Компонентный состав и антимикробная активность эфирного масла зимней древесной зелени сосны обыкновенной
Автор: Коростелева Н.С., Ефремов А.А.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Технология переработки
Статья в выпуске: 12, 2013 года.
Бесплатный доступ
Методом хромато-масс-спектрометрии определен компонентный состав эфирного масла и его отдельных фракций зимней древесины зеленой сосны обыкновенной (P'rnus sylvestris). Исследована антимикробная активность полученных образцов масла, которая уменьшается с увеличением времени его выделения.
Компонентный состав, фракции эфирного масла, сосна обыкновенная (p''rnus sylvestris), антимикробная активность
Короткий адрес: https://sciup.org/14082871
IDR: 14082871
Текст научной статьи Компонентный состав и антимикробная активность эфирного масла зимней древесной зелени сосны обыкновенной
Введение. Древесная зелень (ДЗ) – это смесь хвои, коры, ветвей и побегов древесины. Она представляет собой покрытые хвоей ветви диаметром не более 8 мм, заготовленные со свежесрубленных деревьев [1, 2]. Механический состав ДЗ зависит от породы дерева, однако, независимо от породы, она на 65–80 % представлена хвоей; на долю коры приходится 10–13 % [3, 4].
Установлено, что ДЗ содержит комплекс веществ, обладающих высокой биологической активностью и представляющих практически все классы органических соединений, встречаемых в растениях [5].
Эфирные масла хвойных пород деревьев – ценное сырье для производства ряда химических продуктов, находящих свое применение в парфюмерии, косметике, производстве различных отдушек, дезодорантов, освежителей воздуха [6, 7]. Компонентный состав эфирного масла хвойных пород деревьев во многом определяется видом сырьевого источника и природно-климатическими условиями его произрастания. Исследования компонентного состава эфирного масла ДЗ пихты сибирской показали, что содержание и состав заметно изменяются в зависимости от периода заготовки [8–10].
В связи с этим следовало предположить, что изменения в составе и содержании масла могут наблюдаться и в случае эфирного масла сосны обыкновенной, компонентный состав которого в случае летней ДЗ описан в [11–12].
Цель работы. Исследование компонентного состава и содержания эфирного масла ДЗ сосны обыкновенной в зимний период, когда хвойные находятся в состоянии покоя, а также определение антимикробной активности полученных фракций эфирного масла.
Задачи исследования:
-
1) получить различные фракции эфирного масла и ДЗ сосны обыкновенной, определить их компонентный состав и физико-химические показатели;
-
2) определить антимикробную активность различных фракций эфирного масла из ДЗ сосны обыкновенной.
Методы исследования. Исходное сырье – ДЗ сосны обыкновенной, согласно [1, 2], собирали в декабре 2012 года с 55 деревьев, проба усреднялась методом квартования и подвергалась исследованиям как в свежем виде, так и после высушивания в тени при 20–25 °С. Эфирное масло получали методом исчерпывающей гидропародистилляции исходя из навески сырья более 2 кг, с использованием цельнометаллической установки с насадкой Клевенджера. Влажность исходного сырья определяли согласно ГОСТ 24027.0-80 [13]. Полученное эфирное масло количественно собирали в процессе отгонки до полного выделения всех компонентов эфирного масла в течение 20 часов, взвешивали и тем самым определяли его выход. Плотность и показатель преломления полученного масла и его отдельных фракций определяли с использованием высокоточных приборов фирмы Mettler Toledo 40 Density Meter и Mettler Toledo 40 D Refractometer при 20 °С. Состав эфирного масла определяли на хроматографе Agilent Technologies 7890 GC System с квадрупольным масс-спектрометром 5975 С в качестве детектора аналогично [8–10]. Содержание компонентов вычисляли по площадям пиков, идентификацию отдельных компонентов проводили сравнением времени удерживания и полных масс-спектров с соответствующими данными компонентов эталонных масел и чистых соединений, а также с использованием линейных индексов удерживания [14, 15].
Антимикробную активность определяли методом серийных разведений в 0,5 мл питательного бульона [16, 17]. В качестве тест-культур использовали штаммы условно-патогенных микроорганизмов: Escherichia coli , Pseudomonas aeruginosa , Klebsiella pneumoniae , Staphylococcus aureus 209р, MRSA , Proteus vulgaris . Чистую культуру выращивали на скошенном питательном агаре, в течение 24 часов при 37 °С. Затем готовили взвесь из смыва выращенной культуры 0,85%-м раствором хлорида натрия, по стандарту мутности 1*109 мкл/мл. После определения «рабочей дозы» тест-культуры титровали эфирное масло путем двукратных разведений в объеме 0,5 мл мясо-пептонного бульона, затем во все пробирки вносили по 0,5 мл «рабочей дозы» тест-культуры. Пробирки с эфирным маслом и тест-культурой ставили на три часа на экспозицию при 37 °С, потом вносили индикатор метиленовый синий с глюкозой и мясо-пептонным агаром, содержимое пробирок вновь смешивали и инкубировали в течение часа при температуре 37 0С. Результат учитывали по цвету питательной среды: если индикатор обесцвечивался – подавления роста тест-культуры нет, если не изменился – свидетельствует о блокировке дыхательных ферментов бактериальных клеток тест-культур и вызывает их гибель.
Результаты исследования. Отдельно проведенными экспериментами установлено, что эфирное масло из зимней ДЗ сосны обыкновенной количественно отгоняется в течение не менее 20 часов от начала его выделения. Результаты пяти экспериментов показали, что содержание эфирного масла в ДЗ составляет 0,92±0,04 % в пересчете на абсолютно сухое сырье (влажность зимней ДЗ составляла 50,90 %).
Исследование динамики выделения эфирного масла в условиях гидропародистилляции с непрерывным отбором отдельных фракций позволило описать процесс выделения масла экспоненциальной зависимостью от времени и определить физико-химические характеристики полученных фракций. Из рисунка видно, что в данном случае процесс выделения эфирного масла из зимней ДЗ сосны обыкновенной аналогичен процессу в случае ДЗ пихты сибирской и сосны обыкновенной [8–10,12]. А количество выделенного масла экспоненциально зависит от времени его выделения и описывается следующим уравнением:
P=f(time)=(1-e-τ•time), где P – количество выделявшегося масла в относительных единицах; time – время отгонки, час; τ – переменная, определяющая наклон модели (для данного процесса τ=0,026).

Динамика выделения эфирного масла из зимней ДЗ сосны обыкновенной в условиях гидропародистилляции
В таблице 1 приведены условия отбора отдельных фракций эфирного масла по мере его выделения и приведены показатель преломления и плотность полученных фракций.
Таблица 1
Динамика выделения и физико-химические показатели отдельных фракций эфирного масла сосны обыкновенной
Время выделения, ч |
Количество выделившегося масла, % |
nd 20 |
Плотность, г/см3 |
1,2 |
21,55 |
1,4726 |
0,8596 |
2,0 |
21,22 |
1,4741 |
0,8616 |
4,0 |
22,89 |
1,4766 |
0,8621 |
5,0 |
13,67 |
1,4865 |
0,8850 |
8,0 |
20,67 |
1,4913 |
0,8938 |
Цельное масло |
100,0 |
1,4810 |
0,8812 |
Изменение плотности и показателя преломления полученных фракций эфирного масла свидетельствует об изменении компонентного состава. Тем не менее интегральные величины цельного масла зимней ДЗ близки к таковым в случае летней ДЗ сосны обыкновенной и сосны пицундской (см. табл. 2) [12].
Таблица 2
Физико-химические показатели эфирного масла сосны обыкновенной и сосны пицундской
Исходное сырье |
nd 20 |
Плотность, г/см3 |
Хвоя сосны обыкновенной |
1,4790 |
0,8772 |
Летняя ДЗ сосны обыкновенной |
1,4824 |
0,8893 |
Зимняя ДЗ сосны обыкновенной |
1,4810 |
0,8812 |
Летняя ДЗ сосны пицундской |
1,4767 |
0,8728 |
Компонентный состав цельного эфирного масла и его фракций из зимней ДЗ сосны обыкновенной, полученного методом исчерпывающей гидропародистилляции, установленный с использованием хромато-масс-спектрометрии, приведен в таблице 3.
Компонентный состав эфирного масла различных фракций сосны обыкновенной
Таблица 3
RI |
Компонент |
Содержание от цельного масла, % |
|||||
Цельное масло |
Ф 1* |
Ф 2 |
Ф 3 |
Ф 4 |
Ф 5 |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
921 |
трициклен |
0.67 |
1.79 |
0.88 |
1.53 |
0.34 |
0.64 |
928 |
3-туйен |
0.94 |
2.23 |
0.20 |
1.93 |
0.11 |
1.88 |
932 |
α-пинен |
27.48 |
36.06 |
41.85 |
34.60 |
18.45 |
8.82 |
952 |
камфен |
2.06 |
11.21 |
3.47 |
5.79 |
0.80 |
5.12 |
957 |
вербенен |
1.11 |
2.22 |
- |
1.24 |
- |
1.61 |
963 |
бензальдегид |
0.54 |
0.84 |
- |
1.60 |
- |
0.64 |
974 |
сабинен |
0.20 |
0.53 |
0.23 |
- |
- |
- |
977 |
β-пинен |
1.92 |
3.46 |
2.03 |
1.93 |
1.34 |
0.77 |
992 |
β-мирцен |
2.40 |
3.33 |
2.73 |
1.99 |
1.98 |
1.53 |
1003 |
α-фелландрин |
0.16 |
0.14 |
0.13 |
0.13 |
0.21 |
0.25 |
1010 |
3-карен |
9.84 |
12.51 |
12.01 |
8.32 |
6.98 |
3.70 |
1015 |
α-терпинен |
0.15 |
0.17 |
0.20 |
0.17 |
0.21 |
0.18 |
1023 |
пара-цимен |
0.20 |
0.17 |
0.11 |
- |
- |
- |
1028 |
β-фелландрин |
8.20 |
10.66 |
8.68 |
6.70 |
8.02 |
5.88 |
1048 |
транс-β-оцимен |
0.55 |
0.86 |
1.00 |
0.55 |
0.25 |
- |
1057 |
γ-терпинен |
0.25 |
0.31 |
0.36 |
0.27 |
0.26 |
0.19 |
1087 |
терпинолен |
1.23 |
1.80 |
1.86 |
1.18 |
1.00 |
0.75 |
1175 |
терпинен-4-ол |
0.30 |
0.14 |
0.34 |
0.33 |
0.31 |
0.17 |
1189 |
α-терпинеол |
0.45 |
- |
0.20 |
0.31 |
0.68 |
0.70 |
1234 |
тимол метиловый эфир |
0.16 |
0.19 |
0.20 |
0.17 |
0.18 |
0.16 |
1285 |
борнил ацетат |
0.96 |
1.18 |
1.69 |
0.86 |
0.39 |
0.13 |
1349 |
α-терпинеол ацетат |
0.47 |
0.36 |
0.57 |
0.48 |
0.53 |
0.41 |
1375 |
α-копаен |
0.42 |
0.16 |
0.17 |
0.35 |
0.72 |
0.79 |
1384 |
β-бурбонен |
0.10 |
- |
- |
- |
0.14 |
0.16 |
1391 |
β-элемен |
0.64 |
- |
0.22 |
0.52 |
1.07 |
1.17 |
1403 |
цис-селина-4(15),6-диен |
0.16 |
0.37 |
0.24 |
0.13 |
0.12 |
- |
1418 |
кариофиллен |
2.75 |
0.70 |
1.15 |
2.02 |
5.43 |
5.76 |
1428 |
β - копаен |
0.13 |
0.13 |
- |
0.10 |
0.23 |
0.31 |
1438 |
аромадендрен |
0.35 |
- |
0.10 |
0.22 |
0.68 |
1.06 |
1443 |
гвайя-6,9-диен |
0.14 |
0.22 |
0.14 |
- |
- |
- |
1449 |
цис-муурола-3,5-диен |
0.20 |
0.11 |
0.35 |
0.38 |
0.56 |
0.59 |
1452 |
хумулен |
0.52 |
0.12 |
0.30 |
0.48 |
1.01 |
1.10 |
1462 |
цис-муурола-4(14),5-диен |
0.34 |
0.12 |
0.28 |
0.31 |
0.54 |
0.57 |
1473 |
транс-кадина-1,6,4-диен |
0.38 |
0.14 |
0.38 |
0.46 |
0.71 |
0.87 |
1477 |
γ-мууролен |
0.87 |
0.29 |
0.52 |
0.71 |
1.54 |
2.12 |
1481 |
D-гермакрен |
0.69 |
0.42 |
0.80 |
1.03 |
1.32 |
0.69 |
1485 |
β-селинен |
0.76 |
0.14 |
0.34 |
0.65 |
1.48 |
1.85 |
Окончание табл. 3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1491 |
бициклосесквифландрен |
0.41 |
0.24 |
0.55 |
0.52 |
0.61 |
0.43 |
1494 |
α-селинен |
1.48 |
- |
1.26 |
- |
3.09 |
2.97 |
1496 |
бициклогермакрен |
0.26 |
0.56 |
- |
1.82 |
- |
- |
1500 |
α-мууролен |
1.18 |
0.59 |
1.01 |
1.05 |
1.82 |
2.29 |
1515 |
γ-кадинен |
3.93 |
1.02 |
1.77 |
2.33 |
6.09 |
7.45 |
1525 |
δ-кадинен |
6.57 |
2.43 |
5.00 |
6.03 |
10.44 |
14.41 |
1532 |
транс-кадина-1,4-диен |
0.29 |
0.10 |
0.26 |
0.31 |
0.48 |
0.54 |
1538 |
α-кадинен |
0.29 |
0.13 |
0.23 |
0.24 |
0.44 |
0.55 |
1543 |
α-калакорен |
0.16 |
- |
- |
0.12 |
0.21 |
0.20 |
1566 |
не идентиф. |
0.15 |
- |
- |
0.15 |
0.32 |
0.22 |
1577 |
спатуленол |
0.94 |
- |
0.48 |
0.67 |
1.23 |
0.94 |
1583 |
глобулол |
0.60 |
- |
0.27 |
- |
- |
0.83 |
1591 |
виридифлорол |
0.11 |
- |
- |
- |
- |
0.31 |
1609 |
β-олофенон |
0.13 |
- |
- |
0.14 |
0.25 |
0.16 |
1615 |
1,10-ди-эпи-кубенол |
0.35 |
- |
0.17 |
0.40 |
0.63 |
0.53 |
1622 |
эремолигнол |
0.10 |
- |
- |
- |
0.16 |
0.18 |
1628 |
1-эпи-кубенол |
0.80 |
- |
0.38 |
0.74 |
1.42 |
1.27 |
1642 |
τ-кадинол |
0,15 |
0.50 |
2.10 |
- |
- |
- |
1644 |
Т-мууролол |
5.66 |
- |
- |
3.81 |
7.78 |
8.63 |
1647 |
δ-кадинол |
0.61 |
- |
0.27 |
0.46 |
1.02 |
1.01 |
1656 |
α-кадинол |
3.33 |
0.36 |
1.73 |
2.30 |
5.17 |
5.46 |
1728 |
хамазулен |
0.16 |
- |
- |
- |
0.16 |
0.16 |
Идентифицировано: |
98,7% |
99.1% |
99,21% |
98.38% |
98.59% |
98.89% |
* – номер фракции в данной таблице соответствует номеру фракций в таблице 1.
Анализ полученных данных позволяет заключить, что эфирное масло зимней ДЗ сосны обыкновенной содержит не менее 59 индивидуальных компонентов, которые идентифицируются по полным масс-спектрам и линейным индексам удерживания, за исключением компонента с индексом удерживания 1566.
Основными компонентами цельного эфирного масла ДЗ сосны обыкновенной являются: α-пинен, 3-карен, β-фелландрен, δ-кадинен, τ-мууролол, α-кадинол и другие.
Практически аналогичные данные по компонентному составу эфирного масла августовской ДЗ сосны обыкновенной были получены нами ранее [12].
Анализ компонентного состава полученных отдельных фракций эфирного масла показал, что по мере увеличения продолжительности процесса гидропародистилляции доля высококипящих компонентов возрастает, а доля легколетучих компонентов уменьшается.
Из имеющихся литературных данных известно, что практически все эфирные масла обладают антимикробным действием [18–19]. Очевидно, что антимикробным действием будет обладать как само цельное масло, так и его отдельные фракции. Учитывая тот факт, что компонентный состав полученных фракций несколько различается, следует ожидать, что эти фракции масла могут различаться по антимикробной активности.
В таблице 4 приведены данные по антимикробной активности полученных фракций и цельного масла в отношении некоторых микробных сообществ.
Таблица 4
Эфирное масло |
3 Ct S |
CD co co ® § 1 ex |
*o CD CD LU |
05 § CL |
co о о p co |
co 2 co ? 5 0_ |
Фракция 1 |
0,66 |
5,31 |
21,25 |
10,62 |
0,66 |
21,25 |
Фракция 2 |
1,32 |
5,31 |
21,25 |
10,62 |
0,66 |
42,5 |
Фракция 3 |
1,32 |
10,62 |
21,25 |
21,25 |
1,32 |
42,5 |
Фракция 4 |
2,65 |
21,25 |
21,25 |
21,25 |
1,32 |
85 |
Фракция 5 |
5,31 |
21,25 |
42,5 |
42,5 |
2,65 |
85 |
Цельное |
1,32 |
10,62 |
21,25 |
10,62 |
1,32 |
42,5 |
Антимикробная активность эфирного масла сосны обыкновенной, мкг/мл
Естественно, что на различные микроорганизмы цельное эфирное масло действует по-разному, причем наибольшая активность его проявляется к грамположительным MRSA и Staphylococcus aureus . Но наибольший интерес в этом плане представляет тот факт, что антимикробная активность всех фракций эфирного масла заметно снижается с увеличением номера фракции. Иными словами, наибольшую антимикробную активность будет иметь первая фракция эфирного масла зимней ДЗ сосны обыкновенной.
Выводы
-
1. Определен компонентный состав различных фракций эфирного масла сосны обыкновенной. С использованием хромато-масс-спектрометрии установлено, что в состав эфирного масла сосны обыкновенной входит не менее 59 компонентов, 58 из которых идентифицировано.
-
2. Изучена антимикробная активность различных фракций эфирного масла сосны обыкновенной, которая заметно снижается с увеличением времени выделения масла. Установлено более интенсивное воздействие на грамположительные микроорганизмы.