Результат интеллектуальной деятельности: Способ извлечения биологически активных соединений из коры хвойных древесных пород

Изобретение относится к области экстракции бинарными экстрагентами (вода-органический растворитель) растительного сырья для извлечения из него биологически активных соединений и может быть использовано в химико-фармацевтической промышленности, а именно при создании средства с широким спектром фармакологического действия на основе экстрагируемых веществ коры хвойных древесных пород.

Комплекс экстрактивных веществ коры хвойных обладает биологической активностью и извлекается из коры методом экстракции. В коре содержатся фенольные компоненты (фенолокислоты, их эфиры, мономерные флавоноиды, спиробифлавоноиды, олигомерные, полимерные флавоноиды), полисахариды (камеди, пектины, целлюлоза, крахмал), смолистые вещества (алканы, монотерпеновые, сесквитерпеновые углеводороды, кислородсодержащие соединения, смоляные, жирные кислоты, спирты жирного ряда, стероиды). Первая группа веществ извлекается полярными растворителями (этилацетат, метиловый, этиловый спирты, вода), вторая - неполярными (бензол, петролейный эфир, диэтиловый эфир). Выбор оптимального растворителя для экстракции во многих случаях проводиться эмпирически.

Известен способ извлечения экстрактивных веществ экстракцией измельченной коры (размер частиц 2,5-3 мм) 2,5%-ным раствором едкого натра в 25%-ном водном растворе этанола при температуре 70°С и жидкостном модуле 4: 6 в течение 5 ч и непрерывном перемешивании, последующим фильтрованием экстракта и повторной экстракцией остатка коры горячей водой при 90°С в аппарате Сокслета при жидкостном модуле 130:150 [SU А.с. 717135, опубл. 25.02.1980 бюл. №7].

Недостаток способа - высокий жидкостный модуль требует больших затрат энергии, тепла, усложняет технологический процесс. Кроме того, экстракция коры щелочью уменьшает выход нативных продуктов, вследствие их частичного окисления и приводит к их использованию исключительно как дубильных веществ в кожевенной промышленности.

Известен способ [SU А.с. 1089128, опубл. 30.04.1984 бюл. №16], в котором в качестве органического растворителя предложен 10-20%-ный водный раствор эфироальдегидной фракции состава, %: этанол 85-90; метанол 6,5-8,0; бутанол 2,5-6,3; альдегиды 0,3-0,5; эфиры 0,2-0,3, азотистые основания в пересчете на NH₄OH 0,1-0,3. Способ осуществляют путем экстракции органическим растворителем в 1,5-2,0%-ном водном растворе едкого натра при 65-75°С в течение 5-5,5 ч измельченной до размера частиц 10-30 мм коры лиственницы с последующими экстракцией остатка коры горячей водой, нейтрализацией объединенных экстрактов на катионообменной смоле КУ-2 и упариванием полученного экстракта.

Однако и этот способ имеет свои недостатки: нейтрализация экстрактов приводит к окислению дубильных веществ; применение комплексного состава органического растворителя - к усложнению технологической схемы в связи с необходимостью узла регенерации этанола, газовых выбросов и утилизации сточных вод.

Известен способ переработки коры деревьев хвойных пород [RU Пат. 2400357, опубл. 10.11.2009 бюл. №27], включающий измельчение коры (фракция 2-10 мм), последовательную экстракцию углеводородным растворителем и водой, концентрирование экстракта и выделением целевых фракций липидов и полифенолов.

Недостатком данного способа является его многостадийность и, как следствие, продолжительность.

Прототипом к заявленному изобретению является способ, включающий экстракцию измельченной (фракция частиц 0,5-1,0 мм) коры бинарным водно-органическим экстрагентом, в котором в качестве органического растворителя используют моноэтаноламин с концентрацией в воде 1,0-5,0%, при температуре экстрагирования 50 и 80°С, продолжительностью 16 ч и жидкостном модуле 1:10 [Пермякова, Г.В. Экстракция коры хвойных водой с добавлением моноэтаноламина / Г.В. Пермякова, С.Р. Лоскутов, А.В. Семенович // Химия растительного сырья. - 2008. - №1. - С. 37-40.]

Способ имеет недостатки: при использовании в промышленных масштабах моноэтаноламин, выбранный добавкой к основному экстрагенту - воде, представляет опасность для объектов окружающей среды, так как является горючей жидкостью. По степени воздействия на организм человека - высокоопасное вещество (2 класс опасности), по параметрам острой токсичности - умеренно опасное - негативно влияет на центральную нервную систему, функцию печени, почек, кроветворения, репродуктивную функцию. Способ получения комплекса экстрактивных веществ требует больших затрат времени, характеризуется высокой энергоемкостью, связанной с энергозатратами на стадии экстракции.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка более экспрессного и менее токсичного способа извлечения комплекса биологически активных соединений из коры хвойных древесных пород с помощью бинарного водно-органического экстрагента.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения биологически активных соединений из коры хвойных древесных пород, включающем экстракцию измельченной до фракции частиц 0,5-1,0 мм коры хвойных древесных пород бинарным водно-органическим экстрагентом с концентрацией 1,0-5,0% при температуре экстрагирования 80°С и жидкостном модуле 1:10, новым является то, что в качестве органического компонента бинарного водно-органического экстрагента используют триэтаноламин, экстракцию осуществляют в течение 6 часов, после чего экстракт отфильтровывают и отгонкой при помощи ротационного испарителя при температуре 40°С удаляют воду, концентрируя экстракт до 1/10 первоначального объема.

Предлагаемый способ отличается от прототипа типом выбранного органического компонента экстрагента (триэтаноламин), временем проведения экстракции, способом выделения и концентрирования экстракта.

Перечисленные выше признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, что обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Необходимость создания настоящего изобретения обусловлена тем, что используемый как добавка к основному экстрагенту воде - триэтаноламин обладает высокой экстрагирующей способностью, химически индифферентен по отношению к целевым компонентам, стабилен к температурным и химическим воздействиям в условиях проведения экстракции. Использование данного экстрагента обусловлено его меньшей токсичностью, регенерируемостью и дешевизной.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

В качестве сырья используют кору хвойных древесных пород - лиственницы, сосны, пихты. Влажную кору, произведенную после окорки сортимента древесины хвойных пород путем ее скалывания и отрыва, высушивают при комнатной температуре до постоянной влажности. После этого материал измельчают с помощью ручной корорубки, а затем подвергают тонкому измельчению в дробилке молотковой до фракции частиц 0,5-1 мм.

Экстракцию осуществляют в аппарате, снабженном рубашкой для обогрева, автоматическим устройством для регулирования температуры, мешалкой и обратным холодильником. В экстрактор помещают бинарный водно-органическим экстрагент (вода-триэтаноламин) с концентрацией триэтаноламина в воде равной 1-5% и нагревают до температуры 80°С. При достижении температуры экстрагента 80°С в экстрактор добавляют измельченную кору при жидкостном модуле 1:10 и присоединяют обратный холодильник. Экстракцию проводят в течение 6 часов при температуре 80°С. Горячий экстракт отфильтровывают и отгонкой при помощи ротационного испарителя при температуре 40°С удаляют воду, концентрируя экстракт до 1/10 первоначального объема. Пример 1. Извлечение биологически активных соединений из коры лиственницы Высушенную, измельченную до фракции частиц 0,5-1 мм кору лиственницы массой 1 кг помещают в экстрактор, содержащий предварительно нагретый на водяной бане до 80°С бинарный водно-органическим экстрагент (вода-триэтаноламин) с концентрацией триэтаноламина в воде равной 1,0% объемом 10 дм³ (жидкостной модуль 1:10), присоединяют обратный холодильник и смесь выдерживают при температуре 80°С в течение 6 часов. Горячий экстракт отфильтровывают и отгонкой при помощи ротационного испарителя при температуре 40°С удаляют воду, концентрируя экстракт до 1/10 первоначального объема.

Полученный экстракт с выходом до 18,57% сухих веществ экстракта от массы сухого сырья (коры) представляет собой вязкую, густую, тягучую жидкость темно-коричневого цвета, без запаха.

Пример 2. Извлечение биологически активных соединений из коры сосны Высушенную, измельченную до фракции частиц 0,5-1 мм кору сосны массой 1 кг помещают в экстрактор, содержащий предварительно нагретый на водяной бане до 80°С бинарный водно-органическим экстрагент (вода-триэтаноламин) с концентрацией триэтаноламина в воде равной 2,5%, объемом 10 дм³ (жидкостной модуль 1:10), присоединяют обратный холодильник и смесь выдерживают при температуре 80°С в течение 6 часов. Горячий экстракт отфильтровывают и отгонкой при помощи ротационного испарителя при температуре 40°С удаляют воду, концентрируя экстракт до 1/10 первоначального объема.

Выход полученного экстракта достигает 44,26% сухих веществ экстракта от массы сухого сырья (коры).

Пример 3. Извлечение биологически активных соединений из коры пихты Высушенную, измельченную до фракции частиц 0,5-1 мм кору пихты массой 1 кг помещают в экстрактор, содержащий предварительно нагретый на водяной бане до 80°С бинарный водно-органическим экстрагент (вода-триэтаноламин) с концентрацией триэтаноламина в воде равной 5,0%, объемом 10 дм³ (жидкостной модуль 1:10), присоединяют обратный холодильник и смесь выдерживают при температуре 80°С в течение 6 часов. Горячий экстракт отфильтровывают и отгонкой при помощи ротационного испарителя при температуре 40°С удаляют воду, концентрируя экстракт до 1/10 первоначального объема.

Выход полученного экстракта достигает 58,33% сухих веществ экстракта от массы сухого сырья (коры).

Состав экстрактов коры хвойных, получаемых водой с добавлением триэтаноламина делает их перспективными для дальнейшей переработки. Результаты анализа триэтаноламинных экстрактов коры сосны, лиственницы, пихты с концентрациями триэтаноламина в воде 1,0-5,0% показали содержание в них фенолов (фенол, гваякол, м-, п- и о-крезолы, 2,6-ксиленол) - 1,9±0,5 мг/дм³ и 2,5±0,6 мг/дм³ соответственно, обнаружены кверцетин, дегидрокверцетин, бензойная, салициловая, коричная кислоты.

При использовании органических амфолитов (триэтаноламина) в процессе экстракционной переработки коры в значительной степени предотвращаются окислительные процессы во время экстракции, ингибируется конденсация полифенольных соединений и обеспечивается сохранность углеводного комплекса (полиозы и целлюлоза).

Способ экстракции коры не требует употребления дорогостоящих реагентов, высококачественного сырья и разделения его по породам. Твердый остаток коры перерабатывается в поглотитель для сбора проливов нефтепродуктов. Отработанные поглотители нефтепродуктов после механического отжима могут быть использованы в качестве топлива или без дополнительной обработки при производстве кирпича, керамзитового гравия.