Συγκριτική μελέτη των χημικών συστατικών φυτικών ειδών του γένους Sideritis L. (S.scardica, S.perfoliata, S.raeseri)

Abstract

Συγκριτική μελέτη των χημικών συστατικών φυτικών ειδών του γένους Sideritis L. (S. scardica, S. perfoliata, S. raeseri) Κωνσταντίνος Μιχαήλ Ι. Γάκης Η παρούσα μελέτη είχε ως σκοπό την ανάλυση και τη συγκριτική μελέτη του χημικού προφίλ (αιθέριο έλαιο, υδρομεθανολικά εκχυλίσματα) των Sideritis scardica, Sideritis perfoliata και Sideritis raeseri. Παράλληλα, επιχειρήθηκε να διαπιστωθεί εάν η φαινοτυπική παραλλακτικότητα μεταξύ δύο εξεταζόμενων δειγμάτων Sideritis perfoliata (Α και Β) συνδυάζεται με διακριτό χημικό προφίλ. Στο πλαίσιο αυτό, το αιθέριο έλαιο από τη δρόγη των πληθυσμών αυτών παραλήφθηκε με υδροαπόσταξη και αναλύθηκε με χρήση τεχνικών GC-MS. Για τη μελέτη των μη πτητικών συστατικών, φυτικά εκχυλίσματα (USAE, ΜeΟΗ : Η2Ο 70 : 30) αναλύθηκαν με χρήση τεχνικών HPLC-DAD και LC-MS. Παράλληλα, οι εξεταζόμενοι πληθυσμοί μελετήθηκαν συγκριτικά αξιοποιώντας την υπέρυθρη φασματοσκοπία με μετασχηματισμό Fourier (DRIFTS, ATR), ενώ για την περαιτέρω ανάλυση των πειραματικών δεδομένων εφαρμόστηκαν μέθοδοι πολυμεταβλητής χημειομετρικής ανάλυσης (Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών, Ανάλυση Συστάδων). Σε ότι αφορά στην απόδοση σε αιθέριο έλαιο, το σύνολο των πληθυσμών παρουσιάζει ιδιαίτερα χαμηλές τιμές, με τα Sideritis perfoliata A και Sideritis perfoliata B, ωστόσο, να εμφανίζουν σχεδόν διπλάσιες αποδόσεις από τα Sideritis scardica και Sideritis raeseri. Σχετικά με τη σύσταση του αιθερίου ελαίου, στο Sideritis perfoliata A κυριαρχούν οι μονοτερπενικοί και σεσκιτερπενικοί υδρογονάνθρακες, με κυρίαρχα συστατικά το α-πινένιο, το cis-καλαμενένιο και το γ-γουργουνένιο. Αντίθετα, στον πληθυσμό Sideritis perfoliata Β κυριαρχούν τα μη οξυγονούχα σεσκιτερπένια (Ζ- καρυοφυλλένιο, cis-καλαμενένιο, δικυκλογερμακρένιο). Τα μη οξυγονούχα μονοτερπένια και σεσκιτερπένια παρουσιάστηκαν ως κυρίαρχα συστατικά στο αιθέριο έλαιο του Sideritis raeseri (Ζ-καρυοφυλλένιο, δικυκλογερμακρένιο, α- και β- πινένιο). Το αιθέριο έλαιο του Sideritis scardica παρουσίασε διακριτή εικόνα από τους υπόλοιπους τρεις πληθυσμούς, με κυρίαρχα συστατικά το 2E-οξικό δωδεκακενύλιο και το δεκανοϊκό οξύ και χαμηλά ποσοστά μονο- και σεσκιτερπένιων. Τα υδρομεθανολικά εκχυλίσματα των τεσσάρων εξεταζόμενων πληθυσμών βρέθηκαν να περιέχουν, μεταξύ άλλων, παράγωγα υδροκιναμικού οξέος, γλυκοζίτες φαινυλαιθανοειδών, καθώς και γλυκοζίτες και ακετυλογλυκοζίτες φλαβονοειδών. Στο 8 Sideritis perfoliata A, όπως και στο Sideritis raeseri, κύριο συστατικό ήταν ο 7-Ο- [6΄΄΄-Ο-ακετυλο]-αλλοσυλο(1→2) γλυκοζίτης της ισοσκουτελαρεΐνης, ακολουθούμενος από το βερμπασκοζίτη. Στο Sideritis perfoliata Β κυριαρχούν ο 7-Ο- [6΄΄΄-Ο-ακετυλο]-αλλοσυλο(1→2) γλυκοζίτης της 4΄-Ο-μεθυλοϊσοσκουτελαρεΐνης, ακολουθούμενος από τις δύο ενώσεις που ανιχνεύθηκαν στο Sideritis perfoliata A. Οι δύο αυτές ενώσεις είναι κυρίαρχες και στο εκχύλισμα του Sideritis scardica, από κοινού με τον 7-Ο-[6΄΄΄-Ο-ακετυλο]-αλλοσυλο(1→2)-[6''-Ο-ακετυλο]-γλυκοζίτη της ισοσκουτελαρεΐνης. Σε ότι αφορά στη συγκριτική φασματοσκοπική μελέτη των πληθυσμών βάσει της υπέρυθρης φασματοσκοπίας, δεν ήταν επιτυχής η διάκριση μεταξύ τους βάσει των φασμάτων DRIFTS τόσο του αρχικού φυτικού υλικού, όσο και αυτού μετά την υδροαπόσταξη. Ομοίως, μη ικανοποιητικός κρίνεται ο διαχωρισμός μεταξύ των πληθυσμών βάσει των φασμάτων ATR των μη υδρολυμένων και υδρολυμένων υδρομεθανολικών εκχυλισμάτων τους. Αντίθετα, αναδεικνύεται ότι η σύγκριση μεταξύ των φασμάτων ATR των υδατικών εκχυλισμάτων που προέκυψαν μετά την υδροαπόσταξη του φυτικού υλικού μπορεί να αξιοποιηθεί για τη διάκριση των εξεταζόμενων πληθυσμών. Από τη χημειομετρική επεξεργασία των δεδομένων που αφορούν στα συστατικά του αιθερίου ελαίου, αναδεικνύεται ότι ορισμένα από τα συστατικά ενδέχεται να μπορούν να αξιοποιηθούν ως χημειοταξινομικοί δείκτες (π.χ. Ζ-καρυοφυλλένιο, δεκατετρανάλη, n-δεκαπεντανόλη, E,E-λιναλοολικό γερανύλιο, 2-δεκαπεντανόνη, δεκανοϊκό οξύ, καουρ-15-ένιο, μανοολοξείδιο, 2E-οξικό δωδεκακενύλιο, n- δεκαεξανόλη, E,Ζ-λιναλοολικό γερανύλιο, λινελαϊκός μεθυλεστέρας, νεο-αμπιετόλη, κ.ά.). Σε ότι αφορά στη χημειομετρική επεξεργασία των δεδομένων για τα υδρομεθανολικά εκχυλίσματα, αναδεικνύεται ότι οι συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των φασμάτων ATR ερμηνεύουν το μεγαλύτερο ποσοστό της παρατηρούμενης παραλλακτικότητας, υπογραμμίζοντας τη δυναμική της υπέρυθρης φασματοσκοπίας ως χημειοταξινομικού εργαλείου. Τέλος, τα αποτελέσματα της ανάλυσης συστάδων τόσο βάσει του προφίλ του αιθερίου ελαίου, όσο και αυτού των υδρομεθανολικών εκχυλισμάτων αναδεικνύουν την απόκλιση των δύο πληθυσμών Sideritis perfoliata Α και Sideritis perfoliata Β, διαφοροποίηση η οποία έρχεται σε συμφωνία με την παρατήρηση για τις μορφολογικές διαφορές μεταξύ των δύο αυτών πληθυσμών και ενισχύει την υπόθεση ότι πρόκειται για διαφορετικά υποείδη.

The present study aimed at the elucidation and comparison of the chemical profiles (essential oil, hydromethanolic extracts) of Sideritis scardica, Sideritis perfoliata and Sideritis raeseri. Furthermore, it attempted to investigate whether the observed phenotypic variance between two Sideritis perfoliata populations was combined with distinct chemical profiles. The essential oils from the examined populations were acquired through hydrodistillation and analyzed by means of GC-MS. The study of the non-volatile components was based at the analysis of plant extracts (USAE, ΜeΟΗ : Η2Ο 70 : 30) using HPLC-DAD and LC-MS. Moreover, the examined plant material was analyzed by means of Fourier- transform IR spectroscopy (DRIFTS, ATR), while multivariate chemometrics (Principal Component Analysis, Cluster Analysis) were also applied. Regarding the essential oil, rather small yields were observed for all the population, but Sideritis perfoliata A and Sideritis perfoliata Β presented yielded almost twice as much essential oil as Sideritis scardica and Sideritis raeseri. Regarding the essential oil composition, Sideritis perfoliata A mainly contains monoterpene and sesquiterpene hydrocarbons, e.g. α-pinene, cis-calamenene and γ- gurjunene. On the contrary, Sideritis perfoliata Β mainly constists of non-oxygenated sesquiterpenes (Ζ-caryophyllene, cis-calamenene, bicyclogermacrene). Nonoxygenated monoterpenes and sesquiterpenes were found to be the main components of the essential oil of Sideritis raeseri (Ζ-caryophyllene, bycyclogermqacrene, α- and β-pinene). The essential oil of Sideritis scardica presented a distinct profile, having 2E-dodecenyl acetate and decanoic acid as main components and very low percentages of mono- and sesquiterpenes. The hydromethanolic extracts contained, among others, hydroxycinnamic acid derivatives, phenylethanoid glycosides and flavonoid glycosides and acetylglycosides. Isoscutellarein 7-Ο-[6"'-0-acetyl]-allosyl (1→2) glucoside was the main component of both Sideritis perfoliata A and Sideritis raeseri extracts, along with verbascoside. These two components were present in high percentages in both the extracts of Sideritis perfoliata Β [along with 4'-O-methylisoscutellarein 7-0-[6"'-0- acetyl]- 10 allosyl (1→2) glucoside] and that of Sideritis scardica [along with isoscutellarein 7- O-[6'''-0-acetyl]-allosyl (1→2)-[6''-O-acetyl]- glucoside]. As for the spectroscopic study of the populations which is based on the infrared spectroscopy, a successful discrimination among them wasn’t achieved neither based on the pre-hydrodistillation DRIFT spectra nor on the after-hydrodistillation spectrums. The discrimination based on ATR spectra of the non-hydrolyzed and the hydrolyzed hydromethanolic extracts was also not satisfactory. However, a robust discrimination of the populations was achieved when comparing the ATR spectra of the hydrodistillation aqueous extracts. The chemometric analysis of the volatile compounds revealed the potential of various compounds that could be used as chemotaxonomic indicators (Zcaryophyllene, tetradecanal, n-pentadecanol, E,E-geranyl linalool, 2- pentadecanone, decanoic acid, kaur-15-ene, manool oxide, 2E-dodecenyl acetate, n-hexadecanol, E,Ζ- geranyl linalool, methyl linoleate, neo-abietol, etc.) According to the chemometric analysis of the hydromethanolic extracts, the correlation match value among the ATR spectra is able to interpret most of the observed variance, highlighting the potential of infrared spectroscopy as a chemotaxonomic tool. Lastly, cluster analysis of both essential oil and hydromethannolic extracts’ data brings forward the variability between the Sideritis perfoliata Α and Sideritis perfoliata Β populations. This comes in agreement with the observed morphological differences between these two populations, further supporting the hypothesis of them belonging to distinct subspecies.