Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения СО экстракта ели аянской Pisea ajanensis

Изобретение относится к технологии экстракции натурального сырья, а именно к способам получения СО₂ экстракта, который может быть использован в пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности.

Известен способ получения СО₂ экстракта, включающий подготовку растительного сырья с последующим проведением СО₂-экстракции при давлении 20-40 МПа в течение 120 мин [см. патент РФ № 2070053, МПК A61K 35/78, дата публикации 10.12.1996].

Недостатком аналога является тот факт, что чистый СО₂ является неэффективным растворителем для химических соединений с более высокой полярностью.

В качестве ближайшего аналога принят способ получения СО₂ экстракта женьшеня, включающий его подготовку с последующим проведением экстракции сверхкритическим флюидным СО₂ с массовой долей этанола 1,7-3,4% в скорости потока жидкости 250 г/мин при температуре 31-70°С и давлении 20-40 МПа в течение 120 мин [см. патент РФ № 2679634, МПК A61K 36/258, A61P 37/00, дата публикации 12.02.2019].

Недостатками ближайшего аналога являются:

- извлечение в эффективных количествах только термолабильных шести общих гинзенозидов из дальневосточного женьшеня;

- длительное время, а также высокие значения температуры и давления экстракции;

- небольшой выход биологически активных веществ, связанный с расходованием малого количества сорастворителя;

- разрушение некоторых термолабильных биологически активных компонентов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии получения СО₂ экстракта ели аянской Pisea ajanensis, содержащего дигидрокверцетин в эффективных количествах.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в следующем:

- обеспечение высокой эффективности экстракции ели аянской Pisea ajanensis за счет увеличения массовой доли сорастворителя, в качестве которого используют этанол;

- возможность извлечения биологически активных веществ (БАВ) в эффективных количествах (с выходом до 5% от массы растительного сырья), в частности дигидрокверцетина;

- использование доступного, безопасного и легко отделяемого сорастворителя этанола;

- сокращение времени, уменьшение температуры и давления экстракции;

- сохранение состава биологически активных веществ в получаемом продукте;

- отсутствие трудно утилизируемых отходов и побочных продуктов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения СО₂ экстракта ели аянской Pisea ajanensis растительное сырье в виде хвои ели аянской Pisea ajanensis, измельченной до размера частиц 5-6 мм, подвергают экстракции растворителем с расходом 5-20 кг/кг растительного сырья, в качестве которого используют сверхкритический флюидный СО₂ с массовой долей этанола 5%, при температуре 31-55°С и давлении 50-200 бар в течение 60 мин.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «в качестве растительного сырья используют хвою ели аянской» описывает тип используемого растительного сырья.

Ель аянская Pisea ajanensis (Pall.) Regel, семейство Сосновые – растение, произрастающее в центральных районах Хабаровского края, на юго-востоке Якутии и Амурской области, в Приморском крае. Деревья до 35, редко до 40 м высоты и до 120 и более см в диаметре ствола. Естественный ареал ели аянской находится в зоне активного влияния Тихого океана. Главная функция леса – сырьевая. Необходим поиск путей повышения продуктивности лесов, одним из направлений является улучшение питания древостоя. Уровень содержания основных элементов N, P, K в ассимиляционных органах используется для диагностики потребности леса в питании и удобрении. Эти элементы определяют важные для жизнедеятельности растений процессы: азот – продуцирование органического вещества, фосфор – поддержание энергетического баланса, калий – для регулирования обменных процессов [1-3].

Хвоя ели аянской содержит большое количество биологически активных веществ [4], в том числе комплекс полифенольных соединений, в том числе и биофлавоноидов.

Была определена важная функция флавоноидов в сердечно-сосудистой системе, а именно их способность снижать кровяное давление и улучшать функцию эндотелия. Дигидрокверцетин – это флавоноид с заметным антигипертензивным действием и множеством полезных свойств для нормального функционирования сердечно-сосудистой системы, также он обладает противовирусным действием, что может иметь особое значение в текущей ситуации пандемии. В ходе многочисленных научных исследований было доказано, что дигидрокверцетин (таксифолин) благотворно влияет на состояние сосудистой стенки капилляров, уменьшает вязкость крови и препятствует тромбообразованию. У людей с бронхолегочными заболеваниями при пневмонии, хроническом бронхите, астме, ХОБЛ (хронической обструктивной болезни легких) он способствует уменьшению частоты приступов, более быстрому исчезновению кашля, одышки, отечности бронхов, улучшению проходимости бронхов, восстановлению легочной ткани и нормального дыхания.

В статье [5] показано воздействие молекулярных механизмов при влиянии таксифолина, определенных в доклинических исследованиях, которые актуальны не только для лечения гипертонии как таковой, но и могут обеспечить дополнительные противовирусные преимущества, которые могут иметь отношение к лечению пациентов с гипертонией и инфекцией SARS-CoV-2.

После недавнего появления SARS-CoV-2 или коронавирусной болезни (COVID-19) решающее значение имеют открытие лекарств и разработка вакцины для борьбы с этой смертельной инфекцией. В исследовании [6] основной фермент в аппарате репликации SARS-CoV-2, РНК-зависимая РНК-полимераза (RDRP), подвергается виртуальному скрининговому анализу с использованием набора из 1664 одобренных FDA препаратов, включая наборы растительных и синтетических производных. Набор из 22 препаратов показал высокий балл стыковки >-7. Примечательно, что примерно одна треть хитов приходилась либо на натуральные продукты, либо на биологические молекулы. Фитохимические вещества, одобренные FDA, включали сеннозиды, дигоксин, азиатикозид, глицирризин, неогесперидин, дигидрокверцетин, кверцетин и алоин. Эти одобренные натуральные продукты и фитохимические вещества используются в качестве общих тонизирующих средств, антиоксидантов, клеточных защитных средств и иммуностимуляторов и в других различных системных или местных применениях.

Признак «в качестве растительного сырья используют хвою ели аянской Pisea ajanensis, измельченную до размера частиц 5-6 мм» описывает оптимальные размеры частиц растительного сырья, обеспечивающие более эффективное извлечение биологически активных веществ.

Признаки «растительное сырье подвергают экстракции растворителем с расходом 5-20 кг/кг растительного сырья, в качестве которого используют сверхкритический флюидный СО₂ с массовой долей этанола 5%, при температуре 31-55°С и

давлении 50-200 бар в течение 60 мин» описывают оптимальные режимные характеристики.

Изменение режимных характеристик как в сторону уменьшения, так и увеличения, приводит к снижению эффективности извлечения биологически активных веществ.

На чертеже показан выход дигидрокверцетина в зависимости от температуры и давления при экстракции растворителем с расходом 20 кг/кг растительного сырья в течение 60 мин.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно подготавливают растительное сырье.

Хвою ели аянской Pisea ajanensis измельчают до размера частиц 5-6 мм и загружают в емкость экстракционного аппарата сверхкритического давления Thar SFC, S.N. 3526551, США, уже нагретую с помощью горячего кожуха, температуру контролируют термостатом (±1°С). Углекислый газ (СО₂) был сжат при помощи компрессора, давление контролируют дозирующим клапаном.

Далее осуществляют экстракцию растворителем с расходом 5-20 кг/кг растительного сырья, в качестве которого используют сверхкритический флюидный СО₂ с массовой долей этанола 5%, при температуре 31-55°С и давлении 50-200 бар в течение 60 мин.

Раствор биологически активных веществ в CO₂ подвергают декомпрессии в сепараторе.

Выход биологически активных веществ при различных режимных характеристиках приведен в таблице 1.

Таблица 1

Выход БАВ при различных режимных характеристиках

На основе табл.1 можно сделать вывод, что совместное повышение температуры и давления экстракции способствует более эффективному извлечению биологически активных веществ из растительного сырья.

Разделение многокомпонентных смесей проводили методом ВЭЖХ с использованием жидкостного хроматографа высокого давления Shimadzu LC–20 Prominence HPLC (Shimadzu, Япония), оборудованного спектрофотометрическим детектором SPD–20A и колонкой с обратной фазой Shodex ODP-40 4E.

Программа градиента элюции (вода – ацетонитрил) следующая: 0-4 мин, 100% Н₂О, 0% ацетонитрила (CH₃CN); 4-60 мин, 100-25% Н₂О, 0-75% CH₃CN; 60-75 мин, 25-0% Н₂О, 75-100% CH₃CN; контрольная промывка 75-120 мин 0% Н₂О, 100% CH₃CN. Весь ВЭЖХ-анализ сделан с ESI-детектором при длинах волн 230 нм и 330 нм; температура 17°С. Объем впрыска составлял 1 мл.

Идентификацию БАВ проводили методом тандемной масс-спектрометрии с помощью масс-спектрометра amaZon SL (производство фирмы «BRUKER DALTONIKS», Германия), оснащенного источником ионизации электрораспылением ESI в режимах отрицательных и положительных ионов.

Оптимизированные параметры получены следующим образом: температура источника ионизации 70°С; поток газа 4 л/мин; газ-небилайзер (распылитель) 7,3 psi; капиллярное напряжение 4500 V; напряжение на изгибе торцевой пластины 1500 V; напряжение фрагментатора 280 V; энергия столкновения 60 eV. Масс-спектрометр использовался в диапазоне сканирования m/z 100-1.700 для MС и МС/МС. Скорость захвата составляла 1 спектр/с для MС и 2 спектра/с для МС/МС. Сбор данных контролировался программным обеспечением Windows для BRUKER DALTONIKS.

На фиг. видно, что при температуре 31°С и давлении 50 бар выход таксифолина минимальный и составляет 0,28 мг/г растительного сырья, а при температуре 55° и давлении 200 бар – максимальный и составляет 4,7 мг/г растительного сырья.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить СО₂ экстракт ели аянской Pisea ajanensis с высоким содержанием дигидрокверцетина при более низких давлении и температуре за более короткий срок.

Источники информации

1. Ворошилова Г.И., Королева Р.А., Опритова З.В. Диагностическое значение эпидермы листа хвойных советского Дальнего Востока // Тез. XIV Тихоокеанского научного конгресса. Комитет Н. М.: Наука, 1979. С. 64-65.

2. Гроздова Н.Б., Некрасов В.И., Глоба-Михайленко Д.А. Деревья, кустарники и лианы: Справочное пособие. М.: Лесная промышленность, 1986. 349 с.

3. Губанов И.А., Игнатов М.С., Новиков В.С. Петелин Д.А. Сосудистые растения // Флора и растительность хребта Тукуринга (Амурская область). М.: Изд-во МГУ, 1981. С. 86-166.

4. Ильина Т.М. Химический состав хвои ели аянской (Picea ajanensis) в пределах её ареала // Вестник КрасГАУ. 2009. №10.

5. Bernatova, I.; Liskova, S. Mechanisms Modified by (−)–Epicatechin and Taxifolin Relevant for the Treatment of Hypertension and Viral Infection: Knowledge from Preclinical Studies. Antioxidants. 2021, 10, 467.

6. Kandeel, M.; Kitade, Y.; Almubarak, A. Repurposing FDA-approved phytomedicines, natural products, antivirals and cell protectives against SARS-CoV-2 (COVID-19) RNA-dependent RNA polymerase. PeerJ. 2020. 8:e10480. DOI 10.7717/peerj.10480.