Химический состав флюидных экстрактов черемухи обыкновенной (Prunus padus L.)
Журнал: Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления @vestnik-esstu
Рубрика: Пищевые системы (биологические науки, технические науки)
Статья в выпуске: 3 (102), 2026 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты исследования химического состава флюидных экстрактов плодов черемухи обыкновенной (Prunus padus L.), полученных методом сверхкритической СО2экстракции при варьировании давления и ступенчатом сепарировании. Методом газовой хроматомасс-спектрометрии идентифицирован широкий спектр липофильных соединений, включая насыщенные, монои полиненасыщенные жирные кислоты (преимущественно олеиновая и линолевая), терпены, стеролы и их производные. Установлено, что изменение давления сверхкритической флюидной экстракции позволяет селективно концентрировать различные группы биологически активных веществ, что открывает перспективы для целенаправленного получения экстрактов с заданным составом для пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248659
IDS: 142248659 | УДК: 665.1:543.544:582.734.3 | DOI: 10.53980/24131997_2026_3_46
Chemical composition of fluid extracts of bird cherry (Prunus padus L.)
The article presents the results of a study on the chemical composition of fluid extracts from common bird cherry fruits (Prunus padus L.) obtained by supercritical CO₂ extraction with varying pressure and stepwise separation. Gas chromatography-mass spectrometry identified a wide range of lipophilic compounds, including saturated, monounsaturated, and polyunsaturated fatty acids (predominantly oleic and linoleic acids), terpenes, sterols, and their derivatives. It was established that varying the supercritical fluid extraction pressure allows for the selective concentration of different groups of biologically active substances, which opens up prospects for the targeted production of extracts with a specified composition for the food, cosmetic, and pharmaceutical industries.
Текст научной статьи Химический состав флюидных экстрактов черемухи обыкновенной (Prunus padus L.)
Биологически активные вещества растительного происхождения находят большой интерес, так как все больше людей стремятся вести здоровый образ жизни, дополнительно обеспечивая поддержку организма нутриентами природного происхождения. Растительное сырье содержит широкий спектр ценных химических соединений, среди которых можно выделить флавоноиды, эфирные масла, пигменты, жирные кислоты, витамины, минеральные и другие вещества, способные оказывать положительное влияние на здоровье человека.
При разработке новой продукции набирает популярность использование экстрактов, полученных из различных частей растений: корней, стеблей, листьев, цветков, коры и плодов [1–8]. Чаще всего их применяют в качестве натуральных красителей, ароматизаторов, антиоксидантов, а также источников биологически активных веществ.
Большое количество плодов и ягод дикорастущих растений применяется в официальной медицине благодаря высокому содержанию ценных компонентов в их составе [9, 10]. Установлено, что пик концентрации полезных веществ у них приходится на стадии технической спелости [11]. Несмотря на колоссальную биологическую ценность, переработка дикорастущего плодово-ягодного сырья находится на низком уровне.
Дикоросы Сибирского региона представлены широким видовым разнообразием и богатым химическим составом, позволяющим выделить из них компоненты для производства продукции с функциональными свойствами.
Черемуха обыкновенная ( Prunus padus L.) издавна известна как лекарственное растение. В фармакологии используются ее плоды, которые, по усредненным данным, содержат сахара (5,0–9,7 %), пектиновые вещества (0,2–1,0 %), клетчатку (17,2 % ), органические кислоты (яблочная, лимонная, фенолокислоты) (титруемая кислотность составляет 0,6–1,2 %), аскорбиновую кислоту (2–4 мг/100 г), флавоноиды (катехины – 110–480 мг/100 г, антоцианы – 600–1490 мг/100 г, лейкоантоцианы – 175 мг/100 г, флавонолы – 500 мг/100 г), витамины В 1 , В 2 , С, Е [9], макроэлементы (калий – 62,6 мг/кг, натрий – 22,5 мг/кг, кальций – 32,9 мг/кг, магний – 14,9 мг/кг, фосфор – 94,3 мг/кг,), микроэлементы (железо – 10,2–87,2 мг/кг, марганец – 7,9–16 мг/кг) [12], дубильные вещества (не менее 1,7 %) [13].
Черемуха богата гликозидом амигдалином, который содержится в коре (до 2 %), листьях, цветках и семенах (1,5–1,8 %), при его расщеплении образуется синильная кислота, смертельная доза которой составляет 1 мг на 1 кг массы человеческого тела, поэтому с целью предотвращения летального исхода при употреблении плодов с раздавленными косточками их масса не должна превышать 1–2 кг.
Лидером по запасам черемухи обыкновенной среди федеральных округов России является Сибирский федеральный округ, здесь биологический запас составляет 81,7 тыс. т плодов, что соответствует 76 % от общих запасов плодов черемухи по стране в среднеурожайный год, но замечен тренд на снижение заготовки сырья в XXI в. [14].
При переработке плодов черемухи обыкновенной зрелые плоды срезают или срывают, стараясь не наносить повреждения ветвям, затем высушивают до влажности не более 14 % в печах или сушилках при температуре не более 60 ° C. Также допускается сушка на воздухе при хорошем воздухообмене в затемненном месте.
При повышении температуры и при хранении количество амигдалина в плодах существенно уменьшается. В процессе естественной сушки плодов количество амигдалина остается практически неизменным.
Плоды Prunus padus L. характеризуются сложным биохимическим составом и содержат как гидрофильные, так и липофильные биологически активные соединения, что обусловливает целесообразность их применения в качестве лекарственного и пищевого сырья [15–18].
В исследовании Е.П. Кошевого и др. [19] рассмотрен фитохимический состав плодов черемухи обыкновенной, подтверждающий высокое содержание в них танинов и гидролизуемых дубильных веществ, исследован состав флавоноидов и органических кислот.
Имеющиеся на сегодня результаты исследований химического состава плодов черемухи обыкновенной реализованы путем определения компонентов в водных экстрактах либо экстрактах на основе органических растворителей. Поэтому цель данного исследования - изучение химического состава флюидных экстрактов плодов черемухи обыкновенной, полученных при варьировании технологических режимов процесса сверхкритической CO 2 -экстракции.
Материалы и методы исследования
Растительное сырье. В работе использовали плоды черемухи обыкновенной ( Prunus padus L.), собранные в лесах Кемеровской области. Плоды были высушены в естественных условиях способом атмосферной сушки при температуре 20-25 ° C и относительной влажности воздуха 60–65 %, при хорошей естественной вентиляции до влажности 6–8 %. Сушеные плоды измельчали на лабораторной мельнице с дисковыми ножами (CW-1, Китай) до размера частиц от 0,17 до 0,35 нм. Влажность полученной муки из плодов черемухи – 9,0±0,1 %
Сверхкритическая СО 2 -экстракция. Процесс экстрагирования проводили на полупромышленной опытно-лабораторной установке сверхкритической углекислотной экстракции замкнутого типа с рабочим давлением до 35 МПа (ООО «СО2ЕХТ», г. Пушкино, Россия). Установка представляет собой экстрактор замкнутого типа с одной рабочей колонкой объемом 1 дм3 и двумя рабочими колонками объемом по 10 дм3 каждая. Для увеличения возможности фракционирования получаемых экстрактов в установку входят три последовательных сепаратора. Оборудование полностью автоматизировано.
Экстракцию проводили при температуре 35 ° C - в экстракционной колонке, 40 ° C - в сепараторах под давлением 10, 15 и 20 МПа. Расход углекислого газа составлял 2,0 кг/мин. Масса загруженного образца составила 3,5 кг. Процесс экстракции проводили при ступенчатом увеличении давления в экстракционной колонке для одного и того же загруженного образца, продолжительность экстракции составила 60 мин при каждом значении давления. Образцы экстрактов, полученных при разных технологических параметрах, были зашифрованы (табл. 1).
Кодировка опытных образцов флюидных экстрактов
Таблица 1
|
№ сепаратора / давление, МПа / температура в сепараторах, ͦC |
Давление экстракции, МПа |
||
|
10 |
15 |
20 |
|
|
1 / 6 / 40 |
Образец 1.100 |
Образец 1.150 |
Образец 1.200 |
|
2 / 5 / 40 |
Образец 2.100 |
Образец 2.150 |
Образец 2.200 |
|
3 / 4 / 40 |
Водная фракция |
Водная фракция |
Водная фракция |
Газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС).
Идентификацию веществ, содержащихся в полученных образцах определяли на газовом хромато-масс-спектрометре GCMS-QP2010 Ultra / GCMS-QP2010 SE по ГОСТ 30418-96 с начальной температурой термостата - 50 С, конечной - 260 ° С, диапазон сканирования составлял 10 - 1000 m/z. Условия проведения исследования: 752 мм. рт. ст., 24 ° C, относительная влажность воздуха – 40 %.
Результаты исследований и их обсуждение
В ходе экстракции по методике, описанной выше, было получено 9 образцов, отличающихся друг от друга по внешнему виду. При селективном сепарировании из сепаратора 1 выделили экстракты светло-желтого цвета с низкой вязкостью и приятным фруктовым ароматом, из сепаратора 2 выделили вязкие плотные экстракты желтого цвета с единичными каплями воды, характеризующиеся фруктовым ароматом, образцы из сепаратора 3 представлены водной фракцией, содержащейся в сырье, которая не имеет дальнейшего научного интереса, в связи с чем данные пробы были исключены из дальнейших исследований. Таким образом, химический состав определяли у образцов, полученных из сепараторов 1 и 2 при разных уровнях давления, результаты определений представлены в таблице 2.
Таблица 2 Химический состав экстрактов из плодов черемухи обыкновенной
|
Название соединения |
Массовая доля вещества, % |
|||||
|
образец 1.100 |
образец 1.150 |
образец 1.200 |
образец 2.100 |
образец 2.150 |
Образец 2.200 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Насыщенные жирные кислоты |
||||||
|
С 16:0 Гексадекановая кислота (пальмитиновая) |
2,97 |
2,28 |
2 |
2,33 |
1,83 |
- |
|
С 18:0 Октадекановая кислота (стеариновая) |
0,61 |
0,94 |
0,9 |
0,75 |
0,8 |
- |
|
С 20:0 Эйкозановая кислота (арахиновая) |
- |
0,06 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
- |
|
С 22:0 Докозановая кислота (бегеновая) |
- |
0,02 |
0,02 |
0,01 |
0,02 |
- |
|
ВСЕГО |
3,58 |
3,30 |
2,97 |
3,14 |
2,71 |
- |
|
Мононенасыщенные жирные кислоты |
||||||
|
С 16:1 (9Z)-Гексадец-9-еновая кислота (пальмитолеиновая) |
0,32 |
0,24 |
0,2 |
0,28 |
0,2 |
- |
|
С 18:1 (9Z)-Октадец-9-еновая кислота (олеиновая) |
51,67 |
42,32 |
39,16 |
26,26 |
34,67 |
61,52 |
|
С 18:1 11-Октадеценовая кислота (изомер олеиновой) |
- |
22,29 |
- |
9,56 |
- |
- |
|
С 18:1 6-Октадеценовая кислота (изомер олеиновой) |
- |
- |
- |
2,23 |
14,75 |
- |
|
С 18:1 15-Октадеценовая кислота (изомер олеиновой) |
1,62 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
С 22:1 (13Z)-Докоз-13-еновая кислота (эруковая) |
- |
0,03 |
- |
- |
- |
- |
|
ВСЕГО |
53,61 |
64,88 |
39,36 |
38,33 |
49,62 |
61,52 |
|
Полиненасыщенные жирные кислоты (омега-3) |
||||||
|
С 18:3 (9Z,12Z,15Z)-Октадеца-9,12,15-трие-новая кислота (α-линоленовая) |
0,42 |
2,62 |
2,56 |
1,46 |
3,58 |
- |
|
ВСЕГО |
0,42 |
2,62 |
2,56 |
1,46 |
3,58 |
- |
|
Полиненасыщенные жирные кислоты (омега-6) |
||||||
|
С 18:2 (9Z,12Z)-Октадеца-9,12-диеновая кислота (линолевая) |
41,32 |
22,29 |
53,7 |
55,23 |
30,2 |
38,48 |
|
С 18:3 (6Z,9Z,12Z)-Октадеца-6,9,12-триено-вая кислота (γ-линоленовая) |
0,53 |
0,12 |
0,12 |
0,44 |
0,09 |
- |
|
С 20:3 (5Z,8Z,11Z)-Эйкоза-5,8,11-триеновая кислота (дигомо-γ-линоленовая) |
- |
- |
0,16 |
0,09 |
- |
- |
|
С 20:4 (5Z,8Z,11Z,14Z)-Эйкоза-5,8,11,14-тетраеновая кислота (арахидоновая) |
- |
- |
0,16 |
0,1 |
0,16 |
- |
|
ВСЕГО |
41,85 |
22,41 |
54,14 |
55,86 |
30,45 |
38,48 |
|
Циклические кислоты и их производные |
||||||
|
2-Гексилциклопропаноктановая кислота (циклопропаноктановая) |
- |
0,22 |
0,07 |
0,12 |
0,04 |
- |
Продолжение таблицы 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
ВСЕГО |
- |
0,22 |
0,07 |
0,12 |
0,04 |
- |
|
Углеводороды, терпены и другие липофильные соединения |
||||||
|
2,6,10,15,19,23-Гексаметилтетракоза- 2,6,10,14,18,22-гексаен (сквален) |
- |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,05 |
- |
|
Генеикозан |
- |
0,04 |
0,04 |
0,11 |
0,07 |
- |
|
Эйкозан |
- |
- |
- |
- |
0,01 |
- |
|
Октадец-1-ин (1-октадецин) |
0,14 |
- |
- |
0,11 |
- |
- |
|
Пентадец-1-ин (1-пентадецин) |
- |
- |
0,07 |
- |
0,07 |
- |
|
1,Е-11,Z-13-Октадекатриен |
0,13 |
2,83 |
- |
- |
- |
- |
|
ВСЕГО |
0,27 |
2,90 |
0,14 |
0,25 |
0,20 |
- |
|
Стеролы и их производные |
||||||
|
(3β)-Холест-5-ен-3-илкарбонохлоридат (холестерина карбонохлоридат) |
0,25 |
0,52 |
- |
0,16 |
- |
- |
|
(3β)-3-Бромхолест-5-ен (холестерина бромид) |
- |
0,02 |
0,11 |
- |
0,19 |
- |
|
(3β)-Бензоатхолеста-4,6-диен-3-ола (холестерина бензоат) |
- |
0,02 |
- |
- |
- |
- |
|
(3β)-Холеста-4,6-диен-3-ол (холестадиенол) |
- |
- |
- |
- |
0,02 |
- |
|
Стигмаст-5-ен-3β-ол (β-ситостерол) |
- |
0,01 |
- |
- |
- |
- |
|
Стигмаст-5-ен-3β-иловый эфир олеиновой кислоты (стигмастерола олеат) |
- |
- |
- |
- |
0,01 |
- |
|
(3β)-24-Метилен-9,19-циклоланостан-3-ол (циклоартенол) |
- |
0,01 |
- |
- |
0,01 |
- |
|
ВСЕГО |
0,25 |
0,58 |
0,11 |
0,16 |
0,23 |
- - |
|
Прочие соединения (ароматические, кетокислоты, фураноны и др.) |
||||||
|
4,4-Диметилпент-2-иловый эфир бензойной кислоты (бензоат) |
0,07 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
3-Оксононановая кислота |
- |
4,57 |
- |
- |
- |
- |
|
(9Z,12Z)-1-Хлороктадека-9,12-диен (хлорированный линолеат) |
- |
2,21 |
- |
- |
- |
- |
|
6,7,8,9-Тетрагидро-1,6,6-триметилфе-нантро[1,2-b]фуран-10,11-дион (фенантрофурандион) |
- |
- |
- |
- |
20,29 |
- |
|
2,6,6-Триметилбицикло[3,1,1] гептан-2-ол (пинол) |
- |
- |
0,03 |
0,05 |
0,1 |
- |
|
4,4-Диметил-1-(2,7-октадиенил) циклобут-1-ен (циклобутен) |
- |
0,19 |
- |
- |
- |
- |
|
Амино(бицикло[6,1,0]нон-4-ен-9-ил) уксусная кислота |
- |
- |
- |
0,02 |
- |
- |
|
10-Метилентрицикло[4,2,1,1(2,5)] декан-9-он |
- |
- |
0,03 |
- |
- |
- |
|
ВСЕГО |
0,07 |
6,97 |
0,06 |
0,07 |
20,39 |
- |
На основании проведенных исследований химического состава флюидных экстрактов плодов черемухи обыкновенной, полученных при варьировании давления сверхкритической СО 2 -экстракции и ступенчатом сепарировании, было установлено, что доминирующими компонентами всех исследуемых образцов являлись ненасыщенные жирные кислоты, среди которых преобладали олеиновая (С 18:1 , до 61,52 %) и линолевая (С 18:2 , до 55,23 %). Их суммарное содержание составило более 90 % от общего количества жирных кислот, что свидетельствует о высокой липофильной биологической ценности экстрактов.
Давление экстракции оказывало значительное влияние на качественный и количественный состав экстрактов, так, при повышении давления с 10 до 20 МПа в сепараторе 1 наблюдалась тенденция к увеличению доли линолевой кислоты (с 41,32 до 53,70 %) при одновременном снижении олеиновой (с 51,67 до 39,16 %). В сепараторе 2 при максимальном давлении (20 МПа) была идентифицирована преимущественно олеиновая кислота (61,52 %), тогда как другие жирные кислоты не были обнаружены, что указывало на невозможность селективного сепарирования целевых компонентов.
Полиненасыщенные жирные кислоты омега-3 и омега-6 присутствовали во всех образцах. Максимальное содержание α-линоленовой кислоты (омега-3) было зафиксировано в образце 2.150 (3,58 %), а линолевой (омега-6) – в образце 2.100 (55,23 %). Обнаружение арахидоновой (С 20:4 , омега-6) и дигомо-γ-линоленовой (С 20:3 , омега-6) кислот при давлении 20 МПа подтверждало возможность извлечения высокомолекулярных полиненасыщенных жирных кислот при ужесточении режимов экстракции.
Минорные липофильные соединения (сквален, стеролы и их производные, углеводороды, терпены) были идентифицированы преимущественно при среднем и высоком давлении (15 и 20 МПа). Наибольшее разнообразие стеролов (холестерина карбонохлорида, холестерина бромида, β-ситостерола, циклоартенола) было отмечено в образцах 1.150 и 2.150, что указывало на оптимальность данного режима для концентрирования стероловой фракции.
Было установлено, что флюидные экстракты, полученные из сепаратора 1, характеризовались более мягким жирнокислотным профилем с преобладанием олеиновой кислоты и присутствием изомерных форм, тогда как экстракты из сепаратора 2 при высоком давлении обогащались олеиновой кислотой (10 МПа) либо проявляли практически полную селективность по олеиновой кислоте (20 МПа), что свидетельствовало о возможности направленного регулирования состава экстрактов путем изменения давления экстракции и фракционирования.
Заключение
В результате проведенных исследований было установлено, что метод сверхкрити-чеcкой CO 2 -экстракции позволяет получать из плодов черемухи обыкновенной ( Prunus padus L.) флюидные экстракты, богатые биологически активными липофильными соединениями. Доминирующими компонентами в них являются ненасыщенные жирные кислоты – олеиновая (до 61,52 %) и линолевая (до 55,23 %), суммарное содержание которых превышает 90 % от общего количества жирных кислот. Варьирование давления экстракции и использование ступенчатого сепарирования позволили селективно концентрировать различные группы соединений: при низком давлении преобладала линолевая кислота, при высоком – олеиновая, а при среднем значении эффективно извлекались минорные компоненты (сквален, стеролы, терпены). Полученные экстракты обладали высоким потенциалом для использования в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности в качестве источников жирных кислот и биологически активных веществ. Результаты исследования открывают возможности для направленного проектирования экстрактов с заданным химическим составом путем регулирования параметров экстракции.
