RU2180566C1

RU2180566C1 - Method to release dihydroquercetin

Info

Publication number: RU2180566C1
Application number: RU2001101592/14A
Authority: RU
Inventors: Э.Е. Нифантьев; М.П. Коротеев; Г.З. Казиев; А.А. Уминский
Original assignee: Нифантьев Эдуард Евгеньевич; Коротеев Михаил Петрович; Казиев Гарри Захарович; Уминский Анатолий Аркадьевич
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-03-20

Abstract

FIELD: medicine, food industry. SUBSTANCE: larch wood is processed by water at heating. Solid phase is removed. Pulp is cooled. Then organic solvent and concentration by evaporation are conducted. Moreover, larch wood processing is carried out at a quasi-liquid state. Methyltretbutyl ether is used as a solvent. Organic phase obtained is concentrated by evaporation. Water could be subjected to deionization. Organic phase before concentration by evaporation is passed through a carbon filter. Concentration by evaporation is conducted under vacuum conditions. EFFECT: higher output and purity degree of dihydroquercetin, simplified technology of larch wood processing to obtain bioflavonoids, shortened terms of processing. 2 tbl, 3 ex, 1 dwg

Description

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./. The invention relates to the field of processing larch wood Daursky / Siberian / to obtain bioflavonoids, namely dihydroquercetin / DKV /. Due to the high antioxidant activity, DHQ is used in medicine - it has the ability to restore the elasticity of blood capillaries, interferes with inflammatory processes, tumor formation, etc. At the same time, DKV is used in the food industry as a preservative and in a number of areas of biotechnology / M.N. Zaprometov. Phenolic compounds, M., Science, 1993 /.

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/. A known method for the allocation of DHQ by extraction of larch wood sawdust with water by heating, cooling the extract, filtering, column chromatography with a polyamide, eluting with an aqueous-acetone mixture and evaporation / USSR copyright certificate 351847, C 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. The main disadvantage of this method is the slow process of the separation of bioflavonoids, the need to use for the extraction of DHQ from the aqueous extract of complex operations using a high purity polyamide sorbent. In this case, the isolation of DHQ is inevitably associated with losses due to sorption and desorption processes, the complexity of the necessary regeneration of the polyamide sorbent, with a low yield of the target product of 1.1-1.2% by weight of absolutely dry wood.

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./. There is also a known method for isolating DHQ by extracting larch wood with water while heating, cooling, filtering and stirring the extract for 2 hours with a polyamide sorbent in a ratio of 1:10, filtering and drying the polyamide powder, extracting DHQ from the polyamide powder with ethyl acetate, distilling off the solvent and subsequent crystallization its out of hot water. The output of the DHQ 0.5-0.6 wt.% In terms of the mass of absolutely dry wood with a degree of purification of the target product of 94-97% / RF patent 2000797, A 61 K 35/78, 1993 /.

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.The disadvantage of this method is its duration, the use of expensive polyamide sorbent of high purity, significant energy costs, since the extraction process with water lasts 1 hour with a 10-fold excess of water with a temperature of 100 ^o C, a relatively low yield of the target product.

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./. Closest to the proposed technical essence is a method for isolating DHQ by treating larch wood with boiling water, cooling the pulp, separating the solid phase, followed by the addition of aqueous acetone and evaporation, dissolving the dry residue in acetone and liquid chromatography on reversed-phase sorbents C2-C18 spherisorb with a particle size of 5-10 μm using a 30-50% solution of acetone in a 0.1% solution of trifluoroacetic acid as the mobile phase and removing the acetone by evaporation. The yield of DHQ is 76% of the amount introduced into the chromatograph, and the special DHQ purification system used in the prototype — high performance liquid chromatography — provides a product with a purity of 99.5%, which makes it possible to use the product thus obtained as a standard / RF patent 2114631, A 61 K 35/79, 1998 /.

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. At the same time, this technology makes the method of producing DHQ very complex and time consuming, as well as expensive due to the use of a special sorbent, as a result of which this method cannot be widely used in the industrial production of DHQ.

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. The basis of the invention is the creation of an effective industrial method for the separation of DHQ, which can significantly reduce the duration of the process, simplify its technology and obtain with this DHQ of high purity.

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. The problem is solved by the proposed method for the separation of DHQ by treating larch wood with water, adding an organic solvent and evaporation, in which according to the invention the process of treating larch wood with water is carried out in a fluidized state, and methyl tert-butyl ether is used as solvent from the obtained aqueous-ether the extract, the organic phase is separated, which is evaporated.

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.And also the fact that:
- water used in the process is subjected to deionization,
- the processing of larch wood is carried out in the cavitator type "S-emulsifier" at a temperature of 70-92 ^o C,
- support the mass ratio of wood to water, equal to 1: 4-10,
- the organic phase is passed through a carbon filter before evaporation,
- evaporation of the organic phase is carried out under vacuum,
- after evaporation, the target product is crystallized from hot water.

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.The proposed method allows to obtain DHQ with a yield of 2.2-2.5% by weight of absolutely dry wood with a purity of 95-96%, significantly simplify the process technology, make the process economically more profitable, since the temperature of wood treatment with water decreases to 70-92 ^o C, and the duration of the process as a whole is reduced.

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. The essence of the method is illustrated by specific options for its implementation and the drawing, which shows a schematic diagram of the installation, where 1 is a tank, 2 is a shut-off valve, 3 is a cavitator reactor, 4 is a centrifuge or filter, 5 is an intermediate tank, 6 is an extractor, 7 is separator, 8 - apparatus for vacuum distillation of the solvent, 9 - carbon filter, 10 - crystallizer.

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. The method is as follows: raw materials - waste from the wood processing industry / sawdust, shavings, chips, etc. / are loaded into a container 1, then add the calculated amount of water, preferably deionized to a ratio of solid and liquid phase in a preferred ratio of 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.The mixture from the tank 1 through the shut-off valve 2 enters the reactor 3, which is a rotary pulsation device, for example a cavitator of the "S-emulsifier" type, and then return to the tank 1, the temperature in the cavitator is maintained at 70-92 ^° C, the duration of the pulp cavitator 10-15 min. In a cavitator with a pressure drop, the extraction process is accompanied by the simultaneous destruction of the biological structure of wood, while water with the substances dissolved in it passes from the liquid phase to a degraded fluidized state, characterized by a decrease in viscosity and an increase in fluidity, all of which contributes to the most complete extraction of DHQ from wood. After the process, the pulp from the cavitator 3 with a temperature of 70-90 ^o With served in a filtering centrifuge 4, for example, with a knife unloading of sediment, or in another apparatus that allows you to separate the solid phase from the liquid, such as a separator.

Фильтрат собирают в емкости 5 и охлаждают до температуры 40-45^oС.The filtrate is collected in a container 5 and cooled to a temperature of 40-45 ^o C.

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.%.Extraction of DHQ from an aqueous solution is carried out in apparatus 6 with methyl tert-butyl ether, taken in an amount of V water. Rust: V ether equal to 10: 2-1. Methyltert butyl ether has valuable technological qualities and is cheap. It has a boiling point / 52 ^° C / which is favorable for the process, hardly dissolves water and other polar substances, and very well dissolves organic compounds of medium polarity, which include DHQ. It is very important that methyl tert-butyl ether, in contrast to the ether solvents known for this process, such as diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, poorly forms peroxides and is therefore more preferred in terms of explosion safety. The extract from the apparatus 6 enters the separator 7 to separate the organic liquid phase, which is sent for evaporation to the vacuum apparatus 8. After vacuum evaporation receive DHQ with a yield of 2.2-2.5 wt. % in terms of absolutely dry wood with a purity of 95%. In a preferred embodiment of the method, the organic phase is passed through a sorbent before evaporation, for example, a carbon filter 9, which is a carbon fiber, for example, ASM according to TU b-16-22-1-1449-91, or lightening coal, for example, grades OU-A, GOST 4453 -74 to discolor and remove related impurities of oligosaccharides, pectins, etc., then evaporated in a vacuum apparatus 8 and further recrystallized from hot water in a crystallizer 10. In this case, DHQ is obtained with a yield of 2.2-2.3 wt.%.

Предложенный способ может быть реализован с использованием стандартизированного оборудования. The proposed method can be implemented using standardized equipment.

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. Example 1. 1000 g of crumb of the butt portion of a larch with linear dimensions L x B x H = 4 x 2 x 1 mm with a relative humidity of 10 wt.%, Containing 2.7% DKV, is loaded into a container V = 40 l connected with a cavitator of the type "S-emulsifier" with a capacity of 30 kW, deionized water is also fed there, the ratio of solid to liquid phase is 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 Å, в=5,206 Å, с=25,495 Å, 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/.The pulp from the tank 1 through the valve 2 enters the cavitator 3 and then returns to the tank 1. The process is carried out for 5 minutes at a temperature of 92 ^o C. After the process, the pulp with a temperature of 90 ^o C from the cavitator 3 is fed to a filter centrifuge 4 type FGN- BZP-03 with knife unloading of sediment. The filtrate is collected in a container 5 and cooled to a temperature of 40 ^o C. Extraction of DHQ is carried out in apparatus 6 with methyl tert-butyl ether, taken in an amount of 1.5 liters / V water, v: V mtbe = 10: 1 /. The extraction composition in the amount of 11 l / loss is 0.5 l / from the apparatus 5 enters the separator 7 to separate the organic liquid phase. The organic phase in an amount of 1.4 l is evaporated in a vacuum apparatus 8. Obtain 22.5 g of DHQ composition C ₁₅ H ₁₂ O ₇ . The degree of purity is 95%, yield 2.5 wt.%, Calculated on the weight of absolutely dry wood. The obtained DHQ has the following crystal lattice parameters: a = 23.612 Å, b = 5.206 Å, c = 25.495 Å, monoclinic C2, taken on an Enraf-Nonius diffractometer, garden 4. Molecular weight 304.25, T = 23 ^o C, density 1.5 g / cm ³ and a melting point of 239 ^o C. the Identity of the DQW proved by ¹ H NMR and ¹³ C / in CD ₃ OD /.

Исследование проведено на приборе BRUKER AC-200 (¹Н) и на приборе BRUKER 250 (¹³С) (табл. 1, 2).The study was conducted on a BRUKER AC-200 device ( ¹ N) and on a BRUKER 250 device ( ¹³ C) (Tables 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 [α] $\binom{20}{D}$ = 36^°/C1, метанол/, являющимся коэффициентом оптической активности, фиксировано на приборе ЕПО 59-12.The chemical composition of the DHQ was proved by elemental analysis on C, H, O and by high performance liquid chromatography by HPLC on a VARIAN STAR instrument with a UV detector / = 292 nm /. The specific rotation of a 1% solution of DHQ in methanol was determined by polarography [α] $\binom{20}{D}$ = 36 ^° / C1, methanol /, which is the coefficient of optical activity, is fixed on the device EPO 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/.Example 2. Similar to example 1. The process is conducted with a ratio of crushed wood to water equal to 1: 4. Processing time - 10 minutes. The processing temperature of 92 ^o C. the Ratio Vvod.rast .: Vmtbe equal to 8: 1. After separation, the organic phase is passed through a carbon filter 9, which is coal grade OU-A, GOST 4453-74, after which the purified organic phase in an amount of 1.5 l is sent for evaporation to apparatus 8. Receive 21.8 g of DHQ, which is recrystallized from hot water in the mold 10. Get 20.7 g of DHQ 99.0% purity / 2.3 wt.% in terms of absolutely dry wood /.

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%.Example 3. Similar to example 2. The process is carried out with a ratio of wood to water equal to 1:10. Processing time 10 minutes. Processing temperature 70 ^o C. The ratio of Vvod.rast. : Vmtbe = 4: 1. After separation, the organic phase is passed through a carbon filter, which is a carbon fiber non-woven AMN according to TU 6-15-73-1449-91. The yield of DHQ 19.8 g - 2.2 wt.% In terms of absolutely dry wood. The degree of purity is 99.0%.

Claims

1. A method of isolating dihydroquercetin, including treating larch wood with water when heated, separating the solid phase, cooling, adding an organic solvent and evaporating, characterized in that the larch wood is treated in a fluidized state, methyl tert-butyl ether is used as an organic solvent, the organic phase is separated from the obtained aqueous ether extract, which is evaporated.

2. The method according to p. 1, characterized in that the water used in the process is subjected to deionization.

3. The method according to p. 1, characterized in that the process of processing larch wood with water is carried out in a cavitator type "S-emulsifier" at 70-92 ^o C.

4. The method according to p. 1, characterized in that they maintain the mass ratio of wood and water equal to 1: (4-10).

5. The method according to p. 1, characterized in that the organic phase is passed through a carbon filter before evaporation.

6. The method according to p. 1, characterized in that the evaporation of the organic phase is carried out under vacuum.

7. The method according to p. 1, characterized in that after evaporation of the target product crystallize from hot water.