Өсімдік шикізатынан биологиялық белсенді заттарды Алу әдістері мен режимдерін оңтайландыру

Abstract

Жұмыста өсімдік шикізатынан және өсімдіктердің жасушалық (in vitro) дақылдарынан фенолдық қосылыстарды алудың дәстүрлі және заманауи әдістері қарастырылып, салыстырмалы талдау жүргізілді. Зерттеу нысандары ретінде Hypericum perforatum (шәйқурай), Melilotus officinalis (түйежоңышқа) және Portulaca oleracea (портулак) таңдалды. Зерттеудің өзектілігі табиғи фенолдық қосылыстарға антиоксиданттар мен функционалды ингредиенттер көзі ретінде сұраныстың артуымен, сондай-ақ оларды алудың тиімді, экономикалық және экологиялық қауіпсіз технологияларын әзірлеу қажеттілігімен негізделеді. Зерттеу мақсаты – биоактивті қосылыстардың шығымдылығы, тұрақтылығы және технологиялық тиімділігі тұрғысынан фенолдық қосылыстарды алудың оңтайлы әдісін анықтау.Жұмыста 70% этанол экстрагенті қолданылып, үш әдіс – мацерация, Сокслет экстракциясы және ультрадыбыстық экстракция (UAE) – салыстырылды. Зерттеу нәтижелері бойынша фенолдық қосылыстардың ең жоғары мөлшері Сокслет әдісі арқылы алынғаны анықталды: табиғи өсімдік шикізатында Hypericum perforatum үшін 61,2±2,4 мг GAE/г, Melilotus officinalis үшін 56,3±1,9 мг GAE/г және Portulaca oleracea үшін 45,7±1,5 мг GAE/г көрсеткіштері тіркелді. Ультрадыбыстық экстракция әдісі сәйкесінше 58,4±2,1; 44,1±1,5 және 32,8±1,1 мг GAE/г мәндерін көрсетті, бұл мацерация әдісіне қарағанда жоғары, бірақ Сокслеттен төмен нәтиже береді. Мацерация кезінде ең төмен көрсеткіштер байқалды (24,2–42,6 мг GAE/г диапазонында). In vitro дақылдарынан алынған сығындыларда фенолдық қосылыстар мөлшері табиғи өсімдік шикізатымен салыстырғанда орта есеппен 10–20% төмен екені анықталды. Экстракция параметрлерін оңтайландыру нәтижесінде фенолдық қосылыстарды тиімді алу үшін 70% этанол және 50–70 °C температура диапазоны оңтайлы екені анықталды, бұл жағдайда максималды мәндер 70 °C температурада тіркелді.Салыстырмалы талдау көрсеткендей, Сокслет әдісі максималды шығымдылықты қамтамасыз етеді, алайда жоғары температура мен энергия шығынын талап етеді. Ал ультрадыбыстық экстракция әдісі шығымдылығы сәл төмен болғанымен, экстракция уақытының қысқалығы (30 мин), еріткіш шығынының аздығы және биологиялық белсенді қосылыстардың сақталуы тұрғысынан анағұрлым тиімді және перспективалы болып табылады. Осылайша, зерттеу нәтижелері фенолдық қосылыстарды алу әдісін таңдау нақты мақсатқа байланысты болуы тиіс екенін көрсетті: максималды шығымдылық үшін – Сокслет әдісі, ал технологиялық тиімділік, энергия үнемділігі және өнім сапасын сақтау үшін ультрадыбыстық экстракция әдісі ұсынылады. Алынған нәтижелер тағам өнеркәсібінде және функционалды өнімдер өндірісінде өсімдік сығындыларын алу технологияларын әзірлеуде қолданылуы мүмкін. Негізгі сөздер: Hypericum perforatum, melilotus

В работе рассмотрены традиционные и современные методы получения фенольных соединений из растительного сырья и клеточных (in vitro) культур растений и проведен сравнительный анализ. В качестве объектов исследования были выбраны Hypericum perforatum (чайный гриб), Melilotus officinalis (вербейник) и Portulaca oleracea (портулак). Актуальность исследования обусловлена возросшим спросом на природные фенольные соединения как источники антиоксидантов и функциональных ингредиентов, а также необходимостью разработки эффективных, экономически и экологически безопасных технологий их получения. Цель исследования – определение оптимального способа получения фенольных соединений с точки зрения выхода, стабильности и технологической эффективности биоактивных соединений. В работе использовался 70% этаноловый экстрагент, и сравнивались три метода – мацерация, экстракция Сокслетом и ультразвуковая экстракция (UAE). По результатам исследования установлено, что наибольшее количество фенольных соединений получалось методом Сокслета: в натуральном растительном сырье были зарегистрированы показатели 61,2±2,4 мг GAE/г для Hypericum perforatum, 56,3±1,9 мг GAE/г для melilotus officinalis и 45,7±1,5 мг GAE/г для Portulaca oleracea. Метод ультразвуковой экстракции показал значения GAE/г 58,4±2,1; 44,1±1,5 и 32,8±1,1 мг соответственно, что выше, чем у метода мацерации, но ниже, чем у Сокслета. Самые низкие показатели наблюдались при мацерации (в диапазоне 24,2-42,6 мг GAE/г). Было обнаружено, что в экстрактах, полученных из культур In vitro, содержание фенольных соединений в среднем на 10-20% ниже, чем в натуральном растительном сырье. В результате оптимизации параметров экстракции было обнаружено, что для эффективного получения фенольных соединений оптимальным является 70% этанол и температурный диапазон 50-70 °C, при этом максимальные значения регистрировались при 70 °C. Сравнительный анализ показал, что метод Сокслета обеспечивает максимальную урожайность, однако требует высоких температур и энергозатрат. И хотя метод ультразвуковой экстракции имеет немного более низкий выход, он более эффективен и перспективен с точки зрения короткого времени экстракции (30 минут), меньшего расхода растворителя и сохранения биологически активных соединений. Таким образом, результаты исследования показали, что выбор способа получения фенольных соединений должен зависеть от конкретной цели: для максимального выхода – метод Сокслета, а для технологической эффективности, энергоэффективности и сохранения качества продукции – предлагается метод ультразвуковой экстракции. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологий получения растительных экстрактов в пищевой промышленности и производстве функциональных продуктов.

The paper considers traditional and modern methods of obtaining phenolic compounds from plant raw materials and cellular (in vitro) plant cultures and provides a comparative analysis. Hypericum perforatum (kombucha), Melilotus officinalis (verbena) and Portulaca oleracea (purslane) were selected as the objects of research.The relevance of the study is due to the increased demand for natural phenolic compounds as sources of antioxidants and functional ingredients, as well as the need to develop effective, economically and environmentally friendly technologies for their production.The purpose of the study – determination of the optimal method for obtaining phenolic compounds in terms of yield, stability and technological effectiveness of bioactive compounds.70% ethanol extractant was used in the work, and three methods were compared – maceration, Soxlet extraction and Ultrasonic extraction (UAE).According to the results of the study, the largest amount of phenolic compounds was obtained by the Soxlet method: in natural plant raw materials, 61.2±2.4 mg GAE/g for Hypericum perforatum, 56.3±1.9 mg GAE/g for melilotus officinalis and 45.7±1.5 mg GAE/g for Portulaca oleracea were recorded. The ultrasonic extraction method showed GAE/g values of 58.4±2.1; 44.1±1.5 and 32.8±1.1 mg, respectively, which is higher than that of the maceration method, but lower than that of Soxlet. The lowest values were observed during maceration (in the range of 24.2-42.6 mg GAE/g).It was found that in extracts obtained from In vitro cultures, the content of phenolic compounds is on average 10-20% lower than in natural plant raw materials.As a result of optimization of extraction parameters, it was found that 70% ethanol and a temperature range of 50-70 °C are optimal for the effective production of phenolic compounds, while the maximum values were recorded at 70 °C. Comparative analysis has shown that the Soxlet method provides maximum yield, but requires high temperatures and energy consumption. Although the ultrasonic extraction method has a slightly lower yield, it is more effective and promising in terms of a short extraction time (30 minutes), lower solvent consumption and preservation of biologically active compounds. Thus, the results of the study showed that the choice of a method for producing phenolic compounds should depend on a specific goal: for maximum yield, the Soxlet method is used, and for technological efficiency, energy efficiency and product quality preservation, the ultrasonic extraction method is proposed. The results obtained can be used in the development of technologies for the production of plant extracts in the food industry and the production of functional products.