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.

Статья научная