Патент на изобретение №2180566

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к переработке древесины лиственницы с получением биофлавоноидов, конкретно дигидрокверцетина (ДКВ), который находит применение в медицине, пищевой промышленности. Проводят переработку древесины лиственницы водой при нагревании, отделяют твердую фазу, охлаждают пульпу, добавляют органический растворитель и упаривают. При этом процесс переработки древесины лиственницы водой ведут в псевдоожиженном состоянии. В качестве растворителя используют метилтрет-бутиловый эфир. Полученную органическую фазу упаривают. Воду можно подвергать деионизации. Органическую фазу перед упариванием пропускают через углеродный фильтр. Упаривание органической фазы осуществляют в условиях вакуума. Предложенный способ позволяет получить ДКВ с высоким выходом и высокой степенью чистоты, существенно упростить технологию процесса, сократить время проведения процесса. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области переработки древесины лиственницы Даурской /Сибирской/ с получением биофлавоноидов, а именно дигидрокверцетина /ДКВ/. Ввиду высокой антиоксидантной активности ДКВ находит применение в медицине – обладает способностью восстанавливать эластичность кровеносных капилляров, препятствует воспалительным процессам, опухолеобразованию и т.д. В то же время ДКВ используется в пищевой промышленности в качестве консерванта и в ряде областей биотехнологии /М.Н. Запрометов. Фенольные соединения, М., Наука, 1993 г./.

Известен способ выделения ДКВ путем экстракции опилок древесины лиственницы водой при нагревании, охлаждения экстракта, фильтрования, хроматографирования на колонке с полиамидом, элюирования водно-ацетоновой смесью и упаривания /авторское свидетельство СССР 351847, С 07 D 7/24, 1970/.

Основной недостаток известного способа состоит в медленном течении процесса выделения биофлавоноидов, в необходимости использовать для извлечения ДКВ из водного экстракта сложных операций с использованием полиамидного сорбента высокой степени чистоты. Выделение ДКВ в этом случае неизбежно связано с потерями за счет процессов сорбции и десорбции, сложностью необходимой регенерации полиамидного сорбента, при низком выходе целевого продукта, составляющем 1,1-1,2% от массы абсолютно сухой древесины.

Известен также способ выделения ДКВ путем экстракции древесины лиственницы водой при нагревании, охлаждения, фильтрования и перемешивания экстракта в течение 2 часов с полиамидным сорбентом в соотношении 1:10, отфильтровывания и высушивания полиамидного порошка, экстрагирования ДКВ из полиамидного порошка этилацетатом, отгонки растворителя и последующей кристаллизации его из горячей воды. Выход ДКВ 0,5-0,6 мас.% в пересчете на массу абсолютно сухой древесины при степени очистки целевого продукта 94-97% /патент РФ 2000797, А 61 К 35/78, 1993 г./.

Недостатком способа является его длительность, использование дорогостоящего полиамидного сорбента высокой степени чистоты, значительные энергетические затраты, поскольку процесс экстракции водой длится 1 час при 10-кратном избытке воды с температурой 100^oС, относительно низкий выход целевого продукта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ выделения ДКВ путем обработки древесины лиственницы кипящей водой, охлаждением пульпы, отделением твердой фазы с последующим добавлением водного ацетона и упариванием, растворения сухого остатка в ацетоне и жидкостной хроматографией на обращеннофазных сорбентах типа “сферисорб С2-С18” с размером частиц 5-10 мкм с использованием в качестве подвижной фазы 30-50%-ного раствора ацетона в 0,1%-ном растворе трифторуксусной кислоты и удаления ацетона упариванием. Выход ДКВ составляет 76% от введенного в хроматограф количества, а используемая в прототипе специальная система очистки ДКВ – высокоэффективная жидкостная хроматография обеспечивает получение продукта со степенью чистоты 99,5%, что дает использовать полученный таким образом продукт в качестве стандарта /патент РФ 2114631, А 61 К 35/79, 1998 г./.

В то же время такая технология делает способ получения ДКВ очень сложным и длительным, а также дорогостоящим за счет использования специального сорбента, вследствие чего данный способ не сможет найти широкого применения при промышленном производстве ДКВ.

В основу изобретения положена задача создания эффективного промышленного способа выделения ДКВ, позволяющего значительно сократить продолжительность процесса, упростить его технологию и получать при этом ДКВ высокой степени чистоты.

Поставленная задача решается предлагаемым способом выделения ДКВ путем обработки древесины лиственницы водой при нагревании, добавление органического растворителя и упаривание, в котором согласно изобретению процесс обработки древесины лиственницы водой ведут в псевдоожиженном состоянии, а при экстракции в качестве растворителя используют метилтретбутиловый эфир, от полученного водно-эфирного экстракта отделяют органическую фазу, которую упаривают.

А также тем, что:
– используемую в процессе воду подвергают деионизации,
– процесс обработки древесины лиственницы ведут в кавитаторе типа “S-эмульгатор” при температуре 70-92^oС,
– поддерживают массовое соотношение древесины к воде, равным 1:4-10,
– органическую фазу перед упариванием пропускают через углеродный фильтр,
– упаривание органической фазы осуществляют в условиях вакуума,
– после упаривания целевой продукт кристаллизуют из горячей воды.

Предложенный способ позволяет получать ДКВ с выходом 2,2-2,5% от массы абсолютно сухой древесины со степенью чистоты 95-96%, существенно упростить технологию процесса, сделать процесс экономически более выгодным, так как температура обработки древесины водой снижается до 70-92^oС, а продолжительность процесса в целом сокращается.

Сущность способа поясняется конкретными вариантами его выполнения и чертежом, на котором представлена принципиальная схема установки, где 1 – емкость, 2 – запорный вентиль, 3 – реактор-кавитатор, 4 – центрифуга или фильтр, 5 – промежуточная емкость, 6 – экстрактор, 7 – сепаратор, 8 – аппарат вакуумной отгонки растворителя, 9 – углеродный фильтр, 10 – кристаллизатор.

Способ осуществляется следующим образом: сырье – отходы лесоперерабатывающей промышленности /опилки, стружки, крошка и т.д./ загружают в емкость 1, затем добавляют расчетное количество воды, предпочтительно деионизованной до соотношения твердой и жидкой фазы в предпочтительном соотношении 1:4-10.

Смесь из емкости 1 через запорный вентиль 2 поступает в реактор 3, представляющий собой роторно-пульсационное устройство, например кавитатор типа “S-эмульгатора”, и далее возвращают в емкость 1, температуру в кавитаторе поддерживают 70-92^oС, продолжительность пребывания пульпы в кавитаторе 10-15 мин. В кавитаторе при перепаде давления процесс экстракции сопровождается одновременным разрушением биологической структуры древесины, при этом вода с растворенными в ней веществами переходит из фазы жидкости в деструктурированное псевдоожиженное состояние, характеризующееся снижением вязкости и увеличением текучести, все это способствует наиболее полному извлечению ДКВ из древесины. После осуществления процесса пульпу из кавитатора 3 с температурой 70-90^oС подают в фильтрующую центрифугу 4, например, с ножевой выгрузкой осадка, либо в другой аппарат, позволяющий отделить твердую фазу от жидкой, например сепаратор.

Фильтрат собирают в емкости 5 и охлаждают до температуры 40-45^oС.

Экстракцию ДКВ из водного раствора осуществляют в аппарате 6 метилтретбутиловым эфиром, взятым в количестве V вод. раст.: V эфира, равном 10:2-1. Метилтрет бутиловый эфир обладает ценными технологическими качествами и дешев. Он имеет благоприятную для процесса температуру кипения /52^oС/, почти не растворяет воду и другие полярные вещества и очень хорошо растворяет органические соединения средней полярности, к которым относится и ДКВ. Очень важно, что метилтретбутиловый эфир в отличие от известных для данного процесса эфирных растворителей, таких как диэтиловый эфир, диоксан, тетрагидрофуран, плохо образует пероксиды и поэтому более предпочтителен в аспекте взрывобезопасности. Экстракт из аппарата 6 поступает в сепаратор 7 для отделения органической жидкой фазы, которую отправляют на упаривние в вакуумный аппарат 8. После вакуумного упаривания получают ДКВ с выходом 2,2-2,5 мас. % в пересчете на абсолютно сухую древесину при степени чистоты 95%. В предпочтительном варианте осуществления способа органическую фазу перед упариванием пропускают через сорбент, например углеродный фильтр 9, представляющий собой углеродное волокно, например АНМ по ТУ б-16-22-1449-91, или уголь осветляющий, например, марки ОУ-А, ГОСТ 4453-74 для обесцвечивания и удаления сопутствующих примесей олигосахаридов, пектинов и др., затем упаривают в вакуумном аппарате 8 и дополнительно перекристаллизовывают из горячей воды в кристаллизаторе 10. При этом получают ДКВ с выходом 2,2-2,3 мас.%.

Предложенный способ может быть реализован с использованием стандартизированного оборудования.

Пример 1. 1000 г крошки комлевой части лиственницы с линейными размерами L х В х Н=4 х 2 х 1мм с относительной влажностью 10 вес.%, содержащую 2,7% ДКВ, загружают в емкость V=40 л, связанную с кавитатором типа “S-эмульгатор” мощностью 30 кВт, туда же подают деионизованную воду, соотношение твердой и жидкой фазы равно 1:10.

Пульпа из емкости 1 через вентиль 2 поступает в кавитатор 3 и далее возвращается в емкость 1. Процесс ведут в течение 5 минут при температуре 92^oС. После проведения процесса пульпу с температурой 90^oС из кавитатора 3 подают в фильтрующую центрифугу 4 типа ФГН-бЗП-03 с ножевой выгрузкой осадка. Фильтрат собирают в емкость 5 и охлаждают до температуры 40^oС. Экстракцию ДКВ производят в аппарате 6 метилтретбутиловым эфиром, взятом в количестве 1,5 литра /V вод, раст.: V мтбэ=10:1/. Экстракционный состав в количестве 11 л /потери составляют 0,5 л/ из аппарата 5 поступает в сепаратор 7 для отделения органической жидкой фазы. Органическую фазу в количестве 1,4 л упаривают в вакуумном аппарате 8. Получают 22,5 г ДКВ состава C₁₅H₁₂O₇. Степень чистоты 95 %, выход 2,5 маc.% в пересчете на массу абсолютно сухой древесины. Полученный ДКВ имеет следующие параметры кристаллической решетки: а= 23,612 , в=5,206 , с=25,495 , моноклинная С2, снято на дифрактометре Enraf-Nonius, сад – 4. Молекулярный вес 304,25, Т=23^oС, плотность 1,5 г/см³ и температура плавления 239^oС. Индивидуальность ДКВ доказана спектрами ЯМР ¹H и ¹³С /в СD₃OD/.

Исследование проведено на приборе BRUKER AC-200 (¹Н) и на приборе BRUKER 250 (¹³С) (табл. 1, 2).

Химический состав ДКВ доказан методами элементного анализа на С, Н, О и методом высокоэффективной жидкостной хроматографии ВЭЖХ на приборе VARIAN STAR с УФ-детектором /= 292 нм/. Методом полярографии определено удельное вращение 1%-ного раствора ДКВ в метаноле []²⁰_D = 36^{/C1, метанол/, являющимся коэффициентом оптической активности, фиксировано на приборе ЕПО 59-12.}

Пример 2. Аналогичен примеру 1. Процесс ведут при соотношении измельченной древесины к воде, равном 1:4. Время обработки – 10 минут. Температура обработки 92^oС. Соотношение Vвод.раст.: Vмтбэ равно 8:1. После сепарации органическую фазу пропускают через углеродный фильтр 9, представляющий собой уголь марки ОУ-А, ГОСТ 4453-74, после чего очищенную органическую фазу в количестве 1,5 л направляют на упаривание в аппарат 8. Получают 21,8 г ДКВ, который перекристаллизовывают из горячей воды в кристаллизаторе 10. Получают 20,7 г ДКВ 99,0% чистоты /2,3 маc.% в пересчете на абсолютно сухую древесину/.

Пример 3. Аналогичен примеру 2. Процесс ведут при соотношении древесины к воде, равным 1:10. Время обработки 10 минут. Температура обработки 70^oС. Соотношение Vвод.раст. :Vмтбэ=4:1. После сепарации органическую фазу пропускают через углеродный фильтр, представляющий собой углеродное волокно нетканое АНМ по ТУ 6-15-73-1449-91. Выход ДКВ 19,8 г – 2,2 маc.% в пересчете на абсолютно сухую древесину. Степень чистоты 99,0%.

Формула изобретения

1. Способ выделения дигидрокверцетина, включающий обработку древесины лиственницы водой при нагревании, отделение твердой фазы, охлаждение, добавление органического растворителя и упаривание, отличающийся тем, что процесс обработки древесины лиственницы водой ведут в псевдоожиженном состоянии, в качестве органического растворителя используют метилтрет-бутиловый эфир, от полученного водно-эфирного экстракта отделают органическую фазу, которую упаривают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемую в процессе воду подвергают деионизации.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс обработки древесины лиственницы водой ведут в кавитаторе типа “S-эмульгатор” при 70-92^oС.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддерживают массовое соотношение древесины и воды равным 1: (4-10).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что органическую фазу перед упариванием пропускают через углеродный фильтр.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упаривание органической фазы осуществляют в условиях вакуума.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после упаривания целевой продукт кристаллизуют из горячей воды.

РИСУНКИ

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 4-2004

(73) Патентообладатель:

Нифантьев Эдуард Евгеньевич

(73) Патентообладатель:

Коротеев Михаил Петрович

(73) Патентообладатель:

Казиев Гарри Захарович

(73) Патентообладатель:

Уминский Анатолий Аркадьевич

(73) Патентообладатель:

ООО Научно-производственное объединение “БИОТРАСТ”

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 15.12.2003 № 17995

Извещение опубликовано: 10.02.2004

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.01.2006

Извещение опубликовано: 20.02.2007 БИ: 05/2007

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.07.2008

Извещение опубликовано: 27.07.2008 БИ: 21/2008