Способ получения экстракта гуминовых веществ

Изобретение относится к области производства гуминовых препаратов и может найти применение в фармацевтике, медицине, косметологии, а также в сельском хозяйстве, а именно в растениеводстве и животноводстве, а также в рекультивации почвы.

Гуминовые кислоты, фульвокислоты оказывают на любой живой организм мощное воздействие благодаря богатому составу. В них содержится полный набор аминокислот, макро- и микроэлементов, минералов, а также Полисахариды природного происхождения, витамины, пептиды, жирные кислоты, полифенолы, кетоны, катехины и т.д. Всего около 70 полезных компонентов. Такой насыщенный состав объясняет положительные биологические эффекты гуминовой кислоты (см.https://fb.ru/article/288472/guminovyie-kislotyi-chto-eto-takoe-i-kak-oni-vliyayut-na-organizm).

Наружное применение гуминовых и фульвокислот базируется на таких их свойствах, как противовоспалительные, обезболивающие, гиперемические, антиревматические, антимикробные, противогрибковые, противовирусные и противоопухолевые. Наружное применение гуминовых и фульвокислот возможно и при лечении гематом, флебитов (воспаления вен), разрыва связок, миогелезиса (склерозирование мышц), а также для лечения пациентов с травмами позвоночника, артрозами, полиартритами, остеоартритами и остеохондрозами.

Гуминовые и фульвокислоты могут быть полезны в профилактике, лечении и устранении последствий множества желудочных и кишечных заболеваний таких, как повышенная кислотность, диарея, гастрит, дизентерия, гастроэнтерит и колит. Они могут также действовать как детоксиканты и быть использованы против микробных и вирусных инфекций. Было обнаружено, что они могут быть полезны при лечении анемии, как стимулятор иммунной системы и гепатопротектор (Китапова P.P., Зиганшин А.У. Биологическая активность гуминовых веществ, получаемых из торфа и сапропеля. Казанский медицинский журнал, 2015, том 96, №1, с. 84-89).

Гуминовые кислоты и фульвокислоты in vitro сокращают протромбиновое время плазмы человека. Известна также способность гуминовых кислот стимулировать некоторые функции нейтрофилов человека. Для препаратов на основе гуминовых и гуминовоподобных веществ выявлена антивирусная активность, например, для симплексного вируса герпеса - HSV. Гуминовые соединения могут быть использованы в качестве микробиоцидов, профилактических средств против распространения ВИЧ/СПИД. Были исследованы цитотоксические и антивирусные свойства гуминовых кислот и фульвокислот, выделенных из угля и торфа. Исследования показали, что все изученные соединения были малотоксичными и обладали достаточно высоким ингибирующим эффектом в отношении ВИЧ-инфекции (А.И. ПОПОВ, В.Н. ЗЕЛЕНКОВ, Т.В. ТЕПЛЯКОВА Биологическая активность и биохимия гуминовых веществ. Часть 2. Медико-биологический аспект (обзор литературы). Вестник Российской Академии Наук, 2016/5, с. 9-15).

Известно также применение раствора гуминовых веществ, обработанного молибдатом аммония в качестве средства защиты организма от ионизирующего излучения (RU 2350353, 27.03.2009).

Информация о природе и свойствах препаратов, содержащих гуминовые кислоты, их способность связывать тяжелые металлы сорбировать и ускорять разложение органических экотоксикантов, восстаналивать плодородие деградированных почв широко отражена в ряде источников специальной литературы (Холин Ю.В. Гумусовые кислоты как главные природные комплексообразующие вещества. Журнал «Наука и просвещение» №4 - 27 с. 2001, Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование. СПб.: Изд-во С. - Петерб. ун-та, 248 с., 2004.).

Наиболее широкое применение гуминовые препараты находят в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений. В экспериментах с различными культурами высших растений показано, что применение промышленных гуматов натрия, калия и аммония, независимо от источника сырья для их производства, в оптимальных дозах заметно стимулирует прорастание семян, улучшает дыхание и питание растений, увеличивает длину и биомассу проростков, усиливает ферментативную активность и сокращает поступление в растения тяжелых металлов и радионуклидов (см. Якименко О.С., Терехова В.А. Гуминовые препараты и оценка их биологической активности для целей сертификации. Почвоведение, 2011, №1, с. 1334-1343).

Из уровня техники известны различные способы получения гуминовых препаратов из гуминосодержащего сырья. В частности из патента RU 2473527, 27.01.2013 известен способ производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля, включающий его измельчение до получения микрочастиц, приготовление суспензии в слабом растворе щелочи и экстрагирование, при механическом перемешивании суспензии в реакторе-смесителе, из микрочастиц угля гуминовой кислоты, характеризующийся тем, что уголь подвергают двухступенчатому измельчению, а при перемешивании суспензии в реакторе-смесителе одновременно воздействуют на нее ультразвуком, далее производят разделение твердой фазы от жидкой путем осаждения нерастворимого угля-золы в отстойнике в течение 15-20 мин, а жидкую фазу подают в крекинг-реактор, вводят катализатор - соляную кислоту, осуществляют расщепление жидкой фазы на воду и гуминовую кислоту 90%-ной, 70%-ной и 40%-ной концентрации после отстоя в течение не менее 24 ч.

Из патента RU 2685904, 23.04.2019 также известен способ получения гуминового препарата из малозольного бурого угля, включающий последовательность операций измельчения малозольного бурого угля на механоактивационных мельницах, смешивание угольного размола в виброкипящем слое с аэрозолем горячего активированного водного раствора гидроксида калия, полученного в результате пропускания раствора через гидроакустический преобразователь.

Недостатком указанных способов является то, что при их использовании используют концентрированные щелочи и кислоты. Указанные обстоятельства не позволяют применять полученные гуминовые препараты при производстве экологически чистых продуктов для человека и животных. Кроме того, полученные указанными способами препараты содержат главным образом гуминовые кислоты, а степень извлечения иных активных веществ невысока. Также недостатком указанных решений является длительность процесса (более 24 часов для RU 2473527, 27.01.2013; около 120 минут для RU 2685904, 23.04.2019).

Известен также способ получения гуминовых препаратов по патенту RU 2491266, 27.08.2013, включающий ультразвуковое диспергирование гуминосодержащих веществ, отличающийся тем, что создают, по меньшей мере, один струйный или вихревой поток гуминосодержащих веществ, который обрабатывают воздушным или паровым потоком с использованием газоструйного генератора с интенсивностью ультразвукового излучения более 10 Вт/см².

Данное техническое решение принято за прототип. Известный способ позволяет получать гуминовые вещества из органического сырья (торф, бурый уголь, чернозем) методом ультразвуковой диспергации в воздушном потоке без использования химических агрессивных сред - щелочей и кислот. Полученные данным способом гуминовые вещества не имеют химических примесей и, следовательно, могут быть использованы в медицине, растениеводстве и животноводстве.

Однако известный из RU 2491266 способ позволяет получить ультрагумат, который содержит в себе в три раза больше фульвовых кислот, чем гуминовых. Недостаток гуминовых кислот в полученном ультрагумате снижает его биологическую активность. Также процесс является достаточно длительным.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа экстракции гуминовых веществ, позволяющего увеличить степень извлечения биологически активных веществ из гуминосодержащего сырья при интенсификации процесса экстрагирования.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение биологической активности получаемого экстракта за счет увеличения как степени извлечения, так и ассортимента извлекаемых активных веществ из гуминосодержащего сырья, при одновременном сокращении времени экстрагирования за счет интенсификации процесса экстрагирования.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения экстракта гуминовых веществ включает ультразвуковое диспергирование гуминосодержащего сырья, выбранного из леонардита и/или лигнина, и/или угля, и/или торфа, и/или сапропеля, которое предварительно измельчают до фракции 0,1-199 мкм и смешивают с водой в соотношении сырье : вода от 1:1 до 1:15, причем полученную смесь обрабатывают ультразвуком с частотой 20-40 кГц при температуре 30-80°С и давлении 0,05-0,8 МПа, затем полученный экстракт охлаждают до комнатной температуры.

Применение способа с указанными признаками позволяет получить экологически чистый препарат с повышенной биологической активностью за счет увеличения выхода гуминовых кислот, фульвовых кислот и других биологически активных веществ, а также сократить длительность процесса экстрагирования за счет интенсификации процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно измельченное сырье (леонардит, лигнин, уголь, торф, сапропель) до размера частиц 1-199 мкм, взятое в соотношении с водой от 1:1 до 1:15, помещают в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляют, нагрев рабочего раствора до 30-80°С, при достижении требуемой температуры производят обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 20-40 кГц и давлении 0,05-0,8 МПа. После ультразвуковой обработки раствор охлаждают до комнатной температуры. Предлагаемые режимы позволяют интенсифицировать процесс экстракции за счет повышения статического давления при ультразвуковой обработке, а также высвободить гуминовые вещества, не разрушая их.

Пример №1.

Предварительно измельченный в гомогенизаторе бурый уголь до размера частиц 180-199 мкм, взятый в соотношении с водой 1:8, поместили в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляли нагрев рабочего раствора до 55°С, при достижении температуры 55°С производили обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 30 кГц и давлении 0,4 МПа в течение 40 минут. После ультразвуковой обработки раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали.

Пример №2.

Предварительно измельченный в гомогенизаторе торф до размера частиц 100 мкм, взятый в соотношении с водой 1:1, поместили в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляли нагрев рабочего раствора до 80°С, при достижении температуры 80°С производили обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 20 кГц и давлении 0,05 МПа в течение 30 минут. После ультразвуковой обработки раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали.

Пример №3.

Предварительно измельченный в гомогенизаторе сапропель до размера частиц 1-10 мкм, взятый в соотношении с водой 1:15, поместили в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляли нагрев рабочего раствора до 30°С, при достижении температуры 30°С производили обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 40 кГц и давлении 0,8 МПа в течение 60 минут. После ультразвуковой обработки раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали.

Пример №4.

Предварительно измельченный в гомогенизаторе лигнин до размера частиц 20-40 мкм, взятый в соотношении с водой 1:12, поместили в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляли нагрев рабочего раствора до 45°С, при достижении температуры 45°С производили обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 25 кГц и давлении 0,3 Мпа в течение 60 минут. После ультразвуковой обработки раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали.

Пример №5.

Предварительно измельченный в гомогенизаторе леонардит до размера частиц 130-150 мкм, взятый в соотношении с водой 1:5, поместили в ультразвуковую установку. В ультразвуковой установке осуществляли нагрев рабочего раствора до 70°С, при достижении температуры 70°С производили обработку рабочего раствора ультразвуком при частоте ультразвуковых колебаний 35 кГц и давлении 0,6 Мпа в течение 60 минут. После ультразвуковой обработки раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали.

Составы полученных гуминовых экстрактов приведены в таблице 1.

Использование изобретения позволяет получать физиологически безопасный гуминовый экстракт с повышенной биологической активностью, содержащий гуминовых кислот больше, чем фульвовых, при одновременном сокращении времени экстрагирования.