Carotenoids and chlorophylls when present together: analytical and technological features

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Relevance.An analytical approach to choosing the direction of technological research has always been relevant, and taking into account the production of drugs using “green” extractants, the justification of technological parameters of extraction and its analytical support on models of already known, widely studied and used plant objects, for example, stinging nettle (Urtica dioica L.), can be considered as rational.

The purpose of the study is an analytical study of carotenoids and chlorophylls in the co-presence of stinging nettle leaves and the rationale for the temperature regime for obtaining an oil extract from this plant, taking into account the co-presence of pigments in the extracts.

Material and methods. The content of carotenoids and chlorophylls in raw materials and oil extracts was determined by spectrophotometry. Oil extracts were obtained by fractional maceration at two temperature conditions: 25 °C and 50 °C.

Results. The content of carotenoids and chlorophylls when jointly present in stinging nettle leaves was determined by spectrophotometry. When obtaining six model oil extracts of stinging nettle leaves, the temperature regime was experimentally optimized at 50 °C; the optimization parameter was the quantitative content of carotenoids and chlorophylls.

Conclusion. A detailed determination of the content of chlorophyll a, chlorophyll b, their sum and carotenoids in the presence of chlorophylls gives a detailed idea of the quantitative ratio of these types of pigments in the raw material and makes it possible to eliminate the overlap of absorption bands of carotenoids and chlorophylls. This approach made it possible to optimize the temperature conditions for obtaining the oil extract of nettle leaves. The applied analytical approach can be used to control the content of carotenoids and chlorophylls when present together to optimize the technological parameters of oil extracts obtained from other types of medicinal plant raw materials.

About the authors

A. G. Kuregyan

Pyatigorsk Medical Pharmaceutical Institute – Branch of Volgograd State Medical University

Author for correspondence.
Email: Kooreguan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0698-8254
SPIN-code: 4547-1787
Scopus Author ID: 6506046751

Dr.Sc. (Pharm.), Professor, Department of Pharmaceutical Chemistry

Russian Federation, Pyatigorsk

S. V. Pechinskii

Pyatigorsk Medical Pharmaceutical Institute – Branch of Volgograd State Medical University

Email: hplc@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9505-9990
SPIN-code: 9798-4663
Scopus Author ID: 55993869200

Ph.D (Pharm.), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Chemistry

Russian Federation, Pyatigorsk

A. A. Markaryan

Moscow State Medical and Dental University named after. A.I. Evdokimova of the Ministry of Health of Russia

Email: Kooreguan@mail.ru

Dr.Sc. (Pharm.), Vice-Rector

Russian Federation, Moscow

References

  1. Informacionnyj resurs Gosudarstvennoj programmy «Razvitie farmacevticheskoj i medicinskoj promyshlennosti» na 2013-2020 [jelektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://pharma-2020.ru/index.php.
  2. Anastas P.T., Warner J.C. Green chemistry: theory and practice. New York: Oxford University Press, 1998.
  3. Miękus N., Iqbal A., Marszałek K., Puchalski C., Świergiel A. Green Chemistry Extractions of Carotenoids from Daucus-carota L.-Supercritical Carbon Dioxide and Enzyme-Assisted Methods. Molecules. 2019 Nov 27; 24(23): 4339. doi: 10.3390/molecules24234339.
  4. Popova A.S., Ivahnov A.D., Skrebec T.Je., Bogolicyn K.G. Sverhkriticheskaja fljuidnaja jekstrakcija hlorofillov i karotinoidov bagul'nika bolotnogo (Ledumpalustre). Himija rastitel'nogo syr'ja. 2017; 1: 61–66.
  5. Kopyt'ko Ja.F., Lapinskaja E.S., Sokol'skaja T.A. Primenenie, himicheskij sostav i standartizacija syr'ja i preparatov Urtica (Obzor). Himiko-farmacevticheskij zhurnal. 2011; 45: 32–41.
  6. Chernjavskih V.I. Biologicheskie resursy Urtica dioica L.: napravlenija issledovanij i perspektivy ispol'zovanija. Polevoj zhurnal biologa. 2019; 1(3): 131–149.
  7. Jacjuk V.Ja., Chalyj G.A., Soshnikova O.V. Biologicheski aktivnye veshhestva travy krapivy dvudomnoj. Rossijskij mediko-biologicheskij vestnik im. akademika I.P. Pavlova. 2006; 1:25–29.
  8. Lupinskaja S.M., Orehova S.V., Vasil'eva O.G. Izuchenie biologicheski aktivnyh veshhestv lipy, krapivy, dushicy i syvorotochnyh jekstraktov na ih osnove. Himi-ja rastitel'nogo syr'ja. 2010; 3: 143–145.
  9. Nazarova Z.A., Tureeva G.M., Fajzullaeva S.N., Husenova Sh.Sh. Opredelenie biologicheskoj dostupnosti i farmakologicheskoj aktivnosti applikacionnyh le-karstvennyh form. Science Time, 2019; 58–64.
  10. Burkova V.N., Boev S.G., Vengerovskij A.I., Judina N.V., Arbuzov A.G. Protivovospalitel'noe i anal'geticheskoe dejstvie jekstraktov Urtica dioica (Urticaceae). Rastitel'nye resursy. 2011; 47(2): 136–143.
  11. Dzedaev H.T., Peh A.A. Opredelenie fitofarmokologicheskih svojstv krapivy dvudomnoj (Urtica dioica L.), proizrastajushhej na territorii RSO-Alanija. Dostizheni-ja nauki– sel'skomu hozjajstvu. Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii (zaochnoj). 2017; 2: 55.
  12. Karimov D.R., Makarov V.V., Kruchin S.O., Berezin D.B., Smirnova N.L., Berezin M.B., Zheltova E., Strel'nikov A.I., Kustov A.V. Optimizacija uslovij vydelenija hlorofillov iz krapivy dvudomnoj (Urtica dioica L.) i spiruliny (Spirulina platensis). Himija rastitel'nogo syr'ja. 2014; 4: 189–196.
  13. Trineeva O.V., Slivkin A.I., Safonova E.F. Sostav metaboloma krapivy dvudomnoj, proizrastajushhej na territorii central'nogo chernozem'ja (Obzor). Himija rastitel'nogo syr'ja. 2022; 2: 5–18. doi: 10.14258/jcprm.2022029810.
  14. Timerjaev T.B., Peh A.A. Soderzhanie antioksidantnyh veshhestv v krapive dvudomnoj Urtica dioica L., proizrastajushhej na territorii RSO-Alanija. Gorskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet. Izvestija. 2019; 56(4): 205–208.
  15. Mackinney G. Absorption of light bychlorophyll solutions. Jour. Biol. Chem. 1941; 140: 315–322.
  16. Arnon D.I. Copperenzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant physiology. 1949; 24(1): 1–15.
  17. Porra R.J. The chequered history of the development and use of simultaneous equations for the accurate determination of chlorophylls a and b. Photosynthesis Research. 2002; 73: 149–156.
  18. Porra R.J., Scheer H. Towards a more accurate future for chlorophyll a and b determinations: the inaccuracies of Daniel Arnon’s assay. Photosynthesis Research. 2018; 140: 215–219. DOI.org/10.1007/s11120-018-0579-8.
  19. Gosudarstvennaja farmakopeja Rossijskoj Federacii. 14 izd.: v 4 t. Moskva, 2018. URL:http://femb.ru/ femb/pharmacopea.php.
  20. Brix H. Chlorophylls and carotenoid sinplant material. Protokol Plants Chlorophyll ab carotenoids ethanol. 2009: 1–3.
  21. Trineeva O.V., Slivkin A.I., Safonova E.F. Opredelenie gidroksikorichnyh kislot, karotinoidov i hlorofilla v list'jah krapivy dvudomnoj (Urtica dioica L.). Himija rastitel'nogo syr'ja. 2015; 3: 105–110.
  22. Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. Carotenoids Handbook, Basel. 2004. 646 р.
  23. Delia B. Rodriguez-Amaya, Mieko Kimura Harvest Plus Handbook for carotenoid analysis. Washington. 2004.59 р.
  24. Sumanta N., Haque C.I., Nishika J., Suprakash R. Spectro-photometric analysis of chlorophylls and carotenoids from commonly grown fern species by using various extracting solvents. Research Journal of Chemical Sciences. 2014; 4(9): 63–69.
  25. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem Soc Trans. 1983; 11(5): 591–592. DOI.org/10.1042/bst0110591.
  26. Zhienbaev T.M., Kurmanova A.E., Omarova R.A., Bevz N.Ju. Masljanye jekstrakty romashki aptechnoj (Matricaria chamomilla). 2013: 191–196.
  27. Shikov A. N., Makarov V. G., Ryzhenkov V. E. Rastitel'nye masla i masljanye jekstrakty: tehnologija, standartizacija, svojstva, 2004. 264 s.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Рис. 1. Типичный спектр поглощения спиртового экстракта из крапивы двудомной листьев (серия 1)

Download (7KB)
3. Rice. 2. Typical absorption spectra of oil extracts of stinging nettle leaves obtained at temperatures of 20 °C (a) and 50 °C (b) in 100% acetone

Download (43KB)
4. Rice. 3. Typical absorption spectra of oil extracts of nettle leaves obtained at temperatures of 20 °C (a) and 50 °C (b) in diethyl ether

Download (42KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».