Извлечение и идентификация комплекса полифенольных соединений методом сверхкритической экстракции из ягодников Магаданской области и Камчатского края для дальнейшего применения в разработке новых БАД и в пищевой промышленности

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-74-00044

НазваниеИзвлечение и идентификация комплекса полифенольных соединений методом сверхкритической экстракции из ягодников Магаданской области и Камчатского края для дальнейшего применения в разработке новых БАД и в пищевой промышленности

Руководитель Разгонова Майя Петровна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова" , г Санкт-Петербург

Конкурс №79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)

Ключевые слова Биологически активные вещества, сверхкритическая экстракция, высокоэффективная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия, лазерная микроскопия, полифенолы

Код ГРНТИ62.09.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Представленный проект направлен на создание безопасных и качественных специализированных продуктов питания с биологически активными веществами в традиционной и микрокапсулированной формах, полученных из растительного ягодного сырья Дальнего Востока с целью профилактики и лечения социально-значимых заболеваний, поддержания здоровья и увеличения продолжительности жизни. В свою очередь, остается нерешенной проблема комплексной переработки сырья и увеличения выхода экстрактивных соединений путем использования экологически безопасных, так называемых «зеленых» технологий. Использование в экстракции сверхкритического диоксида углерода, представляющего собой химически стабильный, недорогостоящий, нетоксичный, невоспламеняющийся и легкодоступный экстрагент с высокой растворяющей способностью, позволяет обеспечить высокую степень извлечения целевых компонентов из сырья. Цель и задачи представляемого проекта соответствуют направлениям фундаментальных и поисковых научных исследований Программы фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы) (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2020 года N 3684-р). - Промышленная биотехнология и Экобиотехнологии. Обеспечение безопасности и увеличение сроков хранения пищевых биопродуктов являются перспективными аспектами приоритетного направления «Биотехнологии» и соответствуют основным мировым трендам пищевой биотехнологии. Научная новизна данного проекта будет подтверждена научными исследованиями в области: 1. Будет разработан способ сверхкритической СО2-экстракции комплекса полифенольных соединений из сырья дикорастущих съедобных ягодных растений Магаданской области, Камчатского края и Чукотского автономного округа, не требующий дополнительной очистки получаемого экстракта и вывода токсических соединений экстрагентов. Будут определены экстрактивные характеристики, дающие оптимальный выход экстракта БАВ сырья дикорастущих съедобных ягодных растений Магаданской области, Камчатского края и Чукотского автономного округа (давление, температура объем косольвента, экстракционное время). 2. Будет сделано уточнение состава биологически активных веществ следующих объектов: Rhodococcum Avrorin, Vaccinium uliginosum, L. chamissoi Bunge ex kirillon, Rubus arcticus L., R. chamaemorus L., Sorbus sambucifolia R., S. sibirica H., Empetrum sibiricum, Padus Miller, Ribes fragrans P., R. acidum. 3. Будет осуществлен поиск новых соединений – биологически активных компонентов из представленных растительных матриц дикорастущих съедобных ягодных растений Магаданской области, Камчатского края и Чукотского автономного округа, что позволит в дальнейшем разработать новые экстракты для БАВ, а также ввести данные соединения и экстракты в использование в косметологической и фармацевтической промышленности, и новой быстроразвивающейся парафармацевтической промышленности. 4. Будет разработана биотехнология получения экстрактов биологически активных соединений дикорастущих съедобных ягодных растений Магаданской области, Камчатского края и Чукотского автономного округа с помощью сверхкритической СО2-экстракции ягод и более точное идентифицирование биологически активных соединений используемого сырья с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с четырехступенчатой масс-спектрометрией. 5. Будет показана эффективность стратегии для идентификации биологически активных соединений из сложных растительных экстрактов путем объединения высокоэффективной жидкостной хроматографии и анализа соединений с помощью тандемной масс-спектрометрии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Разгонова М.П., Наваз М.А., Сабитов А.Ш., Зинченко Ю.Н., Русакова Е.А., Петруша Е.Н., Голохваст К.С., Тихонова Н.Г. The Global metabolome profiles of four varieties of Lonicera caerulea, established via tandem mass spectrometry. Horticulturae 2023, 9, 1188 doi.org/10.3390/horticulturae9111188 Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), Horticulturae 2023, 9, 1188 doi.org/10.3390/horticulturae9111188 (год публикации - 2023)
10.3390/plants12203624

2. Разгонова М.П., Петруша Е.Н., Русакова Е.А., Голохваст К.С. Determination of the complex of polyphenolic compounds in the berries of Kamchatka honeysuckle Lonicera caerulea var. kamtschatika Sevast. Russian Journal of Plant Physiology, 2023, 7, №70 (год публикации - 2023)

3. Разгонова М.П., Сабитов А.Ш., Сенотрусова Т.А., Ли Н.Г., Мурзина О.Г., Русакова Е.А., Петруша Е.Н., Тихонова Н.Г. Lonicera caerulea L.: Сравнительное метаболомное исследование полифенольного состава методом тандемной масс-спектрометрии четырех сортов дальневосточной жимолости Аграрная наука, 2023, номер 9 стр 171-178 https://doi.org/10.3234/0869-8155-2023-374-9-171-178 (год публикации - 2023)
10.32634/0869-8155-2023-374-9-171-178

4. Разгонова М.П., Сенотрусова Т.А., Ли Н.Г., Тимощенко Е.Е., Мурзина О.Г., Русакова Е.А., Голохваст К.С. Аспекты комплексной переработки дальневосточных ягодных культур Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2023, том 53, номер 8, стр 115-126 https://oi.org/10.26898/0370-8799-2023-8-2 (год публикации - 2023)
10.26898/0370-8799-2023-8-2

5. Разгонова М.П., Сабитов А.Ш., Зинченко Ю.Н., Сенотрусова Т.А., Ли Н.Г., Витомскова Е.А., Голохваст К.С. Смородина душистая Ribes fragrans Pallas: сверхкритическая CO2-экстракция и тандемная масс- спектрометрия Химия растительного сырья (год публикации - 2024)

6. Разгонова М.П., Петруша Е.Н., Русакова Е.А., Голохваст.К.С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЛИФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ЯГОДАХ КАМЧАТСКОЙ ЖИМОЛОСТИ Lonicera caerulea var. kamtschatica Sevast. Физиология растений, 2023, том 70, №7, с.1-8 DOI 10.31857/S0015330323600791 (год публикации - 2023)
10.31857/S0015330323600791

7. Разгонова М.П., Наваз М.А., Сабитов А.Ш., Голохваст К.С. Genus Ribes: Ribes aureum, Ribes pauciflorum, Ribes triste, Ribes dikuscha, comparative mass spectrometric study of polyphenolic composition and other bioactive components. International Journal of Molecular Science, MDPI, Int. J. Mol. Sci. 2024, 25,10085 https://doi.org/10.3390/ijms251810085 (год публикации - 2024)
doi.org/10.3390/ijms251810085

8. Наваз М.А., Разгонова М.П., Русакова Е.А., Петруша Е.Н., Сабитов А.Ш., Чунихина О.А., Сезаи Е., Тихонова Н.Г., Голохваст К.С. Global metabolome profiles of Lonicera caerulea L. and Lonicera caerulea ssp.kamtschatica (Sevast.) Gladkova Turkish Journal of Agriculture and Forestry, Turk J Agric For (2024) 48: 745-759 doi:10.55730/1300-011X.3216 (год публикации - 2024)
doi:10.55730/1300-011X.3216

9. Разгонова М.П., Русакова Е.А., Зинченко Ю.Н., Голохваст К.С. Newly identified groups of polyphenolic compounds found in wild Rosa extracts: Rosa acicularis, Rosa amblyotis, Rosa rugosa. Russian Journal of Plant Physiology, Springer (год публикации - 2025)

10. Разгонова М.П., Сабитов А.Ш., Кульчина О.В., Витомскова Е. А., Голохваст К.С. Полифенольные соединения голубики (Vaccinium uliginosum L.) из магаданской экспедиции, идентифицированные методом тандемной масс-спектрометрии. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2024, 54(11), 23-38. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2024-11-3 (год публикации - 2024)
doi.org/10.26898/0370-8799-2024-11-3

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проделанная за 2024 год коллективом работа направлена на создание в будущем как безопасных и качественных специализированных продуктов питания с биологически активными веществами (БАВ), полученными из растительного ягодного сырья Дальнего Востока с целью профилактики и лечения социально-значимых заболеваний, поддержания здоровья и увеличения продолжительности жизни, так и разработок по БАД, включающих исследования по нашему Гранту. Силами коллектива Гранта, а также благодаря крепкому взаимодействию с Магаданским НИИСХ и Камчатским НИИСХ осуществлены поисковые экспедиции по сбору растительного материала по Магаданской области и Камчатскому краю и интродукции выявленных целевых образцов растений на Дальневосточной опытной станции – Филиале ВИР (Владивосток). В июле-августе 2024 года с целью сбора генетического материала была предпринята экспедиция по Камчатскому полуострову, в результате которой обследованы новые локалитеты во всех основных районах произрастания подвида и отобраны 3 вида семейства Rosaceae: Rosa rugosa Thumb., Rosa amblyotis C.A. Mey. и Rosa acicularis Lindl. Сравнительное метаболомное исследование трех видов шиповника (R. acicularis, R. amblyotis, R. rugosa) проведено с помощью экстракции сверхкритическим СО2, сорастворителем этанолом (EtOH), и идентификации БАВ с помощью тандемной масс-спектрометрии. Исследовано несколько экспериментальных условий в диапазоне давлений 50–350 бар, с используемым объемом сорастворителя этанола в количестве 2 % в жидкой фазе при температуре в диапазоне 31–70 ℃. Наиболее эффективными экстракционными условиями являются: давление 200 бар и температура 55 ℃ для R. acicularis; давление 250 бар и температура 60 ℃ для R. amblyotis; давление 200 бар и температура 60 ℃ для R. rugosa. Для обнаружения целевых аналитов применялась тандемная масс-спектрометрия. Масс-спектрометрические данные получены с помощью ионной ловушки amaZon SL, оснащенной источником ионизации электрораспылением ESI в режимах отрицательных и положительных ионов. Масс-спектрометр использовали в диапазоне сканирования m/z 100–1,700 для MС и МС/МС. Всего в экстрактах из ягод трех видов шиповника идентифицировано 287 биоактивных соединений (221 полифенолов и 66 соединений из других химических групп). Дополнительно была исследована антиоксидантная активность полученных экстрактов. Подробная идентификация суммы полифенольных соединений, а также соединений других химических групп для видов R. amblyotis, и R. acicularis впервые сделана в Российской Федерации. Зарегистрирован приоритет по Патенту на изобретение «Способ получения СО2-экстракта биологически активных веществ из ягод шиповника иглистого Rosa acicularis» (Рег. №2024135932, входящий №W24079665, 02.12.2024). Впервые в сверхкритических экстрактах R. acicularis, R. amblyotis, R. rugosa было идентифицировано 48 полифенолов: 15 флавонов, 14 флавонолов, 4 флаван-3-ола, 3 флаванона, 1 фенилпропаноид, 2 галлотанина, 1 эллагитанин, 4 фенольные кислоты, 1 дигидрохалкон, 3 кумарина. В июле-августе 2024 года с целью сбора генетического материала была предпринята экспедиция по Магаданской области, в результате которой обследованы новые локалитеты во всех основных районах произрастания голубики Vaccinium uliginosum. В исследовательской работе проведена одновременная оценка присутствия как полифенольных соединений в экстрактах ягод V. uliginosum, так и соединений других химических классов. Идентифицировано 134 химических соединения, присутствующих в ягодах V. uliginosum, из них 114 – это соединения полифенольной группы. Впервые в восьми исследуемых экстрактах из образцов ягод V. uliginosum выделено 46 химических соединений полифенольной группы. Сделан вывод, что у исследуемых образцов экстрактов ягод голубики очень высокое содержание полифенольных соединений, что повышает ценность использования данного сырья в разнообразных отраслях фармакологии, в том числе и при производстве БАВ. Столь подробная идентификация суммы полифенольных соединений, а также соединений других химических групп для вида V. uliginosum впервые сделана в Российской Федерации. По результатам исследования опубликована статья: Полифенольные соединения голубики (Vaccinium uliginosum L.) из магаданской экспедиции, идентифицированные методом тандемной масс-спектрометрии. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки 2024 doi.org/10.26898/0370-8799-2024-11-3 ВАК, RSCI Зарегистрирован приоритет по Патенту на изобретение «Способ получения СО2-экстракта биологически активных веществ из ягод голубики Vaccinium uliginosum» (Рег. №2024135933, вх. №W24079666, 02.12.2024). Осуществлено обширное метаболомное исследование богатого растительного материала представителей рода Ribes (Ribes pauciflorum Turcz., Ribes triste Pall., Ribes dicuscha Fisch., Ribes aureum Purch.), полученного в ходе двух экспедиционных исследований в Магаданской области в 2023-2024 гг. В экстрактах из ягод четырех видов Ribes идентифицировано 205 БАВ (155 полифенолов и 50 соединений других химических групп). Впервые в роду Ribes идентифицировано 29 химических соединений полифенольной группы. В то время как другие классы соединений, идентифицированные в видах Ribes, представляют собой группу нафтохинонов, полигидроксикарбоновые кислоты, омега-3-жирные кислоты и т. д. По результатам исследования опубликована статья: Genus Ribes: Ribes aureum, Ribes pauciflorum, Ribes triste, Ribes dikuscha, comparative mass spectrometric study of polyphenolic composition and other bioactive components. International Journal of Molecular Sciences MDPI 2024 doi.org/10.3390/ijms251810085 WoS Q1 Жимолость голубая (Lonicera caerulea L.) — ягодная культура семейства жимолостных. Интерес к L. caerulea возрос из-за раннего созревания, особенно в северных регионах, из-за высокой зимостойкости, вкусовых качеств и богатого биохимического состава ягод. Использована тандемная масс-спектрометрия для изучения профилей метаболома четырех сортов L. caerulea в далеко отстоящих друг от друга географических точках. Удалось идентифицировать 122 БАВ в экстрактах из ягод жимолости; 75 химических соединений из группы полифенолов и 47 соединений из других химических групп. В исследовании впервые идентифицировано 30 химических соединений из группы полифенолов и 27 соединений из других химических групп. Эти профили метаболома предоставляют важные данные для исследований, связанных разработками по производству новых БАД. По результатам исследования опубликована статья: The Global metabolome profiles of four varieties of Lonicera caerulea, established via tandem mass spectrometry. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 2024 doi.org/10.55730/1300-011X.3216 WoS Q1. Зарегистрирован приоритет по Патенту на изобретение «Способ получения СО2-экстракта биологически активных веществ из ягод и гребней Vitis amurensis» (Рег. №2024135931, входящий №W24079664, 02.12.2024).

Публикации