Способ комплексной переработки древесной зелени сосны Российский патент 2024 года по МПК A61K36/15 B01D11/02 C08B37/06 

Изобретение относится к области комплексной переработки растительного сырья, а именно древесной зелени сосны, с целью выделения из нее суммы низкомолекулярных экстрактивных компонентов и высокомолекулярных полисахаридов. Изобретение может быть использовано в фармацевтической, медицинской промышленности, в сельском хозяйстве.

Древесная зелень сосны содержит широкий спектр биологически активных соединений. Большое количество исследований направлено на разработку биологически активных препаратов на основе природных полисахаридов. Это обусловлено их биосовместимостью и малой токсичностью. Природные полисахариды обладают антикоагулянтными, противовирусными, антиоксидантными, противоопухолевыми, противовоспалительными, антикомплементарными и анти-септическими свойствами [Н.В. Гарынцева и др. Выделение и изучение полисахаридов гемицеллюлоз древесины сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris) // Химия растительного сырья. 2022. №4. С.47-57].

Низкомолекулярные соединения древесной зелени сосны отличаются высоким содержанием дитерпеновых кислот. Дитерпеновые кислоты обладают антиоксидантными и иммуностимулирующими свойствами. Дегидроабиетиновая кислота снижает уровень глюкозы, инсулина и триглицеридов, проявляет противоязвенную, противомикробную, противовирусную и противоопухолевую активность [Nikinova N.N. et al. «Green technology» processing of pine (Pinus sylvestris L.) and larch (Larix sibirica Ledeb.) wood greenery to produce bioactive extracts // Holzforschung. 2022. V.76. N3. P.276-284].

Существуют ряд технологий экстракционной переработки древесной зелени хвойных с получением лечебных и кормовых препаратов. Эти технологии имеют отличия как в аппаратурном оформлении, так и в использовании различных растворителей.

Известны способы переработки древесной зелени хвойных пород с получением биологически активных веществ (RU патент 2015150, Способ переработки древесной зелени хвойных пород; RU патент 2017782, Способ переработки древесной зелени хвойных пород), которые включают экстракцию сырья органическим растворителем, далее омыление экстракта, разделение омыленного раствора на нейтральные вещества и органические кислоты. Недостатком способов является использование токсичных и пожароопасных органических растворителей.

Известен способ комплексной переработки древесной зелени с получением эфирного масла, хвойного экстракта и кормовой муки (RU патент 2404238, Способ комплексной переработки древесной зелени). Способ включает обработку измельченного сырья водяным паром и выделение эфирного масла, упаривание конденсата до хвойного экстракта, сушку отработанной древесной зелени до кормовой муки. Основными недостатками данного способа являются сложность аппаратурного оформления процесса, высокие энергозатраты, связанные с нагревом исходного сырья, деструкция биологически активных соединений под действием перегретого пара, низкая степень выделения экстрактивных компонентов.

Известен способ комплексной переработки древесной зелени с получением биологически активных веществ и кормовой муки (RU патент 2655343, Способ комплексной переработки древесной зелени). Способ включает противоточную экстракцию измельченной древесной зелени этанолом в течение 6-8 часов при температуре 20-40°C, сушку сырья в разреженной среде до влажности 10-15% с последующим ее дополнительным измельчением. Недостаток данного способа - сложность аппаратурного оформления процесса переработки сырья.

Известен эмульсионный способ выделения липидов из древесной зелени хвойных пород (RU патент 2117487, Эмульсионный способ выделения липидов), включающий последовательную обработку измельченного сырья 5-10%-ным водным раствором щелочи и 1% петролейного эфира, обработку ультразвуком и перемешиванием в течение 2 ч. Данный способ не предполагает получение комплекса полисахаридов.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ переработки древесной зелени пихты (RU патент 2493172). Измельченную древесную зелень пихты обрабатывают 0.1-0.5%-ным водным раствором минеральной кислоты при температуре 50±5°C с последующим двукратным промыванием водой отфильтрованного сырья. Далее концентрируют объединенные кислые фильтраты путем упаривания воды на роторном испарителе при температуре 60°C. Осаждают полисахариды из полученного концентрата избытком этилового спирта. Оставшееся после извлечения полисахаридов сырье подвергают обработке щелочью и органическим растворителем с выделением тритерпеновых кислот.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является комплексная переработка древесной зелени сосны с максимальным выходом полезных компонентов.

Изобретение обеспечивает выделение комплекса биологически активных веществ из древесной зелени сосны по безотходной технологии.

Технический результат достигается тем, что способ комплексной переработки древесной зелени сосны, включающий выделение природных биологически активных веществ из древесной зелени хвойных пород деревьев эмульсионным способом, согласно изобретению в качестве исходного сырья используют древесную зелень сосны, выделение биологически активных веществ осуществляют поэтапно, при этом: на первом этапе осуществляют обработку измельченной древесной зелени сосны 0.1-0.5%-ным водным раствором кислот при температуре 45-55°C, смесь перемешивают в течение 60 мин и фильтруют, отфильтрованное сырье двукратно промывают водой при перемешивании, фильтраты объединяют и концентрируют упариванием воды на роторном испарителе при температуре 60°C, из полученного концентрата трехкратным избытком 96%-ного этилового спирта осаждают полисахариды, осажденные полисахариды промывают, сушат и получают сумму природных полисахаридов, обладающих биологической активностью; на втором этапе отфильтрованное сырье обрабатывают 3-10%-ным водно-щелочным раствором при перемешивании и температуре 45-55°C в течение 60 мин, полученный эмульсионный раствор фильтруют, трижды экстрагируют петролейным эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму нейтральных низкомолекулярных веществ; на третьем этапе после выделения суммы нейтральных компонентов эмульсионный раствор подкисляют 20%-ным водным раствором серной кислоты до pH=3 и трижды экстрагируют диэтиловым эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму кислых низкомолекулярных веществ; на четвертом этапе после выделения биологически активных веществ получают шрот – продукт переработки древесного сырья сосны, который промывают водой, сушат и используют в качестве кормовой добавки для животных. Для выделения полисахаридов используют водный раствор щавелевой кислоты или водный раствор соляной кислоты или смесь водного раствора щавелевой кислоты и или смесь водного раствора соляной кислоты и оксалата аммония.

Способ осуществляется следующим образом.

1 этап. Обработка измельченной древесной зелени сосны 0.1-0.5%-ным водными растворами кислот при температуре 50±5°C, последующим двукратным промыванием водой отфильтрованного сырья, осаждением полисахаридов из объединенных кислых фильтратов избытком этилового спирта. Осажденные полисахариды промывают, сушат и получают сумму природных полисахаридов, обладающих биологической активностью, что позволяет использовать их для получения медицинских препаратов.

2 этап. Обработка отфильтрованного после выделения полисахаридов сырья способом эмульсионной экстракции 3-10%-ным водно-щелочным раствором при перемешивании и температуре 50±5°C в течение 60 мин. Полученный эмульсионный раствор фильтруют, трижды экстрагируют петролейным эфиром. Затем экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму нейтральных низкомолекулярных веществ. Основными компонентами нейтральных низкомолекулярных веществ являются дитерпеновые спирты, в том числе изоабиенол, обладающий бактерицидной и фунгицидной активностью.

3 этап. После выделения суммы нейтральных компонентов эмульсионный раствор подкисляют 20%-ным водным раствором серной кислоты до pH=3. Затем трижды экстрагируют диэтиловым эфиром. Полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму кислых низкомолекулярных веществ. Основными компонентами кислых низкомолекулярных веществ являются дитерпеновые кислоты, в том числе пинифоловая кислота, обладающая репеллентными свойствами.

4 этап. После выделения биологически активных веществ остается шрот от переработки древесной зелени сосны (твердый растительный остаток). Хвойный шрот содержит сырой протеин, клетчатку, сахара, биологически важные элементы Ca, P, Mn, Fe, Zn, а также природные антиоксиданты каротиноиды и может быть использован в качестве кормовой добавки для животных. Для этого твердый остаток от переработки древесной зелени сосны промывают водой, сушат. Эксперименты подтвердили поедаемость и полезный эффект от применения кормовой добавки.

Существо изобретения иллюстрируется, но не ограничивается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Предварительный размол древесной зелени сосны проводят на дисковом измельчителе до фракции 80-100 мм.

В реактор засыпают измельченное сырье в количестве 50 г (по абсолютно сухому сырью), затем заливают 500 мл 0.1%-ного водного раствора щавелевой кислоты С₂Н₂О₄ температурой 50°C. Смесь перемешивают в течение 60 мин, затем фильтруют. Древесную зелень с фильтра дважды промывают водой при перемешивании и фильтруют. Объединенные фильтраты концентрируют упариванием воды на роторном испарителе при температуре 60°C. Из полученного концентрата трехкратным избытком 96%-ного этилового спирта осаждают полисахариды, которые фильтруют на воронке Бюхнера, промывают трижды этиловым спиртом, сушат на воздухе.

Обработку оставшегося после извлечения полисахаридов сырья проводят с использованием 5%-ного водного раствора NaOH при температуре 50-55°C в течение 60 мин. Затем водно-щелочной раствор фильтруют от переработанного сырья и получают эмульсионный раствор, который анализируют кислотно-основным методом для определения выхода экстрактивных веществ. Для этого эмульсионный раствор экстрагируют трижды петролейным эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму нейтральных низкомолекулярных веществ, основными компонентами которых являются дитерпеновые спирты, в том числе изоабиенол, обладающий бактерицидной и фунгицидной активностью. Эмульсионный раствор после выделения суммы нейтральных компонентов подкисляют 20%-ным водным раствором серной кислоты до pH=3 и экстрагируют трижды диэтиловым эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму кислых низкомолекулярных веществ, основными компонентами являются дитерпеновые кислоты, в том числе пинифоловая кислота, обладающая репеллентными свойствами. Выход экстрактивных веществ определяют суммируя выход нейтральных и кислых низкомолекулярных веществ.

Хвойный шрот, образующийся после извлечения полисахаридов и экстрактивных веществ, промывают водой, сушат при температуре 50-60°С и используют в качестве кормовой добавки для животных в требуемой дозе от основного рациона.

Пример 2.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора щавелевой кислоты для выделения полисахаридов.

Пример 3.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора щавелевой кислоты и 0.5%-ного раствора оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄ для выделения полисахаридов.

Пример 4.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.1%-ного раствора HCl для выделения полисахаридов.

Пример 5.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора HCl для выделения полисахаридов.

Пример 6.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора HCl и 0.1%-ного раствора (NH₄)₂C₂O₄ для выделения полисахаридов.

Пример 7.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора HCl и 0.1%-ного раствора (NH₄)₂C₂O₄ для выделения полисахаридов, 3%-ного раствора NaOH для эмульсионной экстракции.

Пример 8.

Опыт проводят аналогично примеру 1, за исключением использования 0.5%-ного раствора HCl и 0.1%-ного раствора (NH₄)₂C₂O₄ для выделения полисахаридов, 10%-ного раствора NaOH для эмульсионной экстракции.

В таблице 1 приведены выходы полисахаридов и экстрактивных веществ из древесной зелени сосны по результатам опытов по примерам 1-8.

Таблица 1 №
примера Условия выделения
полисахаридов Концентрация NaOH, % Выход полисахаридов,
% от массы сырья Выход нейтральных
веществ,
% от массы сырья Выход кислых
веществ,
% от массы сырья 1 0.1% C₂H₂O₄ 5 2.86 0.48 3.50 2 0.5% C₂H₂O₄ 5 3.04 0.38 2.26 3 0.5% C₂H₂O₄ + 0.5% (NH₄)₂C₂O₄ 5 2.8 0.40 1.66 4 0.1% HCl 5 2.12 0.54 1.97 5 0.5% HCl 5 2.57 0.47 1.98 6 0.5% HCl + 0.1% (NH₄)₂C₂O₄ 5 3.56 0.85 2.33 7 0.5% HCl + 0.1% (NH₄)₂C₂O₄ 3 3.56 0.90 2.35 8 0.5% HCl + 0.1% (NH₄)₂C₂O₄ 10 3.56 0.84 2.21

Таким образом, предлагаемый способ позволяет выделить комплекс биологически активных веществ из древесной зелени сосны без потерь и отходов.

Изобретение относится к области комплексной переработки древесной зелени сосны. Изобретение может быть использовано в фармацевтической, медицинской промышленности, в сельском хозяйстве. Способ комплексной переработки древесной зелени сосны, включающий выделение природных биологически активных веществ из древесной зелени хвойных пород деревьев эмульсионным способом, в котором в качестве исходного сырья используют древесную зелень сосны, выделение биологически активных веществ осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе осуществляют обработку измельченной древесной зелени сосны 0,1-0,5%-ным водным раствором кислот при температуре 45-55°C, смесь перемешивают в течение 60 мин и фильтруют, отфильтрованное сырье двукратно промывают водой при перемешивании, фильтраты объединяют и концентрируют упариванием воды на роторном испарителе при температуре 60°C, из полученного концентрата трехкратным избытком 96%-ного этилового спирта осаждают полисахариды, осажденные полисахариды промывают, сушат и получают сумму природных полисахаридов; на втором этапе отфильтрованное сырье обрабатывают 3-10%-ным водно-щелочным раствором при перемешивании и температуре 45-55°C в течение 60 мин, полученный эмульсионный раствор фильтруют, трижды экстрагируют петролейным эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму нейтральных низкомолекулярных веществ; на третьем этапе после выделения суммы нейтральных компонентов эмульсионный раствор подкисляют 20%-ным водным раствором серной кислоты до pH=3 и трижды экстрагируют диэтиловым эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму кислых низкомолекулярных веществ; на четвертом этапе после выделения биологически активных веществ получают шрот – продукт переработки древесного сырья сосны, который промывают водой, сушат и применяют в качестве кормовой добавки для животных. Способ обеспечивает выделение комплекса биологически активных веществ из древесной зелени сосны по безотходной технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ комплексной переработки древесной зелени сосны, включающий выделение природных биологически активных веществ из древесной зелени хвойных пород деревьев эмульсионным способом, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют древесную зелень сосны, выделение биологически активных веществ осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе осуществляют обработку измельченной древесной зелени сосны 0.1-0.5%-ным водным раствором кислот при температуре 45-55°C, смесь перемешивают в течение 60 мин и фильтруют, отфильтрованное сырье двукратно промывают водой при перемешивании, фильтраты объединяют и концентрируют упариванием воды на роторном испарителе при температуре 60°C, из полученного концентрата трехкратным избытком 96%-ного этилового спирта осаждают полисахариды, осажденные полисахариды промывают, сушат и получают сумму природных полисахаридов; на втором этапе отфильтрованное сырье обрабатывают 3-10%-ным водно-щелочным раствором при перемешивании и температуре 45-55°C в течение 60 мин, полученный эмульсионный раствор фильтруют, трижды экстрагируют петролейным эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму нейтральных низкомолекулярных веществ; на третьем этапе после выделения суммы нейтральных компонентов эмульсионный раствор подкисляют 20%-ным водным раствором серной кислоты до pH=3 и трижды экстрагируют диэтиловым эфиром, полученные экстракты объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄, упаривают и получают сумму кислых низкомолекулярных веществ; на четвертом этапе после выделения биологически активных веществ получают шрот – продукт переработки древесного сырья сосны, который промывают водой, сушат и применяют в качестве кормовой добавки для животных.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выделения полисахаридов используют водный раствор щавелевой кислоты, или водный раствор соляной кислоты, или смесь водного раствора щавелевой кислоты и/или смесь водного раствора соляной кислоты и оксалата аммония.