Способ получения биологически активного препарата из древесины лиственницы

Способ получения биологически активного препарата из древесины лиственницы

Реферат

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству, конкретно к способу получения биологически активного препарата из древесины лиственницы, который может быть использован в сельском хозяйстве для регулирования роста и развития растений.

Известны различные способы переработки древесины и коры лиственницы для получения широкого ассортимента биологически активных продуктов для пищевой промышленности и медицины (Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Иванова С.З. и др., Продукты глубокой химической переработки биомассы лиственницы. Рос. хим. ж., 2004, т.XLVIII, №3, с.62-69). Основным действующим веществом получаемых препаратов является дигидрокверцетин (ДКВ)-флавоноид природного происхождения, обладающий широким спектром биологической активности.

Известен, например, способ выделения ДКВ путем обработки древесины лиственницы водой, экстракции водным ацетоном, упаривания экстракта и кристаллизации ДКВ (Патент РФ N2038094, кл. А61К 35/78, оп. 27.06.95).

Известен способ выделения ДКВ путем экстракции при нагревании предварительно обессмоленных опилок древесины лиственницы органическим растворителем - этилацетатом (Патент РФ N2034559, кл. А61К 35/78, оп. 10.05.95).

Известен способ получения ДКВ из измельченной древесины лиственницы, включающий предварительную пропитку последней водой (при температуре 25-40°С), экстракцию этилацетатом (соотношение сырье: экстрагент 1:4), упаривание экстракта и обрабатывание бензином (или гексаном) без нагревания для удаления смолы. Обессмоленный экстракт обрабатывают горячей водой (температура 95-98°С), фильтруют от примесей. При охлаждении из водного раствора выпадают кристаллы ДКВ.

Основными недостатками известных способов являются большой расход органических экстрагентов (бензина и этилацетата, ацетона, этилацетата), а соответственно и большой расход электроэнергии на их упаривание и нагревание при экстракции, а также трудоемкость и многостадийность процесса, связанная с необходимостью удаления экстрактивных смолистых веществ и получения ДКВ высокой степени чистоты.

Ближайшим к заявляемому способу - прототипом, является способ получения ДКВ из измельченной древесины лиственницы, включающий смешивание подготовленного растительного сырья с экстрагентом, в качестве которого используют этилацетат в массовом соотношении соответственно 1:(5-8), нагревание смеси до температуры кипения этилацетата, составляющей 77°С, и проведение процесса экстракции при этой температуре в течение 1-5 ч, с последующим фильтрованием полученного горячего экстракта, упариванием в роторном испарителе при температуре 35-42°С и остаточном давлении 0,9-0,12 атм до получения сухого остатка. Полученный сухой остаток смешивают с гексаном или бензином в массовом соотношении соответственно 1:(8-20), и смесь выдерживают при температуре 18-24°С при перемешивании в течение 15-40 мин, после чего экстрагент отгоняют, смесь фильтруют, а полученный извлеченный целевой продукт смешивают с водой температурой 90-95°С в массовом соотношении 1:10 и выдерживают при этой температуре в течение 20-40 мин, после чего смесь охлаждают (Патент РФ №2082425, кл. А61К 35/78, оп. 27.06.97). Образовавшиеся в процессе охлаждения кристаллы дигидрокверцетина отделяют фильтрованием и подвергают сушке при температуре 100-120°С в течение 3-5 ч.

Недостатками способа являются многостадийность, трудоемкость процесса выделения ДКВ, большой расход экстрагента и органических растворителей, большой объем сливных (сточных) вод.

Технической задачей изобретения является получение нового биологически активного препарата на основе дигидрокверцетина, сокращение расхода экстрагента и уменьшение количества отходов производства (сточных вод).

Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.

Древесину лиственницы сибирской или даурской очищают от коры, измельчают на роторной дробилке до частиц размером 3-10 мм и сушат на воздухе при 30-40°С до остаточной влажности 10-12%. Высушенное сырье повторно измельчают до частиц размером 1-5 мм на ножевой дробилке и загружают в экстрактор. Экстракцию проводят четырехкратно каждый раз свежим растворителем, в качестве которого используют подогретый до 40-60°С 87-88% изопропиловый спирт (азеотропная смесь изопропиловый спирт-вода), при соотношении сырье:экстрагент 1:(2,5-3,0). Экстракты объединяют и упаривают в 70-90 раз до получения целевого продукта в виде темно-коричневой вязкой массы со слабым специфическим запахом, хорошо растворимой в органических растворителях. Весь отогнанный растворитель возвращают в технологический процесс, потери растворителя в процессе отгонки и с использованным шротом составляют 3-4 л на 1 кг целевого продукта в зависимости от технологических условий (время года, температурные режимы, вакуум), при этом растворитель не меняет своей экстрагирующей способности и, следовательно, позволяет вести технологический процесс без изменений, что резко сокращает расход экстрагента. Выход целевого продукта оставляет 18,7-21,9% от веса используемого (высушенного) сырья. Целевой продукт содержит смесь экстрактивных смолистых веществ неустановленной структуры и дигидрокверцетина. Содержание ДКВ в целевом продукте составляет 6,4-10%.

Далее целевой продукт перемещают в смеситель, оборудованный встроенными фильтрами, замеряют содержание ДКВ, добавляют пятикратный избыток эмульгатора и перемешивают полученную смесь в течение 4-8 часов до однородной эмульсии.

Для получения коммерческого препарата "Лариксин" целевой продукт в виде эмульсии разбавляют водой до содержания ДКВ в нем, равного 5% (50 г/л) и повторно перемешивают в течение 4-6 часов.

Коммерческий препарат представляет собой 5%-ную водную эмульсию темно-коричневого цвета, со специфическим запахом. Полевые испытания подтвердили высокую эффективность препарата "Лариксин" на рост и развитие многих сельскохозяйственных растений, в частности пшеницы.

Определяющими отличительными признаками заявляемого способа, по сравнению с прототипом, являются:

1. Измельченную древесину лиственницы сушат на воздухе при температуре 30-40°С до остаточной влажности 10-12%, что позволяет сохранить природное содержание дигидрокверцетина и фракции смолистых веществ в исходном сырье, а также предотвратить вытяжку остаточной влаги из сырья и разбавление водой экстрагента.

2. Экстракцию сырья осуществляют 87-88% изопропиловым спиртом при соотношении сырье:экстрагент, равном 1:(2,5-3,0), что позволяет экстрагировать преимущественно фенольные вещества с содержанием ДКВ не ниже 50% от суммы сухих веществ в экстракте. При использовании для экстракции безводного изопропилового спирта экстрагируется значительное количество неполярных веществ (воски, жиры, нейтральные терпеноиды), а при использовании изопропилового спирта с влажностью более 20% начинают экстрагироваться растворимые полисахариды (арабиногалактаны).

3. В целевом продукте измеряют содержание ДКВ, добавляют пятикратный избыток эмульгатора и перемешивают полученную смесь до однородной эмульсии, что позволяет полностью растворить целевой продукт и исключить расслаивание смеси и выпадение в осадок ДКВ.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения способа.

Пример 1.

35 кг древесины лиственницы, очищенной от коры, измельчили на роторной дробилке до размера частиц 3 мм, просушили при температуре 30°С в течение 48 часов до остаточной влажности 12%. Высушенное сырье (26 кг) повторно измельчили до размеров частиц 1 мм на ножевой дробилке, загрузили в экстрактор емкостью 100 л и экстрагировали 4 порциями подогретого до 60°С 88% водного изопропилового спирта при соотношении сырье:экстрагент 1:2,5 в течение 6 часов. Объединенный экстракт (266 л) упарили при 60°С в вакууме 160 мм рт.ст. до получения 3,8 л концентрата, и измерили содержание ДКВ методом ВЭЖХ (результат измерения - 6,4% или 0,243 кг). К целевому продукту добавили 1,2 кг разогретого до 60°С эмульгатора ОП-7 и перемешали механической мешалкой в течение 4 часов до получения 4,8 л однородной темно-коричневой эмульсии. Выход целевого продукта составил 18,7% от веса экстрагируемого сырья. Для получения коммерческого препарата к 4,8 л эмульсии добавили 0,5 л. воды до содержания ДКВ в водной эмульсии, равного 5%, полученную смесь перемешали еще 6 часов и оставили отстаиваться в течение 4 часов.

Пример 2.

400 кг комлевой части древесины лиственницы, очищенной от коры, раскололи на поленья, измельчили на роторной дробилке до частиц размером 10 мм и просушили при 40°С до влажности 10%. Высушенное сырье (160 кг) повторно измельчили на ножевой дробилке до частиц размером 5 мм, далее загрузили в экстрактор емкостью 630 л и экстрагировали четыре раза 87% водным изопропиловым спиртом, подогретым до 40°С при соотношении сырье:экстрагент 1:3,0 в течение 8 часов. Объединенный экстракт (1756 л) упарили при температуре 50°С в вакууме 150 мм. рт.ст. до получения 20 л концентрата (целевой продукт), измерили содержание ДКВ (8,5%), рассчитали общее содержание ДКВ - 1,7 кг. Концентрат переместили в смеситель, оборудованный встроенными фильтрами, и добавили пятикратное количество эмульгатора ОП 10 - 8,5 кг. Смесь перемешали якорной мешалкой в течение 8 часов до получения однородной темно-коричневой эмульсии. Выход целевого продукта составил 21,9% от веса экстрагируемого сырья. Для получения коммерческого препарата к полученной эмульсии добавили 7 л воды и перемешали еще 4 часа. После 6-часового отстоя получили однородную, нерасслаивающуюся темно-коричневую водную эмульсию с содержанием ДКВ, равным 5%.

Пример 3.

Полевые испытания препарата "Лариксин" проводили на опытном поле Алтайского Госагроуниверситета (учхоз "Пригородное" Первомайского района) на сортах яровой пшеницы Омская 24 и Алтайская 92.

Эффективность предпосевной обработки семян яровой пшеницы препаратом "Лариксин" проверяли на сорте Омская 24. Семена обрабатывали методом полусухого протравливания накануне посева следующими препаратами: препаратом СИЛК (эталон), норма расхода - 50 мл/т, расход рабочего раствора 10 л/т и препаратом "Лариксин", норма расхода: 100 мл/т, расход рабочего раствора 10 л/т. Контрольные семена обрабатывали водой. Эффективность предпосевной обработки семян яровой пшеницы представлена в таблице 1, из которой видно, что обработка семян препаратом "Лариксин" позволила получить прибавку урожая на 8,1 ц/га или на 24,5% больше, чем в контроле. Отмечено снижение повреждения растений пшеницы корневой гнилью на 25%.

Эффективность обработки вегетирующих растений яровой пшеницы препаратом "Лариксин" проверяли на сорте Алтайская 92. Для этого вегетирующие растения опрыскивали в фазу кущения препаратом Силк при норме расхода - 50 мг/га, а препаратом "Лариксин" при норме расхода 100 мл/га. При этом расход рабочего раствора составлял 300 л/га. Контрольные растения обрабатывали водой. Эффективность внекорневой обработки посевов яровой пшеницы представлена в таблице 2, из которой видно, что под воздействием препарата "Лариксин" урожайность зерна повысилась на 8,7 ц/га или на 35,7% по сравнению с контролем и на 4,0 ц/га или 13,8% по сравнению с эталоном (Силк).

Использование заявляемого способа позволит:

- получать новый биологически активный препарат, который кроме ДКВ содержит фракцию смолистых веществ, и обладает ростстимулирующим и фунгицидным действием;

- существенно снизить расход органических растворителей за счет непрерывного возврата на стадию экстракции одного и того же экстрагента;

- повысить экологическую безопасность способа за счет исключения слива сточных вод, поскольку целевой продукт представляет собой суммарный экстракт, содержащий смесь экстрактивных смолистых веществ неустановленной структуры и дигидрокверцетина, а жидкие отходы образуются на стадии очистки ДКВ от смолистых и сопутствующих веществ и осаждения ДКВ из охлажденного водного раствора (прототип).

Таблица 1
Варианты	Урожайность	Масса 1000 зерен, г	Содержание клейковины	Класс зерна	Окупаем. 1 руб. затрат, руб.
ц/га	прибавка	%	%	группа
Контроль (10 л/т)	33,0	-	100	32,3	30	I	II	-
Силк, 50 мл/т	40,1	7,1	121,5	36,0	30,4	I	II	8,4
Лариксин, 100 мл/т	41,4	8,1	124,5	34,6	32.8	I	I	9,6
Таблица 2
Вариант	Урожайность	Масса 1000 зерен, г	Содержание клейковины	Класс зерна	Окупаем. 1 руб. затрат, руб.
ц/га	прибавка	%	%	группа
Контроль (вода)	24,2	-	100	33,5	28,8	II	III	-
Силк, 50 мл/га	28,9	4,7	19,4	35,65	28,9	II	II	6,65
Лариксин, 100 мл/га	32,9	8,7	35,7	35,69	30,1	I	I	7,62
Р, %	2,94
НСР0,95	2,45

1. Способ получения биологически активного препарата из древесины лиственницы, содержащего дигидрокверцетин, включающий измельчение сырья, сушку последнего на воздухе до содержания влаги не более 15%, экстракцию органическим растворителем, упаривание экстракта, отличающийся тем, что измельченную древесину сушат при 30-40°С, в качестве экстрагента используют 87-88%-ный изопропиловый спирт, экстракцию проводят при соотношении сырье:экстрагент 1:(2,5-3), экстракт упаривают в 70-90 раз, измеряют содержание в нем дигидрокверцетина и добавляют пятикратный избыток эмульгатора с последующим перемешиванием смеси до получения однородной эмульсии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное сырье измельчают сначала до частиц размером 3-10 мм, а затем до частиц размером 1-5 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве эмульгатора используют ОП-7 или ОП-10.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед использованием препарат в виде эмульсии разбавляют водой до содержания в нем дигидрокверцетина, равного 50 г/л.