Polysaccharide content and composition analysis in the herb Astragalus albicaulis DC

Full Text

Список сокращений

ВРПС – водорастворимый полисахаридный комплекс; ПВ – пектиновые вещества; Гц А – гемицеллюлоза А; Гц Б – гемицеллюлоза Б.

ВВЕДЕНИЕ

Невозможно представить существование живых организмов без полисахариов. Эти вещества первичного биосинтеза растений являются строительным материалом для клеток, обеспечивают их энергией и выполняют роль запасных питательных веществ. Также природные полисахаридные комплексы играют важную роль в онтогенезе растений, повышают их морозостойкость, выполняют защитную роль во взаимоотношениях растений с фитопатогенами, способствуют ликвидации повреждений и выходу растения из состояния стресса. Их макромолекулы являются определяющими в прорастании семян и росте растений, в созревании и хранении овощей и фруктов, а структура может существенно меняться в процессе роста и развития растения [1]. В результате многочисленных научных исследований доказано, что природные полисахаридные комплексы обладают выраженной антиоксидантной активностью, ингибируют Р-гликопротеин [2, 3]. Содержащиеся в их составе биологически активные вещества обладают иммуностимулирующей и гиполипидемической активностью, проявляют антимикробные и фунгицидные свойства, ускоряют процессы пролиферации [4–8]. Кроме того, полисахариды могут быть использованы в медицинской практике в качестве отхаркивающих, обволакивающих, слабительных средств и энтеросорбентов [9, 10]. При этом, являясь веществами природного происхождения, они биосовместимы с организмом человека и безопасны. Наиболее перспективными источниками прородных полисахаридов являются лекарственные растения, в частности, представители рода астрагал (Astragalus) семейства бобовых (Fabaceae). На наш взгляд, интерес для изучения представляет астрагал белостебельный (Astragalus albicaulis DC), поскольку он имеет разнообразный химический состав и достаточно широко распространен на территории России [11, 12]. Растение издавна используется в народной медицине разных стран при различных патологиях – как диуретическое средство при отеках различного генеза и локализации; как отхаркивающее средство при заболеваниях дыхательных путей, сопровождающихся образованием мокроты; при болезнях желудочно-кишечного тракта, сопровождающихся нарушением эвакуации пищи. Особенно часто астрагал используется при нефротических и сердечных отеках, а также при заболеваниях почек за счет диуретического действия [13].

ЦЕЛЬ

Выделение и изучение полисахаридов травы астрагала белостебельного (Astragalus albicaulis DC).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектом исследования явилась трава астрагала белостебельного, заготовленная в Курской области летом 2022 года во время массового цветения растения и высушенная до воздушно-сухого состояния. Для выделения полисахаридного комплекса воздушно-сухое измельченное сырье предварительно обрабатывали 70% спиртом этиловым для удаления полифенольных соединений. Шрот, оставшийся после получения полифенольных соединений, высушивали и последовательно выделяли водорастворимый полисахаридный комплекс (ВРПС), пектиновые вещества (ПВ) и гемицеллюлозы (Гц А, Гц Б). Для получения ВРПС воздушно-сухой шрот экстрагировали водой в соотношении 1:20 к массе сырья при нагревании до 95°С в течение 120 минут при постоянном перемешивании. Повторное извлечение полисахаридов проводили дважды водой в соотношении 1:10. Растительный материал отделяли центрифугированием, и объединенные экстракты упаривали на водяной бане до 1/5 первоначального объема. Помимо фильтрования была проведена дополнительная очистка от фенольных соединений на полиамидном сорбенте на воронке Бюхнера, затем сорбент промывали водой и присоединяли к элюату. Полисахариды выделяли из элюата осаждением путем замены растворителя – добавляли в трехкратном объеме 96% спирт этиловый. Выпавшие в осадок водорастворимые полисахариды отделяли, промывали этанолом, затем ацетоном, высушивали и взвешивали [14–16].

После выделения водорастворимых полисахаридов использовали оставшийся шрот для выделения пектиновых веществ, экстрагент – смесь 0,5% растворов кислоты щавелевой и аммония оксалата (1:1) при 80–85°С. Экстракцию вели трижды, в первом случае в соотношении «сырье – экстрагент» 1:20 в течение 120 минут, далее в соотношении 1:10 в течение 60 минут. Извлечения объединяли, концентрировали и осаждали пектиновые вещества спиртом 96% в пятикратном количестве. Выделенные пектиновые вещества отделяли, промывали тем же растворителем, высушивали и взвешивали [16, 17].

Шрот, оставшийся после выделения ПВ, заливали пятикратным объемом 10% водного раствора щелочи и оставляли при комнатной температуре на 12 часов. Затем отфильтровывали через четыре слоя марли. К полученному фильтрату прибавляли два объема кислоты уксусной. Образовавшийся осадок отфильтровывали через фильтр. На фильтре получился осадок Гц А в виде зеленовато-коричневой массы. К фильтрату добавляли двукратный объем 96% спирта этилового для осаждения Гц Б. Полученный осадок отфильтровывали через фильтр, промывали спиртом этиловым, высушивали и определяли массу [14–16].

Для установления моносахаридного состава ВРПС, ПВ, Гц А и Б проводили их гидролиз 2Н кислотой серной. Для этого навески веществ (0,05 г) помещали в ампулу емкостью 10 мл, прибавляли 2,5 мл раствора кислоты серной, запаивали ампулы и гидролизовали при температуре 100–105°С в течение 6 часов (для ВРПС), 24 часов (для ПВ) и 48 часов (для Гц А, Гц Б). После проведения гидролиза содержимое ампул переносили в стаканчики, ампулы омывали водой и переносили в тот же стаканчик, раствор нейтрализовали до рН 7 кристаллическим карбонатом бария. Нейтрализованный раствор фильтровали и доводили до 10 мл водой. Далее к раствору гемицеллюлозы А и Б и водорастворимых полисахаридов добавляли по 30 мл спирта этилового 96%, а к раствору пектиновых веществ – 50 мл спирта этилового 96%, оставляли на 2 часа и фильтровали выпавшие осадки. Фильтраты переносили в выпарительные чашки, выпаривали до 0,5 мл – в результате получали раствор для идентификации нейтральных моносахаридов. Осадки с фильтра снимали и растворяли в воде, подкисляли с помощью катионита КУ-2 и также выпаривали до 0,5 мл – получали раствор для идентификации кислых моносахаридов [14].

Установление состава продуктов кислотного гидролиза полисахаридов проводили бумажной хроматографией – использовали бумагу FN–1. Анализ растворов нейтральных моносахаридов осуществляли при помощи нисходящей хроматографии в камере, насыщенной смесью н-бутанол–пиридин–вода (6:4:3), с использованием растворов стандартных образцов моносахаридов. Восходящей хроматографией в системе этилацетат–уксусная кислота–муравьиная кислота–вода (18:3:1:4) анализировали растворы кислых моносахаридов со стандартными растворами глюкуроновой и галактуроновой кислот. По окончании хроматографии хроматограммы высушивали и проявляли раствором анилингидрофталата, нагревали при температуре 100–105°С в сушильном шкафу [14].

Каждое исследование было повторено 5 раз, доверительный интервал вычисляли статистическими методами с использованием коэффициента Стьюдента (доверительная вероятность 0,95).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Было установлено, что выход водорастворимых полисахаридов из травы астрагала белостебельного составил 9,41% ± 0,46% (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Количественное содержание полисахаридных фракций в траве астрагала белостебельного

Figure 1. Quantity of polysaccharide fractions in the herb Astragalus albicaulis

 

Для подтверждения наличия водорастворимых полисахаридов были проведены реакции их осаждения из водных растворов ацетоном и спиртом, а также с реактивом Фелинга после гидролиза в кислой среде. Выход пектиновых веществ из травы астрагала белостебельного составил 17,49% ± 0,62%. Их наличие было подтверждено положительной реакцией взаимодействия с 1% раствором алюминия сульфата. Выход гемицеллюлозы А из травы астрагала белостебельного составил 0,86% ± 0,04%, гемицеллюлозы Б – 5,36% ± 0,25%.

Физико-химические характеристики выделенных комплексов полисахаридов представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Физико-химические свойства полисахаридных комплексов, выделенных из травы астрагала белостебельного

Table 1. Physical and chemical properties of polysaccharide complexes isolated from the herb Astragalus albicaulis

Наименование	Внешний вид	Растворимость
		Спирт 70%	Вода	Кислота серная разб.	Гидроксид натрия 5%
Водорастворимые полисахариды	аморфный порошок темно-коричневого цвета	–	+	+ (светло-коричневый раствор)	± (раствор светло-желтого цвета)
Пектиновые вещества	аморфный порошок цвета слоновой кости	–	+ (опалесценция)	+ (опалесценция)	+ (раствор светло-желтого цвета)
Гемицеллюлоза А	аморфный порошок коричневого цвета	–	±	±	± (раствор коричневого цвета)
Гемицеллюлоза Б	аморфный порошок серо-коричневого цвета	–	±	±	± (раствор коричневого цвета)

Примечания: « – » нерастворим, « + » растворим, « ± » малорастворим.

 

После кислотного гидролиза в комплексе водорастворимых полисахаридов были обнаружены 5 моносахаридов: рамноза, ксилоза, арабиноза, галактоза и глюкуроновая кислота (рисунок 2), из которых преобладающими являются арабиноза и галактоза.

 

Рисунок 2. Моносахаридный состав полисахаридных фракций травы астрагала белостебельного

Figure 2. Monosaccharide composition of polysaccharide fractions of the herb Astragalus albicaulis

 

Хроматографический анализ продуктов гидролиза пектиновых веществ, проведенный в кислой среде, показал наличие ксилозы, арабинозы, глюкозы, галактозы, также галактуроновой кислоты, среди них преобладает галактуроновая кислота. В результате идентификации продуктов гидролиза гемицеллюлозы А и Б в кислой среде были обнаружены рамноза, ксилоза и глюкоза, при этом преобладающим моносахаридом является ксилоза.

Анализ литературных источников показал, что растения рода астрагал содержат разнообразные группы биологически активных соединений. Во многих растениях этого рода присутствуют полисахариды, однако в большинстве видов их количественное содержание незначительно. В частности, в официнальном виде – астрагале шерстистоцветковом – преобладают тритерпеновые сапонины и флавоноиды, которые отвечают за фармакологическую активность растения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований из травы астрагала белостебельного впервые были выделены и изучены по фракциям комплексы полисахаридов – водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества, гемицеллюлоза А и Б. После гидролиза выделенных комплексов и идентификации моносахаридов установлен их качественный состав. Преобладающими моносахаридами в траве астрагала белостебельного являются следующие: в комплексе водорастворимых полисахаридов – арабиноза и галактоза, в комплексе пектиновых веществ – галактуроновая кислота, в комплексе гемицеллюлозы А и Б – ксилоза. Полученные данные свидетельствуют о том, что трава астрагала белостебельного может быть использована в качестве источника природных полисахаридов.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

About the authors

T. A. Pozdnуakova

Orel State University named after I.S. Turgenev

Author for correspondence.
Email: pozdnyakova.tatyana.72@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6058-6619

PhD, Associate Professor, Department of Pharmacology, Clinical Pharmacology and Pharmacy

Russian Federation, Orel

R. A. Bubenchikov

Scientific and Production Association “Microgen”

Email: fg.ksmu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0955-6892

PhD, Associate Professor, Head of the Department of Standardization and Implementation

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files