СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ САПОНИНОВ Российский патент 2002 года по МПК C07J21/00 C07J71/00 C07J73/00 

Заявляемое изобретение относится к способам выделения сапонинов из сахарной свеклы и отходов сахарного производства и может быть применено в фармацевтической и косметической промышленности, а также для снижения поступления сапонинов в окружающую среду.

Известны способы выделения сапонинов из корневищ сахарной свеклы, свекловичного жома и преддефекационного осадка, в основе которых лежит многоступенчатая экстракция различными растворителями (Нагорная В.А., Жижина Р. Т. , Карташов А.К. // Сахарная промышленность. - 1966, 8. - С. 39-43; Патент 90934, СРР, 1985; Sasazuka Tabashi, Endo Makoto, Hiwatashi Kazutoshi Hiroshi // Seitogijutsi kenkyukaishi - Proc. Res.Soc.Jap. Sugar Refin. Technol. - 1995. - C. 57-62).

Наиболее близким аналогом является способ выделения сапонинов из корневищ сахарной свеклы и продуктов ее переработки, используемый в аналитических целях (Нагорная В.А., Жижина Р.Т., Карташов А.К. // Сахарная промышленность. - 1966, 8. - С. 39-43).

Способ основан на свойстве сапонинов растворяться в щелочных средах и спиртах и терять растворимость в кислых водных растворах. Из корневищ сапонины извлекают обработкой их раствором NaOH с дальнейшим переосаждением при подкислении соляной кислотой. Последующую очистку проводят, используя многоступенчатую экстракцию сапонинов этанолом, чередующуюся переосаждением их в кислой среде.

Недостатками известного способа являются длительность и многостадийность (16 операций в цикле) процесса. Выделенные сапонины находятся в нерастворимой в воде H⁺-форме, переведение их в удобную для применения водорастворимую форму приводит к дальнейшему усложнению процесса.

Заявляемое изобретение позволяет упростить процесс выделения сапонинов из корневищ сахарной свеклы и отходов сахарного производства, получить продукт с высокой степенью чистоты в растворимой в воде форме, снизить содержание сапонинов в стоках сахарных заводов в 15-20 раз.

Техническая задача решается тем, что при выделении сапонинов известным способом (Нагорная В.А., Жижина Р.Т., Карташов А.К. // Сахарная промышленность. - 1966, 8. - С. 39-43) после их осаждения при подкислении щелочного экстракта корневищ или сточной воды неочищенные сапонины переводят в растворимую в воде NH₄ ⁺- форму обработкой раствором гидроксида аммония с рН=11,0 пропускают через макропористый неионогенный сорбент Стиросорб 1 - МХДЭх100 со скоростью 0,1 м/ч с последующей десорбцией 96%-ным этанолом и отгонкой последнего с получением конечного продукта.

Выбор макропористого неионогенного сорбента Стиросорб обусловлен его высокой специфичностью к сапонинам, способствующей преимущественной сорбции этих веществ из разбавленных водных растворов с концентрацией ≤2,0 мг/дм³.

Сорбент представляет собой тип полистирольных сеток, по своей химической природе близкий к сополимерам стирола и дивинилбензола, но обладающий принципиально другой структурой, и называется сверхсшитым (В.А.Даванков, С.В.Рогожин, М. П. Цюрупа / Журнал физ. химии. - 1973, т.48, 12. - С. 2964-2967). Такие полимеры получают не традиционными методами сополимеризации мономеров, а сшиванием цепей полистирола, находящихся в растворе или в набухшем состоянии, бифункциональными соединениями, образующими в конечной сетке мостики жесткой структуры (М.П.Цюрупа. Сверхсшитый полистирол - новый вид полимерных сеток. Автореф. дис....докт. хим. наук. М., 1985. - 48 с.). В качестве сшивающих агентов используют 4,4-бис-хлор-метилдифенил (ХМД), ксилендихлорид (КДХ) или монохлордимэтиловый эфир (МХДЭ). Между полимерными цепями образуются мостики следующей структуры:

При содержании сшивающих мостиков более 40% сетки получают название "сверхсшитые" полимеры. Сверхсшитые сорбенты отличаются высокими кинетическими характеристиками и легкостью регенерации и могут быть использованы для разделения биологических растворов на компоненты (М.П.Цюрупа, В.А.Даванков, В. Ф.Селеменев и др. //Прикладная биохимия и микробиология. - 1985. - т.21. - 1. - С. 7225-7274).

Данный сорбент был использован для разделения нуклеиновых кислот, имеющих в своем составе гликозидные и карбоксильные группы (В.Ф.Селеменев, Г.Ю. Орос, И. Руденко, О.И.Стукалов, М.П.Цюрупа, В.А.Даванков. Способ получения нуклеиновых кислот и аминокислот из автолизатов пекарских дрожжей, заявка 93032352/13 (031326)).

Аналогичные функциональные группы имеются и в сапонинах.

В качестве подтверждения данного способа предлагается два примера, связанные с выделением сапонинов из корневищ сахарной свеклы и из сточных вод сахарного производства.

Пример 1. 130 г измельченных корневищ сахарной свеклы, содержащей 0,33% сапонинов, настаивали при нагревании до 60^oС с десятикратным по отношению к массе сырья объемом (1,3 дм³) раствора NaOH с рН=11,0 в течение 1 часа, фильтровали через тканевый фильтр и подкисляли HCl (1:1) до рН=1,0, отстаивали в течение 12 часов до полного осаждения сапонинов. Полученный осадок, содержащий сапонины, отфильтровывали через стеклянный фильтр "ПОР 16" и промывали прямо на фильтре раствором НС1 с рН=1,0 до полного удаления сахара (проба с α-нафтолом). Отмытый от сахара осадок высушивали при температуре 105^oС, масса его составила 3,5 г, содержание сапонинов - 12%. Сапонины находились в нерастворимой в воде Н⁺-форме.

Осадок обрабатывали 280 см³ раствора гидроксида аммония с рН=11,0, при этом сапонины переходили в растворимую в воде NH₄ ⁺-форму.

Полученный раствор с содержанием сапонинов ~ 1,5 г/дм³ пропускали через колонку, заполненную 10 г сорбента Стиросорб 1-МХДЭх100 в набухшем состоянии. Размер гранул сорбента 0,5-1,0 мм. Диаметр колонки 2,0 см, высота слоя 30,3 см, скорость пропускания раствора 0,5 см³/мин.

Десорбцию сапонинов с сорбента осуществляли пропусканием 300 см³ 96%-ного этанола со скоростью 0,5 см³/мин.

После отгонки этанола получили 0,32 г сапонинов с чистотой 82%. Выход из состава сырья в пересчете на 100%-ный сапонин составил 61%. Число операций в цикле - 10.

Пример 2. 5 дм³ сточной воды сахарного производства (смесь сточных вод III категории, содержащей 370 мг/дм³ сапонинов), подкисляли НС1 (1:1) до рН= 1,0, выдерживали при нагревании до 60^oС в течение 1 часа, отстаивали до полноты осаждения сапонинов в течение 12 часов. Осадок отфильтровывали через стеклянный фильтр "ПОР 16" и, не высушивая, обрабатывали 1,2 дм³ раствора гидроксида аммония с рН= 10,0. Полученный раствор, содержащий ~ 1,5 г/дм³ сапонинов, пропускали через колонку, содержащую 40 г сорбента Стиросорб 1-МХДЭх100 в набухшем состоянии. Диаметр колонки 3,0 см, высота слоя 53 см, скорость пропускания раствора 0,5 см³/мин.

Десорбцию сапонинов с сорбента проводили пропусканием 1,0 дм³ 96%-ного этанола. После отгонки этанола получили 1,47 г осадка, содержащего 87% сапонинов. Выход составил 65% от первоначального содержания в стоке в пересчете на 100%-ный сапонин. Остаточное содержание сапонинов в стоке снизилось в 17 раз и составило 22 мг/дм³. Число операций в цикле - 7.

Изобретение относится к усовершенствованному способу выделения и очистки сапонинов. Очистка сапонинов производится на неионогенном макропористом сорбенте Стиросорб 1-МХДЭх100, что позволяет упростить процесс выделения и получить сапонины с высокой степенью чистоты в растворимой в воде форме. Выделение сапонинов из отходов сахарного производства позволяет снизить содержание этих веществ в стоках в 15-20 раз.

Способ выделения сапонинов из сахарной свеклы и отходов сахарного производства путем их осаждения при подкислении щелочного экстракта корневищ, жомопрессовой или сточной воды, отличающийся тем, что неочищенные сапонины переводят в растворимую в воде NH₄ ⁺-форму обработкой раствором гидроксида аммония с рН 11,0, сорбируют на макропористом неионогенном сорбенте Стиросорб 1-МХДЭх100 со скоростью 0,1 м/ч с последующей десорбцией 96%-ным этанолом, отгонкой последнего и получением конечного продукта.