booltБюллетень Государственного Никитского ботанического садаBulletin of the State Nikitsky Botanical Gardens0513-1634Federal State Funded Institution of Science “The Labour Red Banner Order Nikitsky Botanical Gardens – National scientific Center of the RAS”boolt-899Research ArticleЭФИРОМАСЛИЧНЫЕ И ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ. ФИТОРЕАБИЛИТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКАЭФИРОМАСЛИЧНЫЕ И ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ. ФИТОРЕАБИЛИТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКАИзучение кинетики ультразвуковой экстракции биологически активных соединений из сырья Thymus vulgaris L. В водно-спиртовой средеStudy the kinetics of ultrasonic extraction of biologically active compounds from raw materials of Thymus vulgaris L. in an aqueous-alcoholic environmentЦветовН. С.TsvetovN. S.

Никита Сергеевич Цветов 

184209, Мурманская область, г. Апатиты ул. Ферсмана, д.14 

СередаЛ. Н.SeredaL. N.

Лидия Николаевна Середа 

184209, Мурманская область, г. Апатиты ул. Ферсмана, д.14 

l.sereda@ksc.ruПалийА. Е.PaliyA. E.

Анфиса Евгеньевна Палий 

298648, Республика Крым, г. Ялта, пгт. Никита, Никитский спуск, 52 

onlabor@yandex.ruШевчукО. М.ShevchukO. M.

Оксана Михайловна Шевчук 

298648, Республика Крым, г. Ялта, пгт. Никита, Никитский спуск, 52 

oksana_shevchuk1970@mail.ruФедеральный Исследовательский Центр «Кольский Научный Центр» РАНRussian FederationНикитский ботанический сад – Национальный научный центр РАНRussian Federation20242401202511538896Copyright © Цветов Н.С., Середа Л.Н., Палий А.Е., Шевчук О.М., 20252025Цветов Н.С., Середа Л.Н., Палий А.Е., Шевчук О.М.Tsvetov N.S., Sereda L.N., Paliy A.E., Shevchuk O.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://boolt.elpub.ru/jour/article/view/899

Изучение кинетики технологического процесса экстракции крайне необходимо в технологии переработки растительного сырья. Основными подходами математического описания получаемых результатов, являются моделирование массопереноса в соответствии со вторым законом Фика с вычисление коэффициентов диффузии и аппроксимация кинетических зависимостей уравнениями кинетики псевдо-реакции второго порядка. Тимьян обыкновенный (Thymus vulgaris L.) – многолетний, эфиромасличный полукустарник, произрастающий по всему миру, является перспективным источником флавоноидов и полифенольных кислот, обуславливающих его терапевтические свойства. Целью работы являлось изучение кинетики ультразвуковой экстракции биологически активных соединений в водноспиртовой среде из надземной массы тимьяна. Экстракты получены методом ультразвуковой экстракции. Общее содержание полифенолов определялось по реакции с реактивом Фолина-Чокалтеу, флавоноидов – по реакции комплексообразования с хлоридом алюминия, содержание хлорогеновой, феруловой и бензойной кислот – методом ВЭЖХ. Экспериментальные данные аппроксимированы уравнением реакции второго порядка. Установлены кинетические параметры процесса извлечения целевых соединений. Результаты исследования могут быть использованы при оптимизации процессов ультразвуковой экстракции фитокомпонентов из сырья представителей рода Thymus L. и применены в фармацевтической, косметологической и пищевой промышленности.

The study of the kinetics of the extraction process is extremely necessary in the technology of processing plant raw materials. The main approaches to the mathematical description of the results obtained are the modeling of mass transfer in accordance with Fick's second law with the calculation of diffusion coefficients and the approximation of kinetic dependencies by equations of the kinetics of a pseudo-reaction of the second order. Thyme (Thymus vulgaris L.) is a perennial, essential oil semi-shrub growing all over the world, is a promising source of flavonoids and polyphenolic acids, which determine its therapeutic properties. The aim of the work was to study the kinetics of ultrasonic extraction of biologically active compounds in an aqueous alcohol medium from the herb Thymus vulgaris L. Extracts were obtained by ultrasonic extraction. The total content of polyphenols was determined by reaction with Folin-Ciocalteau reagent, flavonoids by complexation reaction with aluminum chloride, the content of chlorogenic, ferulic and benzoic acids by HPLC method. The experimental data are approximated by a second-order reaction equation. The kinetic parameters of the extraction process of the target compounds have been established. The results of the study can be used to optimize the processes of ultrasonic extraction of phytocomponents from herbs of the genus Thymus L. and are used in the pharmaceutical, cosmetology and food industries.

Thymus vulgaris L.ультразвуковая экстракциякинетические параметрыфлавоноидыполифенольные кислотыThymus vulgaris L.ultrasound-assisted extractionkinetic parametersflavonoidspolyphenolic acidsdry subtropicsРабота выполнена в рамках государственного задания ННЦ-НБС РАН № FNNS-2024-0009 и ФИЦ КНЦ РАН № FMEZ-2023-0012.ReferencesБейдеман И.Н. Методика фенологических наблюдений при геоботанических исследованиях. – М.-Л.: «Изд-во Акад. наук СССР», 1954. – с. 130Бейдеман И.Н. Методика фенологических наблюдений при геоботанических исследованиях. – М.-Л.: «Изд-во Акад. наук СССР», 1954. – с. 130Государственная Фармакопея Российской Федерации ХIV изд., 2018. – [Электронный ресурс] – URL: http://resource.rucml.ru/feml/pharmacopia/14_2/HTML/517/index.htmlГосударственная Фармакопея Российской Федерации ХIV изд., 2018. – [Электронный ресурс] – URL: http://resource.rucml.ru/feml/pharmacopia/14_2/HTML/517/index.htmlСереда Л.Н., Цветов Н.С. Оптимизация метода ультразвуковой экстракции биологически активных соединений водно-спиртовой смесью из плодов Vaccinium vitisidaea L., произрастающей на Кольском полуострове // Химия растительного сырья. – 2024. – №1. – С. 292-300. DOI: 10.14258/jcprm.20240113108Середа Л.Н., Цветов Н.С. Оптимизация метода ультразвуковой экстракции биологически активных соединений водно-спиртовой смесью из плодов Vaccinium vitisidaea L., произрастающей на Кольском полуострове // Химия растительного сырья. – 2024. – №1. – С. 292-300. DOI: 10.14258/jcprm.20240113108Anwar F., Mahrye, Khan R., Qadir R., Saadi S., Gruczynska-Sekowska E., Saari N., Brishti F.H. Exploring the Biochemical and Nutra‐Pharmaceutical Prospects of Some Thymus Species–A Review // Chemistry & Biodiversity. – 2024. – Vol. 21(7). – P. e202400500. DOI: 10.1002/cbdv.202400500Anwar F., Mahrye, Khan R., Qadir R., Saadi S., Gruczynska-Sekowska E., Saari N., Brishti F.H. Exploring the Biochemical and Nutra‐Pharmaceutical Prospects of Some Thymus Species–A Review // Chemistry & Biodiversity. – 2024. – Vol. 21(7). – P. e202400500. DOI: 10.1002/cbdv.202400500Apostolakis A., Grigorakis S., Makris D.P. Optimisation and comparative kinetics study of polyphenol extraction from olive leaves (Olea europaea) using heated water/glycerol mixtures // Separation and Purification Technology. – 2014. – Vol. 128. – P. 89-95. DOI: 10.1016/j.seppur.2014.03.010Apostolakis A., Grigorakis S., Makris D.P. Optimisation and comparative kinetics study of polyphenol extraction from olive leaves (Olea europaea) using heated water/glycerol mixtures // Separation and Purification Technology. – 2014. – Vol. 128. – P. 89-95. DOI: 10.1016/j.seppur.2014.03.010Cavdarova M., Makris D. P. Extraction kinetics of phenolics from carob (Ceratonia siliqua L.) kibbles using environmentally benign solvents // Waste and Biomass Valorization. – 2014. – Vol. 5. – P. 773-779. DOI: 10.1007/s12649-014-9298-3Cavdarova M., Makris D. P. Extraction kinetics of phenolics from carob (Ceratonia siliqua L.) kibbles using environmentally benign solvents // Waste and Biomass Valorization. – 2014. – Vol. 5. – P. 773-779. DOI: 10.1007/s12649-014-9298-3Chan C.H., Yusoff R., Ngoh G C. Modeling and kinetics study of conventional and assisted batch solvent extraction // Chemical engineering research and design. – 2014. – Vol. 92(6). – P. 1169-1186. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.10.001Chan C.H., Yusoff R., Ngoh G C. Modeling and kinetics study of conventional and assisted batch solvent extraction // Chemical engineering research and design. – 2014. – Vol. 92(6). – P. 1169-1186. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.10.001Harouna-Oumarou H.A. Fauduet H., Porte C., Ho Y.S. Comparison of kinetic models for the aqueous solid-liquid extraction of Tilia sapwood in a continuous stirred tank reactor // Chemical Engineering Communications. – 2007. – Vol. 194(4). – P. 537-552. DOI: 10.1080/00986440600992511Harouna-Oumarou H.A. Fauduet H., Porte C., Ho Y.S. Comparison of kinetic models for the aqueous solid-liquid extraction of Tilia sapwood in a continuous stirred tank reactor // Chemical Engineering Communications. – 2007. – Vol. 194(4). – P. 537-552. DOI: 10.1080/00986440600992511Ho Y.S., Harouna-Oumarou H.A., Fauduet H., Porte C. Kinetics and model building of leaching of water-soluble compounds of Tilia sapwood // Separation and Purification Technology. – 2005. – Vol. 45 (3). – P. 169-173. DOI: 10.1016/j.seppur.2005.03.007Ho Y.S., Harouna-Oumarou H.A., Fauduet H., Porte C. Kinetics and model building of leaching of water-soluble compounds of Tilia sapwood // Separation and Purification Technology. – 2005. – Vol. 45 (3). – P. 169-173. DOI: 10.1016/j.seppur.2005.03.007Karageorgou I., Grigorakis S., Lalas S., Makris D.P. Enhanced extraction of antioxidant polyphenols from Moringa oleifera Lam. leaves using a biomolecule-based lowtransition temperature mixture // European food research and technology. – 2017. – Vol. 243. – P. 1839-1848. DOI: 10.1007/s00217-017-2887-1Karageorgou I., Grigorakis S., Lalas S., Makris D.P. Enhanced extraction of antioxidant polyphenols from Moringa oleifera Lam. leaves using a biomolecule-based lowtransition temperature mixture // European food research and technology. – 2017. – Vol. 243. – P. 1839-1848. DOI: 10.1007/s00217-017-2887-1Karakashov B., Grigorakis S., Loupassaki S., Mourtzinos I., Makris D.P. Optimisation of organic solvent-free polyphenol extraction from Hypericum triquetrifolium Turra using Box–Behnken experimental design and kinetics // International Journal of Industrial Chemistry. – 2015. – Vol. 6. – P. 85-92. DOI: 10.1007/s40090-015-0034-zKarakashov B., Grigorakis S., Loupassaki S., Mourtzinos I., Makris D.P. Optimisation of organic solvent-free polyphenol extraction from Hypericum triquetrifolium Turra using Box–Behnken experimental design and kinetics // International Journal of Industrial Chemistry. – 2015. – Vol. 6. – P. 85-92. DOI: 10.1007/s40090-015-0034-zMeier U. Growth stages of mono- and dicotyledonous plants BBCH. – Quedlinburg, 2018. – p. 204. DOI: 10.5073/20180906-074619Meier U. Growth stages of mono- and dicotyledonous plants BBCH. – Quedlinburg, 2018. – p. 204. DOI: 10.5073/20180906-074619Paleologou I., Vasiliou A., Grigorakis S., Makris D.P. Optimisation of a green ultrasound-assisted extraction process for potato peel (Solanum tuberosum) polyphenols using bio-solvents and response surface methodology // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2016. – Vol. 6. – P. 289-299. DOI: 10.1007/s13399-015-0181-7Paleologou I., Vasiliou A., Grigorakis S., Makris D.P. Optimisation of a green ultrasound-assisted extraction process for potato peel (Solanum tuberosum) polyphenols using bio-solvents and response surface methodology // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2016. – Vol. 6. – P. 289-299. DOI: 10.1007/s13399-015-0181-7Patil S.M., Ramu R., Shirahatti P.S., Shivamallu C., Amachawadi R.G. A systematic review on ethnopharmacology, phytochemistry and pharmacological aspects of Thymus vulgaris Linn // Heliyon. – 2021. – Vol. 7(5). DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.Patil S.M., Ramu R., Shirahatti P.S., Shivamallu C., Amachawadi R.G. A systematic review on ethnopharmacology, phytochemistry and pharmacological aspects of Thymus vulgaris Linn // Heliyon. – 2021. – Vol. 7(5). DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Solid–liquid extraction of protopine from Fumaria officinalis L. – analysis determination, kinetic reaction and model building // Separation and Purification Technology. – 2007. – Vol. 54(2). – P. 253- 261. DOI: 10.1016/j.seppur.2006.09.015Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Solid–liquid extraction of protopine from Fumaria officinalis L. – analysis determination, kinetic reaction and model building // Separation and Purification Technology. – 2007. – Vol. 54(2). – P. 253- 261. DOI: 10.1016/j.seppur.2006.09.015Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Solid–liquid extraction of protopine from Fumaria officinalis L. – Kinetic modelling of influential parameters // Industrial crops and products. – 2009. – Vol. 29 (2-3). – P. 516-523. DOI:10.1016/j.indcrop.2008.10.001Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Solid–liquid extraction of protopine from Fumaria officinalis L. – Kinetic modelling of influential parameters // Industrial crops and products. – 2009. – Vol. 29 (2-3). – P. 516-523. DOI:10.1016/j.indcrop.2008.10.001Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Estimation of effective diffusion and transfer rate during the protopine extraction process from Fumaria officinalis L // Separation and Purification Technology. – 2010. – Vol. 76(2). – P. 126-131. DOI: 10.1016/j.seppur.2010.09.030Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.L., Porte C., Fauduet H. Estimation of effective diffusion and transfer rate during the protopine extraction process from Fumaria officinalis L // Separation and Purification Technology. – 2010. – Vol. 76(2). – P. 126-131. DOI: 10.1016/j.seppur.2010.09.030Seikova I., Simeonov E., Ivanova E. Protein leaching from tomato seed – experimental kinetics and prediction of effective diffusivity // Journal of Food Engineering. – 2004. – Vol. 61(2). – P. 165-171. DOI: 10.1016/S0260-8774(03)00083-9Seikova I., Simeonov E., Ivanova E. Protein leaching from tomato seed – experimental kinetics and prediction of effective diffusivity // Journal of Food Engineering. – 2004. – Vol. 61(2). – P. 165-171. DOI: 10.1016/S0260-8774(03)00083-9Shehata E., Grigorakis S., Loupassaki S., Makris D.P. Extraction optimisation using water/glycerol for the efficient recovery of polyphenolic antioxidants from two Artemisia species // Separation and Purification Technology. – 2015. – Vol. 149. – P. 462-469. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.06.017Shehata E., Grigorakis S., Loupassaki S., Makris D.P. Extraction optimisation using water/glycerol for the efficient recovery of polyphenolic antioxidants from two Artemisia species // Separation and Purification Technology. – 2015. – Vol. 149. – P. 462-469. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.06.017Simeonov E., Tsibranska I., Minchev A. Solid-liquid extraction from plantsexperimental kinetics and modelling // Chemical Engineering Journal. – 1999. – Vol. 73(3). – P. 255-259. DOI: 10.1016/S1385-8947(99)00030-3Simeonov E., Tsibranska I., Minchev A. Solid-liquid extraction from plantsexperimental kinetics and modelling // Chemical Engineering Journal. – 1999. – Vol. 73(3). – P. 255-259. DOI: 10.1016/S1385-8947(99)00030-3Stahl-Biskup E., Venskutonis R.P. Thyme // Handbook of herbs and spices. – 2012. – Vol. 1. – P. 499-525. DOI: 10.1533/9780857095671.499Stahl-Biskup E., Venskutonis R.P. Thyme // Handbook of herbs and spices. – 2012. – Vol. 1. – P. 499-525. DOI: 10.1533/9780857095671.499Tzima K., Kallithraka S., Kotseridis Y., Makris D.P. Kinetic modelling for flavanol extraction from red grape (Vitis vinifera L.) pomace using aqueous organic acid solutions // International Food Research Journal. – 2014. – Vol. 21 (5). – Р. 1919-1924Tzima K., Kallithraka S., Kotseridis Y., Makris D.P. Kinetic modelling for flavanol extraction from red grape (Vitis vinifera L.) pomace using aqueous organic acid solutions // International Food Research Journal. – 2014. – Vol. 21 (5). – Р. 1919-1924Wongkittipong R., Prat L., Damronglerd S., Gourdon C. Solid-liquid extraction of andrographolide from plants – experimental study, kinetic reaction and model // Separation and Purification Technology. – 2004. – Vol. 40(2). – P. 147-154. DOI: 10.1016/j.seppur.2004.02.002Wongkittipong R., Prat L., Damronglerd S., Gourdon C. Solid-liquid extraction of andrographolide from plants – experimental study, kinetic reaction and model // Separation and Purification Technology. – 2004. – Vol. 40(2). – P. 147-154. DOI: 10.1016/j.seppur.2004.02.002

The authors declare that there are no conflicts of interest present.