Способ получения дигидрокверцетина из отходов лесопереработки и лесозаготовки лиственницы Российский патент 2024 года по МПК C07D311/32 

Изобретение относится к биотехнологической промышленности, а именно к производству биопрепаратов медицинского, пищевого, косметологического, технического назначения из отходов лесозаготовки и лесопереработки, активным веществом которых является дигидрокверцетин (ДКВ), обладающий высокой антиоксидантной активностью.

ДКВ относится к классу восстановленных флавоноидов, по химической структуре его молекула относится к флавоноидам подкласса флавононолов (фиг.). Антиоксидантная (противорадикальная) активность ДКВ проявляется уже при концентрациях 3,3÷0,3 мкмоль/л при полном отсутствии мутагенной активности для человека. Препарат ДКВ - важнейший Р-витамин антиоксидантного действия, который обеспечивает жизнедеятельность человека, отвечая, в частности, за сопротивляемость живых организмов к различным бактериальным и вирусным заболеваниям. ДКВ используется в качестве капилляропротекторного, гемореологического средства. В фармакологии рекомендован для комплексного лечения авитаминоза, ишемической болезни сердца, атеросклероза, оказывает положительное влияние на функциональное состояние печени, способствует восстановлению дренажной функции бронхов и биомеханики дыхания, улучшает работу сердца. Входит в состав фитоконцентратов, предназначенных для профилактики и лечения сахарного диабета, заболеваний печени и желчного пузыря, желудочно-кишечного тракта, предстательной железы, почек и мочевого пузыря, а также сердечно-сосудистых заболеваний. Имеет широкий спектр действия: регулирует метаболические процессы и может применяться в комплексной терапии различных заболеваний, оказывает положительное влияние на функциональное состояние практически всех внутренних органов организма человека. Используется для профилактики и лечения опухолевых (в том числе онкологических) заболеваний, острых стадий наиболее тяжелых вирусных заболеваний, как то СПИД (возбудитель ВИЧ) или Covid-19 (возбудитель SARS-CoV-2), аутоиммунных патологий, хронических воспалительных процессов вирусной и бактериальной этиологии и т.д.

По оценкам специалистов системное профилактический прием ДКВ в форме продуктов питания (пища, напитки) в пределах минимальных доз 1÷10 мкг/кг веса тела/сутки в течение года позволяет продлить активный период жизни человека на 15-20 лет, благодаря профилактике окислительного стресса на клеточном и общеорганизменном уровнях. Ввиду исключительно важных свойств ДКВ рекомендовано вводить его в рацион питания населения тех регионов и/или профессиональных групп, которые подвергаются высоким дозам электромагнитного излучения, ионизирующей радиации, вирусным воздействиям, физическим и/или умственным перегрузкам, с целью значимого повышения физиологической устойчивости к предельным дозам (концентрациям) этих нагрузок и срокам их воздействия.

В пищевой промышленности ДКВ применяется в качестве природного консерванта для продления сроков хранения и повышения защитной антиокислительной, антиплесневой, противодрожжевой активности. Например, использование ДКВ в производстве растительных масел, кондитерских изделий, продуктов переработки морепродуктов, рыбного, мясного сырья продлевает срок их годности минимум в 2-3 раза, придавая при этом пищевым продуктам выраженные оздоровительные свойства. ДКВ используется в винодельческой промышленности для искусственного биогенного старения коньяков и вин, для улучшения качества и вкусовых свойств спиртных напитков, снижения риска возникновения похмельного синдрома, алкогольной зависимости при длительном и неумеренном их употреблении.

Использование ДКВ при производстве косметических и парфюмерных изделий в качестве добавок в различные крема, мази, аэрозоли повышает уровень защиты кожи от воздействия излучения, радиации, патогенных и условно патогенных бактерий, вирусов. Благодаря возможности ДКВ влиять на синтез коллагена (эластина), сокращается количество и выраженность морщин, кожа долго сохраняет свежесть, упругость. Наличие ДКВ в составе зубных паст, эликсиров, глазных капель, духов, одеколонов, при их использовании, способствует нормализации общеобменных процессов, благодаря высокой биоусвояемости кожными покровами, слизистыми оболочками, эффективной транспортировке лимфатической и кровеносной системами, и оказывает на организм человека омолаживающий эффект. ДКВ, входящий в состав косметических и парфюмерных изделий особенно необходим в экологически неблагополучных районах.

В технических отраслях промышленности ДКВ может быть использован при производстве:

- моторных и реактивных топлив и масел, органических красок и лаков, воднодисперсных технических продуктов и для увеличения их сроков хранения;

- фильтров микробной и бактериальной очистки воздуха;

- для повышения сохранности изделий антикварной и музейной ценностей, книг, ценных бумаг, кожи, мехов и тканей;

- в качестве ингибитора биокоррозии металлических конструкций, включая нефтепроводы, а также как ингибитор биодеструкции полимерных материалов и конструкций.

Вместе с тем, масштабному производству ДКВ препятствует, в первую очередь, сложность, энерго- и ресурсозатратность, экологическая небезупречность технологий его выделения из растительного сырья. Это существенно влияет и на его высокую рыночную стоимость, и как следствие, на ограниченность широкого внедрения в различные производства. Поэтому количество ДКВ на российском и мировом рынке лимитировано, потенциальные потребности рынка удовлетворяются не более чем на 30÷40%.

Наиболее распространенным на территории России исходным природным сырьем с наибольшим содержанием ДКВ являются корни и комлевая часть лиственницы (даурской и сибирской), произрастающей в Сибири и на Дальнем Востоке, древесина которой содержит до 2,5% флавоноидов, представленных в основном ДКВ, кверцетином, дигидрокемпферолом и нарингенином (древесина лиственницы, произрастающей в экстремальных климатических условиях Северо-Востока России - до 5,0%), при этом на долю ДКВ приходится 70÷90% от общей суммы флавоноидов [Тюкавкина Н.А., Лаптева К.И., Медведева С.А. Фенольные экстрактивные вещества рода Larix (обзор) // Химия древесины. 1973. Вып. 13.С. 3-17].

Известен способ получения ДКВ из древесины лиственницы в промышленных масштабах путем отгонки с перегретым водяным паром очень плохо растворимых в воде флавоноидов, включая ДКВ, из лиственничных опилок [Патент РФ №2158598. Способ получения дигидрокверцетина / B.А. Бабкин, Л.А.Остроухова, Д.В. Бабкин, Ю.А. Малков // Б.И. 2000 г. №31]. Известен также «взрывной» автогидролизный способ выделения ДКВ из лиственничных опилок в присутствии сернистокислого натрия (температуры ≈220°С, давление ≈3,4 МПа) с последующим его выделением из низкотемпературного предгидролизата лиственницы полиамидным сорбентом [Б.Н. Кузнецов, В.Н. Левданский, С.А. Кузнецова и др. Получение кверцетина из древесины лиственницы сибирской в условиях «взрывного» автогидролиза в присутствии сернистокислого натрия // Химия растительного сырья, 2003, №4, C. 37-41]. Недостатками этих способов получения ДКВ являются:

- их очень высокая энергозатратность (обусловленная, в том числе, необходимостью получения больших количеств перегретого водяного пара);

- при термической обработке древесины перегретым водяным паром образуются токсичные соединения типа фурфурола, от которых затем необходимо очень тщательно избавляться, способ экологически небезопасен;

- эффективность первичного выделения ДКВ из сырья составляет не более 50%.

Кроме того, при существующих высокотемпературных технологиях выделения ДКВ из основного вида сырья корней и корневищ лиственницы нарушается нативное соотношение его четырех стереоизомеров, что приводит к снижению антиоксидантной активности.

Известен способ выделения ДКВ из природного биосырья, основанный на совмещении процессов дистилляции и жидкостной экстракции, он позволяет отделить ДКВ от сопутствующих смолистых веществ с одновременной регенерацией органического растворителя [Патент РФ №2249026. Способ переработки отходов лиственницы с выделением природных веществ в нативном виде / Уминский А.А., Абрамов Я.К., Кудряшов В.К., Лунин Н.П., Уминская К.А., Мадякин В.Ф., Смолин Б.И. // Б.И. 2005 г. №31]. Лиственничную крошку заливают спиртом, смесь неоднократно прокачивают по системе, в которой она подвергается кавитационным процессам с использованием вакуумно-волновых методов. Это позволяет выделить из крошки до 70% ДКВ. Далее экстракт направляется на выпаривание спирта в вакууме при низких температурах. В ректификационной колонне происходит разделение масел, смол и флавоноидов. Все эти фракции выводятся отдельно. Полученный порошок - ДКВ-сырец - растворяют в водно-спиртовой смеси с добавлением эфира. ДКВ избирательно переходит в эфирную фазу, из которой он затем извлекается и подвергается неоднократной перекристаллизации с деионизированной водой. Недостатками этого способа получения ДКВ являются:

- их высокая энергозатратность, связанная с процессами дистилляции и жидкостной экстракции;

- экологическая небезопасность, обусловленная применением в технологическом процессе органических растворителей (этанола, эфира) и тем, что при дистилляционной обработке древесины органическими растворителями также образуются токсичные соединения типа фурфурола, конденсированных танинов и проантоцианидинов, абиетиновой и дегидроабиетиновой кислот, от которых затем необходимо очень тщательно избавляться;

- эффективность выделения ДКВ из сырья составляет не более 70%. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ выделения ДКВ из опила лиственницы путем его перевода в водорастворимую фенолятную форму благодаря совместной механохимической активационной обработке в шаровой мельнице при 1500 об/мин в течение 2 минут с сухим гидроксидом натрия в соотношении 19:1 масс. % (химическая реакция превращения дигидрокверцитина в фенолятную форму происходит в твердой фазе, без участия растворителей и воды, а также без нагрева реакционной среды); последующего растворения фенолятной формы ДКВ в воде, отделения ее от нерастворенного в воде осадка и последующего перевода водорастворимой фенолятной формы ДКВ в водонерастворимую форму ДКВ путем подкисления раствором соляной кислотой до рН 1,5-2,0. [Патент РФ №2386624, приоритет от 19.11.2007. Способ получения дигидрокверцитина из отходов лесозаготовки и лесопереработки лиственницы // опубл. 20.04.2010].

К достоинствам способа относится исключение высокотемпературных стадий и стадий использования органических растворителей. Это делает способ экологически чистым и энергоэкономным. Степень извлекаемости ДКВ из сырья достигает 90-95%, чистота - до 70-75%.

К недостаткам относится то, что при такой высокой щелочности твердофазной среды механохимической активационной обработки (5 масс. % щелочи натрия) часть молекул ДКВ превращаются в халконы при разрыве ковалентной связи между O(1) и С(2) (см. фиг.) со снижением антиоксидантной активности.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является снижение степени щелочности твердофазной среды механохимической активационной обработки опила лиственницы при повышении в 1,26 раза концентрации ионов Na⁺, что позволяет дополнительно сдвинуть равновесие в сторону образования водорастворимых, фенолятных форм ДКВ.

Эффект изобретения достигается тем, что после измельчения отходы лиственничной лесозаготовки и лесопереработки (лиственничные опилки) подвергают твердофазной предэкстракционной механохимической обработке в шаровой мельнице при 1500 об/мин в течение 2 минут, в присутствии сухих карбоната натрия (Na₂CO₃) и хлорида натрия (NaCl) в соотношении 18:1:1 по массе, а не в присутствии 5 масс. % NaOH, как в прототипе. Благодаря этому непосредственно в твердой фазе в большей степени происходит образование водорастворимой фенолятной формы дигидрокверцитина, без разрыва в части молекул ДКВ ковалентной связи между атомами O(1) и С(2) (см. фиг.) с образованием халкона и с частичной потерей антиоксидантной активности. Затем полученную смесь заливают водой с последующим выдерживанием раствора рН не более 10,5 (в прототипе рН 13,0-14,0) в течение суток и отделением жидкой фазы, из которой осаждают ДКВ из водного экстракта подкислением соляной кислотой до рН 1,5-2,0, после чего отделяют и сушат осадок целевого продукта.

Сущность изобретения состоит в том, что щелочность твердофазной среды, в которой происходит механохимическая реакция превращения водонерастворимого ДКВ в водорастворимую фенолятную водорастворимую форму ДКВ не превышает 10,5 ед. рН (в прототипе 13-14 ед. рН), при том, что концентрация ионов натрия в 1,26 раза выше, чем в прототипе. Это обеспечивает более полный переход молекул ДКВ в фенолятную форму и исключение образования халконов, не обладающих высокой антиоксидантной активностью.

Изобретение поясняется чертежом.

Изобретение может быть реализовано следующим образом. Отходы лесозаготовки и лесопереработки лиственницы измельчают. Лиственничные опилки подвергают твердофазной механохимической активационной обработке, а именно помещают их в шаровую мельницу вместе с сухими карбонатом натрия (Na₂CO₃) и хлоридом натрия (NaCl) в соотношении 18:1:1 по массе и проводят механохимическую реакцию при скорости вращения не менее 1500 об/мин в течение 2 мин. В этой реакции, протекающей в твердой фазе, образуется водорастворимый фенолят ДКВ. Полученную смесь заливают водой, выдерживают при перемешивании 24 часа, жидкую фазу отделяют от нерастворенных частиц фильтрацией. Полученный прозрачный экстракт, содержащий водорастворимую фенолятную форму ДКВ, подкисляют соляной кислотой до рН 1,5-2,0. При этом водорастворимая фенолятная форма ДКВ, образовавшаяся при механохимической обработке в присутствии сухих, карбоната и хлорида натрия, вновь переходит в водонерастворимую, пентафенольную форму ДКВ, которая осаждается. Осадок отделяют от супернатанта центрифугированием и высушивают. Содержание ДКВ в полученном препарате составляет 77÷85%, в нем полностью отсутствуют токсичные примеси.

При таких характеристиках препарат ДКВ может быть использован не только в лечебно-профилактических, но и в пищевых, косметологических и технических целях.

Увеличение, либо уменьшение содержания карбоната или хлорида натрия в твердофазной смеси с опилом лиственницы, подвергающейся механохимической активации приводит к снижению степени извлекаемости ДКВ из исходного биосырья и/или к снижению чистоты конечного продукта по ДКВ (табл.).

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в производстве биопрепаратов медицинского, пищевого, косметологического и технического назначения. На первом этапе получения продукта измельчают отходы лесозаготовки и лесопереработки лиственницы. Затем полученные лиственничные опилки подвергают твердофазной механохимической обработке в шаровой мельнице в присутствии сухих карбоната натрия и хлорида натрия в соотношении 18:1:1 по массе. Полученную смесь заливают водой, выдерживают при перемешивании в течение 24 ч. Отделяют жидкую фазу от нерастворенных частиц фильтрацией. Осаждают дигидрокверцетин и сопутствующие флавоноиды из водного экстракта подкислением соляной кислотой до рН 1,5-2,0. Полученный осадок отделяют центрифугированием и сушат с получением целевого продукта. Извлекаемость ДКВ из сырья составляет 95-97%, препарат не содержит токсичных примесей, чистота по ДКВ составляет до 77-85%. Изобретение позволяет повысить чистоту и выход целевого продукта. 1 ил., 1 табл., 5 пр.

Способ получения дигидрокверцетина (ДКВ) из отходов лиственницы, заключающийся в том, что сырье - лиственничные опилки - подвергают твердофазной механохимической активационной обработке в шаровой мельнице в присутствии сухих неорганических соединений натрия, образующуюся сухую смесь, содержащую водорастворимую фенолятную форму ДКВ, заливают водой с последующим выдерживанием, затем отделяют жидкую фазу, из которой осаждают ДКВ в виде водонерастворимой пентофенольной формы путем подкислением соляной кислотой до рН 1,5÷2,0, полученный осадок целевого продукта отделяют и сушат, отличающийся тем, что смесь, подвергающуюся твердофазной механохимической активации содержит лиственничные опилки, сухие карбонат и хлорид натрия в соотношении 18:1:1 по массе.