Способ получения кверцетина

 

Изобретение относится к способу переработки древесины для получения ценных химических продуктов, в частности кверцетина, который используется в медицине при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, а также в пищевой промышленности в качестве ингибитора окисления жиров и масел и в аналитической химии в качестве комплексообразующего агента при определении ионов металлов. Способ получения кверцетина заключается в том, что древесину лиственницы одновременно подвергают окислению сернистокислым натрием и гидролизу перегретым водяным паром при 190-210^oС и 3-4 МПа в течение 100 - 200 с с последующей быстрой декомпрессией. Технический результат состоит в упрощении процесса за счет уменьшения числа стадий и резкого сокращения времени процесса окисления дигидрокверцетина в кверцетин.

Изобретение относится к способу переработки древесины лиственницы в ценные химические продукты, в частности к способу получения кверцетина формулы: Кверцетин нетоксичен, обладает высокой биологической активностью и антиоксидантными свойствами, используется в медицине при лечении сердечно-сосудистых заболеваний для предотвращения хрупкости капилляров, в пищевой промышленности в качестве ингибитора окисления жиров и масел, в аналитической химии в качестве комплексообразующего агента при определении ионов металлов.

Известен способ получения кверцетина из дигидрокверцетинсодержащего растительного сырья путем обработки древесины лиственницы водным раствором бисульфита щелочного или щелочноземельного металла или бисульфита аммония при 25-100^oС, отделения отработанного раствора, его термообработки при 125-145^oС, охлаждения раствора сначала до 100-105^oС, а затем до 50-60^oС, причем выделенный сырой кверцетин обрабатывают 96%-ным этиловым спиртом, отфильтровывают нерастворимые примеси, в фильтрат добавляют дистиллированную воду, полученную смесь упаривают до образования кристаллов, которые отфильтровывают и промывают дистиллированной водой (RU 2107066, 20.03.1998).

Недостатком данного способа является его сложность и низкий выход целевого продукта. Так, при обработке древесины лиственницы водным раствором бисульфита щелочного или щелочноземельного металла или бисульфита аммония при 25-100^oС в раствор переходит только часть дигидрокверцетина, который затем термообработкой при 125-145^oС окисляют в кверцетин. Далее полученный кверцетин-сырец растворяют в 96%-ном этиловом спирте с целью удаления минеральных веществ, отфильтровывают от нерастворимых примесей, а из фильтрата разбавлением водой и частичным упариванием раствора выделяют кверцетин. Таким образом, процесс получения кверцетина многостадийный и продолжительный во времени.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения кверцетина путем гидролиза щепы лиственницы при 100-150^oС, гидромодуле около 6 в течение 1-3 ч, с последующей обработкой полученного водного гидролизата бисульфитом магния, натрия, калия или аммония с концентрацией всего SO₂ 1,5-7,0%, предпочтительно 3,5-4,5%, при рН 1,5-5,0, гидромодуле 3-10, в течение 1-3 ч и 110-160^oС (SU 317653, 28.12.1971, примеры 6, 7, 8).

Этот способ получения кверцетина весьма сложен и продолжителен, т.к. он состоит из двух основных стадий, при этом требуется большой расход бисульфита щелочноземельного металла (гидромодуль равен 6). Выход сырого кверцетина составляет всего 0,6% от веса абсолютно сухой древесины, содержание основного вещества составляет 55-70%, он имеет довольно высокую (3,0-3,7%) зольность и высокое (до 1,6%) содержание серы, а также следы металлов магния, кальция и цинка.

Недостатком перечисленных выше способов получения кверцетина является то, что для окисления дигидрокверцетина в кверцетин используют бисульфиты щелочных или щелочноземельных металлов, чаще всего бисульфит магния. Бисульфит магния вещество нестойкое, может существовать только в виде водного раствора и готовится непосредственно перед использованием.

Задачей изобретения является повышение выхода и интенсификация процесса получения кверцетина, упрощение технологии его получения за счет совмещения стадий гидролиза древесины лиственницы и окисления содержащегося в ней дигидрокверцетина в кверцетин сернистокислым нитрием (Na₂SO₃). Техническим результатом изобретения является упрощение технологии и сокращение продолжительности процесса окисления дигидрокверцетина в кверцетин.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения кверцетина путем гидролиза и окисления сернистокислым натрием дигидрокверцетинсодержащего растительного сырья при нагревании с последующим выделением целевого продукта, согласно изобретению, гидролиз и окисление растительного сырья сернистокислым натрием проводят одновременно перегретым водяным паром при 190-210^oС и 3-4 МПа в течение 100-200 с, с последующим резким сбросом давления (декомпрессии).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными от прототипа признаками являются проведение гидролиза древесины лиственницы одновременно с окислением, которое проводят сернистокислым натрием. Проведение окисления содержащегося в древесине лиственницы дигидрокверцетина сернистокислым натрием совместно с ее гидролизом перегретым водяным паром при 190-210^oС и 3-4 МПа в течение 100-200 с позволяет провести полное окисление содержащегося в древесине лиственницы дигидрокверцетина в кверцетин всего за 100 - 200 с. Высокая температура и давление способствуют гидролизу углеводородной сетки растительного материала за счет более глубокого проникновения сернистокислого натрия во внутренние поры древесины, а быстрая декомпрессия - разрыхлению гидролизованного материала в пыль. Использование сернистокислого натрия вместо бисульфитов щелочных или щелочноземельных металлов упрощает процесс.

Процесс осуществляют следующим образом.

Древесина лиственницы, измельченная до частиц с размером менее 5 мм, подвергается окислению и гидролизу перегретым водяным паром в присутствии сернистокислого натрия. Сернистокислый натрий берут из расчета 10-20 г на 80-100 г абсолютно сухой древесины лиственницы. Обработку перегретым водяным паром проводят при 190-210^oС и 3-4 МПа, времени 100-200 с. При этом при обработке перегретым водяным паром в присутствии сернистокислого натрия происходит гидролиз древесины лиственницы и одновременное окисление содержащегося в ней дигидрокверцетина в кверцетин, а в момент резкого сброса давления (декомпрессии) гидролизованный материал (древесины лиственницы) разрыхляется в пыль.

Древесина лиственницы после обработки перегретым водяным паром в присутствии сернистокислого натрия представляет собой однородную кашеобразную массу темно-зеленого цвета. Гидролизованную в присутствии сернистокислого натрия древесину лиственницы отмывают водой от продуктов гидролиза, остатка сернистокислого натрия и минеральных примесей, высушивают при температуре 100-105^oС. Сухую древесину, представляющую собой рыхлую массу темно-зеленого цвета, экстрагируют этиловым спиртом. После удаления спирта получают темно-желтый порошок кверцетина-сырца.

Пример 1. В реактор, нагретый до 200^oС, загружают 85 г древесины лиственницы с влажностью до 5%, содержащей 1,6-1,7% дигидрокверцетина. Затем заливают 100 мл раствора, содержащего 15 г Na₂SO₃. В течение 3-5 с водяным паром давление повышают до 3,5 МПа и выдерживают в течение 150 с. Затем с помощью шарового крана осуществляют резкий сброс давления, при этом гидролизованный материал выбрасывается в приемный бункер, затем его переносят в стакан, добавляют 1,5 л воды, при перемешивании доводят до кипения, охлаждают и отфильтровывают. На фильтре гидролизованный материал промывают водой и высушивают при 100-105^oС. Выделение кверцетина проводят спиртом в аппарате Сокслета. Выход сырого кверцетина составил 2,3 г (2,7%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 2. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 190^oС, а время - 150 с. Выход сырого кверцетина составил 2,4 г (2,4%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 3. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 210^oС, а время - 200 с. Выход сырого кверцетина составил 2,3 г (2,3%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 4. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно пропитанной водным раствором Na₂SO₃ (из расчета 15,0 г Na₂SO₃, растворенного в 100 мл воды на 100 г древесины лиственницы). Обработку производят аналогично описанному в примере 1. Выход сырого кверцетина составил 2,8 г (2,8%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 5. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно пропитанной водным раствором Na₂SO₃, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 190^oС, а время - 150 с. Выход сырого кверцетина составил 2,4 г (2,4%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 6. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно пропитанной водным раствором Na₂SO₃, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 210^oС, а время - 200 с. Выход сырого кверцетина составил 2,5 г (2,5%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 7. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно смешанной с 15 г сухого Na₂SO₃, обработку производят аналогично описанному в примере 1. Выход сырого кверцетина составил 2,2 г (2,2%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 8. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно смешанной с 15 г сухого Na₂SO₃, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 190^oС, а время - 150 с. Выход сырого кверцетина составил 2,1 г (2,1%) от веса абсолютно сухой древесины.

Пример 9. В реактор загружают 100 г древесины лиственницы, предварительно смешанной с 15 г сухого Na₂SO₃, обработку производят аналогично описанному в примере 1, только температура гидролиза 210^oС, а время - 200 с. Выход сырого кверцетина составил 2,0 г (2,0%) от веса абсолютно сухой древесины.

Сырой кверцетин содержит 60-70% индивидуального кверцетина.

Проведение процесса гидролиза и окисления перегретым водяным паром при температуре ниже 190^oС нецелесообразно, т.к. в этом случае требуется более продолжительное время для окисления дигидрокверцетина в кверцетин, а увеличение температуры выше 210^oС приводит к резкому снижению выхода кверцетина за счет его разложения. Наиболее высокий выход сырого кверцетина наблюдается в случае использования древесины лиственницы, предварительно пропитанной водным раствором Na₂SO₃.

Формула изобретения

Способ получения кверцетина формулы I путем гидролиза и окисления дигидрокверцетинсодержащего растительного сырья при нагревании с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют сернистокислый натрий, а гидролиз и окисление сырья проводят одновременно перегретым водяным паром при 190-210^oС и 3-4 МПа в течение 100-200 с с последующей быстрой декомпрессией.