Влияние способа получения экстрактов цветков бархатцев распростертых (Tagetes patula L.) на содержание биологически активных веществ и антимикробную активность

Введение: Поиск новых источников биологически активных веществ с антимикробными свойствами представляет собой важное направление в современной биотехнологии и фармакологии. Перспективным источником таких веществ является Tagetes patula L. (бархатцы распростертые). Водные экстракты T. patula, обладая значительным потенциалом биологической активности, остаются недостаточно изученными по сравнению с экстрактами, полученными с использованием других экстрагентов и методов экстракции.

Цель: Исследование влияния методов экстракции на содержание биологически активных веществ и антимикробную активность водных экстрактов цветков Tagetes patula L. Определение зависимости между способом экстракции и содержанием биологически активных веществ, а также антибактериальными свойствами водных экстрактов для создания на их основе антимикробных препаратов. В рамках исследования выполнены задачи по определению суммарного содержания фенольных соединений и флавоноидов в водных экстрактах бархатцев распростертых, полученных различными методами экстракции, и тестированию экстрактов на антибактериальную активность по отношению к бактериям Staphylococcus aureus и Escherichia coli, выделенным из клинического материала.

Материалы и методы: Объектами исследования выступали водные экстракты цветков Tagetes patula L. с гидромодулем 1:10, полученные кипячением, настаиванием с перемешиванием, микроволновой и ультразвуковой экстракцией. Суммарное содержание фенольных соединений и флавоноидов определялось на планшетном ридере BMG Labtech. Антибактериальный эффект всех полученных экстрактов оценивался стандартным диско-диффузионным методом.

Результаты: Метод экстракции значительно влияет на содержание биологически активных веществ и антибактериальную активность водных экстрактов бархатцев распростертых. Наибольшее содержание фенольных соединений наблюдалось в экстрактах, полученных микроволновой экстракцией (0,34 мг/см³), а максимальная концентрация флавоноидов была достигнута при кипячении в течение 300 секунд (0,98 мг/см³). Водные экстракты продемонстрировали антибактериальную активность против грамположительных и грамотрицательных бактерий S. aureus и E. coli, причем зона задержки роста культуры увеличивалась с продолжительностью экстракции.

Выводы: Изучено влияние различных методов экстракции на содержание фенольных соединений и флавоноидов в водных экстрактах цветков бархатцев распростертых. Доказана антибактериальная активность экстрактов против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Полученные данные подтверждают перспективность дальнейшего исследования водных экстрактов бархатцев распростертых, их состава и свойств для создания антимикробных препаратов, применяемых в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве.

1. Астафьева, О. В., Жаркова, З. В., & Якимец М. В. (2020). Исследование химического состава и противомикробной активности экстрактов из соцветий Tagetes patula L. Современные проблемы науки и образования, 6, 10. https://doi.org/10.17513/spno.30430

2.

3. Васильев, А. С., & Громова, Ю. В. (2018). Краткий анализ современных технологий экстракции и основных факторов, влияющих на процесс экстракции. Экономическая наука сегодня: теория и практика (c. 28–31). Чебоксары: Центр научного сотрудничества «Интерактив плюс».

4. Елапов, А. А., Кузнецов, Н. Н., & Марахова, А. И. (2021). Применение ультразвука в экстракции биологически активных соединений из растительного сырья, применяемого или перспективного для применения в медицине. Разработка и регистрация лекарственных средств, 10(4), 96–116. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116.

5. Кацев, А.М., Сафронюк, С.Л., Бурцева Е. В., & Османова С. Я. (2023). Могут ли биолюминесцентные бактерии быть использованы для поиска новых антибактериальных веществ растительного происхождения? Разработка и регистрация лекарственных средств, 12(4), 63-70. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2023-12-4-1592

6. Максименко, Н. В. (2019). Аллелопатическая активность растений рода Tagetes L. Сельское хозяйство-проблемы и перспективы (c. 79–85). Город: Издательство. Гродно: ГГАУ.

7.

8. Маркин, В.И., Чепрасова, М.Ю., & Базарнова, Н.Г. (2014) Основные направления использования микроволнового излучения при переработке растителного сырья (обзор). Химия растительного сырья, (4), 21–42. https://doi.org/10.14258/jcprm.201404597

9. Машковский, М.Д. (2019). Лекарственные средства. М.: Новая волна.

10. Салова, Т. Ю., & Громова, Н. Ю. (2016). Теоретические аспекты получения биологически активных веществ из растительного и животного сырья. Успехи современного естествознания, 3, 39–43.

11.

12. Папаяни, О. И., Духанина, И.В., & Сергеева, Е. О. (2012) Изучение химического состава и антимикробной активности сухого экстракта из цветков бархатцев распростертых (Tagetes patula L.). Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 14(3), 742–744.

13. Поверин, Д.И., & Поверин, А.Д. (2006) Ультразвуковая экстракция в промышленном производстве инстантных форм растительных субстратов. Пиво и напитки, (1), 18–20.

14. Червонная, Н.М., & Андреева, О. А. (2015). Об антиоксидантной активности спиртоводных извлечений из цветков бархатцев распростертых. Современные проблемы науки и образования, 2(часть 3).

15. Alupului, A., Calinescu, I. & Lavric, V. (2012). Microwave extraction of active principles from medicinal plants. UPB Science Bulletin, Series B, 74(2), 129–142.

16. Bernhoft, A. (2010). A brief review on bioactive compounds in plants. Bioactive Compounds in Plants-Benefits and Risks for Man and Animals, 50, 11–17.

17. Chemat, F., Tomao, V., & Virot, M. (2008). Ultrasound-assisted extraction in food analysis. Handbook of food analysis instruments, 11, 85–103. https://doi.org/10.1201/9781420045673.ch5

18. Chookalaii, H., Riahi, H., Shariatmadari, Z., Mazarei, Z., & Seyed Hashtroudi, M. (2020). Enhancement of total flavonoid and phenolic contents in Plantago major L. with plant growth promoting cyanobacteria. Journal of Agricultural Science and Technology, 22(2), 505–518.

19. Cowan, M. M. (1999). Plant products as antimicrobial agents. Clinical Microbiology Reviews, 12(4), 564–582. https://doi.org/10.1128/CMR.12.4.564

20. Croteau, R. Kutchan, T.M., & Lewis, N.G. (2000). Natural products (secondary metabolites). Biochemistry and Molecular Biology of Plants, 24, 1250–1319.

21. De Castro, M. D. L. & Garcıa-Ayuso L.E. (1998). Soxhlet extraction of solid materials: An outdated technique with a promising innovative future. Analytica Сhimica Acta, 369(1–2), 1–10. http://dx.doi.org/10.1016/S0003-2670(98)00233-5

22. Dudareva, N., & Pichersky, E. (2000). Biochemical and molecular genetic aspects of floral scents. Plant Physiology, 122(3), 627–634. https://doi.org/10.1104/pp.122.3.627

23. Dzah, C. S., Duan, Y., Zhang, H., Wen, C., Zhang, J., Chen, G., & Ma, H. (2020). The effects of ultrasound assisted extraction on yield, antioxidant, anticancer and antimicrobial activity of polyphenol extracts: A review. Food Bioscience, 35, 100547. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100547

24. Gupta, P., Vasudeva, N., & Marigold, A. (2012). Potential ornamental plant drug. Hamdard Medicus, 55(1), 45–59.

25. Hernández, Y., Lobo M. G., & González, M. (2009). Factors affecting sample extraction in the liquid chromatographic determination of organic acids in papaya and pineapple. Food Chemistry, 114(2), 734–741. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.10.021

26. Herrera, M.C., & De Castro, M.D.L. (2005). Ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from strawberries prior to liquid chromatographic separation and photodiode array ultraviolet detection. Journal of Chromatography A, 1100(1), 1–7. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.09.021

27. Jain, R., Katare, N., Kumar, V., Samanta, A.K., Goswami, S., & Shrotri S. (2012). In vitro antibacterial potential of different extracts of Tagetes erecta and Tagetes patula. Journal of Natural Sciences Research, 2(5), 84–90.

28. Jain, T., Jain, V., Pandey, R., Vyas A., & Shukla, S.S. (2009). Microwave assisted extraction for phytoconstituents–an overview. Asian Journal of Research in Chemistry, 2(1), 19–25.

29. Madhu, B., Srinivas, M. S., Srinivas, G., & Jain S. K. (2019). Ultrasonic technology and its applications in quality control, processing and preservation of food: A review. Current Journal of Applied Science and Technology, 32(5), 1–11. https://doi.org/ 10.9734/CJAST/2019/46909

30. Mahfuz, S., Shang, Q., & Piao X. (2021). Phenolic compounds as natural feed additives in poultry and swine diets. Biotechnol, 12, 48. https://doi.org/10.1186/s40104-021-00565-3

31. Martínez, R., Diaz, B., Vásquez, L., Compagnone, R., Tillett, S.S., Canelon, D., Torrico, F., & Suarez A. (2009). Chemical composition of essential oils and toxicological evaluation of Tagetes erecta and Tagetes patula from Venezuela. Journal of Essential Oil-Bearing Plants, 12(4), 476–481. https://doi.org/10.1080/0972060X.2009.10643747

32. Munhoz, V.M., Baida, F.C., Lopes, G.C., Santiago, D.C., de Souza, J.R.P., & de Mello, J.C.P. (2017). Extracts and semi-purified fractions of Tagetes patula flowers in the control of root-knot nematodes. Semina: Ciências Agrárias, 38(6), 3529–3538. https://doi.org/10.5433/1679–0359.2017v38n6p3529

33. Nahak, G., & Sahu, K. (2017). Bio-controlling effect of leaf extract of Tagetes patula L. (Marigold) on growth parameters and diseases of tomato. Pakistan Journal of Biological Sciences, 20(1), 12–19. https://doi.org/10.3923/pjbs.2017.12.19

34. Pan, X., Niu G., & Liu, H. (2003). Microwave-assisted extraction of tea polyphenols and tea caffeine from green tea leaves. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 42(2), 129–133. https://doi.org/10.1016/s0255-2701(02)00037-5

35. Ondua, M., Njoya, E. M., & Abdalla M. A. (2019). Anti-inflammatory and antioxidant properties of leaf extracts of eleven South African medicinal plants used traditionally to treat inflammation. Journal of Ethnopharmacology, 234, 27–35. https://doi.org/10.1016/ j.jep.2018.12.030

36. Smith, R. M. (2003). Before the injection—modern methods of sample preparation for separation techniques. Journal of Chromatography, 1000(1–2), 3–27. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(03)00511-9

37. Sukhikh, S., Babich, O., Larina, V., Krol O., Popov, A., Kriger, O., Ivanova S., & Prosekov, A. (2022). Antimicrobial screening and fungicidal properties of eucalyptus globulus ultrasonic extracts. Plants, 11. https://doi.org/10.3390/plants11111441

38. Taiz, L. & Zeiger, E. (2006) Secondary metabolites and plant defense. Plant Physiology, 4, 315–344. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1933-0_5.

39. Vankar, P. S. (2004). Essential oils and fragrances from natural sources. Resonance, 9, 30-41. https://doi.org/10.1007/BF02834854

40. Wilkinson, J.L., Boxall, A.B.A., Kolpin, D.W., Leung, K.M.Y., Lai, R.W.S., Galbán-Malagón, C., Adell, A.D., Mondon, J., Metian, M., Marchant, R.A., Bouzas-Monroy, A., Cuni-Sanchez, A., Coors, A., Carriquiriborde, P., Rojo, M., Gordon, C., Cara, M., Moermond, M., Luarte, T., Petrosyan, V., Perikhanyan, Y., Mahon, C.S., McGurk, C.J., Hofmann, T., Kormoker, T., Iniguez, V., Guzman-Otazo, J., Tavares, J.L., Gildasio De Figueiredo, F., Razzolini, M.T.P., Dougnon, V., Gbaguidi, G., Traoré, O., Blais, J.M., Kimpe, L.E., Wong, M., Wong, D., Ntchantcho, R., Pizarro, J., Ying, G.G., Chen, C.E., Páez, M., Martínez-Lara, J., Otamonga, J.P., Poté, J., Ifo, S.A., Wilson, P., Echeverría-Sáenz, S., Udikovic-Kolic, N., Milakovic, M., Fatta-Kassinos, D., Ioannou-Ttofa, L., Belušová, V., Vymazal, J., Cárdenas-Bustamante, M., Kassa, B.A., Garric, J., Chaumot, A., Gibba, P., Kunchulia, I., Seidensticker, S., Lyberatos, G., Halldórsson, H.P., Melling, M., Shashidhar, T., Lamba, M., Nastiti, A., Supriatin, A., Pourang, N., Abedini, A., Abdullah, O., Gharbia, S.S., Pilla, F., Chefetz, B., Topaz, T., Yao, K.M., Aubakirova, B., Beisenova, R., Olaka, L., Mulu, J.K., Chatanga, P., Ntuli, V., Blama, N.T., Sherif, S., Aris, A.Z., Looi, L.J., Niang, M., Traore, S.T., Oldenkamp, R., Ogunbanwo, O., Ashfaq, M., Iqbal, M., Abdeen, Z., O'Dea, A., Morales-Saldaña, J.M., Custodio, M., de la Cruz, H., Navarrete, I., Carvalho, F., Gogra, A.B., Koroma, B.M., Cerkvenik-Flajs, V., Gombač, M., Thwala, M., Choi, K., Kang, H., Ladu, J.L.C., Rico, A., Amerasinghe, P., Sobek, A., Horlitz, G., Zenker, A.K., King, A.C., Jiang, J.J., Kariuki, R., Tumbo, M., Tezel, U., Onay, T.T., Lejju, J. B., Vystavna, Y., Vergeles, Y., Heinzen, H., Pérez-Parada, A., Sims, D.B., Figy, M., Good, D., Teta, C. (2022) Pharmaceutical pollution of the world's rivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(8). https://doi.org/10.1073/pnas.2113947119