zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-8-12-22zldm-1256Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISХимический состав, антиоксидантная активность, стандартизация и кинетика получения водно-пропиленгликолевых экстрактов лекарственных растенийChemical composition, antioxidant activity, standardization and kinetics of production of water-propylene glycol extracts of medicinal plantsВолковВ. А.VolkovV. A.

Владимир Анатольевич Волков

119334, Москва, ул. Косыгина, 4

Vladimir A. Volkov

4 Kosygina ul., Moscow, 119334

vl.volkov@mail.ruВоронковМ. В.VoronkovM. V.

Михаил Викторович Воронков

Mikhail V. Voronkov

Вячеслав Михайлович МисинВ. М.MisinV. M.

Вячеслав Михайлович Мисин

Vyacheslav M. Misin

ФедороваЕ. С.FedorovaE. S.

Елизавета Сергеевна Федорова

Elizaveta S. Fedorova

РодинИ. А.RodinI. A.

Игорь Александрович Родин

Igor A. Rodin

СтаврианидиА. Н.StavrianidiA. N.

Андрей Николаевич Ставрианиди

Andrey N. Stavrianidi

Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАНРоссияEmanuel Institute of biochemical physics RASRussian FederationМосковский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАНРоссияLomonosov Moscow state University; Frumkin Institute of Physical chemistry and Electrochemistry RASRussian FederationМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow state UniversityRussian Federation2020140820208681222Copyright © Волков В.А., Воронков М.В., Вячеслав Михайлович Мисин В.М., Федорова Е.С., Родин И.А., Ставрианиди А.Н., 20202020Волков В.А., Воронков М.В., Вячеслав Михайлович Мисин В.М., Федорова Е.С., Родин И.А., Ставрианиди А.Н.Volkov V.A., Voronkov M.V., Misin V.M., Fedorova E.S., Rodin I.A., Stavrianidi A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1256

В производстве лечебных и косметических средств для наружного применения в качестве одного из действующих компонентов широко используют водно-пропиленгликолевые экстракты лекарственных растений. Однако в научной литературе практически отсутствуют данные об экстрагирующей эффективности водно-пропиленгликолевых смесей и химическом составе водно-пропиленгликолевых экстрактов растительного сырья, а в документации производителя указаны исключительно характеристики продукта, не связанные с его биологической активностью. В исследовании методом ВЭЖХ/МС/МС на примере цветков ромашки аптечной установлено, что водно-пропиленгликолевые и водно-этанольные извлечения близки по составу фенольных соединений. Доминирующими соединениями водно-пропиленгликолевого экстракта цветков ромашки являются апигенин и его гликозиды (апигенин-7-глюкозид, апигенин-7-O-6-O-малонил-D-глюкозид, апигенин-7-ацетилглюкозид, ацетил-малонил-апигенин-7-O-глюкозид). Обнаружены 5,4’-диокси-3,6,7,3’-тетраметоксифлавон, цис- и транс-формы 2-O-глюкопиранозида 2-гидрокси-4-метоксикоричной кислоты, 7-метоксикумарин. Спектрально-аналитические характеристики водно-пропиленгликолевых экстрактов ряда лекарственных растений, наиболее востребованных в косметической промышленности, исследованы в УФ-видимом диапазоне, выявлены экстракты с наилучшими защитными свойствами в отношении УФ-излучения A и B диапазонов (листьев шалфея лекарственного, цветков ромашки аптечной, травы тысячелистника обыкновенного) и свободных радикалов (экстракты листьев зеленого чая, травы зверобоя продырявленного), а также экстракты с наиболее высоким содержанием флавоноидов (травы зверобоя продырявленного, листьев шалфея лекарственного). При экстрагировании сырья одной и той же партии оптическая плотность на длине волны 270 нм связана с параметрами извлечения флавоноидов, антиоксидантов и сухого вещества функциональной зависимостью, что очень удобно для экспресс-контроля производственных процессов в целях получения продукта с воспроизводимыми характеристиками. Выведены формулы для расчета содержания антиоксидантов в экстрактах по ДФПГ-методу в сравнении со стандартными образцами рутина и галловой кислоты, проведена интерпретация получаемых для экстрактов различного вида сырья данных в сравнении с показателями иных методов анализа. Продемонстрирована высокая повторяемость формы спектральных кривых экстракта цветков ромашки вне зависимости от источника сырья, что в сочетании с индивидуальностью формы кривых для экстрактов сырья различных видов может быть использовано в качестве одного из критериев подлинности. Предложенным УФ-спектрометрическим методом исследована динамика экстракции цветков ромашки при различных параметрах процесса (температура, соотношение пропиленгликоля и воды в экстрагенте). Установлено, что оптимальной является экстракция сырья 50 %-ным водным пропиленгликолем при температуре 50 °C в течение 4 ч.

Water-propylene glycol extracts of medicinal plants are widely used as active components in therapeutic and cosmetic products for external use. However, sparse data on the extracting efficiency of water-propylene glycol mixtures and chemical composition of water-propylene glycol extracts of plant raw materials are available in the scientific literature. Usually the manufacturer documentation also provides information about characteristics of the products that are not related to their biological activity. The results of HPLC/MS/MS study of Matricaria chamomilla L. flowers have shown that water-propylene glycol and water-ethanol extracts are similar in the composition of phenolic compounds: the dominant compounds of water-propylene glycol extract of Matricaria chamomilla L. flowers are apigenin and its glycosides (apigenin-7-glucoside, apigenin-7-O-6-O-malonyl-D-glycoside, apigenin-7-acetylglycoside, acetyl-malonyl-apigenin-7-O-glycoside), as well as 5,4’-dioxy-3,6,7,3’-tetramethoxyflavone, cis- and trans-forms of 2-O-glucopyranoside 2-hydroxy-4-methoxycoric acid, 7-methoxycumarin. Spectral and analytical characteristics in the UV-visible range of the spectra of water-propylene glycol extracts of a number of medicinal plants most often used in the cosmetic industry were studied to reveal extracts with the highest protective properties against UV radiation in A and B areas (extracts of Salvia officinalis L. leaves, Matricaria chamomilla L. flowers, Achillea millefolium L. grass), free radicals (extracts of Camellia sinensis L. leaves, Hypericum perforatum L. herb), and the highest content of flavonoids (extracts of Hypericum perforatum L. herb, leaves of Salvia officinalis L.) were revealed. When extracting raw materials from the same batch, the optical density at a wavelength of 270 nm is associated with the content of flavonoids, antioxidants and dry matter by a functional relationship, which is very convenient for rapid control of extraction processes in order to obtain a product with reproducible characteristics. Formulas for calculating the content of antioxidants in extracts using the DPPH method in comparison with standard samples of rutin and gallic acid are derived. Interpretation of data on the antioxidant content in different extracts in comparison with other analytical parameters are also presented. Demonstrated high repeatability of the shape of the spectral curves of Matricaria chamomilla L. flowers extract, observed regardless of the source of raw materials can be used in combination with the individuality of the curve shape of the extracts of raw materials of different types as one of the authenticity criteria. The proposed UV-spectrometric method was used to study the dynamics of Matricaria chamomilla L. flower extraction under different process parameters (temperature, propylene glycol/water ratio in the extractant). It is shown that extraction of raw materials with 50% water-propylene glycol for 4 h at a temperature of 50°C is optimal.

антиоксидантыфлавоноидыэкстракты растенийДФПГстандартизацияпропиленгликольромашкаantioxidantsflavonoidsplant extractsDPPHstandardizationpropylene glycolchamomileMatricaria chamomilla L.Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.ReferencesZhang Q., Li P., Roberts M. S. Maximum transepidermal flux for similar size phenolic compounds is enhanced by solvent uptake into the skin / J. Controlled Release. 2011. Vol. 154. N 1. P. 50 – 57. DOI: 10.1016/j.jconrel.2011.04.018.Zhang Q., Li P., Roberts M. S. Maximum transepidermal flux for similar size phenolic compounds is enhanced by solvent uptake into the skin / J. Controlled Release. 2011. Vol. 154. N 1. P. 50 – 57. DOI: 10.1016/j.jconrel.2011.04.018.Тараховский Ю. С., Ким Ю. А., Абдрасилов Б. С., Муфазаров Е. Н. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина. — Пущино: Synchrobook, 2013. — 310 с.Tarakhovsky Yu. S., Kim Yu. A., Abdrasilov B. S., Mufazarov E. N. Flavonoids: biochemistry, biophysics, medicine. — Pushhino: Synchrobook, 2013. — 310 p. [in Russian].Beak S. M., Lee Y. S., Kim J. A. NADPH oxidase and cyclooxygenase mediate the ultraviolet B-induced generation of reactive oxygen species and activation of nuclear factor-kappa-B in HaCaT human keratinocytes / Biochimie. 2004. Vol. 86. N 7. P. 425 – 429. DOI: 10.1016/j.biochi.2004.06.010.Beak S. M., Lee Y. S., Kim J. A. NADPH oxidase and cyclooxygenase mediate the ultraviolet B-induced generation of reactive oxygen species and activation of nuclear factor-kappa-B in HaCaT human keratinocytes / Biochimie. 2004. Vol. 86. N 7. P. 425 – 429. DOI: 10.1016/j.biochi.2004.06.010.Tang H. R., Covington A. D., Hancock R. A. Structure-activity relationships in the hydrophobic interactions of polyphenols with cellulose and collagen / Biopolymers. 2003. Vol. 70. P. 403 – 413. DOI: 10.1002/bip.10499.Tang H. R., Covington A. D., Hancock R. A. Structure-activity relationships in the hydrophobic interactions of polyphenols with cellulose and collagen / Biopolymers. 2003. Vol. 70. P. 403 – 413. DOI: 10.1002/bip.10499.Тараховский Ю. С., Селезнева И. И., Васильева Н. А. и др. Ускорение фибриллообразования и температурная стабилизация фибрилл коллагена в присутствии таксифолина (дигидрокверцетина) / Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2007. Т. 144. ¹ 12. С. 640 – 643.Tarakhovsky Yu. S., Selezneva I. I., Vasilieva N. A., et al. Acceleration of fibril formation and thermal stabilization of collagen fibrils in the presence of taxifolin (Dihydroquercetin) / Bull. Exp. Biol. Med. 2007. Vol. 144. N 6. P. 640 – 643. DOI: 10.1007/s10517-007-0433-z.Murapa P., Dai J., Chung M., et al. Anthocyanin-rich fractions of blackberry extracts reduce UV-induced free radicals and oxidative damage in keratinocytes / Phytother. Res. 2012. Vol. 26(1). P. 106 – 112. DOI: 10.1002/ptr.3510.Murapa P., Dai J., Chung M., et al. Anthocyanin-rich fractions of blackberry extracts reduce UV-induced free radicals and oxidative damage in keratinocytes / Phytother. Res. 2012. Vol. 26(1). P. 106 – 112. DOI: 10.1002/ptr.3510.Kang Y. G., Choi E. J., Choi Y., Hwang J. K. 5,7-dimethoxyflavone induces melanogenesis in B16F10 melanoma cells through cAMP-dependent signaling / Exp. Dermatol. 2011. Vol. 20. N 5. P. 445 – 447. DOI: 10.1111/j.1600-0625.2010. 01236.x.Kang Y. G., Choi E. J., Choi Y., Hwang J. K. 5,7-dimethoxyflavone induces melanogenesis in B16F10 melanoma cells through cAMP-dependent signaling / Exp. Dermatol. 2011. Vol. 20. N 5. P. 445 – 447. DOI: 10.1111/j.1600-0625.2010. 01236.x.Nan-Lin Wu, Jia-You Fang, Marcelo Chen, et al. Chrysin protects epidermal keratinocytes from UVA- and UVB-induced damage / J. Agric. Food Chem. 2011. Vol. 59. N 15. P. 8391 – 8400. DOI: 10.1021/jf200931t.Nan-Lin Wu, Jia-You Fang, Marcelo Chen, et al. Chrysin protects epidermal keratinocytes from UVA- and UVB-induced damage / J. Agric. Food Chem. 2011. Vol. 59. N 15. P. 8391 – 8400. DOI: 10.1021/jf200931t.Roy S., Deep G., Agarwal C., Agarwal R. Silibinin prevents ultraviolet B radiation-induced epidermal damages in JB6 cells and mouse skin in a p53-GADD45alpha-dependent manner / Carcinogenesis. 2012. Vol. 33. N 3. P. 629 – 636. DOI: 10.1093/ carcin/bgr299.Roy S., Deep G., Agarwal C., Agarwal R. Silibinin prevents ultraviolet B radiation-induced epidermal damages in JB6 cells and mouse skin in a p53-GADD45alpha-dependent manner / Carcinogenesis. 2012. Vol. 33. N 3. P. 629 – 636. DOI: 10.1093/ carcin/bgr299.Bondet W., Brand-Williams W., Berset C. Kinetics and Mechanisms of Antioxidant Activity using the DPPH• Free Radical Method / Lebensm.-Wiss u. -Technol. 1997. Vol. 30. N 6. P. 609 – 615.Bondet W., Brand-Williams W., Berset C. Kinetics and Mechanisms of Antioxidant Activity using the DPPH• Free Radical Method / Lebensm.-Wiss u. -Technol. 1997. Vol. 30. N 6. P. 609 – 615.Волков В. А., Сажина Н. Н., Пахомов П. М., Мисин В. М. Содержание и активность низкомолекулярных антиоксидантов в пищевых и лекарственных растениях / Химическая физика. 2010. Т. 29. № 8. С. 73 – 77.Volkov V. A., Sazhina N. N., Pakhomov P. M., Misin V. M. Content and activity of low-molecular antioxidants in food and medicinal plants / Russ. J. Phys. Chem. B. 2010. Vol. 4. N 4. P. 676 – 679. DOI: 10.1134/S1990793110040214.Блажей А., Шутый Л. Фенольные соединения растительного происхождения. — М.: Мир, 1977. — 239 с.Blazhei A., Shutyi L. Phenolic compounds of plant origin. — Moscow: Mir, 1977. — 239 p. [in Russian].de Andrade G. P., Manieri T. M., Nunes E. A., et al. Comparative in vitro study of photodynamic activity of hypericin and hypericinates in MCF-7 cells / J. Photochem. Photobiol. B. 2017. Vol. 175. P. 89 – 98. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2017.08.025.de Andrade G. P., Manieri T. M., Nunes E. A., et al. Comparative in vitro study of photodynamic activity of hypericin and hypericinates in MCF-7 cells / J. Photochem. Photobiol. B. 2017. Vol. 175. P. 89 – 98. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2017. 08.025.Государственная фармакопея Российской Федерации. XIII издание. Т. 3. ФС.2.5.0037.15.State Pharmacopoeia of the Russian Federation. XIII edition. Vol. 3. FS.2.5.0037.15 [in Russian].Markus Ganzera, Manuela Guggenberger, Hermann Stuppner, Christian Zidorn. Altitudinal variation of secondary metabolite profiles in flowering heads of Matricaria chamomilla cv. BONA / Planta Medica. 2008. Vol. 74. N 4. P. 453 – 457. DOI: 10.1055/s-2008-1034326.Markus Ganzera, Manuela Guggenberger, Hermann Stuppner, Christian Zidorn. Altitudinal variation of secondary metabolite profiles in flowering heads of Matricaria chamomilla cv. BONA / Planta Medica. 2008. Vol. 74. N 4. P. 453 – 457. DOI: 10.1055/s-2008-1034326.Berthold Weber, Martina Herrmann, Beate Hartmann, et al. HPLC/MS and HPLC/NMR as hyphenated techniques for accelerated characterization of the main constituents in Chamomile (Chamomilla recutita [L.] Rauschert) / Eur. Food Res. Technol. 2008. Vol. 226. P. 755 – 760. DOI: 10.1007/s00217-007- 0587-y.Berthold Weber, Martina Herrmann, Beate Hartmann, et al. HPLC/MS and HPLC/NMR as hyphenated techniques for accelerated characterization of the main constituents in Chamomile (Chamomilla recutita [L.] Rauschert) / Eur. Food Res. Technol. 2008. Vol. 226. P. 755 – 760. DOI: 10.1007/s00217-007- 0587-y.Кащенко Н. И., Оленников Д. Н. Количественный анализ флавоноидов в цветках ромашки аптечной (Matricaria chamomilla L.) методом микроколоночной ВЭЖХ-УФ / Химия растительного сырья. 2016. № 4. С. 107 – 115. DOI: 10.14258/ jeprm.2016041339.Kashchenko N. I., Olennikov D. N. Quantitative analysis of flavonoids in chamomile flowers (Matricaria chamomilla L.) by microcolumn HPLC-UV / Russ. J. Bioorg. Chem. 2017. Vol. 43. N 7. P. 783 – 789. DOI: 10.1134/S106816201707007X.Карцова Л. А., Деев В. А., Бессонова Е. А. и др. Определение полифенольных антиоксидантов в образцах зеленого чая. Характеристические хроматографические профили / Аналитика и контроль. 2019. Т. 23. № 3. С. 377 – 385. DOI: 10.15826/analitika.2019.23.3.010.Kartsova L. A., Deev V. A., Bessonova E. A., et al. Determination of polyphenol antioxidants in the samples of green tea. The characteristic chromatographic profiles / Analit. Kontrol’. 2019. Vol. 23. N 3. P. 377 – 385. DOI: 10.15826/analitika.2019. 23.3.010 [in Russian].John K. Jackson, Jinying Zhao, Wesley Wong, Helen M. Burt. The inhibition of collagenase induced degradation of collagen by the galloyl-containing polyphenols tannic acid, epigallocatechin gallate and epicatechin gallate / J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010. Vol. 21. P. 1435 – 1443. DOI: 10.1007/s10856-010- 4019-3.John K. Jackson, Jinying Zhao, Wesley Wong, Helen M. Burt. The inhibition of collagenase induced degradation of collagen by the galloyl-containing polyphenols tannic acid, epigallocatechin gallate and epicatechin gallate / J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010. Vol. 21. P. 1435 – 1443. DOI: 10.1007/s10856-010- 4019-3.Попов И. В., Чумакова В. В., Попова О. И., Чумаков В. Ф. Биологически активные вещества, проявляющие антиоксидантную активность, некоторых представителей семейства Lamiaceae, культивируемых в Ставропольском крае / Химия растительного сырья. 2019. ¹ 4. С. 163 – 172. DOI: 10.14258/jcprm.2019045200.Popov I. V., Chumakova V. V., Popova O. I., Chumakov V. F. Biologically active substances exhibiting antioxidant activity, some representatives of the Lamiaceae family cultivated in the Stavropol region / Khim. Rastit. Syr’ya. 2019. N 4. P. 163 – 172. DOI: 10.14258/jcprm.2019045200 [in Russian].Miaomiao Yan, Zhongrong Liu, Huilan Yang, et al. Luteolin decrease the UVA-induced autophagy of human skin fibroblasts by scavenging ROS / Mol. Med. Rep. 2016. Vol. 14. N 3. P. 1986 – 1992. DOI: 10.3892/mmr.2016.5517.Miaomiao Yan, Zhongrong Liu, Huilan Yang, et al. Luteolin decrease the UVA-induced autophagy of human skin fibroblasts by scavenging ROS / Mol. Med. Rep. 2016. Vol. 14. N 3. P. 1986 – 1992. DOI: 10.3892/mmr.2016.5517.Gang Chen, Hugang Shen, Linlin Zang, et al. Protective effect of luteolin on skin ischemia-reperfusion injury through an AKT-dependent mechanism / Int. J. Mol. Med. 2018. Vol. 42. N 6. P. 3073 – 3082. DOI: 10.3892/ijmm.2018.3915.Gang Chen, Hugang Shen, Linlin Zang, et al. Protective effect of luteolin on skin ischemia-reperfusion injury through an AKT-dependent mechanism / Int. J. Mol. Med. 2018. Vol. 42. N 6. P. 3073 – 3082. DOI: 10.3892/ijmm.2018.3915.Yong Pil Hwang, Kyo Nyeo Oh, Hyo Jeong Yun, Hye Gwang Jeong. The flavonoids apigenin and luteolin suppress ultraviolet A-induced matrix metalloproteinase-1 expression via MAPKs and AP-1-dependent signaling in HaCaT cells / J. Dermatol. Sci. 2011. Vol. 61. N 1. P. 23 – 31. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2010.10.016.Yong Pil Hwang, Kyo Nyeo Oh, Hyo Jeong Yun, Hye Gwang Jeong. The flavonoids apigenin and luteolin suppress ultraviolet A-induced matrix metalloproteinase-1 expression via MAPKs and AP-1-dependent signaling in HaCaT cells / J. Dermatol. Sci. 2011. Vol. 61. N 1. P. 23 – 31. DOI: 10.1016/j. jdermsci.2010.10.016.Lee C. W., Na Y., Park N., et al. Amentoflavone inhibits UVB-induced matrix metallo299 proteinase-1 expression through the modulation of AP-1 components in normal human fibroblasts / Appl. Biochem. Biotechnol. 2012. Vol. 166. N 5. P. 1137 – 1147. DOI: 10.1007/s12010-011-9500-z.Lee C. W., Na Y., Park N., et al. Amentoflavone inhibits UVB-induced matrix metallo299 proteinase-1 expression through the modulation of AP-1 components in normal human fibroblasts / Appl. Biochem. Biotechnol. 2012. Vol. 166. N 5. P. 1137 – 1147. DOI: 10.1007/s12010-011-9500-z.Волков В. А., Волков А. Н., Мисин В. М. Кинетические характеристики взаимодействия 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила с некоторыми природными фенольными антиоксидантами в среде этанола / Изв. РАН. Серия химическая. 2014. № 9. С. 2013 – 2019. DOI: 10.1007/s11172-014-0693-5.Volkov V. A., Volkov A. N., Misin V. M. Kinetic characteristics for reactions of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl with some natural phenolic antioxidants in ethanol / Russ. Chem. Bull. 2014. Vol. 63. N 9. P. 2013 – 2019. DOI: 10.1007/s11172-014- 0693-5.Тихонов И. В., Бородин Л. И., Осипов Е. М., Рябкова В. А. Антиоксидантная активность полифенолов при окислении метиллинолеата в мицеллах / Сб. трудов X Международного симпозиума «Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты». 2018. Т. 1. С. 165 – 169.Tikhonov I. V., Borodin L. I., Osipov E. M., Ryabkova V. A. Antioxidant activity of polyphenols during the oxidation of methyl linoleate in micelles / Proc. of X international Symposium «Phenolic compounds: fundamental and applied aspects». 2018. Vol. 1. P. 165 – 169 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.