некоторых пищевых продуктов.

Ключевые слова: фенольные соединения - экстракция - зверобой - пищевые продукты.

В настоящей работе представлены результаты исследования фенольных соединений зверобоя (Иурепсит рег/огаШт Ь.) с целью нахождения новых источников природных красящих веществ, определения оптимальных методов их выделения и возможности применения для окрашивания пищевых продуктов. Проблема изыскания новых сырьевых источников для получения растительных экстрактов, предназначенных для обогащения пищевых продуктов биологически активными веществами, повышения их пищевой ценности и улучшения потребительских свойств, разработка методов их получения и применения очень актуальна и важна.

Нами была изучена экстракция полифенольных соединений из различных частей зверобоя, который содержит достаточное количество фенольных соединений, имеющих красящие свойства, качественный состав фенольных соединений, их физико-химические свойства и возможности применения для окрашивания некоторых видов пищевых продуктов. Выбор зверобоя в качестве объекта исследования обусловлен тем, что это растение широко применяется как лекарственное, но может быть также источникам красящих веществ. Известно, что различные виды зверобоя издревле широко используются в качестве не только лекарственного, но и красильного растения. Из зверобоя получают желтую, красно-оранжевую, розовую краску для различных текстильных волокон [1]. Тем не менее, примеров использования красящих веществ из зверобоя для окрашивания пищевых продуктов не известно. Между тем, зверобой наряду с красящими веществами содержит и биологически активные вещества - 9-11.5% флавоноидов, 0.1-0.15% витамина С, 4-5% каротина, 8-18% дубильных веществ пирокатехиновой группы, сапонины, органические кислоты. Красящие вещества в зверобое представлены антоцианами (4-5%), каротиноидами (4-5%) и флавоноидами - гиперином, псевдогипера-цином, гиперицином.

Анализ литературных данных показал, что основными красящими веществами в растениях являются полифенольные соединения - флавоноиды - антоцианы, флавонолы, флавононы, катехины, а также гидролизующиеся танины (производные галловой кислоты и катехинов), каротиноиды, хло-

Адрес для корреспонденции: Мирзорахимов Курбонали Каримович. 734061, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Н.Карабаева, 63/3, Технологический университет Таджикистана. Е-таИ:паика_10@таИ.ги

рофиллы. Выделение из растворов флавоноидов, производных катехинов производится полярными растворителями - водой, спиртом, водно-спиртовыми растворами. Антоцианы обычно экстрагируют этиловым или иным спиртом с добавлением 1%-ного раствора соляной, лимонной или 5%-ного раствора уксусной кислоты [2]. В кислой среде их красный цвет наиболее устойчив. Производные катехинов, напротив, в кислой среде приобретают слабо-желтый цвет, их цвет более устойчив в нейтральной и щелочной средах. Каротиноиды и хлорофиллы экстрагируют неполярными органическими растворителями - эфиром, петролейным эфиром, маслом [2,3].

Выбранное в качестве объекта исследований сырьё содержит все указанные виды фенольных красящих веществ в больших или меньших количествах. Исходя из этого, экстракция фенольных красящих веществ из различных частей зверобоя была произведена дистиллированной водой, 1% и 10%-ным растворами соляной, лимонной кислот и гидрокарбоната натрия, водно-спиртовыми растворами и 70% и 96%-ным этиловым спиртом.

Проведённые эксперименты показали, что лучшим экстрагентом для выделения красящих веществ из зверобоя является этиловый спирт, водно-спиртовые растворы и вода, а в кислой и щелочной среде красящие вещества практически не экстрагируются. Спиртовые, водные и водно-спиртовые экстракты из всего растения зверобоя имеют тёмно-красный цвет. Спиртовый экстракт имеет алый цвет. Растительным маслом красящие вещества извлекаются лучше всего из цветков зверобоя, интенсивность окраски масляных экстрактов из листьев и семян невелика. Согласно литературным данным, красящие вещества зверобоя - антоцианы и гликозиды флавоноидов растворимы в воде и спирте, кроме гиперицина, который растворяется только в спирте. Мы предполагаем, что ярко-алый спиртовый экстракт, вероятно, содержит только гиперицин, в отличие от водных и водно-спиртовых экстрактов, содержащих остальные гликозиды флавоноидов и антоцианы. В кислой среде могут экстрагироваться антоцианы, имеющие красный цвет в данной среде. Однако полученные экстракты в присутствии кислот практически не окрашены. По-видимому, содержание антоцианов невелико, либо они в кислой среде переходят в бесцветные лейкоантоцианы. На возможность этого указывается в литературе [4,5].

Для определения оптимальных условий выделения фенольных соединений был изучен процесс их экстракции - зависимость от соотношения сырья и растворителя, времени экстракции, температуры и времени её воздействия.

Результаты изучения зависимости экстракции от соотношения сырья и экстрагента представлены в таблице и на рис. 1.

Как видно из данных таблицы и рисунков, увеличение соотношения сырья и растворителя ведёт к увеличению экстракции, но, начиная с определённого соотношения, она остается практически постоянной. Оптимальное соотношение сырья и экстрагента для зверобоя составляет 1:3.

С целью исследования влияния температуры на экстракцию была выполнена серия опытов по извлечению фенольных красящих веществ в интервале температур 20...100°С. Сырьё и экстрагент, взятые в соотношении, при котором экстракция максимальна, выдерживались в течение 1 ч при температуре 20°С, 50°С, 80°С и при кипячении. Затем определялась оптическая плотность полученных экстрактов как показатель степени экстракции. Полученные результаты приведены на рис.2

Рис.1. Зависимость концентрации экстрактов от соотношения сырья и растворитетля: 1 - спиртовый экстракт из зверобоя, 2 - водный экстракт из зверобоя, 3 - водно-спиртовый экстракт из зверобоя.

Рис.2. Зависимость концентрации красящих веществ в экстрактах от температуры: 1 - водно-спиртовый экстракт зверобоя, 2 - водный экстракт зверобоя, 3 - спиртовый экстракт зверобоя.

Как показывают полученные результаты, с увеличением температуры несколько увеличивается степень извлечения фенольных соединений. Эти вещества извлекаются наиболее полно при кипячении. Для определения оптимального времени кипячения была изучена зависимость степени экстракции от времени кипячения. Для этого сырье и экстрагент в соотношении 1:3 кипятили в колбе с обратным холодильником в течение определенного времени и определяли концентрацию флавонои-дов и каротиноидов. Результаты приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость концентрации красящих веществ в экстрактах от времени кипячения: 1 - водно-спиртовый экстракт зверобоя, 2 - водный экстракт из зверобоя, 3 - спиртовый экстракт из зверобоя.

Полученные результаты показывают, что концентрация фенольных соединений в экстрактах сначала возрастает при увеличении времени кипячения, затем остается постоянной. Постоянство концентрации при экстракции фенольных красящих веществ из зверобоя водой и водно-спиртовыми растворами достигается при кипячении в течение 40 мин, а спиртовыми растворами - при кипячении в течение 20 мин. Таким образом, на основании результатов проведённых исследований определены оптимальные условия экстракции фенольных соединений из зверобоя, представленные в таблице.

Таблица

Оптимальные условия выделения фенольных соединений из зверобоя

Растворитель Соотношение сырья и растворителя Температура, °С Время, мин

Вода 1: 3 100 40

Водно-спиртовые растворы 1: 3 100 20

Спирт этиловый 1: 3 20-25 20

Красящие вещества из зверобоя и древесины айвы получены также в виде сухих порошков -желто-коричневого и красного цвета из водных вытяжек зверобоя и древесины айвы соответственно и красного гигроскопичного из спиртовых растворов зверобоя.

Содержание фенольных веществ в составе выделенных экстрактов определено качественными реакциями и данными ИК- и УФ-спектров.

Для качественного определения всех групп фенольных соединений были использованы реакция образования осадка при действии ацетата свинца и реакция с ванилином в сильно кислой среде, при которой образуется ярко-красное окрашивание. Указанными реакциями установлено содержание фенольных соединений в исследуемых экстрактах. Индивидуальные группы флавоноидов не определялись. Однако изменения цвета экстрактов в кислой, нейтральной и щелочной среде позволяет предположить, что в выделенных экстрактах зверобоя преобладают флаванолы, флаваноны, а анто-цианы содержатся в незначительных количествах или отсутствуют.

Данные ИК-спектров подтверждают присутствие фенольных веществ во всех полученных экстрактах. В ИК-спектрах экстрактов зверобоя присутствуют полосы поглощения при 3292 см-, характерные для гидроксильных спиртовых групп, полосы поглощения ароматических С - С связей при 1622 см-. В ИК-спектрах присутствуют также полосы поглощения при 1087 см-, которые согласно литературным данным, относятся к С-О колебаниям гликозидной связи.

УФ-спектры экстрактов из зверобоя характерны для флавоноидов и имеют максимум поглощения при 263, 292 и 335 нм. В щелочной среде максимум поглощения при 350 нм сдвигается в сторону больших длин волн примерно на 20 нм. Это свидетельствует о том, что в исследуемом объекте присутствуют флавонолы.

Количественное содержание фенольных соединений определялось как сумма красящих веществ фотоколориметрическим методом со стандарным раствором сульфата кобальта, а каротинои-дов - по раствору хромата калия.

Были определены их физико-химические свойства - растворимость в воде и спирте, плотность растворов, общая кислотность, содержание сухих веществ, содержание красящих веществ. Определения проводились по методикам, приведённым в литературе [3]. Плотность растворов определялась с помощью ареометров, кислотность - электрометрическим методом, содержание сухих веществ - высушиванием навески красителя в течение 2 ч при температуре 130°С и последующим взвешиванием, содержание красящих веществ определялось фотоэлектроколориметрическим методом по стандартному раствору сульфата кобальта для красных красителей.

Полученные из зверобоя экстракты фенольных соединений были испытаны для окрашивания некоторых видов пищевых продуктов - конфетных помад и глазурей. Как показали опыты, экстракты

легко смешивались с окрашиваемой массой и равномерно распределялись в нём, цвет готовой помады в зависимости от дозировки экстракта получается различных оттенков красного. Цвет окрашенной исследуемыми экстрактами помады ровный, однородный. Поверхность её гладкая, сухая, без деформации. Готовая окрашенная помада не имеет постороннего запаха и вкуса.

Были проведены также исследования по изучению возможности применения экстрактов, полученных из зверобоя, при изготовлении вареных колбас с целью частичной или полной замены нитрита натрия. Результаты наших исследований показали, что при изготовлении вареных колбас для образования необходимого цвета возможно частично заменить нитрит натрия экстрактом из зверобоя. Использование этого экстракта позволяет уменьшить дозу нитрита натрия на 50%.

Поступило 08.06.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вайсбергер А. Установление структуры органических соединений физическими и химическими методами. - М.: Химия, 1967, т. 1, 514с.

2. Бакулина О.Н. - Пищевая промышленность,1999, № 8, с. 46-48.

3. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н. - Пищевая промышленность, 2002, №7, с. 98-101.

4. Norm В., Theander О. - Acta Chem. Scand, 1972. Bd 26, № 26, рр. 2297-2304.

5. Сотникова О.М., Литвиненко В.И. - Химия природ, соединений, 1968, № 1, с.50-52.

К.К.Мирзорахимов

ЧОЙКАХДК ПАЙВАСТАГИ^ОИ ФЕНОЛИИ РАСТАНИИ ВА ИСТИФОДАИ ОЩО

Донишго^и технологии Тоцикистон

Дар маколаи мазкур тахкики раванди экстраксияи пайвастагихои фенолии растании чойкахак ва хосиятхои физикию кимиёии онхо мухокима гардида, дар асоси натичахои ба дас-томада усули чудо кардани пайвастахои фенолии чойкахак пешниход шудааст. Инчунин, имко-нияти истифодаи онхо барои ранг кардани баъзе маводи хурока нишон дода шудааст. Калима^ои калиди: пайвастагщои феноли - экстраксия - растании чойкахак - маводи хурока

K.K.Mirzorahimoy

PHENOL COMPOUNDS OF HYPERICUM AND THEIR USAGE

Technological University of Tajikistan We have studied the process of extraction of phenol compounds of hypericum and their physical and chemical properties. Based on the results we have developed a method of extraction of phenol compounds and showed possibilities of their use as a food dye.

Key words: phenol compounds - extraction - Hypericum perforatum L. - foods.