Природные глубокие эвтектические растворители как альтернативные экстрагенты флавоноидов из растительного сбора седативного действия

Введение. Природные глубокие эвтектические растворители [deep eutectic solvents (DESs)] являются перспективными экстрагентами для многих биологически активных веществ (БАВ) из растительного сырья. Они биодеградируемы, безопасны, стабильны, их производство доступно и легко осуществимо, а эффективность экстракции сопоставима с известными органическими растворителями. В связи с этим интерес к глубоким эвтектическим растворителям неуклонно растет в последние годы, и они находят применение в различных областях – химии, фармацевтике и пищевой промышленности.

Цель. Целью настоящей работы было изучить возможность экстракции флавоноидов из растительного сырья посредством глубоких эвтектических растворителей, а также сопоставить эффективность их экстракции с традиционными растворителями.

Материалы и методы. Экстракцию флавоноидов проводили из сбора растительной композиции, состоящей из травы пустырника сердечного (пустырника обыкновенного) (Leonurus cardiaca L.), травы зверобоя продырявленного (Hypericum perforatum L.), травы мелиссы лекарственной (Melissa officinalis L.) и травы тимьяна ползучего (чабреца) (Thymus serpyllum L.) в соотношении 4 : 2,5 : 2,5 : 1, измельченных до размера частиц 2–3 мм. В качестве экстрагентов использовались 21 эвтектический растворитель на основе бетаина гидрохлорида и холина битартрата в качестве акцепторов водородной связи.

Результаты и обсуждение. Исследована экстрагирующая способность 21-го экспериментального состава DESs. Изучены влияние содержания воды в составе DES, а также воздействие температуры на процесс экстракции. Количественное определение флавоноидов в пересчете на рутин проводилось методом дифференциальной спектрофотометрии при длине волны 410 ± 2 нм. Максимальный выход флавоноидов был достигнут при использовании 40%-го водного раствора DES на основе бетаина гидрохлорида и пропиленгликоля в мольном соотношении 1 : 3 при 60 °С.

Заключение. Извлекающая способность полученного DES по эффективности сопоставима и даже незначимо превышает таковую у классического экстрагента для исследуемой композиции – 70%-го этилового спирта. Дальнейшая разработка и оптимизация процесса использования DESs – многообещающее направление развития химии и фармацевтической технологии.

1. Turkmen N., Sari F., Velioglu Y. S. Effects of Extraction Solvents on Concentration and Antioxidant Activity of Black and Black Mate Tea Polyphenols Determined by Ferrous Tartrate and Folin-Ciocalteu Methods. Food Chem. 2006;99:835–841. DOI: 10.1016/j.foodchem.2005.08.034.

2. Hayyan M., Hashim M. A., Hayyan A., Al-Saadi M. A., Alnashef I. M., Mirghani M. E. et al. Are deep eutectic solvents benign or toxic? Chemosphere. 2006;90(7):2193–2195. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2012.11.004.

3. Paiva P., Craveiro R., Aroso I., Martins M., Reis R. L., Duarte A. R. C. Natural deep eutectic solvents solvents for the 21st century. ACS Sustain. Chem. Eng. 2014;2(5):1063–1071. DOI: 10.1021/sc500096j.

4. Radošević K., Cvjetko Bubalo M., Gaurina Srcek V., Grgas D., Landeka Dragičević T., Radojčić Redovniković I. Evaluation of toxicity and biodegradability of choline chloride based deep eutectic solvents. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015;112:46–53. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2014.09.034.

5. Wen Q., Chen J. X., Tang Y. L., Wang J., Yang Z. Assessing the toxicity and biodegradability of deep eutectic solvents. Chemosphere. 2015;132:63–69. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.02.061.

6. Dai Y., van Spronsen J., Witkamp G.-J., Verpoorte R., Choi Y. H. Natural deep eutectic solvents as new potential media for green technology. Anal. Chim. Acta. 2013;766:61–68. DOI: 10.1016/j.aca.2012.12.019.

7. Andrew C., Etim E. E., Ushie O. A., Job J. N. Deep eutectic solvents: an overview of its application as a "green" extractant. IJARCS. 2017;4(6):23–30. DOI: 10.20431/2349-0403.0406003.

8. Smith E. L., Abbott A. P., Ryder K. S. Deep eutectic solvents (DESs) and their applications. Chem. Rev. 2014;114(21):11060–11082. DOI: 10.1021/cr300162p.

9. Zhao B.-Y., Xu P., Yang F.-X., Wu H., Zong M.-H., Lou W.-Y. Biocompatible deep eutectic solvents based on choline chloride: characterization and application to the extraction of rutin from Sophora japonica. ACS Sustain. Chem. Eng. 2015;3(11):2746–2755. DOI: 10.1021/acssuschemeng.5b00619.

10. Tang W., Li G., Chen B., Zhu T., Row K. H. Evaluating ternary deep eutectic solvents as novel media for extraction of flavonoids from Ginkgo biloba. Sep. Sci. Technol. 2016;52(1):91–99. DOI: 10.1080/01496395.2016.1247864.

11. Obluchinskaya E. D., Daurtseva A. V., Pozharitskaya O. N., Flisyuk E. V., Shikov A. N. Natural deep eutectic solvents as alternatives for extracting phlorotannins from brown algae. Pharm. Chem. J. 2019;53(3):243–247. DOI: 10.1007/s11094-019-01987-0.

12. Abbott A. P., Capper G., Davies D. L., Rasheed R. K., Tambyrajah V. Novel solvent properties of choline chloride/urea mixtures. Chem. Commun. 2003;70–71. DOI: 10.1039/b210714g.

13. Mele A., Tran C. D., De Paoli Lacerda S. H. The structure of a room-temperature ionic liquid with and without trace amounts of water: the role of C–H...O and C–H...F interactions in 1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate. Angew. Chem. Int. edit. 2003;115(36):4500–4502. DOI: 10.1002/ange.200351783.

14. Francisco M., van den Bruinhorst A., Kroon M. Low-Transition-Temperature Mixtures (LTTMs): a new generation of designer solvents. Angew. Chem. Int. edit. 2013;52(11):3074–3085. DOI: 10.1002/anie.201207548.

15. Токарева М. Г., Прожогина Ю. Е., Каленикова Е. И., Джавахян М. А. Фармакогностические и фармакологические аспекты создания новых седативных препаратов на основе лекарственного растительного сырья. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2018;21(3):3−11. DOI: 10.29296/25877313-2018-03-01.

16. Tursymatova O. I., Dilmakhanova M. M. Flavonoid physicochemical properties. Science and world. 2015;5(21):30–31.

17. Бабаджанян А. А., Кайшева Н. А., Умняхина И. В. Применение фотометрических методов в анализе растительных лекарственных средств. Беликовские чтения: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции. 2015. 17–18 с.

18. Shang X., Tan J.-N., Du Y., Liu X., Zhang Z. Environmentally-friendly extraction of flavonoids from Cyclocarya paliurus (Batal.) iljinskaja leaves with deep eutectic solvents and evaluation of their antioxidant activities. Molecules. 2018;23(9):2110. DOI: 10.3390/molecules23092110.

19. Dai Y., Row K. H. Application of natural deep eutectic solvents in the extraction of quercetin from vegetables. Molecules. 2019;24(12):2300. DOI: 10.3390/molecules24122300.

20. Bajkacz S., Adamek J. Development of a method based on natural deep eutectic solvents for extraction of flavonoids from food samples. Food Anal. Methods. 2017;11:1330–1344. DOI: 10.1007/s12161-017-1118-5.

21. Peng F., Zhao Y., Li F.-Z., Zong M.-H., Lou W.-Y. The effect of deep eutectic solvents on the asymmetric hydrolysis of styrene oxide by mung bean epoxide hydrolases. Bioresources and Bioprocessing. 2018;5:5. DOI: 10.1186/s40643-018-0191-y.

22. Huang Y., Feng F., Jiang J., Qiao Y., Wu T., Voglmeir J., Chen Z.-G. Green and efficient extraction of rutin from tartary buckwheat hull by using natural deep eutectic solvents. Food Chem. 2017;221:1400–1405. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.11.013.

23. Mulia K., Muhammad F., Krisanti E. Extraction of vitexin from binahong (Anredera cordifolia (Ten.) Steenis) leaves using betaine - 1,4 butanediol natural deep eutectic solvent (NADES). AIP Conf. Proc. 2017;1823. DOI: 10.1063/1.4978091.

24. Bi W., Tian M., Row K. H. Evaluation of alcohol-based deep eutectic solvent in extraction and determination of flavonoids with response surface methodology optimization. J. Chromatogr. A. 2013;1285:22–30. DOI: 10.1016/j.chroma.2013.02.041.

25. Abbott A. P., Al-Murshedi A. Y. M., Alshammari O. A. O. Thermodynamics of phase transfer for polar molecules from alkanes to deep eutectic solvents. Fluid Phase Equilibr. 2017;448:99–104. DOI: 10.1016/j.fluid.2017.05.008.

26. Świergiel J., Bouteiller L., Jadżyn J. Compliance of the Stokes–Einstein model and breakdown of the Stokes–Einstein–Debye model for a urea-based supramolecular polymer of high viscosity. Soft. Matter. 2014;10:8457–8463. DOI: 10.1039/c4sm01556h.

27. Dietrych-Szostak D., Oleszek W. Effect of processing on the flavonoid content in buckwheat (Fagopyrum esculentum Möench) grain. J. Agric. Food Chem. 1999:47(10):4384–4387. DOI: 10.1021/jf990121m.