2. ЕКСТРАКЦИЯ И ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ФРУКТАНИ
(ОЛИГОФРУКТОЗИ И ИНУЛИН) В ЛЕЧЕБНИ РАСТЕНИЯ
НАДЕЖДА ПЕТКОВА, ПАНТЕЛЕЙ ДЕНЕВ
EXTRACTION AND DETERMINATION OF FRUCTANS
(OLIGOFRUCTOSES AND INULIN) IN MEDICINAL PLANTS
NADEZHDA PETKOVA, PANTELEY DENEV
КАТЕДРА „ОРГАНИЧНА ХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ’’,
УНИВЕРСИТЕТ ПО ХРАНИТЕЛНИ ТЕХНОЛОГИИ, БУЛ. МАРИЦА 26,
ПЛОВДИВ, 4002
E-mail: petkovanadejda@abv.bg, denev57@abv.bg
Abstract
Тhe continuous ethanol and water extractions of the dry roots from medicinal
plants and Helianthus tuberosus tubers were carried out. The amount of extracted
fructans was defined by the resorcinol method. The obtained average fructan
content was as follows: Cichorium intybus - 33 %, Inula helenium - 42-44 % and
Taraxacum officinale– 34 % and Helianthus tuberosus – 69 %, which make them
rich sources of soluble dietary fiber, when they were used in dietary food products.
Увод
Лечебните растения бял оман (Inula helenium L.), синя жлъчка (Cichorium
intybus L.), глухарче (Taraxacum officinale Web.), както и топинамбурът
(Helianthus tuberosus L.) са представители от сем. Compositae (Asteraceae).
Общото за всички тях е способността им да натрупват инулин в подземните
си органи, като най-голямо е количество му в тях през есенния сезон [2, 4, 8,
9]. Инулинът е полидисперсен полизахарид спадащ към семейството на
фруктаните. Верига му е съставена основнo от β-(2→1)
фруктозилфуранозилни остатъци (Fm), която обикновено, но не винаги
завършва с един α-глюкопиранозен остатък (GFn) (Фиг.1) [9, 12]. Степента на
полимеризация (DP) на инулина варира между 2 и 70. Олигофруктозите (или
фруктоолигозахаридите) са фруктани от инулинов тип с DP между 2 и 12 [7,
11, 12]. Инулинът и олигофруктозите спадат към групата на разтворимите
диетичните влакнини. Отсъствието на ензими в човешкия организъм, които
да могат да хидролизират β-гликозидните връзки във веригата им, е
причината тези въглехидрати да не се абсорбират и метаболизират в
стомаха и тънките черва. Те достигат непроменени в дебелото черво, където
399

3. се ферментират от полезната чревна микрофлора. Инулинът и
олигофруктозите действат като пребиотици, тъй като стимулират растежа на
Bifidobacteria, които ги ферментират до късоверижни мастни киселини (SCFA),
предимно оцетна и пропионова и до газове [6, 11]. Тези фруктани от инулинов
тип понижават нивото на холестерола и кръвната захар, а по последни
изследвания притежават антиракови и имуностимулиращи свойства [5].
Освен поради здравословения си ефект върху човешкия организъм, те се
използват в хранителната промишленост, заради функционалните им
свойства. Олигофруктозите се използват като заместител на захарта, а
инулинът като заместител на мазнините, сгъстител и текстуриращ агент [7].
Тяхното присъствие оказва положително въздействие като понижава
калоричността и обогатява храните на разтворими диетични фибри.
Целта на настоящите изследвания е да се проучи по-подробно
количеството и съставът на фруктаните в някои от най-често срещаните
лечебни растения и на особенно популярния напоследък у нас топинамбур.
HO
OH
H2C HO
O
OH HO O
OH
OH HO
OH H2C
H2C O O
H 2C O O
HO
CH2 HO
HO CH2 HO
HO O CH2
O HO O CH2
O
OH
OH
OH H2C H 2C
OH
H2C O O OH H2C O OH
O
HO HO
CH2 HO CH2 HO
HO O CH2 HO O CH2
O O
OH OH
H2C H 2C
O OH O OH
GFn Fm
Фиг.1 Химична структура на инулин
Материал и методи
Корените от растението бял оман (Inula helenium) са събрани през
октомври 2010 г. и ноември 2011 г. и любезно са предоставени от АУ –
Пловдив. Подземните органи на останалите растения са събрани от района
на с. Костиево, обл. Пловдив през есента на 2011 г., като синята жлъчка
(Cichorium intybus) е събрана и през началото на месец април 2011 г. Всички
корени и клубени са изсушени, смлени и пресяти през лабораторно сито с
диаметър на светлия отвор 1 mm. Корените от глухарче са подложени на
предварителна последователна екстракция с хексан, етил ацетат и
хлороформ за премахване на липофилните компоненти [10].
Влагата в пробите е определна по метод AOAC 945.32 чрез сушене
на корените при 105 °C в продължение на три часа до постоянно тегло [3].
Смлените корени от лечебните растения и клубените на топинабурът
са подложени на продължителна трикратна екстракция с етанол и с вода до
пълното извличане на инулина и олигофруктозите. За целта се претеглят 0,45
g смлени корени (клубени) от съответното растение, към тях се прибавят 40
400

4. ml 95 %-ен етанол и пробата се нагрява в продължение на 60 min на кипяща
водна баня. Следва филтруване на екстракта през филтър с размер на
порите 0,45 μm и още две последвателни етанолни екстракции при същите
условия, съответно с по 40 и 20 ml етанол. Всички етанолни екстракти се
обединяват в мерителна колба от 100 ml и се доливат до марката с етанол.
Твърдият остатък се изсушава и се подлага на последователна екстракция с
по 40, 40 и 20 ml д. H2O. Всяка екстракция се провежда на кипяща водна баня
за 60 min, след което всеки екстракт се филтрува. Трите водни екстракта се
събират в колба от 100 ml и се долива до марката с д.H2O.
Фруктановият профил на всеки от получените етанолни и водни
екстракти се проследява чрез провеждане на тънкослойна хроматография
(TLC). На TLC плака Kieselgel 60 F254 (Merck, Germany) се накапват по 5 μl от
съответната етанолна и водна екстракция. Като стандарти се използват по 5
μl глюкоза, фруктоза, захароза (Sigma Aldrich), олигофруктози (Frutafit CLR с
DP 7-9 и Frutafit HD с DP 9-12), инулин (Frutafit TEX, със средна DP 22), всички
с концентрация 2 mg/ml. За развитието на тънкослойните хроматограми са
изпробвани два вида мобилни фази: 1) n-BuOH:EtOH:H2O (5:3:2) (v/v) с
проявител дифениламин-анилин-ацетон-H3PO4 [11]; 2) n-BuOH:i-
PrOH:H2O:CH3COOH (7:5:4:2) и детектиращ агент дифениламин-анилин-
H3PO4–ацетон (1:1:5:50) [9].
Спектрофорометрично определяне на инулин и олигофруктози.
Количеството на фруктаните в етанолните и водните екстракти е определно
чрез разработен от нас спектрофотометричен метод, базиран на реакцията
на Селиванов. За анализа е използван кетозо-специфичният реактив
резорцинол, който в присъствие на фруктани води до получаване на цветното
съединение, чиято абсорбцията се измерва при дължина на вълната 480 nm
[2]. Методът е оптимизиран и се работи с по 0,1 ml проба, тиоурея и
резорцинол, 0,9 ml k.HCl и 0,8 ml 95 % етанол. Количеството на инулина във
водния екстракт и на фруктозата и олигофруктозите в етанолните екстракти
се изчислява по формула (1).
Където:
c – концентрация на фруктоза отчетена от стандартната права, μg/ml;
Ve – обем на получения екстракт, ml;
r – коефициент на разреждане на пробата, r = 100;
kw – коефициент за влажност ( );
w – влага на пробата, %
0,91 - коефициент на хидролиз;
p – Тегло на пробата, g;
6
10 – коефициент за превръщане от μg в g.
Статистическата обработка на получените резултати е извършена с
програма Microsoft Excel 2010.
401

5. Резултати и обсъждане
Данните за влага в изсушените и смелените подземни части на изследваните
растения са получени в резултат на четири повторения за всяка растителна
суровина (таблица 1). Влагата в пробите не превишава 10 %, като клубените
на топинамбура се отличават с най-високо влагосъдържание.
Таблица 1
Съдържание на влага в корени на лечебни растения и клубени от топинамбур
Наименование на растението Влага, % CV*, %
Inula helenium L. (бял оман). 8,50 0,15
Cichorium intybus L. (синя жлъчка, цикория) 7,76 0,24
Taraxacum ollicinale Weber (глухарче) 8,46 0,12
Helianthus tuberosus L. 9,66 0,19
(Топинамбур, земна ябълка, гулия)
*CV – коефициент на вариация, %
Представените резултати от TLC анализа на етанолните и водните
екстракти получени от изследваните растения разкриват въглехидратния им
състав (Фиг. 2). Характерно за фруктановия профил на Helianthus tuberosus е
високото съдържание на олигофруктози. Те се съдържат в етанолните, но
продължават да преобладават и във водните екстракти (Фиг.2 А)), където се
наблюдава и присъствието на високомолекулен инулин. При проведения
мониторинг на екстрактите от корени на глухарче (Taraxacum officinale) се
открива богат олигофруктозен състав в трите етанолни и първата воден
екстракти, но за последните две водни екстракции е характерно присъствие
на инулин с висока степен на полимеризация, подобна на инулин с DP около
22. Различен e фруктановия състав на корените от растенията Inula helenium
(Фиг.2 Б) и Cichorium intybus. При тях количеството на олигофруктозите е по-
малко и те напълно се извличат при
А) Helianthus tuberosus Б) Inula helenium В) Taraxacum ollicinale
Фиг. 2. ТLC на етанолни (Е) и водни (W) екстракти от растенията топинамбур
А) и Б) бял оман, със среда n-BuOH:i-PrOH:H2O:CH3COOH (7:5:4:2) и
детектиращ агент дифениламин-анилин-H3PO4–ацетон (1:1:5:50); В) глухарче
с мобилна фаза n-BuOH:EtOH:H2O (5:3:2) (v/v) и проявител дифениламин-
анилин-ацетон-H3PO4,;
402

6. трите последователни етанолни екстракции, а във водните се открива само
съдържание на високомолекулна фракция инулин. Във всички етанолни
екстракти се открива наличие на фруктоза. Най-добро разделяне на
олигофруктозите беше постигнато при използване на мобилна фаза: n-
BuOH:i-PrOH:H2O:CH3COOH (7:5:4:2).
Нискомолекулната фракция на фруктаните е получена при етанолна
екстракция на растителните суровини, а високомолекулната фракция,
съдърща инулин е получена при водна екстракция. Представените резултати
от спектрофотометричния метод (таблица 2) показват, че от изследваните
растения само топинамбурът се отличава с максималното количество на
високо- и нискомолекулни фруктани (50-70 %), като дялът на
олигофруктозите преобладава и е по-високо през 2010 г. С най-богато
съдържание на високомолекулен инулин (41-43 %) се характеризира белият
оман. Особенно важно бе да се определи количеството на инулин в синя
жлъчка Cichorium intybus L var sativum (33 %), тъй като в литературата се
бърка с белгийската ендивия (witloof), друг източник за получаване на инулин.
Таблица 2
Съдържание на фруктани от инулинов тип в подземните органи на някои
растения от семейство Compositае (Asteraceae).
Време на Подземн Ниско- Високомо Фруктани
Растителен събиране и органи молекулна лекулна %, с.в
вид фракция фракция
(фруктоза и (инулин),
ФОЗ*), %, %, с.в
*
с.в**
Inula Ноември Корени 10,9±2,2 32,0±2,0 42,9
helenium L 2011
Inula Октомври Корени 8,3 ±1,5 32,7±0,5 41,0
helenium L 2010
Cichorium Април Корени - 16,1±0,1
intybus L. Ноември 12,1±2,5 21,2 ±1,5 33,3
2011
Taraxacum Ноември Корени 10,7±0,7 23,9±4,2 34,6
officinale 2011
Helianthus Септември Клубени 6,4 ±0,4 43,5±2,5 49,9
tuberosus 2011
Helianthus 2010 Клубени 45,4±2,2 23,9±1,0 69,3
tuberosus
*ФОЗ –фруктоолигозахариди (олигофруктози)
**с.в. – спрямо сухо вещество
Изводи
Въз основа на получените резултати от спектрофотометричния метод и
TLC анализа на фруктановия профил стигаме до заключението, че Helianthus
tuberosus e най-богатият източник на фруктани от инулинов тип (50-70 %
спрямо с. в), като доминираща е олигофруктозината фракция. Корените на
403

7. растението Taraxacum officinale също се характеризира с висок процент
олигофруктози, докато подземните части на растенията Cichorium intybus и
особенно Inula helenium се отличават като богати източници на инулин с
висока степен на полимеризация. Високото съдържание на фруктани от
инулинов тип във всяко от изследваните растения ги прави потенциални
източници на пребиотици, които ако се приемат самостоятелно или се вложат
в състава на функционални храни, ще окажат благоприятно въздействие
върху функцията на гастроинтестиналния тракт и ще стимулират развитието
на бактериални видове от род Bifidobacteria в дебелото черво (колона).
Литература
1. Оленников, Д. Н.; Танхаева, Л. М. Танхаева, Чехирова, Г. В., Петров Е.
В.; Методика количественного определения суммарного содержание
полифруктанов в корневищах и корнях девясила высокого (Inula helenium L.)
Химия Растителъного сьрья; 2008, №1, с. 95–99
2. Петкова, Н., Саватинова, М., Витанова, Б., Денев, П.,
Спектрофотометричен метод за определяне на фруктани в храни, Научни
трудове на Пловдивски университет „Паисий Хилендарски“ – Химия, 2011, т.
38, кн. 5, с. 47-55
3. AOAC International (2007) Official methods of analysis, 18th edn, 2005;
Current through revision 2, 2007 (On-line). AOAC International, Gaithersburg, MD
4. Bagaoutdinova R. I., Fedoseyeva G. P., Okoneshnikova Т. F., Fructose-
containing carbohydrates in plants of different families localization and content,
Chemistry and Computational Simulation, Butlerov Com., 2001, Vol. 2, No.5.
5. Barclay, T., Ginic-Markovic, M., Cooper, P., Petrovsky, N., Inulin - a
versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses, J.
Excipients and Food Chem., 2010, 1 (3).
6. Gibson G. R. and Roberfroid M. B., Dietary modulation of the human colonic
microbiota: introducing the concept of prebiotics, J Nutr.,1995,125, 1401–1412
7. Frank, A., Technological functionality of inulin and oligofructoses, British
Journal of Nutrition, 2002, 87, Suppl. 2, 287–291
8. Kocsis, L., Liebhard, P. and Praznik, P., Effect of Seasonal Changes on
Content and Profile of Soluble Carbohydrates in Tubers of Different Varieties of
Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.), J. Agric. Food
Chem., 2007, 55 (23), p 9401–9408
9. Lingyun W., Jianhua W., Xiaodong Zh., Da I., Yalin Y., Chenggang C.,
Tianhua F., Fan Zh., Studies of the extraction technical conditions of inulin from
Jerusalem artichoke tubers, Journal of Food Engineering, 79, 2007, 1087-1093
10. Olennikov, D.N., Tankhaeva, L. M., Rokhin A. V., Glucofructans from
Taraxacum officinale roots, Chemistry of Natural Compounds, 2009, Vol. 45, No. 2
11. Reiffova, K., Nemcova, R., Thin-layer chromatography analysis of
fructooligosaccharides in biological samples, Journal of Chromatography A, 1110,
2006, p 214-221.
12. Van Laere, A. and Van Den Ende, Inulin metabolism in dicots: chicory as a
model system, Plant, Cell and Environment, 2002, 25, p 803-813
404