Изучение возможности применения ИК-спектроскопии для идентификации сырья валериан сомнительной и волжской

Введение. ИК-спектроскопия в последнее время все чаще используется для выявления различных групп биологически активных веществ (БАВ) в растительных объектах. Известно, что растения способны накапливать разные БАВ. В настоящее время отсутствует достоверная, полная и доступная база ИК-спектров лекарственного растительного сырья (ЛРС), имеющего многокомпонентный состав, необходимая для решения конкретных практических задач. Представляет интерес использование для целей идентификации ЛРС, а также дифференциальной диагностики близкородственных видов и различных сортов лекарственных растений экспресс-методов неразрушающего контроля, которые позволяют проводить анализ сырья в максимально короткое время, сохраняя возможность дальнейшей вегетации. К таким видам трудноразличимого сырья относятся от 9–14 (по разным данным) близкородственных видов растения рода Valeriana, входящих, согласно принятой классификации В. И. Грубова с дополнениями и изменениями В. Н. Ворошилова в сборный цикл (V. officinalis L.) ряда Officinales Grub., и характеризующихся чрезвычайно сходным составом метаболома.

Цель. Целью настоящего исследования являлось изучение возможности применения ИК-спектроскопии для идентификации лекарственного растительного сырья валериан сомнительной и волжской.

Материалы и методы. Объектами исследования служили корневища с корнями, трава валерианы волжской (Valeriana wolgensis Kazak.) и валерианы сомнительной (Valeriana dudia L.). Образцы были заготовлены в Воронежской области в 2019 г. на берегу реки Икорец в селе Средний Икорец Лискинского района и в окрестностях села Белогорье Подгоренского района. ИК-спектры были получены без предварительной пробоподготовки на приборе ИК-Фурье-спектрометр VERTEX 70 (Bruker, Германия) методом НПВО и последующей обработкой программой OMNIC или GRAMS 4/32.

Результаты и обсуждение. Во всех спектрах исследованных образцов обнаружены полосы поглощения, отражающие общий химический состав. Наблюдались сходные полосы поглощения, отличавшиеся лишь интенсивностью. Особенно близки между собой были спектры одноименных групп сырья (травы и корневищ с корнями) изучаемых видов валериан. В ИК-спектрах порошков изучаемого ЛРС можно выделить характерные для гидроксильных групп циклопентанпиранового скелета валепотриатов полосы поглощения: 3296–3280 см^-1. Сложная полоса поглощения в области 2958–2844 см^-1 обусловлена валентными колебаниями многочисленных метильных и метиленовых групп. Деформационные колебания этих же групп дают характерные пики при 1751–1407 см^-1 и около 700 см^-1 (790–720 см^-1 – маятниковые колебания метиленовых групп). При этом среди основных БАВ данного ЛРС преобладают соединения, у которых метиленовые группы замкнуты в ненапряженные циклы, что проявляется полосами в интервале 1420–1400 см^-1. Полосы поглощения в диапазоне 3296–3280 см^-1 на ИК-спектрах ЛРС исследуемых видов обусловлены валентными колебаниями гидроксильной группы в межмолекулярных водородных связях. На основании полученных данных были рассчитаны термодинамические характеристики выявленных связей, таких как энергия (ЕН) и длина (R). Валепотриаты, содержащие циклопентанпирановый скелет с 5 гидроксильными группами – полигидрооксициклопентанпиран, в изучаемом ЛРС, по данным ИКС, образуют полиассоциаты с характерными частотами поглощения при 3400–3200 см^-1. Выявленные в спектре специфические частоты можно считать характеристическими для определенного вида сырья валерианы и использовать их в качестве маркеров при определении подлинности и видовой принадлежности методом ИКС.

Заключение. Проведенные исследования показали, что с помощью метода ИК-Фурье-спектроскопии НПВО можно получить индивидуальные ИК-спектры ЛРС различных морфологических групп. Полученные данные, в целом, свидетельствуют о схожести химического состава двух близкородственных видов валериан, заготовленных на территории Воронежской области, что обосновывает, в дополнении с другими исследованиями состава метаболома, возможность их использования наряду с официнальным сырьем валерианы лекарственной. Методом ИК-спектроскопии установлено образование водородных связей и их характер между молекулами БАВ в изучаемом ЛРС. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности используемого метода для экспресс-оценки подлинности ЛРС.

1. Голубцова Ю. В. Оценка качества и подлинности плодово-ягодного сырья методом ИК-Фурье-спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения. Техника и технология пищевых производств. 2017;45(2):126–132.

2. Авилова И. А. Возможность использования метода ИК-спектроскопии для определения качества и подтверждения подлинности состава масел растительного происхождения. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания. 2016;4:71–74.

3. Вытовтов А. А. Определение подлинности и обнаружение фальсификации пищевых продуктов методом ИК-Фурье-спектрометрии. Ученые записки СПб филиала РТА. 2010;1(35): 193–196.

4. Генералов Е. А. Физико-химические подходы к анализу природных полисахаридов. Auditorium. 2015; 4(08):38–54.

5. Съедин А. В., Орловская Т. В., Гаврилин М. В. Использование метода ИК-спектроскопии для экспресс – идентификации тиогликозидов в растительном сырье. Современные проблемы науки и образования. 2014;1:367.

6. Ворошилов В. Н. Лекарственная валериана. М.: АН СССР; 1959. 159 с.

7. Ворошилов В. Н. Официальные виды валерианы СССР. Бюл. Гл. ботан. сада АН СССР. 1975;98:39–44.

8. Орлова А. А., Стругар Й., Штарк О. Ю., Жуков В. А., Лужанин В. Г., Повыдыш М. Н. Использование подходов метаболомики в анализе лекарственных растений и фитопрепаратов (обзор). Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(1):97–105. DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-1-97-105.

9. Колосова О. А., Тринеева О. В., Сорокина А. А., Гудкова А. А. Изучение морфологических и анатомо-диагностических признаков сырья валерианы волжской методом люминесцентной микроскопии. Фармация. 2021;8(70):26–30. DOI: 10.29296/25419218-2021-08-04.

10. Чечета О. В., Сафонова Е. Ф., Сливкин А. И. Исследование водородных связей α-токоферола методом ИК-спектроскопии. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2010;2:164–167.

11. Тринеева О. В., Рудая М. А., Сафонова Е. Ф., Сливкин А. И. Изучение возможности применения ИК-спектроскопии для идентификации сорта плодов облепихи крушиновидной (Нippophaes rhamnoides L.). Химия растительного сырья. 2019;1:301–308. DOI: 10.14258/jcprm.2019014210.

12. Тринеева О. В., Рудая М. А., Гудкова А. А., Сливкин А. И. Применение ИК-спектроскопии в анализе лекарственного растительного сырья. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018;(4):187–194.

13. Станишевская И. Е., Марахова А. И., Грязнов М. Ю., Хазиева Ф. М. Контроль качества лекарственного сырья и фитопрепаратов валерианы лекарственной (Valeriana officinalis L.). Разработка и регистрация лекарственных средств. 2015;1(10):122–127.

14. de Almeida T. M., Danielli L. J., Apel M. A., Cassel E., Vargas R. M. F., Von Poser G. L., Müller L. G., Rates S. M. K. A valepotriate-enriched fraction from Valeriana glechomifolia Meyer inhibits leukocytes migration and nociception in formalin test in rodents. Revista Brasileira de Farmacognosia. 2019;29(4):477–482. DOI: 10.1016/j.bjp.2019.02.004.

15. Fernández S., Rondón M., Rojas J., Morales A., Rojas-Fermin L. Comparison of the Chemical Composition of Valeriana parviflora Essential Oils Collected in the Venezuelan Andes in two Different Seasons. Natural Product Communications. 2015;10(4):657–659.

16. Das J., Mao A. A., Handique P. J. Terpenoid Compositions and Antioxidant Activities of Two Indian Valerian Oils from the Khasi Hills of North-east India. Natural Product Communications. 2011;6(1):129–132.

17. Lazarowych N. J., Pekos P. Use of Fingerprinting and Marker Compounds for Identification and Standardization of Botanical Drugs: Strategies for Applying Pharmaceutical HPLC. Analysis to Herbal Products Drug Information Journal. 1998;32(2):497–512. DOI: 10.1177/009286159803200222.

18. Letchamo W., Ward W., Heard B., Heard D. Essential oil of Valeriana officinalis L. cultivars and their antimicrobial activity as influenced by harvesting time under commercial organic cultivation. J. Agric. Food Chem. 2004;52:3915–3919.

19. Pavlovic M., Kovacevic N., Tzakou O., Couladis M. The essential oil of Valeriana officinalis L. s.l. growing wild in Western Serbia. J. Essent. Oli Res. 2004;16:397–399.

20. Raal A., Orav A., Arak E., Kailas T., Muurisepp M. Variation in the composition of the essential oil of Valeriana officinalis L., roots from Estonia Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 2007;56:67–74.

21. Xu Y. M., McLaughlin S. P., Gunatilaca A. A. Sorbifoliavaltrates A-D, diene valepotriates from Valeriana sorbifolia. J. Nat Prod. 2007;70(12):2045–2048.

22. Bell C. H., Donoghue M. Phylogeny and biogeography of Valerianaceae (Dipsacales) with special reference to the South American Valerians. Organisms Diversity & Evolution. 2005;5:147–159.

23. Bos R., Woerdenbag H. J., Hendriks H., Malingré T. H. Der indische oder pakistanische Baldrian. Valeriana wallichii DC (Valeriana jatamansi) Jones. Zeitschrift fur Phytotherapie. 1992;13:26–34.

24. Wang J., Zhao J., Liu H., Zhou L., Liu Z., Wang J., Han J., Yu Z., Yang F. Chemical analysis and biological activity of the essential oils of two Valerianaceus species from China: Nardostachys chinensis and Valeriana officinalis. Molecules. 2010;15:6411–6422.

25. Pavlovic M., Kovacevic N., Tzakou O., Couladis M. Composition of the essential oils from the aerial parts of five wild growing Valeriana species. Journal of Essential Oil Research. 2007;19:433–438.

26. Bardakci H., Demirci B., Yasilada E., Kirmizibekmez H., Can Baser K. H. Chemical composition of the essential oil of the subterranean parts of Valeriana alliariifolia. Records of Natural Product. 2012;6:89–92.

27. Tzakou O., Couladis M., Pavlovic M., Sokovic M. Composition and antifungal activity of the oil from aerial parts and rhizomes of Valeriana dioscoridis from Greece. Journal of Essential Oil Research. 2004;16:500–503.

28. Pirbalouti A. G., Ghahfarokhi B. B., Ghahfarokhi S. A. M, Malepoor F. Chemical composition of essential oils from the aerial parts and underground parts of Iranian Valerian collected from different natural habitats. Industrial Crops and Products. 2015;63:147–151.

29. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высшая школа; 1971. 264 с.

30. Литтл Л. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул. М.: Мир; 1969. 514 с.

31. Вайсбергера А., ред. Установление структуры органических соединений физическими и химическими методами. М.: Химия; 1967. 532 с.

32. Наканиси К. Инфракрасная спектроскопия и строение органических соединений. М.: Мир; 1965. 216 с.

33. Отто М. Современные методы аналитической химии. М.: Техносфера; 2003. 544.

34. Чулановского В. М., ред. Водородная связь. М.: Мир; 1964. 462 с.

35. Соколова Н. Д., Чулановского В. М., ред. Водородная связь М.: Наука; 1964. 340 с.