Способ получения биологически активных веществ из бересты

Способ получения биологически активных веществ из бересты

Реферат

Изобретение относится к деревообрабатывающей и лесохимической промышленности и может быть использовано для выделения из наружного слоя коры березы биологически активных продуктов, в частности бетулинола и проантоцианидинов для парфюмерно-косметической, фармацевтической, медицинской и пищевой промышленности.

Известен способ получения бетулинола из березовой коры, включающий измельчение коры, разделение коры на бересту и луб, экстракцию бересты 90-95% этиловым спиртом с температурой 70-75°C с добавлением активированного угля, отделение раствора фильтрованием с последующим упариванием фильтрата досуха. Полученный сухой порошок представляет собой бетулинол 95%-ной чистоты [RU 2172178 от 20.08.2001].

Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество получаемого бетулинола, большое количество отходов.

Известен способ получения бетулинола из бересты, включающий измельчение бересты, обработку измельченной бересты смесью вода-спирт-щелочь при использовании ударно-акустического воздействия в течение 5 минут при температуре 70°С, упаривание полученного раствора, осаждение бетулинола из упаренного раствора при разбавлении его водой и последующее отделение бетулинола фильтрованием [RU 2264411 от 20.11.2005].

Ударно-акустическая активация интенсифицирует гидролиз бересты, которая в течение нескольких минут превращается в гомогенную массу коричневого цвета.

Однако при ударно-акустической активации образуется гомогенная масса, неподдающаяся фильтрации. Осажденный бетулинол загрязнен трудно отделяемой щелочью. Сама ударно-акустическая активация вредна для обслуживающего персонала, к тому же не предусмотрено полное использование компонентов коры.

Известен способ переработки березовой коры для получения бетулинола, включающий измельчение коры, разделение ее на бересту и луб, экстракцию бересты путем заливки ее 1-бутанолом и выдержки в течение 2-48 часов при температуре 20-120°С, фильтрование полученного раствора, отгонку растворителя, выдержку остатка в течение 2-16 часов при температуре 5-15°С для кристаллизации бетулинола, фильтрование кристаллов бетулинола, отжим на фильтре, промывку водой и сушку. Преимущественно бересту и 1-бутанол берут в соотношении от 1:1 до 1:10 [RU 2234936 от 27.08.2004].

Известный способ обеспечивает выход от веса сухой коры 45 мас.% бетулинола 98%-ной чистоты. К недостаткам известного способа следует отнести чрезмерно большую продолжительность выдержки, применение дорогого растворителя, невозможность получения чистого бетулинола в одну стадию. Вызывает сомнение высокий выход - 45 мас.% бетулинола. Известно, что содержание бетулинола в бересте достигает 30-35% [Похило Н.Д., Уварова Н.И.//Химия природных соединений. 1988. № 3. С.325; Кислицын А.Р.//Химия древесины. 1994. № 3. С.3.].

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) [RU 2206572 от 20.06.2003].

В известном способе процесс выделения бетулинола оказывается достаточно сложным.

Известен способ переработки березовой коры, включающий последовательное измельчение коры в дробилке; разделение ее на бересту и луб; экстракцию бересты растворителем в виде азеотропной смеси тетрахлорэтилен - вода в течение 0,5-1,4 часа при температуре 89-115°С, давлении 0,1-1,0 МПа; отделение раствора от шрота при температуре 80-100°С; выдерживание фильтра в кристаллизаторе в течение 1-5 часов при температуре от -5°С до +25°С; отделение выпавших кристаллов от маточного раствора; промывание кристаллов дистиллированной водой или 20%-ным водным раствором этилового спирта с последующей сушкой полученного продукта - смеси трех-пятитритерпеновых соединений; упаривание маточного раствора до получения сухого остатка; промывание его дистиллированной водой с последующей сушкой полученного продукта - смеси пяти-семнадцатитритерпеновых соединений. Шрот далее перерабатывают в лигнин и березовый воск, а луб - в квас и кормовую добавку [RU 2305550 от 10.09.2007].

Недостатком способа является то, что смесь тритерпеновых соединений получают в два этапа и с низким выходом. Не указана какая часть смеси тритерпеновых соединений приходится на бетулинол.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения биологически активных веществ [RU 2283655 от 20.09.2006], включающий экстракцию измельченной бересты полярным экстрагентом при М=1:3-20 и температуре 18-100°С в течение 0,5-20 часов. Затем экстракт отделяют от бересты и получают концентрат водорастворимых веществ, который может быть сконцентрирован или переведен в сухое состояние. Бересту повторно экстрагируют полярным органическим растворителем. Экстракт отделяют, концентрируют и выделяют из концентрированного экстракта кристаллы 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.

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 то, что концентрат бетулинола извлекается в два этапа и с низким выходом (известно, что береста содержит до 30-35% бетулинола). В патенте не указано какое количество бетулинола содержится в полученном концентрате тритерпеноидов, выделенного из маточного раствора. Недостатком способа также является то, что из концентрата водорастворимых веществ не выделены вещества, отвечающие за биологическую активность.

Задачей изобретения является расширение ассортимента биологически активных веществ, выделяемых из бересты.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим экстракцию измельченной бересты диэтиловым эфиром, упаривание экстракта и получение бетулинола с содержанием основного компонента до 92%. Затем остаток бересты подвергают водной экстракции при температуре 95-100°С в течение 1,5-2,0 часов, гидромодуль 15-20. Остаток бересты 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 1/12-1/15 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.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что выделение бетулинола проводится в один этап экстракцией диэтиловым эфиром в аппарате Сокслета; во-вторых, 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 бересты подтверждается конкретным примером.

Пример. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной (1-3 мм) бересты, влажностью до 5% и экстрагируют диэтиловым эфиром в течение 8 часов. После отгонки диэтилового эфира получают 38,9 г порошка светло-желтого цвета, который промывают гексаном. Концентрация бетулинола в промытом гексаном экстракте составляет 90-92 мас.%.

Для получения проантоцианидинов в круглодонную колбу объемом 2 л, снабженную обратным холодильником, загружают 50 г бересты, предварительно проэкстрагированной диэтиловым эфиром, заливают 1 л воды и кипятят в течение 1,5 часа, затем горячий водный раствор отделяют фильтрованием и получают 700-750 мл водного экстракта. Водный экстракт концентрируют на ротационном испарителе до объема 250 мл, насыщают хлоридом натрия и образующийся осадок отделяют фильтрованием. Фильтрат трижды экстрагируют, используя по 200-250 мл этилацетата, сушат над безводным сульфатом натрия, затем этилацетатный раствор концентрируют под вакуумом до объема 50 мл и разбавляют 6 раз хлороформом, при этом проантоцианидины выпадают в осадок в виде светло-кремовых хлопьев, их отделяют фильтрованием. Выход проантоцианидинов составил 0,5 г (1,0 мас.%) от массы исходной коры.

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 наружного слоя коры березы - бересты в бетулинол и проантоцианидины. Предлагаемый способ позволяет наряду с бетулинолом выделять из бересты и проантоцианидины, что расширяет ассортимент выделяемых биологически активных веществ.

Способ получения биологически активных веществ из бересты, включающий экстракцию измельченной бересты водой гидромодуль М=1:15-20 и температуре 95-100°C с выделением концентрата водорастворимых веществ и экстракцию бересты органическим растворителем с получением бетулинола, отличающийся тем, что сначала измельченную бересту экстрагируют диэтиловым эфиром с выделением бетулинола, затем остаток бересты экстрагируют водой в течение 1,5-2,0 ч, полученный раствор водорастворимых веществ концентрируют до 1/3 первоначального объема, насыщают хлоридом натрия и образующийся осадок отделяют фильтрованием, фильтрат трижды экстрагируют этилацетатом и концентрируют до 1/12-1/15 первоначального объема, разбавляют хлороформом и выделяют проантоцианидины.