Способ получения биологически активных веществ из коры березы

Способ получения биологически активных веществ из коры березы

Реферат

Изобретение относится к способам выделения биологически активных веществ из древесины, а именно к рациональному использованию коры березы - отхода деревообрабатывающих предприятий, и может быть использовано при получении лекарственных, ветеринарных, косметических препаратов, а также в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Предлагаемое изобретение предусматривает перерабатывать кору различных видов берез без предварительного разделения ее на бересту и луб, а также кору нижней части ствола берез (так называемую комлевую кору), толщина которой у старых берез может достигать 10-15 см.

Большинство известных способов выделения ценных веществ из березовой коры основано на разделении ее на бересту и луб и выделении из бересты бетулина [RU 2074867 от 10.03.1997, RU 2131882 от 20.06.1999, RU 2138508 от 27.09.1999, RU 2172178 от 20.08.2001, RU 2192879 от 20.11.2002, RU 2206572 от 20.06.2003, RU 2234936 от 27.08.2004, RU 2264411 от 20.11.2005].

Однако имеются огромные ресурсы березовой коры, в которой отсутствует четкая граница между внешней и внутренней ее частями. Такую кору имеют стволы перестойных деревьев, а также комлевая часть достаточно молодых берез.

Недостатком известных способов является то, что все они предусматривают предварительное разделение коры на бересту и луб, что достаточно трудоемко и энергозатратно. Недостатком является также то, что перечисленными выше способами перерабатывается всего 20% от массы всей коры, так как на долю наружного слоя коры березы приходится 16-20%.

Известен способ выделения бетулинола, по которому отделяют бересту от луба, бересту измельчают на роторной ножевой мельнице, фракцию 0,5-5,0 мм экстрагируют гексаном в течение 3-5 часов. Полученный экстракт промывают дистиллированной водой, после расслаивания выпадает кристаллический осадок, содержащий 92-97% бетулинола. Затем воду отделяют от экстракта. Осадок отфильтровывают и высушивают. Выход этого продукта составляет 5-8% от массы воздушно-сухой бересты, взятой для экстракции (I стадия). Далее экстракт упаривают, при этом выпадает осадок тритерпеновых соединений, основным из которых является бетулинол, а полученный растворитель возвращают для проведения следующего процесса экстракции. Образовавшийся осадок промывают водой и высушивают. Выход составляет 15-20% от массы экстрагируемого продукта с содержанием основного вещества 60-70% (II стадия).

В известном способе процесс выделения бетулинола оказывается достаточно сложным [RU 2206572 от 20.06.2003].

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения биологически активных веществ, включающий экстракцию измельченной бересты полярным экстрагентом при соотношении береста: растворитель=1:3-20 при температуре 18-100°С в течение 0,5-20 часов, отделение фильтрованием концентрата водорастворимых веществ, который может быть сконцентрирован или переведен в сухое состояние. Бересту повторно экстрагируют полярным органическим растворителем при соотношении 1:10-20 соответственно. Экстракт отделяют, концентрируют и выделяют кристаллизацией концентрат бетулинола с содержанием основного компонента не менее 90%. Затем из маточного раствора полностью отгоняют растворитель и получают концентрат тритерпеноидов, основными компонентами которого являются бетулинол и лупеол [RU 2283655 от 20.09.2006].

Из полярных экстрагентов используют недорогие и малотоксичные растворители. Из неорганических растворителей используют воду или слабые водные растворы солей или кислот, предпочтительно физиологический раствор, содержащий 3% хлористого натрия, а из органических растворителей - предпочтительно кетон, основным представителем которых является ацетон, и алифатические спирты, преимущественно этанол или изопропанол и их смеси с водой.

Недостатком способа является использование в качестве сырья только бересты, а это подразумевает разделение коры на бересту и луб, что является достаточно трудоемким процессом. В патенте не указано какое количество бетулинола содержится в полученном концентрате тритерпеноидов, выделенном из маточного раствора. К недостаткам способа следует отнести выделение концентрата водорастворимых веществ, из которого не выделены вещества, отвечающие за биологическую активность.

Задачей изобретения является расширение ассортимента биологически активных веществ, выделяемых из коры березы без предварительного ее разделения на бересту и луб.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим экстракцию измельченной коры без ее разделения на бересту и луб неполярным экстрагентом, отгонку растворителя, обработку сухого остатка 20%-ным водным раствором щелочи с выделением бетулинола. Затем остаток коры подвергают водной экстракции при температуре 95-100°С в течение 1,5-2,0 часов, гидромодуль 15-20. Остаток коры отделяют, водный раствор концентрируют под вакуумом до 1/3 первоначального объема, насыщают хлоридом натрия и образующийся осадок отделяют фильтрованием. Фильтрат трижды экстрагируют этилацетатом, затем этилацетатный раствор концентрируют под вакуумом до 1/15 первоначального объема. Концентрированный этилацетатный раствор разбавляют в 5-6 раз хлороформом, при этом проантоцианидины выпадают в осадок, их отделяют фильтрованием. Остаток коры может быть использован как сорбент при очистке промышленных стоков, компостирован на удобрения или известным способом переработан в активные угли [RU 1440875 от 30.11.1988].

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что во-первых, предлагается перерабатывать кору березы без предварительного ее разделения на бересту и луб; во-вторых, в отличие от прототипа выделение тритерпеноидов (бетулинола) проводится в один этап экстракцией неполярным растворителем (гексаном, бензином БР-1, толуолом, петролейным эфиром, диэтиловым эфиром, возможно также использование галогенпроизводных углеводородов) в аппарате Сокслета; в-третьих, из водного экстракта выделяют проантоцианидины - одни из мощнейших известных в настоящее время антиоксидантов, широко применяемых как пищевые добавки [RU 2199249 от 27.02.2003].

Способ получения биологически активных веществ из коры березы подтверждается конкретным примером.

Пример. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной (1-3 мм) березовой коры влажностью до 5% и экстрагируют гексаном в течение 8 часов. После отгонки гексана и обработки сухого остатка 20%-ным раствором водной щелочи и перекристаллизации из этилового или изопропилового спирта получают бетулинол с выходом 10,5% и температурой плавления 256-258°С.

Предварительная экстракция коры березы неполярным растворителем позволяет извлечь тритерпеновые соединения (бетулинол), при этом открываются дополнительные поры в коре, что увеличивает скорость и позволяет более полно извлечь проантоцианидины при последующей экстракции коры водой.

Далее загружают кору березы (~50 г), предварительно проэкстрагированную неполярным растворителем (гексаном), заливают 1 л воды и кипятят в течение 1,5 часов, затем горячий водный раствор отделяют фильтрованием и получают 750-780 мл водного экстракта. Водный экстракт концентрируют на ротационном испарителе до объема 250-300 мл и насыщают хлоридом натрия. По истечении 20-25 минут раствор мутнеет, образующийся осадок отделяют фильтрованием. Фильтрат трижды экстрагируют, используя по 250 мл этилацетата, сушат над безводным сульфатом натрия, затем этилацетатный раствор концентрируют под вакуумом до объема 50 мл и разбавляют 5-6 раз хлороформом, при этом проантоцианидины выпадают в осадок в виде светло-кремовых хлопьев, их отделяют фильтрованием. Выход проантоцианидинов составил 0,6 г (1,2%) от массы исходной коры.

Выход и степень извлечения тритерпеноидов и бетулина при экстракции различными неполярными растворителями приведены в таблице.

Выход и степень извлечения тритерпеноидов и бетулина при экстракции коры березы неполярными растворителями
№ п/п	Растворитель	Продолжительность экстракции, ч	Выход тритерпеноидов, % от а.с. коры	Коэффициент извлечения тритерпеноидов, %	Выход бетулина, % от а.с. коры
1	Гексан	8	10,6	95,5	9,5
2	Бензин БР-1	8	10,8	97,3	9,4
3	Петролейный эфир	8	10,5	94,5	9,4
4	Толуол	8	10,8	97,3	9,5
5	Диэтиловый эфир	8	11,0	99,1	9,5

Как видно из таблицы, максимальные выход (11,0%) и степень извлечения (99,1%) тритерпеноидов достигается при экстракции коры березы диэтиловым эфиром.

Выход проантоцианидинов не зависит от типа неполярного растворителя, используемого на первой стадии экстракции коры березы.

Подтверждением того, что выделены именно проантоцианидины является характерная для них реакция образования антоцианидинов. Нагревание проантоцианидинов В-1, В-2, В-3, В-4 в кислых растворах (этиловый спирт, содержащий 4-7% соляной кислоты) приводит к образованию цианидина, продельфинидины соответственно образуют дельфинидин [М.Н.Запрометов. Фенольные соединения. Распространение, метаболизм и функции в растениях. Москва. «Наука» 1993. - 272 с].

Техническим результатом изобретения является переработка коры березы в бетулинол и проантоцианидины без предварительного разделения ее на бересту и луб. Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент биологически активных веществ, выделяемых из коры березы.

Способ получения биологически активных веществ из коры березы, включающий экстракцию коры водой при соотношении сырье-вода 1-15÷20 при температуре 95-100°С с выделением концентрата водорастворимых веществ и экстракцию органическим растворителем с выделением бетулинола, отличающийся тем, что измельченную кору березы сначала экстрагируют неполярным органическим растворителем, после отгонки растворителя, сухой остаток обрабатывают 20%-ным водным раствором щелочи с выделением бетулинола, а затем остаток коры экстрагируют водой в течение 1,5-2,0 ч, водный раствор концентрируют до 1/3 первоначального объема, насыщают хлоридом натрия и образующийся осадок отделяют фильтрованием, фильтрат трижды экстрагируют этилацетатом и концентрируют до 1/15 первоначального объема, разбавляют хлороформом и выделяют проантоцианидины.