Zawartość selenu w roślinnych surowcach leczniczych i jego relacje

&ARM0RZEGL.AUK†
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33.†
:AWARTOu¿SELENUWROuLINNYCHSUROWCACHLECZNICZYCH
IJEGORELACJEZWYBRANYMIPIERWIASTKAMI
#ONTENTOFSELENIUMINMEDICINALPLANTRAWMATERIALS
ANDITSRELATIONWITHSELECTEDELEMENTS
"EATA5LEWICZ†-AGULSKA-AREK7ESOŒOWSKI
+ATEDRAI:AKŒAD#HEMII!NALITYCZNEJ
'DAÊSKI5NIWERSYTET-EDYCZNY
+IEROWNIK+ATEDRYI:AKŒADU0ROFDRHAB-AREK7ESOŒOWSKI
Streszczenie
Nieustające zainteresowanie roślinami leczniczymi jako
potencjalnymi lekami wspomagającymi powoduje, że
określenie w nich rodzaju i zawartości biogennych pierwiastków jest zagadnieniem ważnym i wciąż aktualnym.
Z tego względu celem pracy było rozpoznanie poziomu
selenu w roślinnych surowcach leczniczych z uwzględnieniem wpływu gatunku oraz organu rośliny na poziom
tego pierwiastka. Istotne było także określenie relacji pomiędzy zawartością selenu a wybranymi biopierwiastkami – miedzią, manganem, cynkiem i żelazem.
W wyniku przeprowadzonych analiz 148 roślinnych surowców leczniczych (ziół, liści, kwiatów, korzeni oraz
owoców i nasion), pochodzących od 44 gatunków roślin
stwierdzono, że ilość selenu w surowcach roślinnych waha
się w graniach od kilku do kilkunastu lub kilkudziesięciu
nanogramów w gramie suchej masy surowca. Zidentyfikowano kilka surowców, w których poziom selenu przekroczył 100 ng/g. Biorąc pod uwagę średnią zawartość selenu w poszczególnych grupach surowców stwierdzono,
że najwięcej zawierały go owoce i nasiona, a następnie
zioła, liście, kwiaty i korzenie.
Porównując średnią zawartość oznaczanych pierwiastków
w badanych surowcach stwierdzono, że w przypadku manganu, cynku i żelaza najbogatsze ich źródło stanowią liście i zioła,
najuboższe zaś owoce i nasiona. Najwyższe średnie stężenie
miedzi stwierdzono w kwiatach, natomiast zioła i liście charakteryzowały się niższą średnią zawartością tego pierwiastka.
Analiza korelacji wskazała na istnienie kilku par pierwiastków, które korelują w największym stopniu, tj. Cu-Zn
i Fe-Zn w owocach i nasionach, Mn-Zn w ziołach, FeCu w liściach oraz ujemną korelację Se-Cu w korzeniach.
Z kolei analiza głównych składowych (PCA) i analiza skupień (CA) umożliwiły identyfikację surowców roślinnych
o zbliżonym składzie pierwiastkowym. Skupienia tworzą
często surowce pochodzące z tego samego gatunku rośliny leczniczej, a także surowce pochodzące od gatunków
roślin należących do tej samej rodziny, jak np. liść jeżyny
i maliny.
Summary
The elemental composition of medicinal plants is now very
often an object of study. Because drugs of plant origin or
herbal species are now commonly used, they can been additional source of macro- and microelements in everyday
diet. The purpose of this study was to determine the content
and distribution of selenium in commercial plant raw materials used in medicine. Very important matter was also to
evaluate the relationship between levels of selenium and
copper, manganese, zinc and iron.
As the results of analysis of 148 samples of medicinal raw
plant materials (herbs, leaves, flowers, roots as well as fruits
and seeds), originating from 44 plant species, it was shown,
that the concentration of selenium in majority of samples
was determined in the range from several to several tens
of ng/g of dry plant weight. The raw materials in which the
content of selenium was above 100 ng/g were identified.
Comparing the average selenium level in individual groups
of plant materials it was possible to notice, that the highest
amounts of this element contained fruits and seeds, next
herbs, leaves, flowers and roots.
Comparing the average concentration of studied elements
it was found, that leaves and herbs contained the highest
amounts of manganese, zinc and iron, whereas in fruits and
seeds the lowest content of these elements was detected. In
the case of copper, the highest average concentration of this
element, in flowers was determined. The amounts of copper
detected in herbs and leave, were the lowest in comparison
with the other group of plant materials.
Statistically significant correlations between the following pairs
of metals: Cu-Zn, Fe-Zn in fruits and seeds, Mn-Zn in herbs, FeCu in leaves, were found. The negative linear correlations between Se-Cu in roots, Se-Mn in fruits and seeds, were observed.
Principal Component Analysis (PCA) and Cluster Analysis
(CA) were applied for interpretation of the results. It was found,
that raw materials originating from the same medicinal plant
species and from species which belong to the same taxonomic
family are frequently characterized by very similar elemental
composition (Rubi idaei Folium, Rubi fruticosi Folium).
Słowa kluczowe: selen, miedź, mangan, cynk, żelazo, roślinne surowce lecznicze, analiza głównych składowych,
analiza skupień
Key words: selenium, copper, manganese, zinc, iron, medicinal plant raw materials, principal component analysis,
cluster analysis
&ARM0RZEGL.AUK
'‚–|ª-J®RylR
- R–l-t¬ŸlŸuR |J¬
Rośliny lecznicze, tzw. „zioła” są stosowane w celach
Materiał do badań składał się z 148 roślinnych surowmedycznych od setek lat na całym świecie. Mimo olbrzy- ców leczniczych, takich jak zioła, liście, kwiaty, korzenie
miego tempa rozwoju nauki, a wraz nią wprowadzenia wielu oraz owoce i nasiona, pochodzących od 44 gatunków roślin.
nowych leków syntetycznych, tradycyjnie stosowane rośli- Analizowano surowce lecznicze uzyskano z firm: Herbapol
ny lecznicze w postaci ziół, mieszanek i tabletek ziołowych (Bydgoszcz, Kraków, Lublin i Łódź), Kawon (Gostyń), Bocieszą się niesłabnącą popularnością [1].
guccy (Kraków), Flos (Mokrsko), Herbalux (Warszawa),
Wymagania jakościowe stawiane surowcom zielarskim Herbalux-Bis (Warszawa) i Elanda (Rozprza). Badany mazebrane są w Polskich Normach i Normach Zakładowych, teriał roślinny zmineralizowano za pomocą energii mikrozgodnie z wymogami Farmakopei Polskiej. Obejmują one falowej, stosując mineralizator mikrofalowy UniCleverTM
parametry jakościowe cech organoleptycznych surowca, BM-1z, Plazmatronika, Wrocław oraz stężony kwas azotozawartość substancji biologicznie czynnych, zawartość do- wy(V).
Selen oznaczono metodą spektrofluorymetryczną, stomieszek oraz zanieczyszczeń, w tym zanieczyszczeń pozosując spektrometr Luminescence LS 50B, Perkin Elmer.
stałościami nawozów sztucznych [1-3].
W warunkach naturalnych obserwuje się duże zróżnico- W oznaczeniach wykorzystano barwną reakcję selenu(IV)
wanie w zawartości makro- i mikroelementów w zależności z 2,3-diaminonaftalenem (DAN). W wyniku tej reakcji
od gatunku, a nawet odmiany rośliny. Może ono wynikać tworzy się 4,5-benzopiazoselenol, dla którego wykonano
z zanieczyszczenia środowiska, właściwości i typu gleby, pomiar spektrofluorymetryczny przy fali wzbudzenia o dłuwarunków agro-klimatycznych, jak również jest związane gości 377 nm i emisji 522 nm. Ponieważ DAN wiąże się
z określoną częścią rośliny oraz jej stadium rozwojowym specyficznie z selenem na +4 stopniu utlenienia, konieczna
[4, 5]. Z kolei znajomość rozmieszczenia pierwiastków była ilościowa redukcja selenu w mineralizatach przeprowaw różnych gatunkach roślin może okazać się bardzo przydatna dzona przy użyciu stężonego kwasu solnego.
Pierwiastki metaliczne w badanym materiale roślinnym
w poszukiwaniu naturalnych źródeł mikro- i makroelementów potrzebnych organizmowi człowieka w codzien- po mineralizacji mikrofalowej oznaczono metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej, wykorzystując atomizację
nej diecie [2].
Dokonując przeglądu piśmiennictwa z ostatnich lat płomieniową (F-AAS).
Precyzję i odzysk użytych do oznaczeń metod sprawmożna zauważyć istotny wzrost zainteresowania selenem,
wynikający ze stwierdzenia jego ważnych funkcji fizjolo- dzono przy użyciu materiału referencyjnego Virginia Tabacgicznych, a także z faktu, że zarówno nadmiar jak i niedo- co Leaves (CTA-VTL-2, LGC Promochem) dla selenu, Tea
bór tego mikroelementu niekorzystnie wpływa na organizm Leaves (INCT-TL-1, LGC Promochem) dla miedzi i cynku
człowieka [6-9]. Podstawowym źródłem łatwo przyswajal- oraz Tomato Leaves (1573a, NIST) dla manganu i żelaza.
nego selenu dla człowieka jest pożywienie, zarówno pocho- Średni odzysk dla selenu wyniósł 75,4 %, natomiast dla medzenia roślinnego, jak i zwierzęcego. Zawartość selenu tali od 99,4 % do 117,2 %.
w wielu produktach żywnościowych została określona, pozostaje natomiast problem rozpoznania zawartości selenu '¬ylplŸlŸJ¬˜p¥˜ow roślinach i pozyskiwanych z nich surowcach leczniczych
[6, 10, 11].
W wyniku przeprowadzonych oznaczeń stwierdzono, że
Z uwagi na nieustające zainteresowanie roślinami ilość selenu w surowcach roślinnych waha się w graniach
leczniczymi jako potencjalnymi lekami wspomagający- od kilku do kilkunastu lub kilkudziesięciu nanogramów
mi, określenie w nich rodzaju i zawartości biogennych w gramie suchej masy surowca. Stwierdzono także występierwiastków jest zagadnieniem ważnym i wciąż aktual- powanie kilku surowców, w których poziom selenu przekronym. Z tego względu zasadniczym
celem pracy było oznaczenie za- 240
wartości selenu oraz miedzi, man- 220
ganu, cynku i żelaza w dostępnych 200
w Polsce roślinnych surowcach 180
160
leczniczych oraz określenie wpły- 140
wu organu rośliny, z którego suro- 120
wiec został pozyskany, na poziom 100
80
oznaczanych pierwiastków. Istotne
60
było także porównanie zawartości
M ediana
40
oznaczanych pierwiastków w su25%-75%
20
rowcach pochodzących od tego saZakres nieodstających
0
mego gatunku rośliny, pozyskanych -20
Odstające
Zioła
Kwiaty
Owoce
z różnych zakładów zielarskich,
Ekstremalne
Liście
Korzenie
jak również określenie relacji pomiędzy zawartością analizowanych Ryc. 1. Zawartość selenu w poszczególnych grupach surowców leczniczych. W obliczeniach
pierwiastków w badanych grupach nie uwzględniono jednej próbki liścia podbiału z uwagi na skrajnie wysoką zawartość selenu
w tym surowcu (623,80 ng/g s.m. surowca)
surowców.
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33.†
czył 100 ng/g, tj. liść podbiału (w czterech analizowanych
surowcach oznaczono selen w ilości, odpowiednio 623,80;
201,77; 142,53 i 108,42 ng/g), korzeń cykorii podróżnik
(analizowano dwa surowce zawierające 152,89 i 130,93 ng
Se/g próbki) oraz ziele skrzypu zawierające 133,74 ng Se/g
s.m. surowca. Wysokie stężenie selenu oznaczono także
w zielu majeranku i owocu głogu.
Zawartość selenu w poszczególnych grupach surowców
jest do siebie zbliżona, po wyłączeniu próbek o skrajnie wysokim stężeniu selenu, które występowały w każdej grupie
surowców, z wyjątkiem kwiatów. Biorąc pod uwagę średnie
stężenie selenu w kolejnych grupach surowców roślinnych,
z wyłączeniem tylko jednej próbki o niezwykle wysokiej
zawartości selenu, można uszeregować je w następującej
kolejności: owoce i nasiona, zioła i liście, kwiaty oraz korzenie. Zilustrowano to na Rys. 1.
Największą średnią zawartością selenu w badanych surowcach charakteryzują się owoce i nasiona (32,08 ng/g).
Wśród nich wysokie stężenie selenu stwierdzono w owocu
głogu pochodzącym z firmy Herbapol (Bydgoszcz). Wynosi
ono 76,88 ng/g i jest wyższe w porównaniu z wartościami
dla pozostałych próbek tego surowca. Wysoką zawartość selenu prezentują także nasiona lnu 68,32 ng/g i 50,00 ng/g.
Bogatym źródłem selenu są również zioła (średnia zawartość 22,93 ng/g). W grupie tej wysokie stężenie selenu wykryto w zielu skrzypu (Kawon, Gostyń), wynoszące
133,74 ng/g. Wysoką zawartość selenu prezentują także
próbki ziela majeranku, 63,04 ng/g i 86,16 ng/g. Istotnym
źródłem selenu są także próbki ziela macierzanki o zawartości odpowiednio 44,91; 39,40 i 47,85 ng/g.
Rozpatrując zawartość selenu w grupie liści można
stwierdzić, że w przypadku większości próbek stężenie
oznaczanego pierwiastka waha się w granicach od 15 do
25 ng/g suchej masy surowca przy wartości średniej rzędu
21,92 ng/g. W grupie tej występuje próbka o najwyższej zawartości selenu wśród wszystkich oznaczanych surowców
leczniczych, jest nią liść podbiału (Kawon, Gostyń). Zawiera on 623,80 ng Se/g s.m., przy czym ilość tego pierwiastka w pozostałych próbkach tego samego surowca jest już
niższa.
Porównując stężenie selenu w surowcach pochodzących
od tego samego gatunku rośliny leczniczej, ale uzyskanych
z różnych zakładów zielarskich, zaobserwowano zróżnicowanie w zawartości oznaczanego pierwiastka w zależności od producenta, czego przykładem jest ziele majeranku
i krwawnika. Stwierdzono także różnice w zawartości selenu w obrębie próbek pochodzących od tego samego producenta. Zauważono ponadto, że próbki surowców pochodzących z zakładu zielarskiego Kawon (Gostyń) charakteryzują
się wyższą zawartością selenu w porównaniu z surowcami
pochodzącymi z firmy Boguccy (Kraków) i Herbapol (Bydgoszcz).
Rozpatrując zawartość miedzi w analizowanych surowcach leczniczych stwierdzono, że waha się ona w granicach
od kilku do kilkunastu μg w gramie suchej masy surowca.
Najwyższą średnią zawartością miedzi wśród badanych surowców charakteryzują się kwiaty, 11,37 μg/g s.m. surowca,
następnie korzenie, owoce i nasiona oraz zioła, a najmniejszą jego ilość zawierają liście 7,05 μg/g.
Przeprowadzone oznaczenia wykazały, że w porów-
naniu z pozostałymi pierwiastkami, zawartość manganu
w badanych próbkach jest wysoka. Ilość tego pierwiastka
w kolejnych grupach surowców jest różna i wykazuje duże
zróżnicowanie w zawartości w obrębie danej grupy. Najzasobniejsze w mangan są liście (137,26 μg/g s.m.), bogatym
źródłem tego pierwiastka są również zioła (97,46 μg/g s.m.).
Stwierdzono ponadto, że korzenie, owoce i nasiona stanowią ubogie źródło manganu.
Analiza wyników oznaczeń cynku w badanych surowcach roślinnych wykazała, że zawartość tego pierwiastka
oscyluje w granicach od kilku do kilkunastu lub kilkudziesięciu μg w gramie suchej masy surowca, jak również, że
poza nielicznymi wyjątkami, jego ilość w ziołach (44,82
μg/g) i liściach (41,61 μg/g) jest średnio o połowę wyższa
niż w pozostałych surowcach. Interesujące pod względem
zawartości cynku są również korzenie. Pomimo tego, że
średni poziom oznaczanego mikroelementu w korzeniach
wynosi 29,18 μg/g, wykryto duży rozrzut w zawartości
cynku w poszczególnych surowcach. Podobnie jak w przypadku manganu, najmniej cynku zawierają kwiaty, owoce
i nasiona.
Zawartość żelaza w badanym materiale kształtuje się na
poziomie od 101,30 μg/g s.m. w owocach i nasionach do
451,43 μg/g s.m. w liściach. Oprócz liści, duże ilości żelaza wykryto także w korzeniach (447,27 μg/g s.m.). Owoce
i nasiona, podobnie jak w przypadku manganu i cynku, stanowią najuboższe źródło omawianego pierwiastka.
Zastosowanie analizy korelacji pozwoliło stwierdzić
występowanie wprost i odwrotnie proporcjonalnych zależności między oznaczanymi pierwiastkami, określanych
jako dodatnie i ujemne korelacje. W grupie ziół zanotowano dodatnią korelację pomiędzy Cu i Mn, Fe i Cu oraz Mn
i Zn. Wśród liści stwierdzono trzy korelacje dodatnie i jedną
ujemną. Dodatnie korelacje występowały pomiędzy parami
pierwiastków Mn-Zn i Fe-Zn, natomiast korelację o wysokiej wartości współczynnika r reprezentowała para Fe-Cu.
Ujemna korelacja występowała natomiast w parze Fe-Mn.
W grupie kwiatów i korzeni zaobserwowano korelacje
dodatnie w parach Mn-Zn (kwiaty) i Fe-Cu (korzenie). Ponadto w analizowanej grupie owoców i nasion zanotowano
bardzo wysoką korelację pomiędzy Cu i Zn, wysoką między
Fe i Zn oraz korelację o niskiej wartości współczynnika r
w parze pierwiastków Fe-Cu. Dwie ujemne korelacje stwierdzono w parach Se-Cu (korzenie) oraz Se-Mn (owoce i nasiona).
Zastosowanie technik eksploracji danych – analizy
głównych składowych oraz analizy skupień pozwoliło na
wyodrębnienie surowców o zbliżonym składzie pierwiastkowym. Stwierdzono, że skupienia tworzą często surowce
pochodzące z tego samego gatunku rośliny leczniczej oraz
surowce pochodzące z gatunków roślin należących do tej
samej rodziny botanicznej, np. liść maliny i jeżyny.
Analizę skupień zastosowano również do analizy relacji
między pierwiastkami w poszczególnych grupach roślinnych surowców leczniczych. Interpretacja wyników obliczeń przeprowadzonych techniką analizy skupień dowiodła,
że można je potraktować jako uzupełnienie i potwierdzenie
wyników analizy korelacji. Skupienia utworzone na najniższym poziomie wiązań opisywały często pary pierwiastków
o wysokiej wartości współczynnika korelacji.
&ARM0RZEGL.AUK
|J˜¥u|ª-ylR
Piśmiennictwo
Przeprowadzone badania dostarczyły cennych danych
odnośnie zawartości selenu w stosowanych w lecznictwie
roślinnych surowcach leczniczych. Z uwagi na niski poziom
tego biopierwiastka w materiale roślinnym oraz pracochłonną procedurę analityczną, w literaturze naukowej odczuwa
się brak szerszych opracowań na temat rozmieszczenia selenu w materiale roślinnym. Badania uzupełniły również
wiedzę o zawartości wybranych biopierwiastków (miedź,
mangan, cynk, żelazo), w dostępnych w Polsce surowcach,
pochodzących od tych samych oraz różnych gatunków roślin leczniczych.
Istotnym elementem pracy jest ponadto określenie wpływu organu rośliny, z którego surowiec został pozyskany
na poziom oznaczanego pierwiastka, i w związku z tym
identyfikacja surowców leczniczych oraz grup surowców
szczególnie bogatych w selen i oznaczane mikroelementy.
Ważnym elementem badań jest również identyfikacja wzajemnych relacji pomiędzy zawartością analizowanych pierwiastków.
Pełną interpretację uzyskanych danych zapewniły wielowymiarowe metody analizy statystycznej (analiza głównych
składowych i analiza skupień), umożliwiając optymalizację
danych pomiarowych oraz identyfikację niezależnych źródeł zmienności w zawartości selenu i pierwiastków metalicznych w badanych surowcach.
1. Kalny P. i wsp., Determination of selected microelements
in polish herbs and their infusions, Sci. Total Environ.,
2007, 381, 99-104
2. Leśniewicz A. i wsp., Macro- and micro-nutrients and
their bioavailability in polish herbal medicaments, Food
Chem., 2006, 99, 670-679
3. Kordana T., Wymagania jakościowe stawiane surowcom
zielarskim przez przemysł, Wiad. Ziel., 2002, 12, 1-3
4. Ražic S. i wsp., Determination of metal content in some
herbal drugs - Empirical and chemometric approach, Talanta, 2005, 67, 233-239
5. Smrkolj P., Stibilj V., Determination of selenium in
vegetables by hydride generation atomic fluorescence
spectrometry, Anal. Chim. Acta, 2004, 512, 11-17
6. Ferri T., Favero G., Frasconi, M., Selenium speciation
in foods: preliminary results on potatoes, Microchem. J.,
2007, 85, 222-227
7. Pappa E.C., Pappas A.C., Surai P.F., Selenium content in
selected foods from the Greek market and estimation of
the daily intake, Sci. Total Environ., 2006, 372, 100-108
8. Pezzarossa B. i wsp., Absorption of selenium by Lactuca
sativa as affected by carboxymethylcellulose, Chemosphere, 2007, 67, 322-329
9. Reid M.E. i wsp., A report of high-dose selenium supplementation: response and toxicities, J. Trace Elem. Med.
Biol., 2004, 18, 69-74
10. Mazej D. i wsp., Determination of selenium species in
plant leaves by HPLC-UV-HG-AFS, Talanta, 2006, 68,
558-568
11. Smrkolj P. i wsp., Selenium content in selected Slovenian foodstuffs and estimated daily intakes of selenium,
Food Chem., 2005, 90, 691-697
Adres do korespondencji:
Marek Wesołowski
Al. Gen. J. Hallera 107,
80-416 Gdańsk
tel. 058-349-31-20
e-mail: [email protected]