ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭКСТРАГЕНТА И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ИК-ФУРЬЕ ПРОФИЛЬ ЭКСТРАКТОВ ЛИМОННОЙ ВЕРБЕНЫ (Aloysia citrodora)

Ключевые слова: лимонная вербена, Aloysia citrodora, ИК-Фурье спектроскопия, экстракция, этанол, ультразвуковая экстракция, метод главных компонент.

Keywords: lemon verbena, Aloysia citrodora, FTIR spectroscopy, extraction, ethanol, ultrasonic extraction, principal component analysis.

Лимонная вербена Aloysia citrodora представляет интерес как растительное сырьё, содержащее комплекс биологически активных компонентов. В составе листьев и получаемых из них экстрактов присутствуют фенольные соединения, флавоноиды, гликозиды и эфирномасличные компоненты. Характер получаемого экстракта зависит не только от состава исходного растительного материала, но и от выбранных технологических условий.

На процесс извлечения растительных компонентов влияют природа и полярность растворителя, температура, продолжительность контакта сырья с экстрагентом и применение способов интенсификации массопереноса. Поэтому изменение концентрации этанола в водно-спиртовой системе способно приводить к изменению соотношения соединений различной полярности в экстракте.

Для сравнительной характеристики растительных экстрактов может применяться ИК-Фурье спектроскопия. Метод позволяет регистрировать совокупный функционально-групповой профиль образца и оценивать изменения относительного вклада отдельных спектральных областей. При этом ИК-спектр сложной смеси не является прямой количественной характеристикой содержания конкретного класса биологически активных соединений, что необходимо учитывать при интерпретации.

В настоящей работе исследованы водные и водно-спиртовые экстракты лимонной вербены, полученные при варьировании концентрации этанола, температуры, продолжительности процесса и способа экстракции. Отдельное внимание уделено сравнению традиционного термостатирования и ультразвуковой обработки.

Цель работы — установить особенности изменения ИК-Фурье профиля водных и водно-спиртовых экстрактов лимонной вербены в зависимости от условий проведения экстракции.

В качестве сырья использовали надземную часть аэропонно выращенной лимонной вербены, преимущественно листья. Растительный материал промывали дистиллированной водой, удаляли поверхностную влагу фильтровальной бумагой и высушивали при 35–40 °С в течение 24–48 ч до постоянной массы. После высушивания образцы охлаждали в эксикаторе, измельчали до порошкообразного состояния и хранили в герметичных светонепроницаемых ёмкостях при 4 °С до проведения экстракции.

Для анализа использовали шесть водно-спиртовых экстрактов E1–E6. Образцы E1–E3 получали при термостатируемой экстракции, E4–E6 — с использованием ультразвуковой обработки. Условия приведены в таблице 1.

Источник: составлено авторами

ИК-спектры регистрировали непосредственно для жидких экстрактов. Во всех водно-спиртовых образцах наблюдался сходный набор основных полос. Широкая полоса в области 3330–3350 см^-¹ соответствует преимущественно валентным колебаниям O–H-связей. Полоса около 2928 см^-¹ связана с валентными колебаниями алифатических C–H-связей. В область около 1643 см^-¹ могут вносить вклад колебания сопряжённых и ароматических структур, карбонильных групп и деформационные колебания воды. Полосы около 1087 и 1043 см^-¹ относятся преимущественно к колебаниям C–O и C–O–C связей.

Чтобы сопоставить спектры между собой, интенсивности выбранных полос соотносили с интенсивностью сигнала при 2928 см^-¹. Рассчитывали отношение:

где Iν – интенсивность поглощения при выбранном волновом числе 3336, 1643, 1087 или 1043 см^-¹; I2928 – интенсивность полосы при 2928 см^-¹.

При сравнении термостатируемых экстрактов E1–E3 наиболее выраженные изменения наблюдались в гидроксильной области. Для E1 отношение I3336/I2928 составляло 5,62. В E2 оно уменьшалось до 3,79, а в E3 — до 1,96. Следовательно, последовательный переход от 50 к 70 и далее к 96 %-ному этанолу сопровождался выраженным снижением относительной интенсивности широкой полосы O–H.

Источник: составлено авторами

Источник: составлено авторами

Изменение полосы около 1643 см^-¹ имело сходную направленность. Значения I1643/I2928 для E1, E2 и E3 составляли соответственно 2,36; 1,45 и 0,29. Другая картина наблюдалась в области C–O-связей. Отношение I1087/I2928 последовательно возрастало от 2,34 в E1 до 2,62 в E2 и 3,10 в E3. Для I1043/I2928 получен такой же характер изменений: 5,59 в E1; 6,32 в E2 и 7,05 в E3.

Источник: составлено авторами

Изменение состава водно-спиртового раствора приводит по большей мере к перераспределению относительного содержания соединений различной полярности. Наиболее высокие показатели в гидроксильной области и области 1643 см^-¹ отмечены для экстракта, полученного с использованием 50 %-ного этанола. При экстракции 96 %-ным этанолом максимальным был относительный вклад полос C–O.

Для образцов, полученных с применением ультразвука, прослеживалось сходное направление изменений. При увеличении концентрации этанола от 50 % в E4 до 70 % в E5 отношение I3336/I2928 снижалось с 6,02 до 4,12. Одновременно I1643/I2928 уменьшалось с 2,54 до 1,57.

Сопоставление E5 и E6 позволяет отдельно оценить влияние продолжительности ультразвукового воздействия, поскольку концентрация этанола в этих образцах оставалась одинаковой. Увеличение времени обработки с 20 до 40 мин сопровождалось снижением I3336/I2928 с 4,12 до 3,73 и I1643/I2928 с 1,57 до 1,32. Изменения были выражены слабее, чем при переходе от E4 к E5.

Для C–O-содержащей области вновь наблюдалось увеличение относительных интенсивностей. Значения I1087/I2928 для E4, E5 и E6 составляли 2,32; 2,68 и 2,88, а I1043/I2928 – 5,52; 6,53 и 6,96 соответственно.

Источник: составлено авторами

Источник: составлено авторами

Таким образом, изменение концентрации этанола с 50 до 70 % оказывало более выраженное влияние на относительный спектральный профиль, чем увеличение продолжительности ультразвуковой обработки с 20 до 40 мин. Вместе с тем увеличение времени УЗ-воздействия сопровождалось дальнейшим перераспределением интенсивности от гидроксильной и 1643 см^-¹ областей в сторону C–O-содержащих полос. Наблюдаемая закономерность может быть связана с проявление изменения селективности извлечения соединений различной полярности.

Таким образом, применение ультразвука позволило при меньшей температуре и продолжительности процесса получить экстракты с приблизительно на 7–9 % более высоким относительным вкладом гидроксильной и области 1643 см^-¹, чем при традиционном термостатировании с той же концентрацией этанола.

Данный результат свидетельствует о возможности интенсификации процесса и сокращения времени экстрагирования без снижения выраженности спектральных признаков полярных компонентов.

Отдельно в исследовании были рассмотрены водные экстракты W1–W6. Их спектры характеризовались высокой степенью сходства со спектром дистиллированной воды. Интенсивные полосы воды существенно маскировали сигналы растворённых компонентов, а слабая выраженность полосы 2928 см^-¹ делала применение той же схемы нормирования менее надёжным. По этой причине количественное сопоставление по отношениям Iν/I2928 в настоящей статье ограничено водно-спиртовой серией E1–E6.

Источник: составлено авторами

Установлено, что концентрация этанола и способ проведения экстракции влияют на относительный ИК-Фурье профиль экстрактов лимонной вербены. При увеличении концентрации этанола в термостатируемой серии E1–E3 снижались отношения I3336/I2928 и I1643/I2928 и одновременно возрастали I1087/I2928 и I1043/I2928.

Для ультразвуковой серии E4–E6 выявлена аналогичная направленность изменений. В пределах исследованных условий переход от 50 к 70 %-ному этанолу влиял на спектральный профиль заметнее, чем увеличение продолжительности ультразвуковой обработки с 20 до 40 мин.

Полученные результаты позволяют использовать ИК-Фурье спектроскопию как инструмент сравнительной оценки интегрального профиля экстрактов лимонной вербены при подборе условий их получения.

Список литературы

1. Athanasiadis V., Chatzimitakos T., Makrygiannis I., Kalompatsios D., Bozinou E., Lalas S.I. Antioxidant-Rich Extracts from Lemon Verbena (Aloysia citrodora L.) Leaves through Response Surface Methodology // Oxygen. – 2022. – № 1. – P. 1⁠–⁠19. – DOI: 10.3390/oxygen4010001.