Сырье, содержащее сапонины

Сапонины, сапонизиды - гликозиды (гетерозиды), производные стероидов и тритерпеноидов, обладающие гемолитической и поверхностной активностью и токсичностью для холоднокровных животных.

В зависимости от химического строения агликона (сапогенина) их классифицируют на стероидные и тритерпеновые.

Стероидные сапонины относят к С₂₇ стеролам, производным циклопентанпергидрофенантрена; боковая цепочка их подверглась метаболическим изменениям с образованием спирокетальной системы спиростанового (I) и фуростанового (II) типов.

Агликоны их всегда имеют OH-группу у С₃ и иногда в положениях С₁, С₂, С₅ и С₁₂. У многих стероидных сапонинов в положении 5-6 имеется двойная связь.

Тритерпеновые сапонины с общей формулой (С₅Н₈)₆ делят на пентациклические и тетрациклические.

П ентациклические агликоны можно разделить на 4 группы: производные урсана (-амирин), олеанана (-амирин), лупана (лупеол), гопана.

Тетрациклические агликоны можно подразделить на производные даммарана (даммарандиол), циклоартана (циклоартенол), зуфана. О биосинтезе агликонов сапонинов см. разд. «Биосинтез терпеноидов».

Сапогенины тритерпеновых сапонинов могут иметь гидроксильные группы в положениях С₃, С₁₆, С₂₁, С₂₂, С₂₄, карбоксильные  С₂₈, С₂₉, карбонильные  С₁₁, С₃, а также альдегидные, лактонные, эфирные. Двойная связь часто встречается в положении 1213. Тритерпеновые сапонины могут быть нейтральными и кислыми. Кислотные свойства обусловлены наличием карбоксильных групп сапогенина и углеводной части молекулы. Гидроксильные группы могут быть ацилированы уксусной, тиглиновой, пропионовой, ангеликовой и другими кислотами.

Для сапонинов характерен ряд биологических свойств, которые могут быть использованы в анализе. Они вызывают гемолиз эритроцитов за счет образования комплексов с холестерином мембран, вследствие чего оболочка эритроцита из полупроницаемой становится проницаемой и гемоглобин выходит в плазму крови, окрашивая ее в красный цвет («лаковая» кровь); нарушают функционирование жабр холоднокровных животных и ядовиты для них.

Сапонины  бесцветные, желтоватые кристаллические или аморфные гигроскопические вещества с высокой температурой плавления (с разложением). Водные растворы их при встряхивании образуют обильную устойчивую пену, вследствие способности понижать поверхностное натяжение. Растворимость в гидрофильных растворителях (вода, метанол и этанол различной концентрации) увеличивается с возрастанием количества моносахаридов в гликозильной части молекулы сапонина. Нерастворимы в бензоле, хлороформе, диэтиловом эфире. Оптически активны.

Отдельные сапонины могут не обладать совокупностью перечисленных выше свойств.

Сапонины гидролизуются кислотами, олигозиды тритерпеновых кислот щелочами. Многие из них образуют молекулярные комплексы со стеринами, липидами, белками, фенольными соединениями, которые часто не проявляют гемолитических свойств и могут быть разрушены хлороформом.

Тритерпеновые сапонины (кислые) образуют комплексы с солями Pb, Cu, гидроксидами Ва, Mg; образуют окрашенные продукты (полиены) с кислотными реагентами (концентрированная серная кислота, уксусный ангидрид, треххлористая сурьма, фосфорно-молибденовая кислота и др.).

Присутствие сапонинов установлено достоверно в растениях 40 семейств. Сапонины находятся в клетках растений в растворенном виде. Встречаются в различных органах растений, но чаще в подземных. Содержание сапонинов может быть от нескольких до 30%.

Тритерпеновые сапонины широко распространены в природе. Они весьма обычны у представителей семейств Аралиевые, Гвоздичные, Синюховые, Бобовые, Истодовые, Розоцветные, Конскокаштановые и др. К этой группе сапонинов относятся аралозиды (аралия маньчжурская), глицирризиновая кислота (солодки), панаксозиды (женьшень) и др.

Стероидные сапонины встречаются у растений семейств Норичниковые, Лилейные, Агавовые, Диоскорейные и др. К этой группе сапонинов относятся диосцин (диоскореи), дигитонин (наперстянки), париллин (сарсапариль) и др.

По количеству моносахаридов сапонины можно подразделить на монозиды, биозиды, триозиды, пентозиды и олигозиды, т.е. углеводная часть сапонинов содержит от 1 до 11 моносахаридов и их производных. Наиболее часто встречаются D-глюкоза, D-галактоза, D-ксилоза, L-рамноза, L-арабиноза, D-галактуроновая и D-глюкуроновая кислоты и др. Углеводная цепочка может быть линейной или разветвленной.

Стероидные сапонины обычно имеют 1-5 сахаров и представляют собой 3-О-гликозиды.

Тритерпеновые сапонины имеют длинную углеводную цепочку до 10 и более моносахаров.

Углеводная (гликозильная) часть может присоединяться в различных положениях по гидроксильной, а также карбоксильной группам (ацильная связь).

Сбор, сушка, хранение сырья  по общим правилам для гликозидсодержащего сырья.

В растениях обычно содержится несколько близких по строению и свойствам гликозидов, разделение и идентификация которых до настоящего времени представляют собой сложную и не всегда разрешимую задачу.

Анализ сырья складывается из нескольких стадий: экстракция сапонинов из сырья, очистка полученного извлечения, разделение на индивидуальные компоненты.

Экстрагируют сапонины из сырья обычно полярными растворителями: метанолом и этанолом различной концентрации, водой, 0,9%-ным раствором натрия хлорида. Иногда сырье перед экстракцией обрабатывают петролейным эфиром, четыреххлористым углеродом, диэтиловым эфиром для разрушения нерастворимых в полярных растворителях комплексов сапонинов со стеринами, белками, фенольными соединениями.

Очистку полученных извлечений проводят различными способами, что зависит от структуры сапонинов. Полярные сапонины плохо растворимы в этиловом и метиловом спиртах, выпадают в осадок при охлаждении, длительном стоянии спиртового экстракта или при добавлении этанола. Гликозиды с небольшой углеводной цепочкой обычно плохо растворимы в воде и выпадают в осадок при разбавлении спиртовых экстрактов водой. Кислые тритерпеновые сапонины растворимы в водных растворах щелочей и выпадают в осадок при подкислении. Также из спиртовых растворов тритерпеновые сапонины можно осаждать диэтиловым эфиром, ацетоном, этилацетатом, иногда бутиловым и изоамиловым спиртами.

Полученную сумму сапонинов очищают повторным переосаждением от полярных сопутствующих веществ: моно- и олигосахаридов, фенольных соединений, органических кислот и др.

Ряд методов основан на способности сапонинов образовывать нерастворимые в воде или водном спирте соли с гидроксидом бария или ацетатом свинца и комплексы с холестерином, танинами, белками. Затем эти соли или комплексы разлагают.

Эти методы позволяют получить более чистую сумму сапонинов.

В настоящее время используют хроматографические методы очистки суммы сапонинов на оксиде алюминия, силикагеле, активированном угле или ионообменную хроматографию.

Для хроматографического разделения применяют различные системы растворителей: н-бутанол, уксусную кислоту, хлороформ, метанол, водный аммиак, н-пропиловый спирт и т.д. в различных соотношениях.

После предварительного хроматографического разделения их идентифицируют, обрабатывая хроматограммы кислотными реагентами (20%-ный раствор серной кислоты, п-диметиламинобензальдегид в 4 М хлористоводородной кислоте, 25%-ный раствор фосфорно-молибденовой кислоты, растворы трех- и пятихлористой сурьмы и др.) с последующим нагреванием при различной температуре. Сапонины образуют с этими реактивами ненасыщенные сопряженные соединения (полиены), окрашенные от розового до красно-фиолетового цвета в зависимости от характера реактива и структуры сапонина.

Для установления структуры сапонинов широко используют УФ-, ИК-, ПМР и масс-спектроскопию. Например, стероидные сапонины имеют характерные полосы поглощения при длинах волн 852, 900, 922, 987 см^-1 (ИК-спектроскопия).

Для обнаружения сапонинов в растительном сырье используют реакции, которые можно разделить на три группы: реакции, основанные на физических свойствах сапонинов; реакции, основанные на биологических свойствах; реакции, основанные на химических свойствах сапонинов.

Для проведения качественных реакций готовят водный настой 1:10 при нагревании на водяной бане. После охлаждения настой фильтруют. Для проведения реакции на пенообразование берут две пробирки, в одну добавляют 5 мл 0,1 моль/л HCl, в другую  5 мл 0,1 моль/л NaOH и сильно встряхивают. Если образуется стойкая пена в обеих пробирках или в пробирке с кислотой  это говорит о сапонинах тритерпеновых. Стероидные сапонины дают обильную, стойкую пену в щелочной среде. На биологических свойствах сапонинов основана реакция гемолиза с 2% взвесью эритроцитов в изотоническом растворе. Кровь становится прозрачной, ярко-красной. Но нужно иметь в виду, что не все сапонины образуют стойкую пену, вызывают гемолиз крови. Эти свойства могут проявлять некоторые эфирные масла, спирты, кислоты.

Из химических реакций можно использовать реакцию с 1% раствором холестерина (осадок), реакцию Лафона с концентрированной серной кислотой, содержащей следы 10% сернокислого железа (сине-зеленое окрашивание), с 10% раствором нитрата натрия и концентрированной серной кислотой (кроваво-красное окрашивание), реакцию Либермана-Бурхарда с уксусным ангидридом и концентрированной серной кислотой (быстро переходящая окраска от розовой до зеленой и синей). Эта реакция более специфична для стероидных сапонинов. Для отличия стероидных и тритерепеновых сапонинов можно использовать реакцию с ацетатом свинца. Тритерпеновые сапонины дают осадки со средним ацетатом свинца, стероидные  основным.

Стероидные сапонины от тритерпеновых можно отличить по реакции Санье: с 1%-ным раствором сурьмы треххлористой, концентрированной серной кислотой, содержащей уксусный ангидрид (желтое окрашивание).

Единого метода количественного определения сапонинов в сырье нет. использовавшиеся гравиметрические методы, основанные на образовании комплексов с гидроксидом бария, солями меди, свинца, холестерином, а также осаждении малополярными растворителями, дают завышенные результаты и малоспецифичны.

В настоящее время чаще используют физико-химические методы. Они основаны на сочетании хроматографического разделения сапонинов с последующим количественным определением их. Для этой цели используют чаще спектрофотометрические методы.

Суммарная фракция сапонинов, производных тритерпеновых кислот, может быть определена титриметрическими методами. Используются методы потенциометрического титрования (корни аралии маньчжурской), титрования в неводных средах, формольное титрование (глицирризиновая кислота и др.). Диосгенин в корневищах с корнями диоскореи дельтовидной определяют методом газовой хроматографии.

Ранее для количественной оценки сырья использовали определение гемолитического индекса и пенного числа. Гемолитический индекс  наименьшая концентрация извлечения из 1 г сырья или раствора чистого сапонина, которая вызывает гемолиз эритроцитов, содержащихся в 1 мл 1%-ного раствора дефибринированной крови барана. Извлечение готовится на изотоническом растворе. Для определения можно использовать кровь других животных, но для расчета поправочного коэффициента параллельно определяют гемолитический индекс со стандартным раствором сапонина (0,02%-ный раствор дигитонина).

Пенное число  наименьшая концентрация извлечения из 1 г сырья, при встряхивании которого в течение 15 с образуется пена, устойчивая в течение 15 мин.

Эти методы дают результаты, которые нельзя сравнивать, так как пенообразующие и гемолитические свойства не коррелируют друг с другом. Они не дают представления о процентном содержании сапонинов в сырье.

Сапонины обладают широким спектром фармакологического действия. Содержащие их препараты применяют как стимулирующие и тонизирующие средства (женьшень, аралия). Они оказывают противовоспалительное, регулирующее водно-солевой обмен, антиаллергическое (солодки), отхаркивающее, седативное, мочегонное, слабительное действия.

Сырье, содержащее сапонины, хранится по общему списку, сроки хранения индивидуальны для каждого вида сырья. При переработке сапонинсодержащего сырья следует принимать меры предосторожности, поскольку при вдыхании возможно возникновение аллергических реакций.