Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛАНИНОВ ИЗ ЧАГИ

Предлагаемое техническое решение относится к химии высокомолекулярных природных соединений, а именно к получению биополимера растительного происхождения - меланина и его модификации с целью повышения антиоксидантной активности, и может быть использовано для производства лечебно-профилактических препаратов, биологически активных и пищевых добавок, а также в качестве антиоксидантов и противостарителей в пищевой и химической промышленности.

Известен способ получения осажденного препарата чаги, включающий получение диффузионного сока с использованием в качестве экстрагента водного раствора сверхразветвленного полимера Boltorn H30 с концентрацией 1⋅10^-3-1⋅10^-22%, осаждение полифенольного комплекса добавлением соляной кислоты до рН 2-2,2 (Пат. РФ №2392953, A61K 36/06, А61Р 39/06, 2010).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся невысокий выход осажденного препарата чаги, отсутствие стабильного эффекта повышения антиоксидантной активности меланинов (Иванова Г.А. и др. Использование азотсодержащего гиперразветвленного полимера для повышения антиоксидантной активности меланинов чаги // Вестник казанского технологического университета. - 2012. - №9. - С. 116-118).

Известен способ получения осажденного препарата из березового гриба чаги, включающий получение диффузионного сока чаги, добавление к соку чаги водного раствора гиперразветвленного полимера Boltorn 30 с концентрацией 1⋅10^-7-1⋅10^-20%, в соотношении 10:1, обрабатывание при комнатной температуре в течение 0,5-1,5 часа, осаждение препарата добавлением 20%-ного раствора соляной кислоты до значения рН 2,0-2,2 (Патент РФ 2366439, А61K 36/06, 2009).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся невысокий выход осажденного препарата, необходимость проведения дополнительной стадии - обработки водным раствором гиперразветвленного полимера, отсутствие стабильного эффекта повышения антиоксидантной активности меланинов.

Известен способ повышения антиоксидантной активности меланинов чаги, включающий обработку водных извлечений чаги аминомодифицированным гиперразветвленным полимером, синтезированным на основе Boltorn Н20, осаждение препарата добавлением 25%-ного раствора соляной кислоты до значения рН 1,0-2,0 (Иванова Г.А., Докторова Л.Ю., Сысоева М.А., Кутырев Г.А. Использование азотсодержащего гиперразветвленного полимера для повышения антиоксидантной активности меланинов чаги // Вестник казанского технологического университета. - 2012. - №9. - С. 116-118).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся зависимость антиоксидантной активности от рН водных извлечений, необходимость проведения дополнительной стадии - обработки водным раствором гиперразветвленного полимера.

Известен способ повышения антиоксиантной активности меланинов чаги путем их химической модификации, включающий растворение меланинов в 10% растворе гидроксида натрия, добавление насыщенного раствора персульфата калия в количестве 0,75-0,80 долей от массы меланинов, обработку смеси при интенсивном перемешивании в течение 1 часа при температуре 25°С, осаждение меланина добавлением 25%-ного раствора соляной кислоты до значения рН 1,0-2,0 (Грачева Н.В., Желтобрюхов В.Ф., Голованчиков А.Б. Химическая модификация природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) // Известия ВолгГТУ. - 2014. - №7(134). - С. 93-97).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится необходимость проведения дополнительных стадий - растворение меланинов и обработка персульфатом калия, использование реагента в высоких концентрациях, что повышает себестоимость продукта.

Известен способ повышения антиоксиантной активности меланинов чаги путем их химической модификации, включающий растворение меланинов в минимальном количестве 0,1 н. раствора гидроксида натрия, обработку в слабокислой среде (рН 5) при температуре 25°С 0,14 н. раствором периодной кислоты при интенсивном перемешивании в течение 1-3 часов, осаждение меланинов добавлением 25%-ного раствора соляной кислоты до значения рН 1,0-2,0, их сушку, обработку сульфитом натрия при массовом соотношении восстановитель-меланин 0,5:1 в щелочной среде при той же температуре в течение 1 часа при перемешивании, осаждение меланинов добавлением 25%-ного раствора соляной кислоты до значения рН 1,0-2,0, сушку (Грачева Н.В., Желтобрюхов В.Ф., Голованчиков А.Б. Химическая модификация меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) методом периодатного окисления // Естественные и технические науки. - 2014. - №2. - С. 47-51).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится необходимость проведения дополнительных стадий - растворение меланинов, их обработку реагентами, повторное осаждение, что увеличивает продолжительность процесса, усложняет технологию и повышает себестоимость продукции.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению и выбранным за прототип, является способ получения хромогенов, в котором измельченную чагу заливают водой в соотношении чага-вода 1:30, настаивают 1 час при комнатной температуре, кипятят в течение 2 часов, извлечение фильтруют, добавляют 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, оставляют на 30 минут, выпавший темно-бурый осадок хромогенов отделяют и высушивают (Государственная Фармакопея СССР: Вып. 2. Общие методы анализа. 63. Inonotus obliquus. Чага. - М.: Медицина; 1990. - 385 с., С. 342-343).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся низкий выход меланина и его низкая антиоксидантная активность.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение выхода меланина.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности использования сырья за счет увеличения выхода меланина и повышение антиоксидантной активности меланина за счет целенаправленного введения в его структуру функциональных групп, отвечающих за проявление антиоксидантных свойств.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ получения меланинов из чаги включает заливание измельченной чаги экстрагентом в соотношении чага-экстрагент 1:30, кипячение смеси, фильтрование извлечения, добавление 25% раствора хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, перемешивание полученной смеси, отстаивание в течение 30 минут, отделение выпавшего осадка меланинов и его сушка, причем в качестве экстрагента используют 9% раствор уксусной кислоты с добавлением перйодной кислоты при массовом соотношении перйодная кислота-чага, равном 1:(50÷100), а кипячение смеси проводят в течение 0,5-1,5 часов.

В исследованиях показано, что проявление антиоксидантных свойств гуминовыми веществами – соединениями, близкими по природе меланинам, обусловлено присутствием в их структуре хиноновых фрагментов (Scott D. Т. et al. Quinone moieties act as electron acceptors in the reduction of humic substances by humics-reducing microorganisms // Environ. Sci. Technol. - 1998. - Vol. 32. - P. 2984-2989; Юдина H.В., Писарев С.И., Саратиков А.С. Оценка биологической активности гуминовых кислот торфов // Химия твердого топлива. - 1996. - №5. - С. 31-34). Увеличение хиноновых групп в структуре приводит к увеличению антиоксидантной активности. Известно, что в структуре меланинов присутствуют ароматические структуры гваяцильного типа (Ловягина Е.В., Шиврина А.Н., Платонова Е.Г. Изучение продуктов гидролиза действующего начала чаги методами распределительной хроматографии // Биохимия. - 1958. - т. 23. - вып. 1. - С. 41-46; Грачева Н.В. Химическая модификация природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) целью получения высокоактивных антиоксидантов// автореферат дисс. канд. техн. наук, Волгоград, 2014). Это определяет возможность проведения химической модификации методом перйодатного окисления с целью увеличения содержания хиноновых групп. Перйодатное окисление в растворе уксусной кислоты ароматических структур, подобных гваяцильным звеньям лигнина, имеющих свободное 5-е положение и неэтерифицированный фенольный гидроксил в 4-м положении, является высокоспецифичной реакцией (Закис, Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных / Г.Ф. Закис. - Рига: Зинатне, 1987. - 230 с.):

При воздействии окислителя в кислой среде происходит отщепление доступных метоксильных групп и окисление фенольного гидроксила с образованием ортохинонов.

Кипячение смеси в кислой среде в присутствии окислителя приводит к гидролизу полисахаридных связей, в результате чего происходит разрушение нерастворимого комплекса лигнин-полисахарид, обусловливающее нарушение целостности клеточных стенок и, как следствие, увеличение доступности извлекаемого компонента.

Введение в смесь перйодной кислоты в количестве ниже верхнего предела заявляемого массового соотношения перйодная кислота-чага, равного 1:100, обусловливает значительное снижение эффекта модификации меланина. Введение в смесь окислителя в количестве выше нижнего предела заявляемого массового соотношения перйодная кислота-чага, равного 1:50, приводит к уменьшению выхода меланинов за счет разрушения ароматических структур и снижению антиоксидантной активности.

Кипячение смеси менее 0,5 часа характеризуется низким выходом меланинов. Увеличение времени кипячения выше 1,5 часов приводит к снижению эффекта модификации за счет разрушения ароматических структур сырья при длительном воздействии окислителя при высокой температуре.

Предлагаемый способ включает следующие операции. Заливание измельченной чаги 9% раствором уксусной кислоты с добавлением перйодной кислоты в количестве соответствующем массовому соотношению перйодная кислота-чага 1:(50÷100) в соотношении сырье-экстрагент 1:30, кипячение смеси в течение 0,5-1,5 часов, фильтрование извлечения, добавление 25% раствора хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, перемешивание полученной смеси, отстаивание в течение 30 минут, отделение выпавшего осадка меланинов и его сушка.

Полученный меланин представляет собой порошок коричневого цвета. Принадлежность к меланинам полученного продукта подтверждена характерными реакциями с перекисью водорода (обесцвечивание раствора), перманганатом калия (изменение окраски до зеленой, с последующим выпадением осадка и обесцвечиванием раствора), хлоридом железа (III) (выпадение хлопьевидного осадка с последующим его растворением при избытке реактива); УФ- и ЭПР-спектрами (Лях С.П. Микробный меланогенез и его функции. М., 1981. - 273 с.; Сушинская Н.В. и др. Получение и физико-химические свойства меланинов из базидиомицетов // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия IV: Химия и технология органических веществ - Вып. XII. - Минск, 2004. - с. 193-196).

Антиоксидантную активность (АОА) определяли по скорости накопления ТБК-продуктов в процессах перекисного окисления липидов (ПОЛ) (Катковская М.В., Кухарчик М.А. Определение общей антиоксидантной активности в пробах слюны и мочи студентов с помощью модельной системы / Актуальные проблемы современной медицины 2008: материалы 62-й Международной науч. конф. студентов и молодых ученых. В 2 ч. Ч. 1 / под ред. С.Л. Кабака, А.С. Леонтюка - Минск: БГМУ, 2008 - С. 173).

Изобретение поясняется конкретными примерами, результаты которых обобщены в таблице.

Пример 1 (по прототипу). Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл воды и настаивают 1 час при комнатной температуре, затем смесь кипятят в течение 2 часов. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,285 г.

Пример 2. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,2 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 0,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 2,009 г.

Пример 3. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,13 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 0,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,702 г.

Пример 4. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,10 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 0,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,564 г.

Пример 5. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,20 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 2,209 г.

Пример 6. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,13 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,973 г.

Пример 7. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,10 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,661 г.

Пример 8. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,20 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 2,051 г.

Пример 9. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,13 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 1,944 г.

Пример 10. Навеску измельченной чаги массой 10 г помещают в плоскодонную колбу, заливают 300 мл 9% раствора уксусной кислоты, содержащей 0,10 г перйодной кислоты, смесь кипятят в течение 1,5 часа. Полученное извлечение фильтруют и добавляют в фильтрат 25% раствор хлористоводородной кислоты до рН 1,0-2,0, полученную смесь перемешивают, отстаивают 30 минут, выпавший темно-бурый осадок отделяют и высушивают. Масса полученного меланина 2,009 г.

Предлагаемый способ позволяет повысить выход меланинов на 20-60% и увеличить антиоксидантную активность на 14-22% по сравнению с прототипом за счет использования в качестве экстрагента 9% раствора уксусной кислоты с добавлением перйодной кислоты при массовом соотношении перйодная кислота-чага, равном 1:(50÷100), и кипячения этой смеси в течение 0,5-1,5 часов.