Влияние географического происхождения и сезонности заготовки Populus tremula L. на содержание фенолов и их производных для создания функциональных пищевых систем

DOI:

e-mail: , ORCID:

Растительные полифенолы, включая фенольные гликозиды и фенолокислоты, представляют значительный интерес для пищевой и фармацевтической промышленности благодаря широкому спектру биологической активности: антиоксидантной, противовоспалительной, антимикробной и пребиотической ( Михайлова и др., 2022; Машковский, 2012; Pandey et al., 2009 ). Ученые исследуют влияние полифенолов, поступающих с пищей, на микробиоту кишечника для выявления биомаркеров и их влияния на здоровье ( Espin et al., 2016 ).

Кора и листья деревьев рода Populus , в частности Populus tremula L. (осина, тополь дрожащий), традиционно используются в народной медицине и являются богатым источником этих соединений ( Применение салицина…, 2025 ). Так, экстракт коры осины обладает противоязвенной активностью, что подтверждается результатами экспериментов in vivo ( Крылова и др., 2000 ). Экстракты густые водные из листьев осины обыкновенной рекомендованы к использованию для оптимизации питания и коррекции витаминно-минерального статуса ( Корчин и др., 2019 ).

Экстракты коры и листьев включают в состав биологически активных добавок к пище ( Биологически активная…, 2017; Способ получения…, 2001 ), чайных напитков ( Способ производства…, 2019 ). Чайные напитки реализуются в розничной торговле различными производственными компаниями: ООО Родные Травы (Адыгея); ООО Фарм групп (Алтайский край, г. Барнаул), ЛЕКРА-СЭТ (г. Барнаул, Алтайская торгово-промышленная палата) и др.

Наибольшую известность среди биологически активных веществ (БАВ) коры осины получил салицин – фенольный гликозид, являющийся природным предшественником салициловой кислоты (рис. 1).

OH O

H

H

H

HOH

OH

H   OH

Рис. 1. Структурная формула салицина Fig. 1. Structural formula of salicin

В отличие от синтетических аналогов, салицин проявляет селективную активность и не оказывает выраженного ульцерогенного действия на слизистую желудочно-кишечного тракта, что открывает перспективы его использования в гастропротективных функциональных продуктах ( Конюхова и др., 2016 ). Природный салицин оказывает различное фармакологическое действие. Так, установлено остеопротекторное действие салицина в модели in vivo – салицин предотвращает вызванную TNF-α дегенерацию хрящевого матрикса, ингибирует пролиферацию хондроцитов и способствует их апоптозу ( Guangping et al., 2022 ). Эфирное производное салицина является перспективным в лечении диабета ( Zhu et al., 2022 ). В животной модели показана эффективность применения салицина при лечении пародонтита ( Zhang et al., 2024 ). Исследования в модели пневмонии у мышей, инфицированных S. aureus , показали, что салицин может не только снизить содержание бактерий в легких мышей, но и продлить их жизнь. Салицин был идентифицирован как эффективное противоинфекционное соединение ( Jiang et al., 2023 ), перспективное средство профилактики возрастных заболеваний сосудов ( Guo et al., 2019 ).

Помимо салицина, в коре осины идентифицирован комплекс полифенолов, включающий производные коричной (п-кумаровая, кофейная, феруловая) и бензойной (салициловая, ванилиновая, галловая) кислот, а также флавоноиды, которые вносят существенный вклад в общий антиоксидантный потенциал сырья ( Соболева и др., 2020 ), обладают стимулирующим действием на микробиоту кишечника, способствуют уменьшению воспаления, оказывают бактерицидный эффект ( Guerra-Valle et al., 2022 ), проявляют антимикробные свойства ( Chauhan et al., 2021 ) и демонстрируют иммуномодулирующую активность ( Kilani-Jaziri et al., 2017 ).

Эффективность и безопасность применения растительного сырья в пищевых системах напрямую зависит от стандартизации его состава. Содержание вторичных метаболитов в растениях подвержено значительной изменчивости под влиянием эдафо-климатических условий (почвенный фактор и географический ареал) и фенологической фазы развития (сезонность) (Соболева и др., 2020; Соболева и др., 2010).

Влияние этих факторов на биохимический потенциал коры Populus tremula L. изучено недостаточно, что затрудняет создание конкурентоспособных стандартизированных пищевых ингредиентов.

Целью исследования является комплексное изучение влияния географического происхождения и сезонности заготовки на биохимический потенциал коры Populus tremula L. при создании функциональных пищевых систем. Поставленная цель достигалась исследованием влияния географического происхождения и фенологической фазы развития на количественное содержание экстрактивных веществ, салицина, полифенольных веществ и антиоксидантной активности коры Populus tremula L. для научного обоснования выбора оптимального сырья, перспективного для переработки и применения в пищевой промышленности.

Материалы и методы

Объектами исследований служили образцы коры осины, собранные в течение 2025 г. в разных географических местах произрастания:

– Алтайский район, Алтайский край, Россия (село Алтайское – 51°56′ с. ш., 85°19′ в. д.);

– Томская область, Россия: село Корнилово (56°29′35″ с. ш., 85°10′26″ в. д.), село Мельниково (56°33′ с. ш., 84°04′ в. д.), село Бакчар (57°01′ с. ш., 82°04′ в. д.).

Количество образцов сырья каждого региона составляло не менее 5. Влажность коры 8,7 ± 0,4 %.

Содержание суммы водорастворимых экстрактивных веществ в сырье определялось с использованием предварительного кипячения с водой измельченного сырья (размер частиц 3,0 ± 0,1 мм) на водяной бане с обратным холодильником в течение 1,5 ч. Полученный экстракт предварительно упаривали на ротационном испарителе при температуре 60 °C до концентрации сухих веществ 65 %, затем досушивали в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60 °С до постоянной массы и взвешивали. Содержание экстрактивных веществ представлено в процентах в пересчете на абсолютно-сухое сырье1.

Определение содержания полифенолов проводили колориметрическим методом с применением реактива Folin-Ciocalteu и регистрации оптической плотности при длине волны 765 нм по ГОСТ Р ИСО 14502-1-20102.

Определение содержания салицина в коре осины осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе Shimadzu LC 2010 (20А) с использованием обращенно-фазовой колонки с предварительным переводом салицина из образца коры осины в раствор путем экстракции навески водой. При хроматографировании использовали подвижную фазу, состоящую из смеси ацетонитрила и муравьиной кислоты 2 % (5 : 95), рН смеси равное 3, такое значение получали, добавляя к готовому раствору натрия гидроксида раствор 1 моль/дм3. Скорость потока подвижной фазы – 0,5 мл/мин, объем пробы – 10 мкл, детектирование проводили при длине волны 268 нм. Время анализа составляло 15 мин. Регистрацию аналитического сигнала салицина проводили при градиентном элюировании с помощью ультрафиолетового детектора3. Содержание вещества в исследуемом сырье рассчитывали по площади пика на хроматограмме с учетом данных градуировочного графика с использованием стандартных растворов салицина (Sigma-Aldrich, чистота ≥ 99 %). Результаты выражали в процентах (г салицина на 100 г абсолютно сухого сырья).

Содержание антиоксидантов в экстрактах из сырья определяли кинетическим методом при помощи модельной реакции инициированного окисления кумола при 60 °С в присутствии инициатора ( Варданян и др. 2025 ).

Статистическая обработка данных производилась с использованием программы Statistica 10.0. Достоверность различий между группами оценивали с помощью двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA). Различия считались статистически значимыми при p < 0,05 (достоверные различия между сезонами в пределах одного региона, достоверные различия между регионами в пределах одного сезона).

Результаты и обсуждение

Проведенные сравнительные исследования выявили два ключевых фактора, детерминирующих содержание ценных биологически активных соединений в коре Populus tremula L., – фенологическая фаза дерева и географическое происхождение сырья.

Результаты анализа демонстрируют четкую сезонную динамику накопления экстрактивных веществ и салицина в коре осины (рис. 2, 3), содержание которых, заготовленных в фазе покоя, достоверно ( p < 0,05) превышало показатели вегетационных проб исследуемых регионов.

Это согласуется с общебиологическими закономерностями, согласно которым в период покоя происходит перераспределение и накопление запасных и защитных метаболитов в перидерме растений ( Бозорова и др., 2022 ). Таким образом, с биохимической точки зрения именно фаза покоя является оптимальным временем для заготовки коры осины как сырья, обогащенного салицином.

Установлены статистически значимые различия в химическом составе коры между регионами

Рис. 2. Влияние сезонности и места произрастания на накопление экстрактивных веществ в коре Populus tremula L. (*Томская область – усредненные данные по трем регионам сбора) Fig. 2. The influence of seasonality and place of growth on the accumulation of extractive substances in the bark of Populus tremula L. (*Tomsk region – average data for three collection regions)

Рис. 3. Влияние сезонности и места произрастания на накопление салицина в коре Populus tremula L. (*Томская область – усредненные данные по трем регионам сбора) Fig. 3. The influence of seasonality and place of growth on the accumulation of salicin in the bark of Populus tremula L. (*Tomsk region – average data for three collection regions)

Полученные данные демонстрируют выраженную сезонную динамику накопления экстрактивных веществ и салицина: высокие значения в зимние месяцы (покой), падение весной (начало вегетации), относительный минимум летом и вторичный подъем осенью. Однако экспериментальные кривые по исследуемым показателям, относящиеся к Томской области, расположены значительно выше кривых с. Алтайского на протяжении всего года.

Так, кривая накопления экстрактивных веществ (рис. 2) для Томской области стабильно доминирует над кривой с. Алтайское в течение всего года. В фазе покоя (ноябрь – февраль) разрыв достигает 5–6 %, что в относительном выражении соответствует 25–30 %. Интересно отметить, что летний минимум экстрактивных веществ в Томской области (22,0 ± 0,4 %) практически равен зимнему пику в с. Алтайское (22,71 ± 0,4 %).

Сезонная динамика содержания салицина (рис. 3) демонстрирует принципиальное различие в характере кривых для двух регионов. Для Томской области характерна ярко выраженная двухвершинная кривая с мощным осенним пиком (ноябрь, 2,80 ± 0,05 %) и зимним плато. В с. Алтайское сезонные колебания салицина сглажены, а максимальные зимние значения (1,70 ± 0,03 %) лишь незначительно превышают летний минимум (0,95 ± 0,02 %). Ключевым результатом является то, что летний минимум содержания салицина в образцах из Томской области (1,60 ± 0,03 %, август) статистически не отличается от зимнего максимума образцов из Алтайского края (1,65 ± 0,03 %, январь). Это означает, что даже в неблагоприятный для синтеза салицина период вегетации кора осины Томской области содержит данный гликозид в количестве, сопоставимом с максимально возможным уровнем для алтайской популяции. Кроме того, осенний подъем салицина в коре осины Томской области (+75 % относительно августовского минимума) существенно превышает аналогичный показатель для с. Алтайское (+15 %).

Данные различия, вероятно, обусловлены комплексом факторов: почвенными условиями, уровнем инсоляции, температурным режимом и влагообеспеченностью, которые модулируют работу фенилпропаноидного пути биосинтеза ( Поливанова и др., 2023 ). Можно предположить, что континентальные и, следовательно, стрессовые условия Томской области (более резкие перепады температур, возможно, иной режим увлажнения и инсоляции) выступают в роли естественного фактора-индуктора, стимулирующего у растений усиленный синтез защитных вторичных метаболитов, к которым относится и салицин. Данное наблюдение подчеркивает важность не только фенологического, но и географического аспекта стандартизации лекарственного растительного сырья, поскольку местообитание существенно влияет на его качественный и количественный состав.

Полученные закономерности накопления экстрактивных веществ и салицина отражаются и в содержании полифенолов коры осины (рис. 4). Для исследований были взяты образцы коры Populus tremula L.: в периоде покоя до сокодвижения – март, апрель; в период вегетации – май; в периоде покоя после сокодвижения – сентябрь, октябрь.

■ покой (до сокодвижения) ■ вегетация ■ покой (после сокодвижения)

Рис. 4. Влияние сезонности и места произрастания на накопление полифенолов в коре Populus tremula L. (*Томская область – усредненные данные по трем регионам сбора) Fig. 4. The influence of seasonality and place of growth on the accumulation of polyphenols in the bark of Populus tremula L. (*Tomsk region – average data for three collection regions)

Содержание в коре осины полифенолов объясняет антиоксидантные свойства растения. Исследовали антиоксидантную активность (АОА) водных экстрактов коры осины в период покоя после вегетации (октябрь – декабрь). Результаты представлены в таблице.

Таблица. Антиоксидантная активность образцов коры осины разных регионов произрастания Table. Antioxidant activity of aspen bark samples from different growing regions

Регион	AOА общ , моль/кг	1K 7 ×104, л/(моль·с)	2 K7x10 3 , л/(моль•с)
с. Алтайское	0,56 ± 0,01	–	3,10 ± 0,06
Томская обл.*	0,76 ± 0,01	0,300 ± 0,006	5,10 ± 0,10

Примечание. *Томская область – усредненные данные по трем регионам сбора; ¹K₇×10⁴ (л/(моль·с)) – константа скорости ингибирования для ингибиторов I типа (соединения, обрывающие цепи окисления по механизму передачи атома водорода, например, простые фенолы); ²K 7 ×10³ (л/(моль·с)) – наблюдаемая константа скорости окисления модельного субстрата (кумола) в присутствии экстракта (фактически эффективная константа, отражающая общую антиоксидантную способность).

Полученные кинетические параметры свидетельствуют о принципиально различном антиоксидантном профиле экстрактов коры осины. Образцы из Томской области не только превосходят образцы из с. Алтайское по общей антиоксидантной активности (на 35 %), но и характеризуются более сложным механизмом действия: наряду с ингибиторами I типа (K7 = 0,300×104 л/(моль·с)) в них присутствуют соединения II типа (например, флавоноиды и конденсированные танины), что приводит к существенно более высокой наблюдаемой константе скорости ингибирования (5,10×103 против 3,10×103 л/(моль·с) для с. Алтайское). Отсутствие ингибиторов I типа в образцах с. Алтайское при измеримой общей активности указывает на доминирование соединений с низкой радикал-связывающей способностью, что согласуется с более низким содержанием салицина и полифенолов в данном сырье.

Заключение

На формирование ресурсного потенциала коры осины как источника салицина оказывают сопряженное влияние хронологический (сезонный) и географический факторы. Максимальное накопление целевых метаболитов наблюдается в фазу покоя у растений, произрастающих в регионах с более стрессовыми климатическими условиями (на примере Томской области). Эти выводы имеют практическое значение для разработки научно обоснованных рекомендаций по рациональной заготовке сырья с прогнозируемо высоким содержанием биологически активных соединений.

В ходе исследований установлено, что более перспективным сырьем для получения функциональных пищевых ингредиентов являются образцы осины, произрастающей в Томской области. При этом сбор лучше производить в период покоя после вегетации (сентябрь – декабрь). В коре осины в этих условиях накапливается существенное содержание салицина (от 2,38 ± 0,04 до 2,78 ± 0,05 %), полифенольных веществ (1,8 ± 0,04 %). Более высокое общее содержание фенольных соединений в образцах осины (АОА), произрастающей в Томской области, сопровождающееся появлением дополнительных классов антиоксидантов (более высокой наблюдаемой константе скорости ингибирования (5,10×103 против 3,10×103 л/(моль·с) для с. Алтайское), а также отсутствие ингибиторов I типа в образцах с. Алтайское, напрямую определяет их превосходящий антирадикальный потенциал. Данные результаты убедительно доказывают, что антиоксидантная активность коры осины является интегральным показателем, зависящим от комплекса эколого-фенологических факторов, и что сырье из Томской области, заготовленное в осенне-зимний период, является более предпочтительным источником не только салицина, но и эффективных полифенольных антиоксидантов.

Полученные данные имеют важное прикладное значение для разработки стандартизированных экстрактов коры осины. Такие экстракты, с гарантированным и воспроизводимым содержанием салицина и полифенолов, могут рассматриваться как перспективные компоненты для дальнейших исследований в области создания функциональных пищевых систем.