Разработка защитного покрытия для томатов с использованием биологически активных веществ Melilotus officinalis тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мулюкин Максим Александрович

• Мулюкин Максим Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Мулюкин Максим Александрович

Реферат

Synopsis

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Использование полимеров в качестве упаковочного материала для защиты и продления срока годности продуктов питания

1.2. Повышение устойчивости томатов к патогенным микроорганизмам

1.3. Химический состав Melilotus officinalis L. и его применение в официальной и народной медицине

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Методика отбора проб исследуемых объектов, подготовка к анализу и определение подлинности сырья

2.3. Методика определения содержания тяжелых металлов

2.4. Методика определения компонентного состава эфирного масла

2.5. Методика оптимизации условий получения растительных экстрактов

2.6. Методики определения содержания полифенолов, флавоноидов и кумаринов

2.7. Методика выделения кумарина методом колоночной хроматографии

2.8. Методика определения антиоксидантных свойств

2.9. Методика определения фунгистатических свойств

2.10. Методика создания защитного покрытия

2.10.1. Определение толщины пленок

2.10.2. Определение растворимости пленок в воде

2.10.3. Определение прочности пленок на прокол

2.10.4. Определение дыхания образцов томатов

2.10.5. Определение эффективности покрытия при хранении образцов томатов

2.10.6. Определение эффективности покрытия при хранении зараженных

образцов томатов

2.11. Методы статистической обработки результатов исследования

ГЛАВА 3. Обработка результатов и обсуждение

3.1. Определение содержания тяжелых металлов

3.2. Определение компонентного состава эфирного масла

3.3. Оптимизация условий получения растительных экстрактов

3.4. Определение содержания фенолов, флавоноидов и кумаринов в морфологических частях M. officinalis

3.4.1. Определение содержания фенолов и флавоноидов спектрофотометрическим методом

3.4.2. Определение содержания кумарина методом ВЭЖХ-УФ

3.4.3. Определение содержания флавоноидов и кумаринов методом

ВЭЖХ-ДМД / ВЭЖХ-МС

3.5. Выделение кумарина методом колоночной хроматографии

3.6. Определение антиоксидантной активности экстрактов

3.7. Фунгистатическая активность масла и экстрактов

3.8. Разработка состава пленкообразующего покрытия

3.8.1. Визуальный анализ и определение толщины пленок

3.8.3. Определение растворимости пленок в воде

3.8.4. Определение стойкости пленок к прокалыванию

3.9. Исследование эффективности покрытий при хранении образцов томатов

3.9.1. Исследование влияния покрытия на процесс дыхания томатов

3.9.2. Исследование влияния покрытий на потери массы при хранении томатов

3.9.3. Исследование влияния покрытий на микробиологические показатели при хранении томатов

3.10. Разработка проекта технической документации на защитное покрытие для хранения томатов

3.11. Экономические показатели применения разработанного защитного

покрытия для хранения томатов

Заключение

Список сокращений

Список используемой литературы

Список публикаций по теме диссертации

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Реферат

Актуальность исследований. Ключевым фактором, лимитирующим срок хранения томатов, выступает микробиологическая деградация, сопровождающаяся комплексным ухудшением органолептических и физико-химических характеристик плодов, включая: морфологические изменения (деформация, уменьшение тургора), нарушение пигментного состава (потеря окраски, исчезновение глянца), модификацию текстуры (размягчение, разрушение тканей), нежелательные органолептические трансформации (появление посторонних запахов, утрата вкусовых качеств). Этот процесс опосредован колонизацией эпифитной и фитопатогенной микробиотой, что актуализирует разработку методов контроля биоразложения с сохранением потребительских свойств продукции. Заражение может происходить как на этапе произрастания, так и на этапе подготовительных процедур в период сбора урожая, так и после него, поскольку овощи и фрукты могут быть подвержены как физическому воздействию, так и воздействию различных микроорганизмов [1].

Полимерные материалы могут стать отличным защитным барьером для предотвращения как механических повреждений, так и для взаимодействия с окружающей средой. В качестве таких полимеров могут быть использованы белки, полисахариды, липиды, а также их вариации между собой [2, 3, 4]. Кроме того, в составе защитных покрытий могут быть использованы компоненты с выраженной биологической активностью - растительные экстракты и эфирные масла. Они представляют собой важный источник полифенолов, которые как известно обладают антиоксидантным и антимикробным действием. В этом случае, включение полифенолов в структуру полимерной пленки придает ей уникальные свойства [5].

Довольно перспективным с этой точки зрения является Melilotus officinalis (L.) Pall. (донник лекарственный) - двулетнее травянистое растение семейства Бобовых (Fabaceae). Трава донника лекарственного имеет сложный состав биологически активных веществ (БАВ), обуславливающие фармакологическую

активность этого растения, что в свою очередь позволяет использовать его в качестве лекарственного растительного сырья (ЛРС) [6, 7]. Известно, что в составе донника лекарственного были найдены кумарин, как преобладающий компонент, а также мелилотин, фенольные кислоты, флавоноиды, стероиды, сапонины, эфирные масла, жиры, тритерпены, углеводы, сахар, антрахиноновые гликозиды, дубильные вещества, бис-гидроксикумарин, холин, спирты, мочевая кислота и многие другие группы химических соединений [8, 9, 10, 11].

Использование пленочных материалов и защитных покрытий на основе натуральных полимеров в упаковке для пищевых продуктов на сегодняшний день претерпевает значительный рост. Перспективность применения во многом определяется их свойствами: защита от внешнего загрязнения, замедление порчи, продление сроков годности и сохранение качества и безопасности. Статистика производства и потерь томатов с экономической точки зрения является важным аспектом оценки эффективности аграрного сектора, а также определения потенциальных резервов повышения доходности и снижения затрат. Использование защитных покрытий для сохранности плодов томатов может значительно снизить объем потерь на различных этапах их производства и реализации, а также сократить экономические потери.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка защитного покрытия с использованием биологически активных веществ Melilotus officinalis для увеличения сроков годности томатов.

Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Оптимизировать параметры экстракции и изучить содержание биологически активных веществ в эфирном масле и экстрактах морфологических частей M.

officinalis.

2. Исследовать антиоксидантную и фунгиостатическую активность эфирного масла и экстрактов M. officinalis с максимальным содержанием биологически активных веществ.

3. Разработать состав защитного покрытия для хранения томатов и определить влияние компонентов состава на его физические свойства.

4. Исследовать влияние защитного покрытия на показатели качества и безопасности томатов при хранении.

5. Обосновать рациональные параметры хранения и их влияние на срок годности томатов с защитным покрытием.

6. Разработать проект технической документации (ТУ и ТИ) на защитное покрытие для томатов.

7. Определить экономические показатели использования защитного покрытия при хранении томатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка защитного покрытия для томатов с использованием биологически активных веществ Melilotus officinalis»

Научная новизна работы.

Установлены оптимальные условия извлечения фенолов, флавоноидов и кумаринов из M. officinalis с использованием методов ультразвуковой экстракции и мацерации.

Доказана антиоксидантная активность экстракта цветков (0,0087 мг/мл) и фунгистатическая активность экстракта семян и эфирного масла M. officinalis в отношении Geotrichum candidum с минимальной ингибирующей концентрацией кумарина в экстракте семян - 6,28 мг/мл.

Предложен состав защитного покрытия для томатов с использованием экстракта семян и эфирного масла M. officinalis и желатина, обладающий фунгистатической активностью и обеспечивающий сохранение высокой биологической ценности томатов.

Доказано, что использование разработанного защитного покрытия с добавлением экстракта семян и эфирного масла M. officinalis для томатов обеспечило увеличение срока годности продукции в 2,8 раза при температуре хранения 18±1 °С, при этом содержание ликопина в обработанных плодах было выше на 43 %, а Р-каротина - на 28 % по сравнению с томатами необработанными биологически активными веществами.

Практическая значимость работы.

Установлен состав эфирного масла и выявлены оптимальные параметры экстракции для фенолов, флавоноидов и кумаринов из M. officinalis методами ультразвуковой экстракции и мацерации для использования их в качестве биологически активных компонентов с выраженной антиоксидантной и фунгистатической активностью.

Разработано защитное покрытие с фунгистатическими свойствами на основе желатиновой матрицы, пластифицированной глицерином, с включением биологически активных компонентов - эфирного масла и экстрактов M. officinalis, обеспечивающего ингибирование микробиологической деградации и пролонгацию периода сохранения товарных характеристик томатов при послеуборочном хранении.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Оптимальные условия экстракции биологически активных веществ из M. officinalis: влияние ультразвуковой обработки, температуры, размера частиц сырья, длительности экстракции, гидромодуля, и концентрации водно-спиртовой смеси;

• Фунгистатическая активность защитного покрытия для томатов в отношении штамма F266 Geotrichum candidum на основе желатиновой матрицы, пластифицированной глицерином, с включением биологически активных компонентов - эфирного масла и экстракта семян M. officinalis;

• Эффективность защитного покрытия для продления срока годности томатов и улучшения показателей качества и пищевой ценности.

Апробация полученных результатов.

Основные материалы диссертации обсуждены на научно-практических конференциях: «Химия и технология растительных веществ» XII Всероссийская научная конференция с международным участием и школой молодых ученых (2022 г.); «Безопасный Север - чистая Арктика» V Всероссийская научно-практическая конференция (2023 г.); «Химия и химическая технология в XXI веке» XXIV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых

(2023 г.); «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2023» Международная научно-практическая конференция (2023 г.); «Химия и химическая технология в XXI веке» XXV Юбилейная Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых (2024 г.); «XXVII Всероссийская конференция молодых ученых химиков (с международным участием)» (2024 г.); XXXIV Российская молодежная научная конференция с междунар. участием «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (2024 г.); «The 6th ASRTU China-Russia Conference on Innovative Food Science and Equipment» (2025 г.).

Личное участие автора в получении результатов.

Автором настоящей работы выполнен поиск и анализ научной литературы по теме диссертационного исследования. Соискатель является основным исполнителем по разработке методических подходов в настоящем исследовании, подготовке исследуемых образцов, проведению экспериментальных работ, анализу и интерпретации полученных результатов. Автором самостоятельно написаны научные статьи и подготовлены материалы для апробации на научных конференциях.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверность полученных научных результатов обеспечивается комплексным подходом на всех этапах работы. На стадии эксперимента использовалось современное высокоточное аналитическое оборудование, что позволило минимизировать погрешности измерений. Все исследования выполнялись с применением стандартных и апробированных методик, а ключевые эксперименты были воспроизведены в условиях не менее чем трехкратной повторности для подтверждения репрезентативности данных. Для обработки результатов применялись методы статистического анализа с использованием программного пакета Microsoft Excel (доверительная вероятность P = 0,95). Теоретическую базу работы составили публикации в высокорейтинговых научных журналах, индексируемых в российских и международных базах данных. Кроме того, достоверность выводов подтверждается успешной апробацией материалов на

международных и всероссийских конференциях, а также публикацией основных результатов в рецензируемых научных изданиях.

Внедрение результатов работы.

Результаты, полученные в ходе исследования, были успешно внедрены на предприятии ООО «УК «Промышленный технопарк «Сириус Б», что подтверждается актом о производственном внедрении.

Публикации по теме работы.

По материалам диссертации опубликованы 4 работы, из которых три в изданиях перечня ВАК, одна - в журнале, рецензируемом базами Scopus.

Структура и объем диссертации.

Диссертационное исследование состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 185 страницах машинописного текста. Работа содержит 45 рисунков, 26 таблиц и 4 приложения. Список использованной литературы содержит 196 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность использования полимерных материалов для продления срока годности продуктов питания с применением в составе защитного покрытия компонентов с выраженной биологической активностью. Определены цель и задачи, представлена теоретическая и практическая значимость работы, научная новизна, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ отечественной и зарубежной литературы по использованию полимеров в качестве упаковочного материала для защиты и продления срока годности продуктов питания. Особое внимание уделено полимерным материалам на основе желатина. Приведены отельные виды патогенных микроорганизмов томатов и методы борьбы с ними с помощью биологически активных компонентов на основе эфирных масел и растительных экстрактов. Отдельно уделено внимание химическому составу Melilotus officinalis L., а также доказанной биологической активности присутствующих в нем веществ.

Во второй главе приведено подробное описание объектов, оборудования и методов исследования. Определена подлинность растительного материала и описана подготовка его к анализу. Представлены методы работы с растительным материалом при получении эфирного масла и экстрактов. Описаны методы работы с коллекционными штаммами микроскопических грибов. Приведены методы работы для создания и характеризации защитного покрытия.

В третьей главе представлены и обсуждены основные результаты по оптимизации получения растительных экстрактов и эфирного масла, их химического состава, антиоксидантной и фунгистатической активности, а также подробно описаны результаты исследования эффективности защитного покрытия при хранении образцов томатов. Приведено описание разработанной технической документации на защитное покрытие для хранения томатов, а также экономических показателей применения разработанного защитного покрытия.

Определение содержания тяжелых металлов и выбор типа сырья для использования в качестве источника биологически активных веществ

Объектами исследования стали растения, большинство из которых произрастают в северных районах Западной Сибири, используемые в пищу, а также в качестве пряностей и лекарственных трав: эстрагон или тархун (Artemisia dracunculus L.) из семейства астровых, душица обыкновенная (Origanum vulgare L.) и тимьян обыкновенный (Thymus vulgaris L.) из семейства яснотковых, зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.) из семейства зверобойных и донник лекарственный (Melilotus officinalis L.) из семейства бобовых.

Определение тяжёлых металлов в растительном сырье проводили атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра МГА-915 МД (ООО ГК «Люмэкс», Россия). Результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Содержание (мг/кг) тяжелых металлов в образцах растений

Концентрация свинца (Pb) в представленных растениях находилась в диапазоне от 0,7 мг/кг для M. officinalis до 7 мг/кг для T. vulgaris и не превышала допустимого уровня (10 мг/кг) согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения по оценке качества лекарственных средств растительного происхождения. Содержание меди (Cu) в исследуемых образцах растений варьирует от 3 до 7 мг/кг. При этом максимальное содержание меди обнаружено в образце A. dracunculus (7 ± 1 мг/кг). У M. officinalis и H. perforatum накопление меди сопоставимо. Содержание цинка (Zn) в растениях варьировалось в диапазоне от 39 мг/кг для Hypericum perforatum до 99 мг/кг для Origanum vulgare, но не превышает допустимого уровня содержания цинка в продуктах питания. До 43 мг/кг цинк содержится в M. officinalis. Содержание кадмия (Cd) в образцах растений варьирует от 0,01 до 0,79 мг/кг. При этом максимальное количество кадмия накапливается в H. perforatum (0,79 ± 0,16 мг/кг).

Поскольку в меньшей степени накопление тяжелых металлов установлено у M. officinalis, это растение было выбрано для дальнейшего исследования.

Определение компонентного состава эфирного масла

Методом гидродистилляции получено эфирное масло M. officinalis светло-желтого цвета с характерным запахом кумаринов, который напоминает запах свежескошенной травы. Выход масла составил 0,016 масс. % в пересчете на абсолютно сухое сырье при использовании растительного материала в количестве 300 г. Хроматографический анализ эфирного масла проводили с использованием газового хроматографа Shimadzu (GCMS-TQ8040, Япония). Для этого 1 мкл эфирного масла смешивали с гексаном и помещали в хроматограф. На рисунке 2 приведена хроматограмма эфирного масла.

ix10.000.000)

ж

' 1,_,_J_ll I Lj. . iiL-M'-т1^ & Jk L jJ L , iuL- -

Рисунок 2. Хроматограмма эфирного масла M. officinalis

В ходе расшифровки хроматограммы удалось установить наличие в эфирном масле 46 соединений различной природы, что составляет 97,7 % от общего количества масла. Преобладающим соединением является кумарин и составляет 32,8 %. В составе масла обнаружен гексагидрофарнезилацетон и его содержание в 2,3 раза меньше по сравнению с основным компонентом. В несколько меньшем количестве в эфирном масле присутствуют кислоты: гексадекановая, додекановая и декановая и суммарно составляют 18,6 %. Следует также отметить, что в составе масла найден гидрокумарин, однако его содержание существенно меньше основного компонента и составляет 3,3 %.

Оптимизация получения растительных экстрактов

В ходе оптимизации получения растительных экстрактов из всей надземной части M. officinalis методом УЗ экстракции и мацерации рассматривали такие параметры как размер частиц (от 0,2 до 2,0 мм), гидромодуль (от 1:10 до 1:100), температуру (от 30 до 70 °С), продолжительность экстракции (от 2 до 30 мин / от 1 до 5 сут) и концентрацию спирта в водно-спиртовой смеси (10-70 %). Результаты представлены на рисунке 3.

УЗ экстракция

I

а)

фенолы

флавоноиды

кумарин

Температура: 60 'С Размер частиц: 0,2-0,5 мм Гидромодуль: 1:100 Длительность: 5 мин Экстрагент: 10%-ый спирт

Температура: 50 'С Размер частиц: 0,2-0:5 мм Гидромодуль: 1:100 Длительность: 10 мин Экстра гент: 50%-ый спирт

соцветия

22:0±0,6 мг/г

3.7±0.1 мг/г

Температура: 60 =С Размер частиц: 1,0-2,0 мм Гидромодуль: 1:30 Длительность: 10 мин Экстрагент: 60%-ый спирт,

v_г_

семена

6:4±0,2 мг/г

Рисунок 3. Оптимальные параметры экстракции фенолов, флавоноидов и кумарина: а) при использовании ультразвука, б) при использовании метода

мацерации

Содержание фенолов и флавоноидов определяли по градуировочному графику в пересчете на галловую кислоту и рутин соответственно спектрофотометрическим методом (Shimadzu UV 1900i, Япония). Содержание индивидуального кумарина определяли с использованием жидкостного хроматографа (Милихром А-02, Россия) с использованием унифицированной хроматографической методики и базы данных, позволяющих при количественных расчетах не использовать стандартные образцы. Подвижная фаза: элюент А - [4М LiClO4 - 0,1M HClO4] : H2O (5:95), элюент Б - ацетонитрил (CH3CN). Режим хроматографирования градиентный. С использованием оптимизированных параметров экстракции из различных морфологических частей M. officinalis были получены экстракты методами ультразвуковой обработки и мацерации и определена концентрация фенольных соединений, флавоноидов и кумарина.

Определение содержания флавоноидов и кумаринов методом ВЭЖХ-ДМД /

ВЭЖХ-МС

Для определения содержания флавоноидов использовали жидкостный хроматограф с диодно-матричным детектором (Agilent 1260 Infinity LC, США). Подвижная фаза: элюент А - ацетонитрил (CH3CN), элюент Б - 0,04 М раствор калия фосфорнокислого однозамещенного с ортофосфорной кислотой (рН 2,8). Результаты измерения индивидуальных флавоноидов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Содержание флавоноидов в экстрактах цветков и семян M. officinalis

Соединение Экстракт цветков, мкг/см3 Экстракт семян, мкг/см3

Рутин Менее 0, 1 Менее 0,1

Кверцетин Менее 0,1 Менее 0,1

Дигидрокверцетин 0,22±0,05 0,22±0,05

Нарингенин Менее 0,05 0,070±0,026

Ресвератрол Менее 0,05 0,087±0,024

Гесперидин Менее 0,05 Менее 0,05

Нарингин Менее 0,05 Менее 0,05

Для определения содержания флавоноидов и кумаринов также использовали жидкостный хроматограф с масс-спектрометрическим детектором (Agilent 1260 Infinity LC, США). Подвижная фаза: элюент А - 0,1 % муравьиная кислота (HCOOH), элюент Б - ацетонитрил (CH3CN). Режим хроматографирования градиентный. Результаты измерения индивидуальных флавоноидов и кумаринов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Содержание флавоноидов и кумаринов в экстракте цветков и семян M.

officinalis

Соединение С, % (внутренняя нормализация)

Экстракт соцветий Экстракт семян

Кумарин + мелилотозид 12,65 10,55

Гликозид кумарина + О-кумаровая кислота 14,41 -

Мелилотовая кислота (СсДнА) 0,95 1,03

Дикумарол (дикумарин) 0,23 0,87

Лютеолин 8,45 -

Рутин* + кверцетин 18,07 2,83*

Изоориентин или его изомер (C2lH2oOll) - 7,44

Изоориентин или его изомер (C2lH2oOll) - 6,32

Антиоксидантная активность экстрактов M. officinalis

Для определения антиоксидантной активности экстрактов использовали спектрофотометрический метод (Shimadzu UV-1900i, Япония) как способность нейтрализовать радикалы 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (метод DPPH). В качестве объектов исследования использовали растительные экстракты, полученные по оптимальным параметрам, с большим содержанием БАВ (фенолы,

флавоноиды, кумарины) и определяли величину полумаксимального ингибирования (1С50) по уравнению прямой, которая была проведена по линейному участку графиков.

Расчётная формула для определения величины процента ингибирования: Ингибирование, % = (Аконт-Аэ) • 100, (1)

Аконт

где Аконт - оптическая плотность контрольного образца; Аэ - оптическая плотность экстракта.

Установлено, что большей АОА обладает экстракт цветков донника с высоким содержанием флавоноидов. Для этого образца величина 1С50 составляет 0,0087 мг/мл. Вероятно, это связано с большим количеством дигидрокверцетина (0,22±0,05 мкг/мл), который широко известен своим высоким антиоксидантным потенциалом. Однако несмотря на то, что это вещество также обнаружено в составе экстракта семян донника, он все же в меньшей степени обладает АОА. Его величина полумаксимального ингибирования составляет 0,0301 мг/мл, что в 3,5 раза больше по сравнению с экстрактом с высоким содержанием флавоноидов. Это можно объяснить тем, что в составе экстракта цветков методом ВЭЖХ-МС также был обнаружен лютеолин (8,45 %), который вносит существенный вклад в АОА экстракта. Величина полумаксимального ингибирования для галловой кислоты составила 0,0134 мг/мл, что в 2,2 раза меньше по сравнению с 1С50 для экстракта семян, однако этот показатель уступает экстракту цветков с большим содержанием флавоноидов и разница составляет 0,0047 мг/мл. Экстракт с большим содержанием фенолов обладает самой низкой АОА и для него величина 1С50 составляет 0,0437 мг/мл, что в 5 раз превышает показатель экстракта с большим содержанием флавоноидов. Эти данные представлены на рисунке 4.

■ а)

/

/

: / R'-o.ppai

: / 1Ся=0,0134ыг/ыл

/ . ■ /

б)

у - 992.53* ~ 6,№9 7 И?-0^973

1Ся^.0437мг/«л

0,01 0,02 0,03 0.«

Концентрация (CJ галлоЕой кнс.-гогъл, \сг.-'мл

0.05

В)

у-<№4х-н7>1131

R1 - 0,9935

0,05 0,1 0,15

KOKUÍífTpSUKfl (.С) Ф?Н9ЛМ, НГ'Уо

0,2

1*

-I-

-I-

-I-

10 «*

| я

я ^

I»

10

I?

Г)

i у - 1Ш,7х - 10.042

K'-u.w;

ICjc=0r0301 мгтил

• • ' * /

.......

0,005 0,0 1 0,015 0,02 0,025 0.03 Концентрация (С] фаадоисндоЕ.. мг 'м.1

0,035 0,04

<М2 O.flJ 0,04 fljOÍ

KgrajBKTpsvm (С) к)-ы5рнн», щ-чл

Рисунок 4. Антиоксидантная активность раствора галловой кислоты (а), экстрактов цветков с высоким содержанием фенолов (б) и флавоноидов (в), экстракта семян с высоким содержанием кумарина (г)

Фунгистатическая активность эфирного масла и экстрактов

Для определения фунгистатической активности эфирного масла и экстрактов использовали коллекционные штаммы микроскопических грибов - F1119 Aspergilus niger, F525 Alternaría alternata, F266 Geotrichum candidum, предоставленные Национальным биоресурсным центром. В качестве питательной среды использовали «Мальц-экстракт агар» (Hopebio, HB4176-5-500). Установлено, что эфирное масло проявляет противогрибковую активность в отношении всех исследуемых грибов. Для Aspergilus niger наблюдается зона отсутствия роста и составляет 2 мм, а так называемая зона угнетения составляет 4 мм. В большей степени противогрибковая активность эфирного масла зафиксирована против Alternaria alternata и составляет 6,0±0,3 мм, в то время как

зона ингибирования роста для Geotrichum candidum вдвое меньше и составляет 3,0±0,3 мм. Предварительные испытания показали, что исходный экстракт не оказывал противогрибкового эффекта по отношению к исследуемым грибам, поэтому он был сконцентрирован в 50 раз, до концентрации 7,85 мг/мл. Таким образом экстракт стал активен в отношении Geotrichum candidum и зона подавления роста составила 17,8 мм. Данные представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Зона ингибирования эфирного масла (1) и экстракта (2) M. officinalis против: а) Aspergilus niger, б) Alternaria alternata, в) Geotrichum candidum

Дальнейшее исследование предполагало поиск минимально ингибирующей концентрации водно-спиртового экстракта против Geotrichum candidum. Исходный экстракт с высоким содержанием кумарина также был сконцентрирован в 40, 30 и 20 раз, что способствовало достижению концентраций 6,28; 4,71 и 3,14 мг/мл соответственно. Результаты представлены на рисунке 6.

Рисунок 6. Зона ингибирования экстракта M. officinalis против Geotrichum candidum сконцентрированный в: а) 20 раз, б) 30 раз, в) 40 раз

Результаты показали, что концентрация кумарина от 3,14 до 4,71 мг/мл способствуют подавлению роста исследуемого гриба и зона угнетения в этом случае составляет 5,4±0,2 мм и 7,8±0,4 мм соответственно. Минимальная ингибирующая концентрация была зафиксирована в присутствии кумарина до 6,28 мг/мл и составляет 14,8±0,6 мм.

Разработка состава пленкообразующего покрытия

При изучении полученных пленок, высушенных при температуре 18±1 С. установлено, что повышение концентрации полимерного материала от 4 до 10 % в составе покрытия, приводит к увеличению толщины пленки от 37 до 107 мкм. Разница в толщине пленки между образцами с изначально залитым в чашки Петри объемом в 15 и 20 мл составляет от 33 до 46 %. Следует отметить, что содержание глицерина также оказывает некоторое влияние на толщину пленки. Это особенно заметно на примере пленки, состоящей из 10%-го раствора желатина - при добавлении в состав полимерного покрытия пластификатора от 20 до 50 % происходит увеличение толщины пленки от 2 до 12 мкм. Аналогичную тенденцию можно заметить и для других образцов, однако прирост толщины выражен в меньшей степени и составляет от 1 до 7 мкм. Эти данные представлены на рисунке 7.

Глицерин, %

Рисунок 7. Изменение толщины пленки в зависимости от залитого объема в

чашки Петри: а) 15 мл, б) 20 мл

С увеличением толщины пленки изменяется ее прозрачность. Однозначно следует сказать, что повышение концентрации полимерного материала в растворе приводит к более плотной поверхности пленки и снижению ее прозрачности. Вид пленок представлен на рисунке 8.

а)

4%

6%

8%

10%

б)

4% 6% 8% Ю%

Рисунок 8. Прозрачность пленки в зависимости от залитого объема в чашки

Петри: а) 15 мл, б) 20 мл

Верхний ряд пленок имеет меньшую толщину в среднем от 35 (4%-ый р-р желатина) до 77 мкм (10%-ый р-р желатина), в то время как нижний ряд имеет толщину от 51 (4%-ый р-р желатина) до 107 мкм (10%-ый р-р желатина).

Растворимость пленок определяли по формуле Растворимость, % =

_ (ши_£х_т) _ 10

тн

(2)

где шисх - масса исходного образца пленки, г;

т - масса образца пленки после растворения, г.

На рисунке 9 видно, что увеличение толщины полимерного покрытия приводит к меньшей растворимости полимерной пленки.

Рисунок 9. Изменение растворимости пленки в зависимости от залитого объема в

чашки Петри: а) 15 мл, б) 20 мл

При рассмотрении пленки, которая получена с использованием большего объема полимерного материала (20 мл), установлено, что ее растворимость находится в диапазоне от 32,7 до 50,2 % в зависимости от концентрации желатина и глицерина. При этом, повышение доли глицерина в пленке от 20 до 50 % способствует повышению ее растворимости в воде. В целом такая тенденция наблюдается и для пленки с содержанием желатина 8 % и ее растворимость составляет от 34,6 до 45,6 %. Однако, изменение количества глицерина для пленок с содержанием желатина 4 и 6 % не оказывает существенных изменений на растворимость. Использование пленки с растворимостью близкой к 50 % является более приемлемой, поэтому в качестве оптимальных составов можно рассматривать пленку с содержанием желатина 4 и 6 % или пленки с 8 и 10%-ми желатина с максимальным содержанием глицерина в составе.

Исследование стойкости пленок к прокалыванию проводили для образцов с меньшей толщиной, полученных при заливании раствора полимера в чашку Петри в количестве 15 мл, которые были высушены при температуре 2±1 С и 18±1 С.

Максимальное значение силы, прилагаемой для прокалывания образца, зафиксировано у пленки, высушенной при температуре 18±1 С с содержанием желатина 10 % и составляет не более 4,1 кгм/с2, тогда как холодильное хранение уменьшало этот показатель до 3,3 кг м/с2. В целом прочность у пленок, высушенных при более низкой температуре немного ниже, за исключением образца с содержанием желатина 4 %. При обоих температурных режимах сушки с увеличением концентрации желатина в пленке, происходит увеличение прочности на прокалывание. Однако, высушивании образца при температуре 2±1 С не дает выявить явную закономерность влияния количества глицерина в составе пленки. Более высокая температура высушивания образцов способствует повышение прочности с увеличением концентрации глицерина и для пленки с содержанием желатина 4 % этот показатель находится в диапазоне от 0,7 до 1,1 кг м/с2. Повышение концентрации желатина в составе пленки до 6 и 8 % способствует увеличению прочности на прокалывание до 2,0 и 2,8 кг м/с2 соответственно, причем эти показатели являются максимальными при концентрации глицерина 30 %, тогда как максимальное значение величины на прокалывание для пленки с содержанием желатина 10 % составляет 4,1 кгм/с2 с добавлением глицерина 40 %. С учетом проведенного эксперимента меньшей прочностью обладала пленка с содержанием желатина 4 %, однако ее растворимость было достаточно хорошей. Высокой прочностью обладали пленки на основе 8 и 10%-го желатина с добавлением глицерина от 30 до 40 %, однако их растворимость была менее 50 %. В качестве оптимальных следует рассматривать состав пленки с содержанием желатина и глицерина 6 и 30 % соответственно. Эти данные представлены на рисунке 10.

Рисунок 10. Прочность пленок при прокалывании: а) высушивание при температуре 18±1 С, б) высушивание при температуре 2±1 С

Добавление эфирного масла и экстракта семян M. officinalis в состав защитного покрытия не изменяет прочности пленки. Сравнение образцов пленок, полученных в ходе работы, оказались более прочными по сравнению с хорошо известными упаковочными материалами на основе целлюлозы (пергамент) и полиэтилентерефталата или лавсана (майларовая пенка). Меньшей прочностью обладала майларовая пленка и ее прочность на прокалывание составляет 0,3 кгм/с2, тогда как пергамент оказался более прочным - до 1,1 кгм/с2. Однако прочность пленок с добавлением БАВ доходит до 2,1 кгм/с2. Эти результаты представлены на рисунке 11.

Рисунок 11. Сравнение прочности полимерных пленок с добавлением БАВ

Интенсивность дыхания (ИД) томатов тестировали при температуре хранения 2±1 С и 18±1 С. В качестве пластификатора использовали глицерин в количестве 30 % от сухой массы вещества в полимерном растворе желатина. Для сравнения использовали непокрытые томаты и томаты в защитном покрытии на основе 4, 8 и 10 % желатина с добавлением 30 % глицерина. Контроль вели по количеству выделенного углекислого газа с течением времени по формуле:

ИД, мг/кгч =

(Ук-Уо)К2,260

т-С

(3)

где Ук - количество 0,1 н соляной кислоты, израсходованное на титрование гидроксида бария в контрольном опыте, мл;

Ук - количество 0,1 н соляной кислоты, израсходованное на титрование опытного образца, мл;

К - поправка к титру соляной кислоты;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мулюкин Максим Александрович, 2025 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

]. Kumar S., Pande\' A. A". Chemistry and biological liltiviLiu* uf llavunoids: An overview ti Sei. World J. -2013. - Vol. 2013, No. L - P. 162750. - DOf 10. L155/2013/162750.

2. Dias M. C. Pinto D. C. G- .1.. Stint A. U. 5. Planl Flavonoids! Chemical Charatlerialits and Hioloyital Activity H Molecules. - 2021. - Vol. 26. No. 17. - P. 5377. -DOL 10.3390',moletulea26175377.

3. Antibacterial EfTecta of Flavonoid* and Their Slruclurc-Activity Relaluunahip Sludy: A Comparative lntcrprclatiun / N. F. ShamsUdin [et iL] U Mökeul« - 2022. - VöL 27, No. 4. - P. 1149. - DOI: 103390/ muletules27041l49.

4. Pharmacologically atlive ElaVonoids from ihe anticancer. antiuxidanl and antimicrobial eKlracts oJ'Cdisia Ш£ШПГоН> Vahl / S. L Ahmed [el al.] // DMC Cumplement. Altem. Med. - 2016. - Vol. 16. - P. 460. -DOI: 10.11 №h 12906-016-1443-z.

5. Maleki .S. J., Crespo J. F., Cabanillas B. Anli-inflammaloiy efFetls of lluvunoida // Food Chem. - 2019. -Vol. 299. - P. 125124. -DOI: 10. l0L6/j.foudehem.2019.125124.

6. The potential of planl phenolic* in prevention arid iherapy of skin disorders M. D^ialu [et al.] Si Int. J.

Mol. Sei - 2016- -Vol. 17. Nu. 2. - P. 160. - DOI: 1С.3390упш] 7020 L60.

7. Suttash\iU At. G., .-ilaniya M D. Flavonoid* of Melilotus officinalis //Chcm. Nal. Compd. - 1999. - Vol. 35. No. 5. - P. 5R4.

8. Буйенчикова S. H., ДрокЬава И. Л. I Лучение ctn: llh;i фенольыых соединении донника Лекаре i вишни о методом ВЭЖХ // Хнмнко-фармацеш нчестшй *урнал. - 2004. - Т. ЗК, № А. - С. 24-25.

9. Chemical Constituent and Anlicutidanl. Anti-Inflammatory and Anli-Tumür Activities of Melilotus officinalis (Liim.1) Pall / Y. T. Liu [et al] I/ Molecules. - 20 IS. - Vol. 23, No. 2. - P. 271. - DOI: 10.3390/ molecales2302027l.

10. Chemical CöMÜtmaÜS liom Melilotus officinalis /M.S. Anwer [et вЦН JBA5. - ZOOS. - Vol. 4. Nu. 2. -P. N9-94.

11. Растительные ресурсы России: Дикорастущие цаеПкоВые растения, их Кимнинеьнный состав н биологическая актньноеГь. Т. 3. Семейства Fabaceae - Apiaceae / Отв. ред. А. Л. ЬудаНцел. - СПб.; М : КМ К, 2010. -601 с.

12. A new Ljoflavatie-4-o] derivative from Mehlotus officinalis (L.) Pall. / [. Mert [el al.] ft Nat. Prud. Rea. -201S. -Vol. 33. No. 13.-P. 1856-1861. - DOL L0.1080-I471ii4]9.20l8.1477l52.

13. Dominguez-Lopez 1.. Perez M. Lamuela-Raientox R. M. Tutul (polv) phenol analyai a by ihe Folin-Ciucallcu assay a* an Hnli-inilammalory biomarkcr in bioloyicul samples /1 Crit. Rev. Food Sei. Nutr. — 2024. — Vol. 64. Nu. 27. - P. I004H-10054. - DOI: 10.10КС/1040H39Я .2023.2220031.

REFERENCES

1. Kumar S., Piindey A. K_ Chemialry and biological aclivitiea oi llavunoida: An uVen iew, .Sei. World J.. 2013, Vol. 2013, No. I. P. 162750, DOI: 10.1155/2013/162750.

2. Dias M. C., Pinlo D. C. G. A., Silva A. M. S. Plant FlavonuLda: Chemical Churacti-ri^tic^ and Uiolo^ical Activity, Molecules, 2021, Vdi. 26, No. 17, P. 5377, DOI: L0.339fl.-'molecules26l 75377.

3. Shamaudin N. F. [el al.] Antibaclerial Effects of Flavimoida and Their Struclure-Actifily Relatiunahip Study: A Comparative InterpnMalion, Molecules. 2022. Vol. 27, No. A, P. LI49, DOI: L0.3390/mule-culeb'27041149.

4. Ahmed S. I. [el ill.] Pharmiicoloi>ic4illy active ilavonoids from [he anticancer, antioxidant and antimicrobial

eJilraets uf'Cassia Vahl. BMC Complement, Ahem. Meet, 201-ft, Vol. 16. P. 460. DOl: 10.1186/

s 12906-016-1443-z.

5. Ylalcki 5. J., Crc-spo J. F., Cabanillas Q. Anlt-inJlammaloiV elFecIs of ilavonoids, Food Chem, 2019, Vol. 299. P. 125124. DOL 10.1016/j.foodchem.20l9.125124.

6. D.iialo M. [et ll] . I The potenlial of plant phenol ics Ln prevention arid therapy of skin disorder*, fal. J. Mill. Sci. 2016. Vol. 17, No. 2, P. 160, DOI: 10 33Wgmsl7D2tH60.

7. Sutiashvili M. G1 Alaniya M. D. FlaVonoids of Melilotus officinalis, Chem. Nat. Compd, 1999, Vol. 35, No. 5, P. 584.

8. Bubenchtkova V. N.. Druzdova I.L, fiimikojarmacevtichexkij shuntai. 2004, Vol. 38, No. 4, pp. 24-25. (In Russ.)

9. Liu V. T. [et a].] Chemical Conslitaents and Anliojtidanl. Ami-Inflammatory and Ami-Tumor Activities of MelilotUs officinalis (Linn.) Pall, Molecules, 20IS, Vol. 23, No. 2, P. 271, DOI: 10.3390.^0^-cults230202 71.

10. Anwer M. S. [et al.] Chemical COreitiluedlS from Melilolus officinalis. MAS, 200Я. 4, No. 2, P. 89-94.

11. Raslilel'nye resursy Roxsiu Dikoruslushchie fliitfjiyi rastemya, th kumpunenlnyj soxtav i htologichex-kaya akli\TH)xl' (Plant Resources ol Russia: Wild Flowering Planls. Tlieir Component Composilion and Biological Activity), Vol. 3. SemejstVa Fabaueae, Apiaoeae, St. Petersburg Moscow: fCMK. 2010,601 p.

12. I. Merl [ctaL] Anew isoilavime^t-ol derivative itom Mclilotus officinalis {L.) Pall.jVai. Piz/d. Rex, 201fi, Vol. 33. No. 13, P. 1856-1861. DOb 10.1ОКО/ 147КЙ4L9.201 EL 1477152.

13. Duminj^ez-Lopiv L, Регег M. Lmmiela-Raventos R. M. Tulal (poly) phenol analysis; by ihe Folin-Cioeulteu assay as an anti-inllannnalory bionurkcr in biological samples, Cril. Rev Food Sci. ,\ulr, 2024, Vol.64. No. 27, P. 1004Я-10054. DOI: 10. LOSO] 0408398 J>023.2220031.