Porównanie efektywności wybranych technik ekstrakcji/ługowania metabolitów wtórnych z suchego materiału roślin owadożernych z hodowli in vitro

• Autorzy: Kołodziejski D. , Skrzypczak A. , Gilgenast E. , Królicka A. , Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

A comparison of efficiency of secondary metabolites extraction/leaching techniques from carnivorous plants dry material from in vitro culture

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W roślinach owadożernych za efekt terapeutyczny odpowiadają głównie pochodne 1,4-naftochinonu (juglon) oraz flawonoidy. Ze względu na interesujące właściwości tych związków oraz możliwość synergicznego działania wielu innych metabolitów wtórnych na efekt terapeutyczny, podjęto pracę przygotowania technologii efektywnego wyodrębniania tych związków z tkanek roślinnych. W publikacji porównano efektywność różnych technik ekstrakcji i ługowania. Jako materiał badany posłużyły wysuszone i rozdrobnione rośliny owodożerne z rodziny Droseraceae: Dionaea muscipula, bogata w pochodną 1,4-naftochinonu-plumbaginę oraz Drosera aliciae, bogata w ramentaceon. Zbadany został wpływ temperatury na efektywność ekstrakcji/ługowania. Wykazano, że zastosowane, nowoczesnej techniki ekstrakcji – ługowania pozwala na skrócenie czasu przygotowania wsadu do rozdzielania, bez utraty zawartości metabolitów w ekstraktach – ługach, w stosunku do stosowania technik i warunków tradycyjnych. Jednocześnie, w przypadku nietrwałych termicznie metabolitów wtórnych, krótki czas operacji i możliwość jej wykonywania w stosunkowo niskiej temperaturze, zapewnia wyższy stopień ekstrakcji/ ługowania, niż stosowanie tradycyjnych technik i warunków. Otrzymane wyniki stanowią podstawę do opracowania technologii pozyskiwania w sposób ciągły, ekstraktów/ługów bogatych w metabolity roślinne lub grzybowe, a także składniki tkanek zwierzęcych, na większą skalę, do przemysłowej, włącznie.

EN

Plants from the Droseraceae family are interesting because of the secondary metabolites profile that results from their way of nutrition. The use of carnivorous plants in medical treatment was first mentioned in the 12th century. It was applied to heal human air passages infections. This therapeutical effect is caused by secondary metabolites. The most widely known are 1,4-naphtoquinones (for expample: plumbagin, ramentaceone), which have antibacterial and anticancer activity. It is caused by the ability to generate Reactive Oxygen, inhibition of topoisomerase, and inactivation of DNA. Moreover, carnivorous plants contain flavonoids (quercetin and myricetin) , which are stronger antioxidants than vit. C and E. Furthermore, in our research material we found more than 20 different, already identified and unrecognized metabolites. This variety of discovered substances could potentially indicate a synergic therapeutic effect. This study was conducted to develop the most efficient procedure to isolate metabolites from plants or fungi using Droseraceae as an example of plants contained very important metabolites and in relative high concentration. The conclusions from this research should be valid also for extraction/leaching of metabolites from other plants. The following extraction/leaching techniques were compared: Soxhlet extraction in Soxtec® device, Microwave assisted extraction (MAE), Ultrawave assisted extraction (UAE), homogenization in a high-shear mixer and maceration with stirring. The influence of time and temperature was investigated, in order to find optimal conditions for each operation. As an experiment material plants from Droseracae species were used: Dionaea musicpula and Drosera aliciae - which are riched in 1,4-naphtoquinones: plumbagin or ramentaceone. It was concluded that modern extraction/leaching techniques using ultrawaves or microwaves are less time-consuming without causing any additional metabolites loss in comparison to traditional methods. Additionally, for metabolites with low thermal stability, shorter operation time is more preferable. It have been also concluded on the basis of our study, that some of searched operations can be relative simple apply for an industrial scale and continuous operation.

Słowa kluczowe

PL

ekstrakcja; ługowanie; metabolity wtórne; 1,4-naftochinony; flawonoidy; rośliny owadożerne

EN

extraction; leaching; metabolites; 1,4-naphtoquinones; flavonoids; carnivorous plants

• Wydawca: Publishing House of Siedlce University of Natural Sciences and Humanities
• Czasopismo: Camera Separatoria
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 3, No. 1
• Strony: 185--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kołodziejski D.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii, Technologii i Biotechnologii Żywności, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Skrzypczak A.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Gilgenast E.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Królicka A.

• Międzyuczelniany Wydzial Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, Wydział Biotechnologii, ul. Kładki 24, 80-822 Gdańsk

autor

Kamiński M.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• 1. A.M. Ellison, N.J. Gotelli, Nitrogen availability alters the expression of carnivory in the northern pitcher plant, Sarracenia purpurea, Trends. Ecol. Evol., 16(2001)623.
• 2. B. Rice, Carnivorous plants- classic perspectives and new research, Biologist, 49(2002)245.
• 3. S. Porembski, W. Barthlott, Advances in Carnivorous Plants Research, Plant Biol. 8(2006)737.
• 4. B.E. Juniper, R.J. Robins, D. Joel, The Carnivorus Plants, Academic Press, Londyn 1986.
• 5. T. Tokunaga, A. Dohmura, N. Takada, M. Ueda, Mechanism of antifeedant activity of plumbagin, a compound concerning the chemical defence in carnivorous plant., Tetrahedron Lett., 45(2004)7115.
• 6. M. Itoigawa, C. Ito, H.T. Tan, M. Okuda, H. Tokuda, H. Nishino, H.Furukawa, Cancer chemopreventive activity of naphthoquinones and their analogs from Avicennia plants, Cancer Lett., 174(2001)135.
• 7. A. Riffel, L.F. Medina, V. Stefani, R.C. Santos, D. Bizani, A. Brandelli, In vitro antimicrobial activity of a new series of 1,4-naphthoquinones, Braz. J. Med. Biol. Res, 35(2002)811.
• 8. A. Kawiak, J. Piosik, G. Stasilojc, Induction of apoptosis by plumbagin through reactive oxygen species-mediated inhibition of topoisomerase II, Toxicol. Appl. Pharm., 223(2007)267.
• 9. G. Dinelli, A. Bonetti, M. Minelli, I. Marotti, P. Catizone, A. Mazzanti, Content of flavonols In Italian bean (Phaseolus vulgaris L.) ecotypes, Food Chem., 90(2006)105.
• 10. C. Manach, A. Mazur, A. Scalbert, Polyphenols and prevention of cardiovascular diseases, Curr. Opin. Lipidol., 16(2005)77.
• 11. M. Harwood, B. Danielewska-Nikiel, J.F. Borzelleca, G.W. Flamm, G.M. Williams, T.C. Lines, A critical review of the data related to the safety of quercetin and lack of evidence of in vivo toxicity, including lack of genotoxic/carcinogenic properties, Food Chem. Toxicol., 45(2007)2179.
• 12. A.B. Shapiro, V. Ling, Effect of quercetin on Hoechst 33342 transport by purified and reconstituted P-glycoprotein, Biochem. Pharmacol., 53(1997)587.
• 13. K.C. Ong, H-E. Khoo, Insulinomimetic effects of myricetin on lipogenesis and glucose transport in rat adipocytes but not glucose transportertranslocation, Biochem. Pharmacol., 51(1996)423.
• 14. B.Trusheva, D. Trunkova, V. Bankova, Different extraction methods of biologically active components from propolis: a preliminary study, Chem. Centr. J., 1(2007)13.
• 15. F.B. Williams, L.C. Sander, S.A. Wise, J.Girard, Development and evaluation of methods for determination of naphthodianthrones and flavonoids in St. John's wort, J. Chromatogr. A., 1115(2006)93.
• 16. J. Londońo-Londońo, V.R.D. Lima, O. Lara, A. Gil, T.B.C. Pasa, G.J. Arango and J.R.R. Pineda, Clean recovery of antioxidant flavonoids from citrus peel: Optimizing an aqueous ultrasound-assisted extraction method, Food Chem., 119(2010)81.
• 17. M. Bimakr, R.A. Rahman, F.S. Taip, L.T. Chuan, A. Ganjloo, J. Selamat, A. Hamid, Supercritical carbon dioxide (SC-CO2) extraction of bioactive flavonoid compounds from spearmint (Mentha Spicata L.) leaves, Eur. J. Sci. Res., 33(2009)679.
• 18. W. Xiao, L. Han, B. Shi, Microwave-assisted extraction of flavonoids from Radix Astragali Sep. Purif. Technol., 62(2008)614.
• 19. M. Downey, S. Rochfort, Simultaneous separation by reversed-phase high-performance liquid chromatography and mass spectral identification of anthocyanins and flavonols in Shiraz grape skin, J. Chromatogr. A, 1201(2008)43.
• 20. V. Kuete, J.G. Tangmouo, J.J. Meyer and N. Lall, Diospyrone, crassiflorone, and plumbagin: three antimycobacterial and antigonorrheal naphthoquinones from two Diospyros species, Int. J. Antimicrob. Ag., 34(2009)322.
• 21. P. Babula, R. Mikelova, V. Adam, R. Kizek, L. Havel, Z. Sladky, Using of liquid chromatography coupled with diode array detector for determination of naphthoquinones in plants and for investigation of influence of pH of cultivation medium on content of plumbagin in Dionaea muscipula, J. Chromatogr. B, 842(2006)28.
• 22. G. Romanik, E. Gilgenast, A. Przyjazny, M. Kaminski, Techniques of preparing plant material for chromatographic separation and analysis, J. Biochem. Biophys. Methods, 70(2007)253.
• 23. T. Murashige, F. Skoog, A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures, Physiol. Plant., 15(1962)497.