©Н.В. Герлинг^*, И.В. Груздев, С.И. Тарасов

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982, Россия, Gerling1@rambler.ru

Эфирные масла хвойных растений – это богатый источник ценных для производства терпенов, а также биологически активных веществ. В настоящее время при изучении эфирных масел хвойных растений основное внимание уделяется качественному и количественному составу эфирного масла, содержащемуся в хвое, как главному источнику сырья для промышленного производства. Данные по эфирным маслам, содержащимся в семенах хвойных растений, по сравнению с хвоей представлены незначительно. Методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) исследован качественный и количественный состав эфирных масел семян пихты сибирской (Abiessibirica Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinussylvestris L.). Выход эфирного масла у пихты составил 4.3%, у сосны – 0.06% от абсолютно сухой массы. Доминирующие компоненты эфирного масла семян пихты сибирской: α-пинен (36.7%), борнилацетат (18%), β-пинен (11.1%) и камфен (10.9%). Доля сесквитерпеноидов составляла 3.2%, дитерпеноидов – 2.4% от цельного масла. В эфирном масле семян сосны обыкновенной мажорные компоненты: 2-пентилфуран (21.6%), 3-карен (12.5%) и α-пинен (11.2%). Сесквитерпеноиды и дитерпеноиды в составе эфирного масла занимают 5 и 30.1% от цельного масла соответственно. В отличие от состава эфирных масел хвои изученных пород в составе эфирных масел семян присутствует группа дитерпенов.

Ключевые слова: Abiessibirica Ledeb., Pinussylvestris L., семена, эфирное масло, газожидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия.

Дляцитирования: Герлинг Н.В., Груздев И.В., Тарасов С.И. Качественный и количественный состав эфирного масла семян пихты сибирской (Abiessibirica Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinussylvestris L.), произрастающих на территории Республики Коми // Химия растительного сырья. 2024. №4. С. 297–304. DOI: 10.14258/jcprm.20240414809.

Введение

Эфирные масла растений обладают уникальными свойствами, благодаря которым они широко используются в пищевой и ликеро-водочной промышленности, в производстве парфюмерно-косметической продукции, в медицине, производстве лакокрасочной продукции [1–5]. Потребности разных производств в эфирном масле стимулируют исследователей к изучению качественного и количественного состава эфирных масел растений, а также свойств их компонентов [6–9].

Наибольший интерес для промышленного получения эфирного масла представляют такие хвойные породы как сосна, ель и пихта, занимающие на Северо-Западе европейской части России лидирующее положение по площади распространения среди всех древесных растений [10]. Основным сырьем для получения эфирного масла является хвоя этих пород. Содержание эфирного масла в хвое в настоящее время наиболее полно изучено для пихты сибирской [11–14]. Количественный и качественный состав эфирного масла, содержащегося в других структурных частях пихты сибирской, в отечественной литературе освещен слабо: научные исследования по содержанию эфирного масла и его составу в шишках пихты сибирской единичны [15], а по содержанию эфирного масла в семенах – и вовсе отсутствуют. В зарубежных публикациях приведены данные по содержанию эфирного масла в шишках и семенах европейских представителей р. Abies таких как: Abiesalba [16], Abiesmarocana [17], Abiesnordmanniana [18]. Такая же картина характерна и для сосны обыкновенной: исследован количественный и качественный состав эфирного масла, содержащегося в хвое и шишках этого вида [19–23], по содержанию эфирных масел в семенах сосны обыкновенной данные отсутствуют.

Следует отметить, что выгонка эфирного масла из целых шишек не дает представления о его распределении в структурных элементах репродуктивного органа растения.

Основными причинами слабой изученности состава эфирного масла, содержащегося в семенах хвойных растений, по нашему мнению, являются сложности в получении семян, связанные с ограниченной доступностью шишек и нерегулярностью плодоношения, а также отсутствие заинтересованности со стороны промышленных потребителей эфирных масел. У пихты сибирской имеется, кроме того, еще и специфика плодоношения, затрудняющая сбор семян. После созревания семян чешуйки шишки полностью разлетаются, что является биологической особенностью генеративной сферы всех представителей р. Abies. Зрелые шишки пихты сибирской начинают рассыпаться в октябре, и семена опадают вместе с семенными чешуйками [10].

В фокусе настоящего исследования выявление качественных различий состава эфирного масла семян от эфирного масла других структурных частей растения в пределах одного вида, а также сравнение количественного и качественного состава эфирного масла разных видов, а именно: пихты и сосны.

Экспериментальная часть

Сбор сырья для исследования проводили в феврале . в хвойно-лиственном насаждении, расположенном в подзоне средней тайги Республики Коми (62°09'08" с. ш., 50°24'17" в. д.). Навеска семян пихты сибирской при проведении анализа составила 15±. Навеска семян сосны обыкновенной – 46.4±. Взвешивание производили на весах «ВЛ-120» (Россия, «Госметр»). Эфирное масло из семян выделяли методом гидродистилляции, согласно [24]. Гидродистилляцию проводили в течение 4 часов, согласно [25]. В работе [26] установлено на примере семян Abiesalba, что по окончании 4 часов гидродистилляции выход эфирного масла был пренебрежимо мал. Таким образом, данный временной интервал (4 ч) был признан оптимальным для выделения эфирного масла из семян.

Идентификацию компонентов эфирного масла семян проводили на хромато-масс-спектрометре TRACE DSQ (Thermo, США) в режиме электронной ионизации (энергия электронов 70 эВ, сканирование масс в интервале 50-650 а.е.м.). Для интерпретации масс-спектров использовали программное обеспечение Xcalibur Data System 1.4 и библиотеку масс-спектров NIST05 MS Library (210044 соединения).

Линейные индексы хроматографического удерживания компонентов (ИУ) рассчитывали при помощи программного обеспечения AMDIS 2.71, придерживаясь при хроматографическом разделении рекомендаций, данных в монографии [8]. Рассчитанные значения ИУ идентифицированных соединений сравнивали с ИУ компонентов эфирных масел, приводимыми в известных монографиях [8, 27, 28], а также в NIST05 MS Library для аналогичных условий хроматографического разделения. Для большинства идентифицированных компонентов расхождение рассчитанных значений ИУ с литературными данными составляет 2–5 ед. индекса.

Определение количественного содержания компонентов эфирного масла проводили на газовом хроматографе TRACE 1310 (Thermo, США) с пламенно-ионизационным детектором, совмещенным с системой сбора и обработки хроматографической информации Chromeleon 7.2. Условия хромато-масс-спектрометрического и газохроматографического определения компонентов эфирных масел были одинаковы: программирование температуры термостата колонок 35 °С – 5 °С/мин – 310 °С; кварцевая капиллярная колонка ZB-5 (Phenomenex): × , толщина пленки 0.25 мкм (полидиметилсилоксан, 5% фенильных групп); газ-носитель – гелий (99.99 %), скорость потока через колонку – 0.5 см³/мин, деление потока – 1 : 50; температура испарителя 280 °С; интерфейса – 250 °С; детектора – 250 °С. Количественное содержание компонентов эфирного масла определяли методом внутренней нормализации, измерения проводили в четырехкратной повторности.

Обсуждение результатов

Эфирное масло как семян пихты сибирской, так и сосны обыкновенной представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом. В ходе исследования у пихты идентифицировано 49 компонентов, составляющих 98.5% массы эфирного масла. У сосны обыкновенной компонентов было выделено в два раза меньше – 23, они составили 91% массы эфирного масла. Выход эфирного масла из семян пихты сибирской составил 4.3±0.05%, из семян сосны обыкновенной – 0.06±0.05% в пересчете на абсолютно сухую массу (а.с.м.) сырья. Для сравнения: в хвое второго года пихты сибирской, произрастающей на Северо-Востоке европейской части России, выход эфирного масла составляет 5.2% а.с.м. [13]. У хвои сосны обыкновенной из Сербии выход эфирного масла – 0.45% [21].

В эфирном масле семян пихты доля монотерпенов с их кислородсодержащими производными составляет 92.9%, сесквитерпеноидов – 3.1%, дитерпеноидов – в количестве 2.4% от цельного масла (табл. 1). В эфирном масле семян сосны обыкновенной также доминируют монотерпеноиды – 55%, доля дитерпеноидов составляет 30.1% от цельного масла, доля сесквитерпеноидов – 5%.

Наибольшая доля в составе эфирного масла семян пихты сибирской приходится на следующие компоненты: α-пинен (36.7%), борнилацетат (18%), β-пинен (11.1%) и камфен (10.9%), которые относятся к группе монотерпенов (табл. 2). Согласно ранее полученным данным [13], в хвое пихты сибирской наибольшая доля эфирного масла представлена группой монотерпенов. Мажорные компоненты в составе эфирного масла хвои пихты сибирской – α-пинен (10.8%), борнилацетат (28.2%) и камфен (27.2%). По данным Д.К. Гуляева с соавторами [15], в эфирном масле шишек пихты сибирской доминирует группа монотерпенов и их кислородсодержащих производных. Основной компонент эфирного масла шишек – борнилацетат (28.7%). Содержание эфирного масла в шишках пихты сибирской составляет 1.16% [15]. Таким образом, эфирное масло семян пихты сибирской отличается от эфирного масла ее шишек и хвои большей долей α-пинена и меньшим содержанием камфена и борнилацетата. В компонентном составе семян пихты сибирской, в отличие от хвои, содержатся вещества, входящие в группу дитерпенов, такие как абиетал (1.08%) и абиета-7,13-диен (0.28%).

В составе эфирного масла семян сосны обыкновенной доминирующими компонентами являются 2-пентилфуран (21.6%), 3-карен (12.5%) и α-пинен (11.2%), относящиеся к группе монотерпенов. В хвое этого вида, произрастающего в Литве, доминирующими компонентами эфирного масла являются β-пинен (18.5–33.0%) и δ-3-карен (9.1–24.6%) [19], в других условиях произрастания (Сербия) в хвое сосны преобладают: α-пинен (44.6%), лимонен (14.6%), мирцен (14.0%), β-пинен (13.1%) [21]. В шишках сосны обыкновенной, произрастающей в Словении, мажорными компонентами являются: α-пинен (28%), β-пинен (13%), мирцен (20%), Δ-3-карен (35%), лимонен (2%) [20]. В полученном нами эфирном масле семян сосны обыкновенной в отличие от эфирного масла хвои и шишек из западной Европы отсутствует мирцен. По данным Choi [28], в Южной Корее в шишках с семенами P. koraiensis было идентифицировано 23 компонента, мажорными компонентами являлись: α-пинен (29.87%), D-лимонен (19.26%), β-пинен (11.19%), β-мирцен (3.84%).

Для некоторых представителей р. Abies был также оценен выход эфирного масла из семян:Abiesalba на Юге Польши – 7.4%, в центральной части Польши – 14.3% [16], Abiesmarocana – 5.3% [17], Abiesnordmanniana 6.0% [18]. Отличие почти в 2 раза выхода эфирного масла семян A. alba по сравнению с другими изученными видами авторы связывают со способом отбора проб. В Центральной Польше отбор осуществлялся с земли вручную, сразу после падения семян. На Юге Польши семена были собраны непосредственно перед распадом шишки с деревьев [16]. При сравнении компонентного состава эфирного масла семян пихты сибирской с эфирными маслами семян других видов рода пихт (A. alba, A. marocana и A. nordmanniana) можно отметить, что для всех видов в составе эфирного масла характерно доминирование группы монотерпенов. Содержание сесквитерпенов в составе эфирных масел семян A. alba, A. marocana и A. nordmannianaминимально, а дитерпены присутствуют в следовых количествах [16–18]. Из группы монотерпенов у всех рассмотренных видов (A. marocana, A. nordmanniana, A. alba) доминировал лимонен (70%). По нашим данным, в семенах пихты сибирской содержание лимонена намного меньше и составляет 3.99% от общего выхода эфирного масла (табл. 2). Доля компонентов группы дитерпенов в составе эфирного масла пихты сибирской, наоборот, больше по сравнению с семенами других представителей рода пихт.

В целом в эфирном масле пихты сибирской и сосны обыкновенной, содержащемся в семенах, шишках и хвое, доминирует группа монотерпенов и их кислородсодержащих производных. Наибольший выход эфирного масла дает хвоя пихты, затем семена и шишки пихты сибирской. У сосны обыкновенной наибольший выход эфирного масла соответствует хвое.

Таблица 1.Содержание групп компонентов эфирного масла семян пихты и сосны

Таблица 2.Компонентный состав эфирного масла семян

Окончание таблицы 2

Выводы

Таким образом, выход эфирного масла из семян пихты сибирской составил 4.3%, что меньше по сравнению с другими представителями р. Abies (A. alba и A. marocana, A. nordmanniana). Выход эфирного масла из семян сосны обыкновенной значительно ниже, чем у пихты, и составляет 0.06%. Подавляющее большинство идентифицированных компонентов эфирного масла семян пихты сибирской относятся к группе монотерпенов. У сосны обыкновенной доля монотерпеноидов составила 55%. Доминирующими компонентами эфирного масла сосны обыкновенной являются 2-пентилфуран, 3-карен и α-пинен. Состав эфирного масла семян пихты сибирской отличается по мажорным компонентам от эфирных масел семян других видов общего рода. Доминирующие компоненты в эфирном масле семян A. sibirica – α-пинен и борнилацетат. Наибольший выход эфирного масла дает хвоя пихты, затем семена и шишки. В случае сосны обыкновенной наибольший выход эфирного масла также дает хвоя. В отличие от эфирного масла хвои масло семян пихты и сосны содержит вещества группы дитерпенов. Суммарное содержание компонентов группы дитерпеноидов в составе эфирного масла семян пихты сибирской – 2.4%, сосны обыкновенной – 30.1%.

Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность старшему научному сотруднику кандидату биологических наук В.В. Пунегову за помощь в выделении эфирных масел и Н.В. Коннину за помощь при сборе образцов.

Финансирование

Исследование выполнено на оборудовании ЦКП «Хроматография» Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН в рамках темы НИР «Зональные закономерности динамики структуры и продуктивности первичных и антропогенно измененных фитоценозов лесных и болотных экосистем европейского Северо-Востока России» (122040100031-8).

Конфликт интересов

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Открытый доступ

Эта статья распространяется на условиях международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что вы дадите соответствующие ссылки на автора(ов) и источник и предоставите ссылку на Лицензию Creative Commons и укажете, были ли внесены изменения.

Список литературы

Поступила в редакцию 16 февраля .

После переработки 2 июля .

Принята к публикации 5 сентября .

Gerling N.V.^*, Gruzdev I.V., Tarasov S.I. QUALITATIVE AND QUANTITATIVE COMPOSITION OF ESSENTIAL OIL OF SEEDS ABIES SIBIRICA LEDEB. AND PINUS SYLVESTRIS L. IN THE KOMI REPUBLIC

Institute of Biology, Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Kommunisticheskaya st., 28, Syktyvkar, 167982, Russia, Gerling1@rambler.ru

Essential oils of coniferous plants are a rich source of terpenes valuable for production, as well as biologically active substances. Siberian fir (Abies sibirica Ledeb.) is the most studied species in terms of essential oil composition of coniferous plants growing in the European part of , but there are no publications on the composition of essential oils of seeds. The qualitative and quantitative composition of Siberian fir seed essential oils was investigated by gas-liquid chromatography (GLC) and chromatography-mass spectrometry (GC/MS). The yield of essential oil was 4.3% of absolute dry weight. A total of 49 components were identified, the proportion of which is 98.5% of the essential oil mass. Monoterpenes and their oxygen-containing derivatives constitute the largest share of the oil. The dominant components are α-pinene (36.7%), boronyl acetate (18%), β-pinene (11.1%) and camphene (10.9%). The proportion of sesquiterpenes was 3.2% and diterpenes 2.4% of the whole oil. Of the sesquiterpenoids, bisabolol dominated (0.69%), and of the diterpenoids, abietal (1.1%). In contrast to Siberian fir needles, a group of diterpenes is present in the composition of essential oils of seeds.

Keywords: Abies sibirica Ledeb., seeds, essential oil, gas-liquid chromatography, chromato-mass spectrometry.

Forciting: Gerling N.V., Gruzdev I.V., Tarasov S.I. KhimiyaRastitel'nogoSyr'ya, 2024, no. 4, pp. 297–304. (in Russ.). DOI: 10.14258/jcprm.20240414809.

References

Received February 16, 2024

Revised July 2, 2024

Accepted September 5, 2024