Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агробиологические и биохимические особенности декоративных сортов календулы лекарственной (Calendula officinalis L.) и перспективы их использования в качестве источников лекарственного сырья

ВАК РФ 06.01.06, Овощеводство

Автореферат диссертации по теме "Агробиологические и биохимические особенности декоративных сортов календулы лекарственной (Calendula officinalis L.) и перспективы их использования в качестве источников лекарственного сырья"

Бпктимирова Лилия Владимировна

УДК 633.88.582 11а правах рукописи

df

АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕКОРАТИВНЫХ СОРТОВ КАЛЕНДУЛЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ (CALENDULA OFFICINALIS L) И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ ЛЕКАРСТВЕННОГО СЫРЬЯ

06.01.06 - луговодство и лекарственные, эфирно-масличные культуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 4 ¿013

Москва —2013

005537884

Диссертационная работа выполнена на кафедре виноградарства и виноделия ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева и ЗАО «Натуральные ингредиенты»

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных доцент

Маланкнна Елена Львовна

наук,

Официальные оппоненты:

Зеленков Валерий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела биотехнологии ГНУ Всероссийский научно-

исследовательский институт

овощеводства

Масловский Сергей Александрович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры хранения и переработки плодоовощной продукции, ФГБОУ Российский государственный аграрный университет РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-

исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур

Защита состоится Н&Ша/р^ 2013 г. в -j'Ll часов на заседании диссертационного совета Д 006.022.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства Россельхозакадемии по адресу: 140153, Московская область, Раменский район, д. Верея, строение 500, ВНИИО, факс (49646) 2-43-64; E-mail: vniioh@yandex.ru Сайт www vniioh.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института овощеводства Россельхозакадемии

Автореферат разослан « & » /¿¿#/^.£^2013 г.

Ученый секретарь , Девочкина

диссертационного совета Наталия Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время возрос интерес к природным источникам ксантофиллов (лютеина и зеаксантина), и прежде всего лютеинсодержащим растениям. Лютеин является природным антиоксидантом, ответственным за нормальное функционирование макулы глаза (в последнее время такое сырье широко используется в профилактике возрастных заболеваний глаз, включая катаракту и ретинопатии). Основной источник сырья в данный момент язычковые цветки некоторых сортов бархатцев прямостоячих, в которых лютеин содержится в виде сложного эфира и с одной стороны обладает определённой стабильностью при выделении субстанции и при дальнейшем хранении, а с другой менее доступен для организма, чем непосредственно лютеин. Кроме того, выращивание бархатцев с этой целью экономически целесообразно только в тропических и субтропических странах. Поэтому поиск растений потенциальных источников лютеина, способных расти в центральной России, является перспективным направлением, востребованным фирмами производителями биологически активных добавок (БАДов). Одним из таких растений является календула лекарственная или ноготки лекарственные (iCalendula officinalis L.). Календула является одной из наиболее крупнотоннажных культур в современном лекарственном растениеводстве. Её сырьё доступно, благодаря тому, что агротехника этого растения проста, культура нетребовательна к условиям выращивания, возможна механизация уборки. Сырьё календулы производят десятки стран мира, в частности Польша, Германия, Китай, Египет, Россия и др. Однако различные сорта существенно отличаются как по содержанию каротиноидов, прежде всего лютеина, так и других фармакологически значимых веществ. Учитывая, что в настоящее время селекция новых лекарственных сортов в нашей стране ведётся не активно, перспективно оценить по содержанию действующих веществ и урожайности наиболее распространенные декоративные сорта.

Цель и задачи исследований. Основная цель заключалась в оценке содержания основных биологически активных веществ в декоративных сортах календулы лекарственной и выявлении высокопродуктивных сортов из ассортимента декоративного направления для использования в качестве источников лекарственного растительного сырья и субстанций для БАД.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

> изучить динамику формирования и суммарную урожайность наиболее распространённых в нашей стране сортов календулы;

> сравнить структуру соцветий и выявить сорта с максимальной долей язычковых цветков;

> оценить содержание основных фармакологически значимых соединений в соответствии с требованиями ГФ 11, ГФ 12 и Европейской Фармакопеи (экстрактивных веществ, лютеина, флавоноидов, полисахаридов) в 18 сортах;

> выявить влияние условий и продолжительности хранения сырья на содержание лютеина и разработать рекомендации по оптимизации хранения лютеинсодержащего сырья (язычковых цветков). Научная новизна исследований заключается в комплексном подходе к переработке календулы, совершенствовании методик извлечения лютеина при проведении анализа качества сырья и разработке условий хранения календулы, как лютеинсодержащего сырья. Впервые проанализировано большое число декоративных сортов календулы на предмет содержания экстрактивных веществ, флавоноидов, полисахаридов и лютеина в сырье.

Практическая значимость результатов исследований. В результате комплексной оценки отобраны перспективные декоративные сорта календулы, которые могут быть использованы для получения лекарственного сырья как для медицинской промышленности, так и при производстве косметических средств, чаев, продуктов функционального питания и БАД. Подобраны наиболее продуктивные для выращивания в Нечерноземной зоне сорта и разработана конкурентоспособная технология хранения лютеинсодержащего сырья, что подтверждено результатами химических анализов и экономическими расчетами. Основные положения, выносимые на защиту:

• Декоративные сорта календулы лекарственной имеют высокую продуктивность как источники соцветий и надземной массы.

• Содержание действующих веществ (флавоноидов, каротиноидов, полисахаридов и экстрактивных веществ) во многих сортах не уступало сорту Кальта, предназначенному для выращивания в лекарственном растениеводстве.

• Условия и продолжительность хранения сырья имеют решающее значение для сохранности каротиноидов, но мало влияют на содержание флавоноидов и экстрактивных веществ.

• В качестве источника лютеина и зеаксантина для производства фиточаёв и БАД на территории Российской Федерации, рекомендовать вместо бархатцев использовать календулу лекарственную.

Доля личного участия: Работа выполнена в 2008-2011 гг. лично. Доля личного участия в проведении опытов 100% и выполнении биохимических анализов 80%.

Апробация работы: Материалы диссертационной работы были доложены на Международной научно-практической конференции "Фитодизайн в современных условиях" БелГУ- Белгород, 2010, Декабрьской научной конференции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева 2009 и 2010.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 работы в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 164 страницах компьютерного текста, содержит 24 таблицы, 31 рисунок, 4 приложения. Состоит из введения, обзора литературы, методической части, результатов исследований, экономической оценки, выводов, рекомендаций по

использованию результатов исследований, библиографического списка, включающего 186 наименований, в т.ч. 115 иностранных источников.

Автор благодарен главному технологу ЗАО «Натуральные ингредиенты» к.фарм.наук E.JI. Комаровой, выражает глубочайшую признательность Е.В. Довгилевич и A.B. Калинину за помощь в проведении химических анализов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы. В результате анализа литературных источников выявлены разночтения у различных авторов по содержанию основных действующих веществ в календуле лекарственной, проанализированы плюсы и минусы основных источников сырья, показана перспективность использования календулы в этом направлении и основные проблемы, возникающие при переработке каротиноидосодержащего сырья.

Условия и методики проведения опытов. Полевые опыты закладывали на территории лаборатории плодоводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2008-2011 годах.

Почва участка - дерново-подзолистая, сильно окультуренная с высоким содержанием органических веществ в пахотном слое и глубоким пахотным горизонтом, предшественник - малина в первый год и кориандр в последующие. Полевые опыты закладывали на делянках с учетной площадью от 0,6 до 2 м2 не менее чем в 3-4-х кратной повторности в зависимости от наличия семян.

Содержание основных элементов питания и рН водной и солевой вытяжки определяли по: общий азот - по Кьельдалю; фосфор - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91); калий - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91); рН - (ГОСТ 26484-85).

В целом почва характеризуется низким содержанием азота (0,068% общий азот) и близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора (6,1 -водная).

Подготовка почвы и основные агротехнические операции соответствовали зональным особенностям и требованиям культуры (Чиков П.С., 1997; Атлас..., 2006).

В зависимости от схемы опыта использовали семена 25 сортов календулы лекарственной от различных фирм-производителей. Это представляло большую проблему, в связи с тем, что семена имели неодинаковую всхожесть и при одинаковой норме высева (из расчёта 8 кг/га) была получена разная густота стояния в вариантах, которую приходилось вручную выравнивать.

В 2010-2011 годах были получены и использованы для опытов семена фирмы «Гавриш» с известной лабораторной всхожестью, на которых проводили наиболее масштабные опыты по определению динамики формирования урожая и суммарной урожайности, а также основных действующих веществ и условий хранения. Всхожесть семян соответствовала классификации ГОСТ Р 51096-97 «Семена лекарственных и ароматических культур. Сортовые и посевные качества» РС 1-3 показателю 65%.

5

Фенологические наблюдения проводили в соответствии с рекомендациями ГБС РАН (Методика фенологических наблюдений в

Ботанических садах СССР, 1979).

Таблица 1- Происхождение образцов семян календулы лекарственной и __год выращивания _

Сорт Происхождение Год посева

Кальта ГУ ВИЛАР, Москва 2008-2011

Абрикос «Гавриш», Москва 2010-2011

Арт Шедс «Гавриш», Москва 2010-2011

Золотые шары «Гавриш», Москва 2010-2011

Каблуна золотисто-желтая «Гавриш», Москва 2010-2011

Оранжевые шары «Гавриш», Москва 2010-2011

Оранжевый король «Гавриш», Москва 2010-2011

Еллоу Гитана «Гавриш», Москва 2010-2011

Фиеста Гитана «Гавриш», Москва 2010-2011

Денди АФ «Поиск», МО 2009-2010

Зелёное сердце «Гавриш», Москва 2009-2010

Зелёное сердце «Мир садовода», Москва 2009-2010

Калифорнийская АФ «Поиск», МО 2009-2010

Лимонные Шары Мир семян 2009-2010

Оранжевая АФ «Поиск», МО 2009-2010

Принцесса НК 2009-2010

Радио АФ «Поиск», МО 2009-2010

Оприм «Мир садовода» 2009-2010

Тач оф Ред «Гавриш», Москва 2009-2010

Золотой император НК 2008

Каблуна Эприкот Мир семян 2008

Оранжевая НК 2008

Патио Российские семена 2008

Розовый сюрприз Российские семена 2008

Шелковый путь Аэлита 2008

Средние многолетние показатели наступления основных фенологических фаз рассчитывали по методике Г.Н. Зайцева (1973).

Биометрические показатели определяли в соответствии с методиками, разработанными в ВИЛАРе (Майсурадзе и др., 1984). Сушку проводили на сушилке до воздушно сухого состояния при комнатной температуре без доступа прямого солнечного света (если не были предусмотрены другие варианты). Влажность сырья определяли по ГФ XII.

При определении содержания экстрактивных веществ использовали методику Государственной Фармакопеи (ГФ 11, 1987), сумму флавоноидов и каротиноидов определяли на спектрофотометре, модифицируя способы извлечения действующих веществ из сырья в лаборатории ЗАО «НАТУРАЛЬНЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ» (Руководство Р.4.1.1672-03, МЗ России, Москва, 2004.; «Lutein» Ы8Р-29(Фармакопея США 29); Methods of Analysis for Functional Foods and Nutraceuticals Edited by W . Jeffrey Hurst CRC Press 2002), качественный состав каротиноидов — методом ВЭЖХ в лаборатории УНКЦ «Агроэкологии пестицидов и агрохимикатов» РГАУ-МСХА с помощью Довгилевич Е.В и Калинина А.В (Методы анализа минорных биологически

активных веществ пищи, под редакцией В.А.Тутельяна и К.И. Эллера, Москва, 2010.). При определении суммарного содержания флавоноидов была проведена сравнительная оценка нескольких методик (ГФ 12; Георгиевский В.П., Комиссаренко Н.Ф., Дмитрук С.Е., 1990, Волобуева В.Ф., Шатилова Т.Н., 2006 и по Руководству Р.4.1.1672-03, МЗ России, Москва, 2004). Сумму полисахаридов определяли по модифицированному спектрофотометрическому методу Дрейвуда (антоциановый метод) (Методика количественного определения ..., 2006).

Изучение условий хранения предусматривали три варианта:

1. В герметично запаянном полиэтиленовом пакете (без доступа кислорода воздуха), в темном месте, при комнатной температуре.

2. В бумажных пакетах, без защиты от действия света и кислорода воздуха, при комнатной температуре.

3. В бумажном пакете, в морозильной камере при температуре -15°С.

Статистическая обработка данных проводилась на ПК с помощью прикладных программ Microsoft Excel 2003.

Годы проведения исследований сильно отличались по температурному и влажностному режиму, это позволило получить более полную картину реакции растений на изменчивые погодные условия нашего региона и более достоверно оценить перспективность выращивания изучаемых сортов в новых для них условиях. 2008 год характеризовался близкими к среднемноголетним значениям температуры воздуха и осадков. Увлажнение было более или менее равномерным в течение всех летних месяцев. В 2009 году среднесуточные температуры также близки к средним многолетним, однако конец июля был чуть жарче, чем обычно, а август наоборот холоднее. Повышенным количеством осадков характеризовались июнь и первая половина июля. В 2009 году в связи с пониженными температурами в августе на фоне высокой влагообеспеченности наблюдалось сильное поражение растений мучнистой росой.

Условия 2010 года были аномально жаркими на фоне полного отсутствия осадков в течение длительного периода (с 3 декады июня по 2 декаду августа). Учитывая, что на участке была возможность полива, растения практически не страдали от жары и недостатка влаги.

Условия 2011 года также мало отличались от средних многолетних: достаточно тёплые и умеренно влажные июнь и июль с традиционным снижением среднесуточных температур в августе.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Биоморфологические особенности изучаемых сортов. При

наступлении фенологических фаз главной задачей было выделить сорта с максимально ранним наступлением цветения и переходом к фазе массового цветения. Эти сорта будут характеризоваться максимальной

продолжительностью сбора урожая, что естественно сказывается на его

конечном результате. Продолжительность продуктивного периода (цветение) изменялись в зависимости от условий года и сорта и составила 59-73 дня, причём в 2010 году этот период был короче у большинства сортов на 3-20 дней.

Морфологические особенности растений и соцветий календулы в зависимости от сорта. При оценке биометрических показателей оценивали высоту растений, а также расположение цветков. Результаты наблюдений представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Высота растений календулы в зависимости от сорта и условий года

(2009-20 Юг.г.)

Сорт Высота растения, см Характер расположения цветков

2009 2010

Кальта 62.1±3,6 51,3±2,7 В горизонтальной плоскости

Принцесса 64,8±3,7 57,3±6,4 В несколько ярусов

Оранжевая 60,2±2,2 53,1±3,6 В горизонтальной плоскости

Суприм 69,1 ±4,6 57,4±3,7 В горизонтальной плоскости

Радио 54,1 ±2,3 44,7±3,8 В несколько ярусов

Лимонные Шары 6б,4±3,7 51,4±3,9 В несколько ярусов

Тач оф Ред 60,4±2,9 59,7±5,1 В горизонтальной плоскости

Денди 57,1 ±2,7 46,4±4,2 В горизонтальной плоскости

Калифорнийская 59,6±3,7 49,6±3,4 В горизонтальной плоскости

Зелёное сердце (АФ «Гаврпш») 68,3±3,1 61,6±5,2 В горизонтальной плоскости

Зеленое сердце (АФ «Мир садовода») 66,4±3,3 62,4±4,9 В горизонтальной плоскости

Таблица З-Высота растений календулы в зависимости от сорта и условий года (2010-2011г.г.)

Сорт Высота растения, см Характеристика расположения цветков

2010 2011

Кальта 47,3±2,7 58,0±3,1 В горизонтальной плоскости

Абрикос 50,4±3,1 58,7±3,8 Цветки расположены сферообразно

Арт Шедс 51,2±2,9 60,1±3,5 Цветки в несколько ярусов

Золотые шары 56,2±5,1 61,4±4,7 Цветки в несколько ярусов, куст сильно ветвистый

Каблуна золотисто-желтая 46,4±3,5 52,7±4,2 В горизонтальной плоскости

Оранжевые шары 56,9±3,8 63,7±4,6 В горизонтальной плоскости

Оранжевый король 55,7±4,3 59,7±3,9 В горизонтальной плоскости

Еллоу Гитана 27,2±1,8 34,1±1,6 В горизонтальной плоскости

Фиеста Гитана 48,7±3,8 51,6±3,5 В горизонтальной

I | | плоскости |

При расположении цветков в одной плоскости сорт может быть использован для механизированной уборки (Mohr Т., Hecht Н., Eichhorn Н., 1996). Если цветки расположены шарообразно по периметру куста -механизированная уборка не возможна с одной стороны без больших потерь (комбайн не счёсывает боковые цветки, которые начинают завязывать семена, что снижает интенсивность цветения), а с другой ухудшается качество сырья за счёт увеличение доли стеблей. Высоту растений определяли в период массового цветения, когда этот показатель достигал максимального значения.

Следует отметить, что все образцы были хорошо выровнены по высоте и среднее отклонение не превышало 6%, а у большинства сортов составило 3-4%. У большинства сортов цветки расположены в горизонтальной плоскости на верхнем ярусе. Наибольшую трудность для уборки представлял сорт Золотые шары, у которого часть цветков находится внутри куста и Еллоу Гитана, который характеризовался низкорослостью, что приводило к тому, что после дождя и междурядных обработок на соцветиях оказывалось большое количество песка и почвы, что увеличивает в дальнейшем показатель неорганических примесей, которые регламентируются ГФ.

При биоморфологическом изучении соцветий календулы нами учитывались следующие основные характеристики: масса одного соцветия, соотношение язычковых цветков и прочих частей, которые не отражают перспективность сортов с точки зрения получения лютеинсодержащего сырья.

НСР „5 (2009)=0,070 г; НСР 05 (2010)=0,066 г

Рис. 1 - Масса сухих соцветий календулы в зависимости от сорта и условий

года (2009-2010 г.г.)

В 2009-2010 году в опытах массу цветков и урожай определяли в сухом сырье. Это связано с техническими сложностями. Результаты представлены на рис. 1.

Как видно из рис. 1, в более влажном 2009 году корзинки были существенно крупнее, чем в засушливом 2010, что не могло не сказаться на

суммарной урожайности. Максимальной массой соцветия отличался сорт Тач оф Ред (0,48 и 0,7 г/соцветие). Также, крупными соцветиями характеризовались сорта Суприм и Зелёное Сердце от обоих производителей.

3.5 -г—

Сорта

НСР05 (2010)=0,12 г; НСР05 (201 1)=0,07 г Рис. 2 - Масса 1 соцветия календулы лекарственной в зависимости от сорта и условий года (2010-2011 г.г.).

Существенное различие в массе соцветий отмечено в другом опыте, что хорошо видно на рис. 2. У всех сортов соцветия были мельче в 2010 году. Однако учитывая, что 2011 год также достаточно продолжительное время характеризовался повышенными температурами, эта разница была меньше.

Из рис. 2 видно, что масса 1 соцветия у сортов отличалась от 1,84 до 2,36 г. Коэффициент вариации этого показателя составил 25-36% в зависимости от сорта. Кроме того, это связано с изменением массы и размера соцветий в начале и в конце цветения. Наибольшая масса соцветия отмечена у сортов Каблуна Золотисто-Жёлтая (2,39 и 2,31 г/соцветие) и Золотые шары (2,36 и 2,16 г/соцветие).

Важным показателем является соотношение различных частей в соцветии. В наших наблюдениях доля язычковых цветков колебалась от 36% (Каблуна золотисто жёлтая) до 53% (Золотые шары). Контроль (сорт Кальта) по этому показателю превышали сорта Золотые шары, Оранжевый король, Абрикос и Еллоу Гитана. По годам доля язычковых цветков также изменялась. В экстремально жарком 2010 году махровость соцветий была меньше.

Таким образом, сорта Золотые шары, Оранжевый король, Абрикос и Еллоу Гитана можно рекомендовать выращивать для получения в качестве сырья язычковых цветков. Данный вид сырья может быть использован для приготовления чаёв, БАД, в качестве пряной приправы и пищевого красителя.

НСРИ (2010)=4,8; НСРМ (20И)=5,1

Рис. 4-Доля язычковых цветков в соцветиях различных сортов 2010-2011 г.г.

Динамка формирования урожая и суммарная урожайность образцов. Наиболее высокая суммарная урожайность цветков календулы для большинства сортов отмечена в 2011 г., однако для сортов Абрикос, Оранжевые шары, Еллоу Гитана, и Кальта (контроль) суммарная урожайность была несколько выше в 2010 г. У сортов Золотые шары, Арт Шедс, Фиеста Гитана, Каблуна золотисто-желтая, Оранжевый король в 2011 г. этот показатель превысил значения в 2010 г. в 1,25-1,64 раза. Относительно низкую суммарную урожайность цветков календулы для каждого из этих сортов в 2010 г., по-видимому, следует объяснять неблагоприятными условиями (очень жарким и засушливым летом, а также коротким продуктивным периодом). Оранжевые шары, Еллоу Гитана, Абрикос формировали высокую урожайность в условиях более жаркого и засушливого лета 2010 г. В результате сравнения данных, полученных летом 2010 г. и 2011 г., были выявлены наиболее высокопродуктивные сорта календулы: Еллоу Гитана и Абрикос. Оба сорта календулы в 2010 и 2011 г.г. стабильно давали самые высокие показатели, урожайность превышала контроль (сорт Кальта) от 30,02% до 43,13%.

Динамика формирования соцветий была скачкообразной. Сборы по массе очень сильно отличались друг от друга, причем отличия были связаны с погодными условиями в течение сезона.

Максимально выровнены по массе были сборы у контрольного сорта Кальта. Декоративные сорта цвели более неравномерно при не меньшей, а в отдельных случаях большей суммарной урожайности. Этот фактор может иметь существенное значение в производстве с точки зрения загрузки сушилок. Из опытных сортов более или менее равномерным формированием урожая характеризовались сорта Абрикос и Арт Шедс.

Анализ влияния погодных условий на содержание различных БАВ в сырье. Нами были проведены исследования по изменению содержания комплекса экстрактивных веществ в различные годы и в течение вегетации на нескольких сортах, что позволило выделить как видовую, так и сортовую реакцию на условия среды. Полученные результаты представлены в таб. 4.

Таблица 4-Содержание экстрактивных веществ в сырье календулы, % (2008 г.)

Экстрактивные вещества

Сорт Дата уборки

28.07.2008 11.08.2008 18.08.2008 25.08.2008 07.09.2008

Кальта 37,7 37,4 38,4 37,6 36,8

Золотой император 38,7 40,4 39,4 38,7 43,3

Патио 34,2 33,3 34,2 33,3 35,7

Каблуна Эприкот 41,3 45,0 45,7 44,6 42,8

Шелковый путь 47,6 45,6 43,1 40,0 37,0

Розовый сюрприз 42,1 40,6 42,0 44,7 46,0

Оранжевая 32,8 32,5 34,9 36,3 37,0

НСР„, 1,7 2,1 2,4 1,9 1,7

При изучении изменения содержания экстрактивных веществ в зависимости от времени сбора было отмечено, что изменения в пределах сорта были небольшие, что говорит о том, что в процессе вегетации от начала до конца цветения содержание экстрактивных веществ независимо от погодных условий не изменяется.

Сорта Золотой император, Шёлковый путь, Каблуна эприкот, Розовый сюрприз соответствовали требованиям нормативной документации и могут быть предложены для дальнейших исследований. Независимо от времени сбора содержание экстрактивных веществ не опускалось ниже допустимого предела (35 % по ГФ 11).

При сравнении содержания экстрактивных веществ в зависимости от условий года была выявлена также высокая стабильность этого показателя. Результаты представлены в табл. 5.

Таблица 5-Содержание экстрактивных веществ (%) в зависимости от __условий года_

Сорт Год

2008 2009 2010 2011

Кальта 37,6 36,7 37,9 37,6

Оранжевая 34,7 34,4 35,6 35,4

Золотой Император 40,1 39,8 39,6

Как видно из табл. 5, содержание экстрактивных веществ колеблется в зависимости от условий года. Однако, эти изменения носят неоднозначный характер. Содержание экстрактивных веществ в изучаемых сортах в 2009-2011 годах представлено в таблицах 6 и 7.

Как видно из табл. 6 все сорта, кроме Лимонных шаров соответствовали по содержанию экстрактивных веществ требованию фармакопейной статьи, то

есть показатель превышал значение 35%. Максимальное содержание экстрактивных веществ отмечено у сортов Калифорнийская и Тач оф Ред.

Таблица 6-Содержание экстрактивных веществ в сырье календулы лекарственной в зависимости от сорта (2009-2010 г.г.)_

Сорт Содержание экстрактивных веществ, %

2009 2010

Кальта 36,7 37,9

Принцесса 34,5 35,7

Оранжевая 34,4 35,6

Суприм 37,8 38,3

Радио 36,5 37,1

Лимонные Шары 34,1 34,8

Тач оф Ред 38,7 39,4

Денди 37,6 36,9

Калифорнийская 38,8 39,6

Зелёное сердце (АФ «Гавриш») 37,9 37,6

Зелёное сердце (АФ «Мир садовода») 37,4 38,2

НСР05 0,21 0,16

Во втором опыте максимальное содержание экстрактивных веществ было отмечено у сортов Каблуна золотисто-желтая, Абрикос и Золотые шары (38,7 и 38,2 % соответственно).

Таблица 7-Содержание экстрактивных веществ в сырье календулы лекарственной в зависимости от сорта (2010-2011 г.г.)_

Сорт Содержание экстрактивных веществ, %

2010 2011

Кальта 37,9 37,6

Абрикос 38,5 37,6

Арт Шедс 36,6 37,1

Золотые шары 38,7 38,2

Каблуна золотисто-желтая 37,8 38,4

Оранжевые шары 36,5 35,9

Оранжевый король 35,9 38,7

Еллоу Гитана 37,6 36,3

Фиеста Гитана 34,6 37,1

НСР05 0,54 0,63

Однако, на наш взгляд оценивать качество сырья только по этому показателю недостаточно. В настоящее время, большинство Фармакопей (Европейская Фармакопея, Белорусская Фармакопея, новое издание Государственной фармакопеи (ГФ 12) оценивают качество сырья календулы по содержанию суммы флавоноидов.

Особенности распределения флавоноидов в сырье календулы. Содержание флавоноидов в сырье календулы может существенно изменяться в зависимости от сорта.

Сорта

НСРоз (корзинки) - 0,04; НСР05 (язычковые цветки) - 0,07; НСР 05 (трава) - 0,05

Рисунок 5 - Содержание флавоноидов в различных частях растения календулы

лекарственной (2011)

Однако срезка надземной массы гораздо менее трудо- и энергозатратная операция и может быть полностью механизирована. Кроме того, урожай надземной массы значительно выше, чем урожай соцветий, даже при регулярном и продолжительном сборе. Это хорошо видно в таблице 8.

Самым высоким содержанием флавоноидов характеризовался сорт Каблуна золотисто-желтая (1,13%) и Оранжевый король (1,02%), причем по содержанию флавоноидов эти сорта превышали лекарственный сорт Кальта (контроль) на 21,9%. Для сортов Оранжевые шары, Фиеста Гитана, Еллоу Гитана и Абрикос этот показатель был несущественно выше или ниже, чем у Кальты, а минимальные значения отмечены у сортов Арт Шедс (0,85%) и Золотые шары (0,85%). Но для всех сортов независимо от условий года этот показатель был выше, чем требует ГФ 12 (0,8%).

Содержание флавоноидов в язычковых цветках и корзинках контрольного сорта Кальта составляло 0,92% и 0,96% соответственно. Сопоставимые результаты с сортом Кальта показали также сорта Еллоу Гитана (1,10 и 0,9%), Фиеста гитана (0,91 и 0,93%), Абрикос (0,93 и 0,9%) и Оранжевые шары (1,2 и 0,96%). В целом содержание этой группы веществ в корзинках и язычковых цветках различалось несущественно. Хорошо видно, что в целом содержание флавоноидов в надземной массе большинства сортов в 1,5-2 раза ниже, чем в корзинках. Исключение составили сорта Абрикос и Фиеста Гитана. При спектрофотометрическом определении флавоноидов в сорте Тач оф ред нами было обнаружено присутствие нехарактерной для календулы группы пигментных соединений красного цвета, окраска которых имела зависимость от

рН среды (что характерно для таких производных флавоноидов, как антоцианы).

Таблица 8-Сравнительная урожайность соцветий и надземной массы __календулы лекарственной__

Сорт Урожайность надземной массы (соцветий), кг/м2

2010 2011

Кальта 1,45 (0,413) 1,67 (0,365)

Абрикос 1,61 (0,551) 1,92(0,463)

Арт Шедс 1,09 (0,327) 1,55 (0,456)

Золотые шары 1,46(0,277) 1,72 (0,453)

Каблуна золотисто-желтая 1,35 (0,283) 1,76 (0,355)

Оранжевые шары 1,60 (0,377) 1,72 (0,313)

Оранжевый король 1,20 (0,324) 1,62 (0,403)

Еллоу Гитана 0,52 (0, 674) 0,54 (0,450)

Фиеста Гитана 1,21 (0,296) 1,32(0,376)

НСР05 0,12 (0,059) 0,11 (0,061)

Исследования показали, что сорта по содержанию флавоноидов соответствовали требованиям Европейской Фармакопеи. Кроме того, показано, что надземная масса декоративных сортов может быть с успехом использована для производства флавоноидосодержащих препаратов.

Содержание полисахаридов в сырье календулы лекарственной. В

настоящее время фармакологи уделяют всё большее внимание полисахаридному комплексу лекарственных растений.

Таблица 9-Сумма водорастворимых полисахаридов (ВП) в пересчете на Э-

глюкозу, %

Сорт Сумма полисахаридов,%

2010 2011

Кальта 19,6 18,9

Абрикос 17,9 17,8

Арт Шедс 24,1 24,9

Золотые шары 18,8 17,9

Каблуна золотисто-желтая 18,6 18,1

Оранжевые шары 18,9 19,0

Оранжевый король 20,3 19,9

Еллоу Гитана 21,2 19,6

Фиеста Гитана 20,6 19,1

Образец «Красногорсклексредства »(Египет) 20,7

НСР05 0,9 0,6

Этой группе соединений сырья календулы свойственно иммуномодулирующее, обволакивающее, детоксицирующее,

противовоспалительное и антимикробное действие (Ваиш1ег Б., 2007).

Содержание этой группы соединений представлено в таблице 9. В качестве объектов для сравнения дополнительно представлены результаты

анализа сырья, полученного на ЗАО «Красногорсклексредства» и произведённого в другой климатической зоне. В аномально жарком 2010 году большинство сортов имело тенденцию к большему накоплению полисахаридов по сравнению с 2011 годом.

Содержание каротиноидов в сырье календулы лекарственной. Самым сложным классом соединений для анализа в календуле являются каротиноиды. Присутствие полиеновой цепи делает молекулу каротиноидов крайне лабильной, они легко изомеризуются и окисляются под воздействием разнообразных факторов - тепла, кислорода воздуха, света и т.д. Все это необходимо учитывать в процессе экстракции и на других этапах при проведении аналитических работ.

В соцветиях присутствуют и другие каротиноиды, однако в нашей работе ставилась задача отобрать именно сорта с высоким содержанием лютеина (табл. 10). К таким сортам следует отнести Каблуна золотисто-жёлтая (455,8 мг/%), Золотые шары (368,1 мг/%), Фиеста Гитана (328,7мг/%), Абрикос (320,9 мг/%), Оранжевые шары (308,8 мг/% ). Отдельно следует отметить, что у сортов Фиеста Гитана и Каблуна золотисто-жёлтая очень высоким было содержание лютеина и в корзинках.

Во всех сортах преобладает лютеин, так как зеаксантин при хранении и выделении разрушается быстрее.

В свежем сырье соотношение между каротиноидами находится в пределах 8-12:1 в зависимости от сорта. Исключение составляла Еллоу Гитана, где показатель содержания лютеина был превышен в 2 раза (24:1).

Проведена оценка интенсивности разрушения каротиноидов в язычковых цветках в процессе стандартного хранения при комнатной температуре без доступа света. Как видно из рисунка 6, самые интенсивные потери происходили в первый месяц хранения. В этот период снижение содержания каротиноидов составляет 2,5-4 раза в зависимости от сорта и вида сырья.

Результаты представлены на рисунке 6.

ш

Продолжительность хранения, мес

1=1 золотые шары, лепесткк

— золотые шары, корзинка

■— оранжевые шары

лепестки

1=1 оранжевые шары,

корзинка

- Степенная (оранжевые

шары лепестки)

- Степенная (оранжевые

шары, корзинка)

Рис. 6 Влияние продолжительности хранения в вакуумной упаковке на сохранность каротиноидов в сырье календулы лекарственной (2011-2012 год)

Таблица 10-Соотношение основных каротиноидов в зависимости от сорта календулы лекарственной

Сорт Свежие соцветия Сухие соцветия

Корзинки Язычковые цветки

Лютеин Зеаксантин Соотноше ние Лютеин Зеаксантин Соотнош ение Лютеин Зеаксантин Соотнош ение

Кальта - - - 0,2 0,01 20:1 111,5 8,9 12:1

Абрикос 41,7 3,5 12:1 125,8 6,2 20:1 320,9 15,2 21:1

Арт Шедс 25,4 1,9 13:1 145,0 7,0 20:1 329,1 27,3 12:1

Фиеста Гитана 84,9 6,1 14:1 212,2 18,7 11:1 328,7 35,5 9:1

Каблуна золотисто-желтая 22,3 2,8 8:1 275,4 18,4 15:1 455,8 38,8 12:1

Оранжевый король 20,5 1,9 11:1 88,1 8,5 10:1 240,6 29,2 8:1

Оранжевые шары 23,3 2,8 8:1 135,0 9,1 15:1 308,8 27,3 11:1

Еллоу Гитана 41,5 1,7 24:1 133,1 13,4 10:1 158,1 20,5 8:1

Золотые шары 24,9 2,1 12:1 76,0 5,6 14:1 368,1 30,6 12:1

Уравнения регрессии для сорта Оранжевые шары представляют собой нелинейное уменьшение содержания каротиноидов в процессе хранения с максимальными потерями в первый месяц. Особенно резкое падение наблюдается в корзинках.

Оранжевые шары, корзинки у = 339,41х-1,1196;

Оранжевые шары, лепестки у = 233,25х-0,7044.

Более эффективным для хранения с целью дальнейшего выделения каротиноидов или приготовления функциональных продуктов может являться хранение сырья при низких температурах (около - 15°С) или в среде, не допускающей доступа кислорода воздуха. Хранение в вакуумной упаковке на 15-25% повышало сохранность каротиноидов по сравнению с хранением сухого сырья в бумажном пакете при комнатной температуре. Максимальную сохранность каротиноидов обеспечивало замораживание свежего сырья. Такой способ хранения можно рекомендовать при использовании сырья календулы для приготовления функциональных продуктов. Вместе с тем для хранения сырья и для приготовления сборов и чаёв можно использовать вакуумную упаковку.

Комплексная оценка сортов календулы лекарственной по содержанию основных биологически активных веществ. В настоящее время, учитывая, что из сырья календулы производят достаточно большое число препаратов различной направленности действия, сорта можно условно разделить по направлению использования: получение сырья для фасовки, для производства спиртовых настоек, для получения препаратов на основе надземной массы, когда стандартизация идёт по содержанию флавоноидов, для производства противораковых БАДов на основе полисахаридов и БАДов для улучшения зрения с максимальным содержанием лютеина. Соответственно и исследуемые сорта можно рекомендовать для различного направления использования. При проведении комплексной оценки сортов по урожайности и содержанию действующих веществ были выделены два сорта — Еллоу Гитана и Абрикос, характеризующиеся высокой урожайностью соцветий. При этом сорт Абрикос характеризовался крупными соцветиями, высоким содержанием флавоноидов в траве (1,0%), что делает его перспективным при уборке на сырьё надземной массы для производства препарата «Ротокан» и др. По содержанию флавоноидов в надземной массе следует выделить сорта Оранжевый король (0,96%) и Фиеста Гитана (1,12%). Сорт Еллоу Гитана отличался только повышенным содержанием полисахаридов. Учитывая, что в последнее время этому классу соединений фармакологами уделяется повышенное внимание в связи с их иммуностимулирующим и противораковым действием, данный сорт может быть перспективен для создания новой группы препаратов с использованием календулы. По этому показателю также выгодно отличался сорт Арт Шедс (24,1%). С точки зрения содержания лютеина наиболее интересны сорта Золотые шары и Каблуна золотисто-жёлтая. Анализ коэффициентов корреляции указал на положительную взаимосвязь средней силы между признаком «масса соцветия» и «содержание

Таблица 11 - Комплексная оценка сортов по урожайности и содержанию действующих веществ.

Сорт Высота растений, см Урожай соцветий, г/м2 Масса 1 соцветия, г Доля язычковых цветков, % Содержание флавоноидов в соцветиях, % Содержание флавоноидов в траве, % Содержание лютеина в язычковых цветках, мг/% Экстрактивные вещества, % Содержание полисахаридов,%

Кальта (контроль) 52,6 389 2,01 46 0,95 0,75 261 37,9 19,6

Абрикос 54,5 507 2,13 44 0,90 1,00 320 38,5 17,9

Арт Шедс 54,3 391 2,08 45 0,83 0,70 329 36,6 24,1

Еллоу Гитана 30,6 562 1,91 48 0,89 0,54 158 37,6 21,2

Золотые шары 58,8 365 2,26 51 0,84 0,73 368 38,7 18,8

Каблуна золотисто- желтая 49,5 319 2,35 38 0,93 0,70 455 37,8 18,6

Оранжевые шары 60,3 345 1,99 51 0,98 0,60 308 36,5 18,9

Оранжевый король 57,7 363 2,07 48 1,20 0,96 240 35,9 20,3

Фиеста Гитана 50,1 336 1,85 46 0,92 1,12 328 34,6 20,6

лютеина в язычковых цветках» (0,7166) и «содержание экстрактивных веществ» (0,6189). Это говорит о том, что при поиске образцов с высоким содержанием лютеина и экстрактивных веществ следует отдавать предпочтение сортам с более крупными соцветиями.

Отрицательная корреляция средней силы отмечена между признаками «высота растений» и «урожай соцветий» (-0,6534), «содержание лютеина в язычковых цветках» и признаками «урожай соцветий» и «доля язычковых цветков» (-0,6471 и -0,5124 соответственно).

Экономическая эффективность производства лютеиносодержащего сырья. Как показывают расчеты, производство календулы эффективно при любых вариантах его реализации в качестве лекарственного средства. Вместе с тем наиболее эффективным способом является его реализация в виде сухих цветков упакованных с помощью упаковочной машины. В этом случае рентабельность будет выше на 14,5 пункта, чем при упаковке вручную и на 61,4 пункта, чем при приготовлении и реализации спиртовой настойки.

Особый интерес представляет экономическая оценка различных сортов календулы с точки зрения эффективности получения лютеина (табл. 12). Как видно из приведенных данных, по урожайности соцветий первое место занимает сорт «Еллоу Гитана». Его урожайность выше показателей контрольного сорта «Кальта» на 44,5%. Однако по содержанию лютеина в язычковых цветках на первом месте сорт «Каблуна золотисто-желтая» — превосходит контрольный сорт на 74,3%, а сорт «Еллоу Гитана» на 188%.

Таблица 12-Сравнительная экономическая оценка различных сортов календулы

Сорт Урожай соцветий, ц/га Содержание лютеина в язычковых цветках, мг/% Выход лютеина с 1 га, кг Затраты на производство в расчете на:

1 га календулы, тыс. руб. 1 Ц соцветий, руб. 1 кг лютеина, тыс. руб.

Кальта (контроль) 3,89 261 10,15 4019 1033 396,0

Абрикос 5,07 320 16,22 4137 816 255,1

Арт Шедс 3,91 329 12,86 4021 1028 312,7

Еллоу Гитана 5,62 158 8,88 4192 746 472,1

Золотые шары 3,65 368 13,43 3995 1094 297,5

Каблуна золотисто- желтая 3,19 455 14,51 3949 1238 272,2

Оранжевые 3,45 308 10,63 3975 1152 373,9

шары

Оранжевый король 3,63 240 8,71 3993 1100 458,4

Фиеста Гитана 3,36 328 11,02 3966 1180 359,9

Как видно, по этим показателям анализируемые сорта отличаются существенно - по урожайности в 1,76 раза, а по содержанию лютеина в язычковых цветках — в 2,88 раза. В итоге по выходу лютеина с 1 га посевов сорта отличаются в 1,86 раза, и на первом месте находится сорт «Абрикос», который по этому показателю превосходит контрольный сорт в 1,6 раза.

Следует отметить, что при выборе сорта календулы для производства лютеина определяющим показателем (критерием эффективности получения лютеина) является его себестоимость. Как видно из представленных расчетов, наименьшую себестоимость 1 кг лютеина обеспечивает использование для его производства сорта «Абрикос» - 255,1 тыс. руб. Это ниже аналогичного показателя по контрольному сорту на 36,6% или на 140,9 тыс. руб.

Выводы

1. При сравнительном исследовании продуктивности сортов календулы лекарственной выявлено, что масса соцветий сортов Суприм, Тач оф Ред и два образца сорта Зелёное сердце существенно превышали значения контрольного сорта Капьта в 2009-2010 годах, а сорта Золотые шары и Каблуна золотисто-жёлтая в 2010-2011 годах. Превышение контрольных значений составляло 10,7-18,4% в зависимости от сорта и условий года.

2. Доля язычковых цветков колебалась от 36% (Каблуна золотисто жёлтая) до 53 % (Золотые шары). Контроль (сорт Кальта) по этому показателю превышали Оранжевый король, Абрикос и Еллоу Гитана. В экстремально жарком 2010 году доля язычковых цветков у соцветий всех сортов была меньше.

3. Урожай сырья существенно колебался в зависимости от условий года и сорта. Как наиболее продуктивные сорта следует выделить Еллоу Гитана (0,674 и 0,45 кг/м2) и Абрикос (0,551 и 0,463 кг/м2) при 0,413 и 0,465кг/м2 контроле.

4. Практически все испытанные сорта превышали требования ГФ 11 по показателю содержания экстрактивных веществ (35%). Количество экстрактивных веществ в сырье достигало 39 и более процентов (Золотой Император, Каблуна эприкот, Шёлковый путь, Розовый сюрприз, Тач оф Ред, Калифорнийская). Прослеживается тенденция к снижению экстрактивных веществ в экстремально жаркие и засушливые годы.

5. Содержание флавоноидов в различных видах сырья зависело от сорта. В надземной массе максимальное содержание флавоноидов отмечено в надземной части сорта Фиеста Гитана (1,12%), в корзинках в сорте

Оранжевый король(1,2%) и в язычковых цветках - Еллоу Гитана и Оранжевые шары (1,1и 1,2% соответственно). Но в любом случае все сорта независимо от условий года соответствовали требованиям ГФ 12 (0,6%).

6. Содержание полисахаридов в зависимости от условий года и образца находилось в пределах 18-20%, за исключением сорта Арт Шедс (24%), который по этому показателю превосходил все образцы.

7. К высоколютеиновым сортам следует отнести Каблуна золотисто-жёлтая (455,8 мг/%), Жёлтые шары (368,1 мг/%), Фиеста Гитана (328,7мг/%), Абрикос (320,9 мг/%), Оранжевые шары (308,8 мг/% ). Отдельно следует отметить, что у сортов Фиеста Гитана и Каблуна золотисто-жёлтая очень высоким было содержание лютеина и в корзинках (212 и 275 мг/% соответственно). Соотношение между лютеином и зеаксантином в большинстве случаев находилось в пределах 8:1 - 14:1. Исключение составлял сорт Еллоу Гитана (24:1).

8. Стабильность каротиноидов календулы лекарственной существенно уступала таковой у бархатцев, в которых лютеин находится в форме эфира. Потери при хранении зависели от сорта, продолжительности и условий хранения и составляли 2-83%. Оптимальными условиями хранения следует считать замораживание свежего сырья и хранение высушенного сырья в вакуумной упаковке.

9. Анализ коэффициентов корреляции указал на положительную взаимосвязь средней силы между признаком «масса соцветия» и «содержание лютеина в язычковых цветках» (0,72) и «содержание экстрактивных веществ» (0,62), что говорит о том, что при поиске образцов с высоким содержанием лютеина и экстрактивных веществ следует отдавать предпочтение сортам с более крупными соцветиями.

Рекомендации по использованию результатов исследований

1. В результате исследований выявлены перспективные сорта Абрикос, Золотые шары и Оранжевые шары, предназначенные для получения флавоноидных препаратов, сочетающие высокий урожай надземной массы (более 1,5 кг/м2) с присутствием большого количества флавоноидов (более 0,9%).

2. Для получения соцветий, являющихся в нашей стране основным видом лекарственного сырья, можно рекомендовать использование сортов Абрикос и Еллоу Гитана, превосходящих по этому показателю стандартный сорт Кальта.

3. В качестве источников лютеина следут рекомендовать использовать язычковые цветки сортов Абрикос, Фиеста Гитана, Золотые шары.

4. Для максимальной сохранности каротиноидов сырьё следует замораживать в свежем виде и хранить при температуре ниже -15°С или сухое сырьё хранить в вакуумной упаковке.

Список опубликованных статей

1. Кузнецова JI.B. Разработка .методики количественного определения флавоноидов в цветах календулы лекарственной различных сортов / Кобраков К.И., Целикова Г.А., Маланкина ЕЖ, Кузнецова Л.В.// Бутлеровские сообщения,- T.28.-Nsl9. -2011- С. 16-20.

2. Кузнецова Л.В.. Использование декоративных сортов календулы лекарственной (Calendula officinalis L.) в качестве источника лекарственного растительного сырья в условиях Нечернозёмной зоны России / Кузнецова JT.B., Козловская Л.Н., Комарова Е.Л., Евграфов А.А. //Известия ТСХА,-2011,-Вып.5.-С. 106-110.

3. Кузнецова JI.B. Перспективы использования декоративных сортов календулы лекарственной в качестве источника лекарственного растительного сырья. /Маланкина E.JL, Кузнецова Л.В., Комарова E.JI. // Доклады ТСХА М.: 2009. - С. 324-326.

4. Кузнецова Л.В. Особенности накопления каротиноидов в декоративных сортах календулы лекарственной. /Кузнецова Л.В., Маланкина Е.Л., Комарова Е.Л.// Доклады ТСХА М.:2010. - С. 532-534.

5. Кузнецова Л.В. //Новые декоративные сорта календулы лекарственной (Calendula officinalis L.) в качестве источников лекарственного растительного сырья /Кузнецова Л.В., Маланкина Е.Л., Козловская Л.Н. // Материалы международной научно-практической конференции "Фитодизайн в современных условиях" БелГУ- Белгород, 2010.-С. 327329.

6. Кузнецова Л.В. Динамика изменения содержания каротиноидов в сырье календулы лекарственной в процессе хранения /Маланкина Е. Л., Козловская Л.Н., Кузнецова Л.В., Комарова ЕЛ //Материалы I Международной научной конференции «Лекарственные растеши: фундаментальные и прикладные проблемы», Новосибирск, 21-22 мая 2013 г. - Новосибирск, 2013. - С. 198-200.

Подписано в печать: 24.10.2013

Заказ № 8965 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Биктимирова, Лилия Владимировна, Москва

На правах рукописи

УДК 633.88.582

Биктимирова Лилия Владимировна

04201451042

«АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕКОРАТИВНЫХ СОРТОВ КАЛЕНДУЛЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ 0CALENDULA OFFICINALIS L.) И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ ЛЕКАРСТВЕННОГО СЫРЬЯ»

06.01.06 - луговодство и лекарственные, эфирно-масличные

культуры

диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 2013

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

НТД -нормативно-техническая документация

ЭМ - эфирное масло

ГФ - Государственная Фармакопея

УФ-ультафиолетовый

БАД - биологически активные добавки

БАВ - биологически активные вещества

ВФС - временная фармакопейная статья

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................5

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................................8

1.1 Ботаническая характеристика и биологичесие особенности календулы лекарственной..................................................................................................................8

1.2 Хозяйственное значение культуры календулы...................................................11

1.3 Сырьё и химический состав календулы лекарственной.....................................14

1.4 Особенности строения и накопления ксантофиллов лютеина и заексантина в растениях и основные промышленные методы получения.....................................20

1.5 Технологический процесс получения технического полупродукта «о1еоге8т» суммы ксантофиллов.....................................................................................................24

1.6 Опыт и перспективы комплексного использования календулы.......................29

1.5.1 Результаты современных исследований по применению растений календулы в научной медицине...................................................................................30

ГЛАВА II УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ...................................................34

2.1 Условия проведения эксперимента................................................................................34

2.2 Методика проведения наблюдений и анализов.........................................................35

2.3 Характеристика погодных условий в период проведения эксперимента.........46

ГЛАВА 3................................................................................................................................49

3.1 Биоморфологические особенности изучаемых сортов......................................49

3.2 Морфологические особенности растений и соцветий календулы лекарственной в зависимости от сорта.......................................................................50

3.3 Динамика формирования урожая и суммарная урожайность сортов календулы.......................................................................................................................59

ГЛАВА 4 КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЫРЬЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОРТА КАЛЕНДУЛЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ......................................................................................63

4.1 Влияние погодных условий на содержание различных классов БАВ в сырье ..........................................................................................................................................63

4.2 Особенности распределения флавоноидов в сырье календулы лекарственной

..........................................................................................................................................68

4.3 Содержание суммы полисахаридов в сырье календулы лекарственной.........73

4.4 Анализ существующих методик извлечения каротиноидов и определение содержания каротиноидов в сырье календулы..........................................................75

4.5 Динамика изменения содержания действующих веществ в процессе хранения ..........................................................................................................................................82

4.6 Комплексная оценка сортов календулы лекарственной по содержанию основных биологически активных веществ...............................................................91

ГЛАВА 5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЛЮТЕИНОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ...............................................................................96

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................102

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ......104

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................................105

ПРИЛОЖЕНИЕ А..............................................................................................................125

ПРИЛОЖЕНИЕ В..............................................................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЕ С...............................................................................................................141

ПРИЛОЖЕНИЕ Р...............................................................................................................145

ПРИЛОЖЕНИЕ Е...............................................................................................................146

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время возрос интерес к природным источникам ксантофиллов (лютеина и зеаксантина), и прежде всего лютеинсодержащим растениям. Лютеин является природным антиоксидантом, ответственным за нормальное функционирование макулы глаза (в последнее время такое сырье широко используется в профилактике возрастных заболеваний глаз, включая катаракту и ретинопатии). Основной источник сырья в данный момент язычковые цветки некоторых сортов бархатцев прямостоячих, в которых лютеин содержится в виде сложного эфира и с одной стороны обладает определённой стабильностью при выделении субстанции и при дальнейшем хранении, а с другой менее доступен для организма, чем непосредственно лютеин. Кроме того, выращивание бархатцев с этой целью экономически целесообразно только в тропических и субтропических странах. Поэтому поиск растений потенциальных источников лютеина, способных расти в центральной России, является перспективным направлением, востребованным фирмами производителями биологически активных добавок (БАДов). Одним из таких растений является календула лекарственная или ноготки лекарственные (Calendula officinalis L.). Календула является одной из наиболее крупнотоннажных культур в современном лекарственном растениеводстве. Её сырьё доступно, благодаря тому, что агротехника этого растения проста, культура нетребовательна к условиям выращивания, возможна механизация уборки. Сырьё календулы производят десятки стран мира, в частности Польша, Германия, Китай, Египет, Россия и др. Однако различные сорта существенно отличаются как по содержанию каротиноидов, прежде всего лютеина, так и других фармакологически значимых веществ. Учитывая, что в настоящее время селекция новых лекарственных сортов в нашей стране ведётся не активно, перспективно оценить по содержанию действующих веществ и урожайности наиболее распространенные декоративные сорта.

Цель и задачи исследований. Основная цель заключалась в оценке содержания основных биологически активных веществ в декоративных сортах календулы лекарственной и выявлении высокопродуктивных сортов из ассортимента декоративного направления для использования в качестве источников лекарственного растительного сырья и субстанций для БАД.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

> изучить динамику формирования и суммарную урожайность наиболее распространённых в нашей стране сортов календулы;

> сравнить структуру соцветий и выявить сорта с максимальной долей язычковых цветков;

> оценить содержание основных фармакологически значимых соединений в соответствии с требованиями ГФ 11, ГФ 12 и Европейской Фармакопеи (экстрактивных веществ, лютеина, флавоноидов, полисахаридов) в 18 сортах;

> выявить влияние условий и продолжительности хранения сырья на содержание лютеина и разработать рекомендации по оптимизации хранения лютеинсодержащего сырья (язычковых цветков).

Научная новизна исследований заключается в комплексном подходе к переработке календулы, совершенствовании методик извлечения лютеина при проведении анализа качества сырья и разработке условий хранения календулы, как лютеинсодержащего сырья. Впервые проанализировано большое число декоративных сортов календулы на предмет содержания экстрактивных веществ, флавоноидов, полисахаридов и лютеина в сырье.

Практическая значимость результатов исследований. В результате комплексной оценки отобраны перспективные декоративные сорта календулы, которые могут быть использованы для получения лекарственного сырья как для медицинской промышленности, так и при производстве косметических средств, чаев, продуктов функционального питания и БАД. Подобраны наиболее продуктивные для выращивания в

Нечерноземной зоне сорта и разработана конкурентоспособная технология хранения лютеинсодержащего сырья, что подтверждено результатами химических анализов и экономическими расчетами. Основные положения, выносимые на защиту:

• Декоративные сорта календулы лекарственной имеют высокую продуктивность как источники соцветий и надземной массы

• Содержание действующих веществ (флавоноидов, каротиноидов, полисахаридов и экстрактивных веществ) во многих сортах не уступало сорту Кальта, предназначенному для выращивания в лекарственном растениеводстве.

• Условия и продолжительность хранения сырья имеют решающее значение для сохранности каротиноидов, но мало влияют на содержание флавоноидов и экстрактивных веществ.

• В качестве источника лютеина и зеаксантина для производства фиточаёв и БАД на территории Российской Федерации, рекомендовать вместо бархатцев использовать календулу лекарственную.

)

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ботаническая характеристика и биологичесие особенности календулы лекарственной

В природе известны около двадцати видов календулы, которая растет в основном в Средиземноморье. Особенно часто, календулу можно встретить в Иране, Центральной Европе. В России распространены всего четыре вида календулы. Наибольший интерес с медицинской точки зрения представляет календула лекарственная. Все остальные виды календулы в настоящее время не используются в научной медицине.

В диком виде календула лекарственная встречается в средиземноморских странах Европы, Африки и Азии, распространяясь на Ближний Восток к Ирану. Некоторые ботаники считают, что этот вид является давним естественным гибридом календулы полукустарниковой (С. suffruticosa), которая растет в Южной Европе, с африканским видом календулы звездчатой (С. stellata){ Гаммерман А. Ф. и др., 1990).

Календула лекарственная (Calendula officinalis L.). - однолетнее растение с прямостоячим стеблем высотой 20—75 см. и стержневой корневой системой. Утолщенные ребристые побеги, покрыты железистыми волосками. Листья простые, удлинённые или овальные, покрыты жёсткими волосками. Листорасположение очередное. Цветки собраны в рацемозные головки (capitula), обычно называемые корзинками. Корзинка календулы - блюдцевидно-головчатое, простое соцветие диаметром 5-6 см. Обертка однорядная из узких листочков. Краевые (лучевые) цветки - женские, язычковые, жёлтые или оранжевые. Центральные (дисковые) цветки - с функционально мужской фазой, затем стерильные, трубчатые, мелкие, жёлтые, оранжевые или тёмно-коричневые. Трубка чашечки вместе с основанием трубки венчика полностью приросла к завязи, и ее свободные лопасти обычно сильно видоизменены и превращены в хохолок. Тычинки прикреплены к трубке венчика и чередуются с

лепестками, нити свободные, пыльники обычно склеены между собой. Гинецей из двух карпелл (плодолистиков), паракарпный, с нектарным диском у основания. Рыльце состоит из двух равных лопастей. Для календулы характерна гетерокарпия. Плоды - семянки различной величины и формы (когтевидные, ладьевидные и кольцевидные и переходные между ними формы), с прямым маслянистым зародышем и очень тонким остаточным эндоспермом (Тахтаджан А.Л., 1987).

Календула культивируется как декоративное и лекарственное растение во многих странах Западной и Восточной Европы (Германии, Австрии, Венгрии, Польши), в том числе в России, а также в США, Средней Азии, на Кавказе. В Россию растение завезено из Южной Европы еще в средние века (Еременко Л.Л., Костюков И.О., 2006).

В Америке и Европе большое внимание уделяют декоративным качествам этого растения. Культивары зарубежной селекции имеют большое разнообразие форм, размеров соцветий и растений.

Календула лекарственная является чрезвычайно экологически пластичным видом, способным приспосабливаться к условиям от субтропических и тропических до северной зоны умеренного пояса. Являясь по происхождению растением южным, календула, тем не менее, способна успешно произрастать практически по всей территории России и ближнего зарубежья. В литературе имеются сведения об успешной интродукции этого вида в Московской области (Пушкина Г.П., Бушковская Л.М. и др., 2007), Псковской области (Григорьева Н.А. , 2003), Ленинградской области, она без ущерба для урожая переносит резкие колебания дневных и ночных температур в высокогорных районах Таджикистана Нормальное плодоношение и созревание семян календулы возможно при посеве в грунт в Сибири (Еременко Л.Л., 1994; Первышина Г.Г. и др., 2002), и в условиях Центральной Якутии. Интродукционные опыты в Полярно-альпийском ботаническом саду на Кольском полуострове позволили

признать календулу лекарственную перспективной культурой для озеленения городов и поселков Мурманской области.

Вегетационный период у календулы зависит от срока посева и периодичности сбора цветков: при проведении сборов соцветий составляет у сорта Кальта от 92-98 дней (без сбора) до 160-175 дней (при систематическом сборе соцветий) (Орлова И.Г.; Власова B.C. , 1993; Костылев ДА., Исмагилов P.P., Тимофеева О.В., 2011; Костылев Д.А.; Исмагилов Р.Р., 2011), от всходов до цветения проходит 30-35 дней в зависимости от погодных условий (Чиков П.С, 1998). Почвы предпочтительны нейтральные -6,5-7,0 (Haban М., Ostepka Р., Salamon I., 2008).

Календула - растение холодостойкое. Необходимая для её экономически целесообразного возделывания сумма температур 2500-2800 °С (Haban М., Ostepka P., Salamon I., 2008). Всходы способны хорошо выдерживать кратковременные заморозки. Для роста и развития календуле достаточно температуры 8-12°С, семена начинают прорастать при температуре 2-4°С, но оптимальная температура прорастания 20-22 °С. Сухие и жаркие погодные условия вызывают стресс растения. При этом развитие растений ускоряется, сокращается время цветения и снижается урожайность соцветий, уменьшается количество махровых соцветий. Напротив, если в период формирования генеративного побега и в фазе бутонизации условия будут прохладные и влажные, наблюдается резкое повышение махровости и увеличение урожайности соцветий. С точки зрения возделывания календулы для получения соцветий, такие погодные условия благоприятны на протяжении всего периода цветения (Исмагилов P.P.; Костылев Д.А. , 2001; Haban М., Ostepka P., Salamon I., 2008). При возделывании календулы на семена, прохладная и влажная погода играет отрицательную роль, особенно в период формирования и созревания семян. При повышенной влажности и холодной погоде семена могут прорастать непосредственно в соцветиях, что снижает их урожайность и посевные качества (Janssens Robert I.R., 2000). Гетерокарпия (до 5-6 разнообразных форм семян)

приводит к тому, что очень сильно отличается масса 1000 семян (3,9-15,2 ) (Isaak О., 2000; Saat- und Pflanzengut Angebot, 2010).

Этот вид способен произрастать на многих видах почв, но наиболее высокие урожаи дает на плодородных черноземах. Чуть меньше ее урожайность на серых лесных почвах. На заболоченных или песчаных почвах урожайность календулы низкая (Полуденный JI.B., Хлалцев Е.Е., Сотник В.Ф., 1979).

Календула является растением длинного дня с исключительно низким фотопериодом: иногда растения зацветают при длине дня 6,5 ч. Многими - авторами отмечается, что календула - растение светолюбивое, лучше растет на открытых солнечных местах. Установлено, что уменьшение интенсивности освещения вызывает увеличение высоты растений календулы и удлинение времени цветения (Haban М., Ostepka P., Salamon I., 2008).

1.2 Хозяйственное значение культуры календулы

Календула возделывалась в специализированных совхозах объединения

«Союзлекраспром» (позднее - «Эфирлекраспром») в Московской, Воронежской

и Самарской областях (Ляшенко З.Д. , 1995), в Башкирии (Исмагилов P.P.;

Костылев Д.А., 2000; Костылев Д.А., 2000), в Красноярском крае (Первышина

Г.Г.; Ефремов A.A.; Гордиенко Г.П.; Агафонова Е.А. 2002), Дальнем Востоке

(Живчиков А.И.; Живчикова Р.И., 2004), на Украине (Либусь О. К. и др., 2004), в

Молдавии (Мустяцэ Г.И.; Брынзилэ И.В., 1998). В настоящее время её

выращивают в Беларуси (Карпинская Е.В., 2008; Дорошкевич Е.И. и др., 2009), в

республиках Северного Кавказа (Сампиев А.М., Хочава М.Р., 2010) и

Прибалтике (Raal A, Kirsipuu К., 2011).

В 1969 г. в СССР календула занимала площадь 178 га, в 1978 г. - 358 га

Были созданы сорта лекарственного направления Рыжик и Кальта, которые до

настоящего времени введены в Государственные реестры сортов России и

Украины, Казахстане (Рахимов А.Р. и др., 1996; Лукьянец В.Н., Федоренко Е.В.,

1997 а; Лукьянец В.Н.; Федоренко К.В., 1997 б).

В Европе и других регионах мира во второй половине XX века так же наблюдается повышение интереса к лекарственным растениям вообще и календуле в частности. Например, в ГДР с 1960 по 1985 год площадь воздельтания лекарственных и пряно-вкусовых растений увеличилась с 3445 га до 5749 га. Большие плантации имелись в Болгарии (Канински А., 1996; Георгиев С.; Топалова В., 1998), Венгрии, Польше. Однако в настоящее время основное производство цветков календулы с�