Сравнение методов экстракционного извлечения биологически активных веществ из плодов боярышника

Международная публикация
Библиографическое описание статьи для цитирования:
Трапезникова С. В. Сравнение методов экстракционного извлечения биологически активных веществ из плодов боярышника // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 11. – С. 3261–3265. – URL: http://e-koncept.ru/2016/86688.htm.
Аннотация. На кафедре химии и химических технологий Института естественных наук и технологий проводится научная работа по извлечению биологически активных веществ (БАВ) из плодов кустарников, произрастающих в дендросаду САФУ им. М. В. Ломоносова (г. Архангельск). В данном исследовании экстракция плодов боярышника проведена этиловым спиртом 70%-й концентрации. Экстракция проводилась методом настаивания, ГМ = 1: 10 (сырье: экстрагент), при нагреве в различных условиях: 1) в термостате при температуре 60 °С в течение 1,5 ч; продолжительность 1-й ступени экстракции 1 ч, второй – 30 мин; 2) в печи СВЧ при мощности 300 Вт в течение 5 мин (1-ступенчатая экстракция); 3) в термостате с одновременной обработкой ультразвуком (УЗ) в режиме 1-го варианта. В экстрактах и проэкстрагированных плодах определено содержание аскорбиновой кислоты, свободных органических кислот и сахаров, рассчитан выход экстрактивных веществ (ЭВ).
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Трапезникова Светлана Вениаминовна, магистрант, САФУ им. Ломоносова, г. Архангельскtrapeznikovasv@rambler.ru

Сравнение методов экстракционного извлечения

биологически активных веществиз плодов боярышника

Аннотация. На кафедре химии и химических технологий Института естественных наук и технологийпроводится научная работа по извлечению биологически активных веществ БАВ из плодов кустарников, произрастающих в Дендросаду САФУ им. М.В. Ломоносова г. Архангельск. В данном исследовании экстракция плодов боярышника проведена этиловым спиртом 70 %й концентрации. Экстракция проводилась методом настаивания, ГМ  1: 10 сырье: экстрагент, при нагреве в различных условиях: 1 в термостате при температуре 60 °С, в течение 1,5 ч; продолжительность 1ой ступени экстракции 1 час, второй –30 мин.; 2 в печи СВЧ при мощности 300 Вт, в течение 5 мин. 1ступенчатая экстракция; 3 в термостате с одновременной обработкой ультразвуком УЗ в режиме 1го варианта. В экстрактах и проэкстрагированных плодах определено содержание аскорбиновой кислоты, свободных органических кислот и сахаров, рассчитан выход экстрактивных веществ ЭВ.Ключевые слова: БАВ, боярышник, аскорбиновая кислота, органические кислоты, экстракция, экстрактивные вещества

Цель исследования –изучение состава плодов боярышника Грея Grataegusgrayana, собранных в Дендросаду САФУ 2014 г., и сравнение различных методов извлечения БАВ. В связи с этим ставилась задача –

провести экстракцию плодов методом настаивания при различных условиях нагрева и выявить лучший результат извлечения БАВ.Описание методики экспериментаВыделение ЭВ методом настаивания при нагреве в термостате проводили на установке, представленной на рис. 1.

1 –колба; 2экстрагируемый материал; 3 –обратный холодильник; 4 –термостат

Рисунок 1 –Аппарат для экстракции по методу настаивания

Навеску плодов массой около 5 г помещали в колбу 1 емкостью 250 см3и заливали 70 %м этиловым спиртом в объеме 50 см3. Навеска полностью должна быть погружена в растворитель. Колбу соединяли с обратным холодильником 3, ставили на водяную баню и проводили нагрев в термостате 4. Продолжительность 1ой стадии экстракции 1,5 часа. Затем термостат выключают; содержимое колбы охлаждают, фильтруют через складчатый бумажный фильтр, и экстракт сливают в колбу. Проэкстрагированные плоды с воронки количественно переносят в колбу 1, заливают новую порцию растворителя и продолжают экстрагирование еще в течение 0,5 часа.По окончании экстракции первый и второй экстракты объединяют, замеряют объем экстракта; проэкстрагированные плоды подсушивают сначала под вытяжкой, а затем в сушильном шкафу при температуре 60 °С до постоянной массы и взвешивают.Также проведено выделение ЭВ методом настаивания в оригинальном СВЧэкстракторе, фото установки представлено на рис. 2. Экстракционная колба с навеской и этиловым спиртом помещена в бытовую СВЧпечь, на верхней панели которой просверлено отверстие для обратного холодильника. Через холодильник проходит вал мешалки, скорость вращения регулируется. Навеску увеличили до 10 г и объем экстрагента –до 100 см3особенность экстрактора. Нагрев проводили в течение 5 мин при мощности 300 Вт, при этом экстрагент неоднократно вскипает, температура зависит от мощности. [1]

Рисунок 2–Установка для СВЧэкстракции состоит из СВЧпечи, обратного холодильника, амперметра, мешалки

Фото установки для УЗэкстракции в ультразвуковой ванне представлено на рис. 3.

В качестве источника ультразвуковых колебаний использовалась ультразвуковая ваннамарки UM

2 изготовитель–фирма Унитра Унина», Польша. Техническая характеристика ванны UM

2: мощность, подаваемая на преобразователь –30 Вт, потребляемая мощность –140 Вт, частота звука –25 кГц, объём ванны –2 дм3, размеры –130×210×115 мм. Ультразвуковая ванна изготовлена из кислотоупорной жести марки Х19Н9Т. Ультразвуковой преобразователь, приклеенный к её днищу, преобразует электрическую энергию ультразвуковых колебаний, создаваемых генератором, в механические колебания ультразвуковой частоты. Генератор ультразвуковой ванны смонтирован из полупроводниковых элементов. Навеску измельчённых плодов массой 5 г взвешивают на технических весах, помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл и заливают 70 % м этиловым спиртом в количестве 50мл. Растворитель должен полностью покрыть навеску. Соединяют колбу с обратным холодильником и помещают в ультразвуковую ваннутермостат, заполненный дистиллированной водой, разогретой до 4050 ℃. Уровень воды в ванне постоянный, чуть выше половины ванны. Экстрагирование проводили в течение 2х часов с периодическим включением генератора 20 мин озвучивание, 10 мин пауза.По окончании экстракции отключают ультразвук и выключают термостат. Экстракционную колбу вместе с холодильником поднимают на зажиме и дают экстракту остыть. После этого содержимое колбы фильтруют через бумажный фильтр, замеряют объём экстракта, а навеску подсушивают сначала на воздухе, далее в сушильном шкафу при температуре 60 ℃до постоянной массы.

Рисунок 3–Установка для экстракции в поле ультразвука

ультразвуковая ванна марки UM

2)

Проведено экстракционное извлечение БАВ на всех видах установок из замороженных плодов боярышника Грея, собранных в сентябре 2014 г. Количественное содержание ценных веществ в экстракте определено по тем же методикам, что и в плодах, общепринятыми методами, описанными в работах [7,8], с небольшими изменениями, которые отражены в соответствующих разделах данного отчета.Изложение основных результатовРезультаты анализа полученных различными методами экстрактов плодов боярышника представлены в табл. 14.1. Определение органических кислотИзменения в основной методике проведения анализа: отбирают 10 см3экстракта, помещают в колбу вместимостью 100 см3, добавляют 1см3раствора фенолфталеина и титруют раствором гидрооксиданатрия 0,1 моль/дм3 до появления красной окраски.Массовую долю свободных органических кислот в экстракте X, %, в пересчёте на яблочную кислоту и на абсолютно сухое сырьё вычисляют по формуле,



(1)где V–объём раствора гидроокиси натрия 0,1 моль/дм3), израсходованный на титрование, см3; 0,0067 –массовая доля яблочной кислоты, соответствующая 1 см3раствора гидроокиси натрия моль/дм3, г; m–масса навески сырья, г; W–потеряв массе при высушивании сырья, %.

50 –объем экстракта, см3.

Из проэкстрагированных плодов извлечение органических кислот проводится дистиллированной водой на 1 г плодов –15 мл воды. Затем также отбирают 10 см3извлечения в колбу вместимостью 100 см3, добавляют 1см3раствора фенолфталеина и титруют раствором гидроксида натрия 0,1 моль/дм3 до появления красной окраски.Массовую долю свободных органических кислот в проэкстрагированных плодах Y, %, вычисляют по формуле,

(2)где 15 –объем дистиллированной воды, используемый для извлечения органических кислот из проэкстрагированных плодов, см3.[2]Таблица 1Содержание органических кислот, % от а. с. Сырья

Свежезамороженные плодыНастаиваниеСВЧэкстракцияУЗэкстракция 1 опыт1,432,022,402 опыт1,373,181,70Среднее значение1,402,602,05Проэкстрагированные плоды

1 опыт0,390,200,652 опыт0,100,301,01Среднее значение0,250,250,83

Количество органических кислот, перешедших в экстракт при различных методах экстракции % от а. с. сырья, по сравнению к их содержанию до экстракции, представим гистограммой рис. 4.

Рисунок 4 –Определение органических кислот, %

2. Определение аскорбиновой кислотыОпределение выполнено по методу Тильманса без отклонений от методики.

2,962,602,051,4000,511,522,533,5До экстракцииСВЧУЗгенераторНастаивание в термостатеТаблица 2Содержание аскорбиновой кислоты, мг% от а. с. сырьяСвежезамороженные плодыНастаиваниеСВЧэкстракцияУЗэкстракция 1 опыт24,67,112,02 опыт15,215,08,0Среднее значение19,911,110,0Проэкстрагированные плоды

1 опыт51,668,051,02 опыт49,869,099,0Среднее значение50,768,575,0По отношению к содержанию аскорбиновой кислоты до экстракции представим гистограммой количество аскорбиновой кислоты, перешедшей в экстракт по методу СВЧ, УЗ и по методу настаивания,на рис. 5.

Рисунок 5 –Определение аскорбиновой кислоты, мг%

3. Определение сахаровОпределение сахаров выполнено полумикрометодом Дюбойса с калибровочным графиком по сахарозе, построенном с помощью фотоэлектрокалориметра, без отклонений от методики.Таблица 3 Содержание сахаров, % от а. с. Сырья

Свежезамороженные плодыНастаиваниеСВЧэкстракцияУЗэкстракция 1 опыт5,317,0510,842 опыт3,3510,706,93Среднее значение4,338,888,89Проэкстрагированные плоды

1 опыт5,8316,5014,562 опыт6,0017,015,00Среднее значение5,9216,814,7832,711,110,019,905101520253035До экстракцииСВЧУЗгенераторНастаивание в термостатеПо отношению к содержанию сахаров до экстракции представим гистограммой количество сахаров, перешедших в экстракт методами СВЧ, УЗ и методом настаивания, на рис. 6.

Рисунок 6 –Определение содержания сахаров, %

4. Выход экстрактивных веществ Выход экстрактивных веществ, % к а. с. массе плодов, может быть рассчитан двумя способами:1. По убыли массы плодов с учетом влажности , (3) где m1–масса плодов до экстракции, г;m2–масса плодов после экстракции, г;W–влажность, %.

2. По концентрации экстрактаЭкстракт в количестве 5 см3помещают в предварительно взвешенную и доведенную до постоянной массы фарфоровую чашечку, упаривают на водяной бане, сушат при 60 °С в сушильном шкафу 1 час, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.Концентрация экстрактивных веществ в экстракте, г /см3:, (4) где а–масса остатка от испарения в фарфоровой чашечке, г.Выход экстрактивных веществ, % к а. с. массе плодов: ,





(5)где V–объем экстракта, см3;m1–навеска плодов, г;W–влажность, %.



16,18,898,884,33024681012141618СВЧДо экстракцииУЗгенераторНастаивание в термостатеТаблица 4 Выход ЭВ, %от а. с. Сырья

Метод экстракцииПо убыли массыПо концентрации экстрактаСВЧ36,1830,30УЗ19,1014,00Настаивание25,7921,90

Количественное содержание экстрактивных веществ в экстрактах, приготовленных в печи СВЧ 1, в поле УЗ 2 и по методу настаивания 3, представлено на рис. 7.

Рисунок 4 –Определение выхода ЭВ, %

Выполненные исследования и анализ литературы позволяют сделать следующие выводы:1. Показана принципиальная возможность экстракционного извлечения компонентов плодов боярышника 70 %м этиловым спиртом методом настаивания в термостате и в лабораторном СВЧэкстракторе.2. УЗобработка не дала ожидаемого эффекта и не рекомендуется для экстракционного извлечения БАВ из плодов.3. Максимальное количество ЭВ, органических кислот и сахаров извлечено при использовании СВЧэкстрактора.3. Учитывая частичное разрушение аскорбиновой кислоты при действии СВЧполя, рекомендуется 2х стадийная экстракция с использованием метода настаивания на 1ой стадии и СВЧэкстракции –на 2ой стадии, с получением экстрактов 1 и 2, соответственно, после каждой стадии и раздельной переработкой.4. Плоды боярышника Грея, собранные с кустарников Дендросада САФУ, содержат биологически активные компоненты в количестве, достаточном для признания их лекарственным растительным сырьем.

Ссылки на источники1. Коптелова Е.Н., Кутакова Н.А., Третьяков С.И. Извлечение экстрактивных веществ и бетулина из бересты при воздействии СВЧполя // Химия растительного сырья. –2013. –№ 4. –С. 159–164. 2.

Лабораторный практикум по технологии биологически активных веществ и углеродных адсорбентов: в 2 ч. Ч.2. Анализ БАВ: учебное пособие / Н.А. Кутакова, Н.И. Богданович. С.Б. Селянина и др.; Сев. Арктич. федер. унт им. М.В. Ломоносова –Архангельск: САФУ,2015. –114 с.

36,1819,125,7930,31421,90510152025303540По убыли массы, %По концентрации экстракта, %213