PL230429B1

PL230429B1 - Sposób wydzielania substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty

Info

Publication number: PL230429B1
Application number: PL410041A
Authority: PL
Inventors: Irena Grzywa-Niksińska; Ryszard Heropolitański; Izabella Legocka; Małgorzata Machałowska
Original assignee: Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego; Instytut Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2018-10-31
Also published as: PL410041A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty, uzyskanych po mechanicznym wyciśnięciu soku z kapusty.

Znany jest fakt, że w soku kapusty występują substancje aktywne biologicznie wykazujące silne działanie bakteriobójcze i grzybobójcze. Stwierdzono, że substancje te mogą z powodzeniem zastąpić większość stosowanych obecnie pestycydów i innych środków ochrony roślin, które są najczęściej silnie toksyczne dla ludzi i zwierząt. Biologicznie czynne substancje występujące w kapuście są dla ludzi i zwierząt nieszkodliwe. Stanowią je głównie glukozynolany oraz produkty ich rozpadu: izotiocyjaniany i indole.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.398858 efektywny i ekonomiczny sposób wydzielania tych substancji z soku kapusty. Polega ona na tym, że sok z liści kapusty, przepuszcza się przez złoże odpowiednich sorbentów niejonowych, które sorbują wybiórczo (selektywnie), substancje aktywne biologicznie, sorbując równocześnie tylko niewielkie ilości innych substancji organicznych. Następnie przeprowadza się ich desorpcję.

W znanym sposobie, z samego soku kapusty, nie wydziela się jednak całkowicie substancji biologicznie aktywnych zawartych w liściach kapusty. Stwierdzono bowiem, że w wytłokach, po odciśnięciu soku kapusty, znajduje się bardzo duża ilość substancji czynnych biologicznie, które nie przeszły do soku, lecz, w nieoczekiwanie znacznych ilościach, zostały zasorbowane na powierzchni rozgniecionych komórek kapusty. Wytłoki z liści kapusty okazały się stanowić niezwykle aktywny sorbent dla substancji biologicznie aktywnych. Wytłoki, niezależnie od tego w jakim celu wyciśnięto sok z liści kapusty, stanowią cenny surowiec, z którego można wydzielić w dużych ilościach naturalne substancje biobójcze zastępujące syntetyczne pestycydy. Uzyskane sposobem według wynalazku produkty, zawierające substancje biologicznie aktywne zawarte w wytłokach kapusty, mogą być, podobnie jak uzyskane z soku kapusty, stosowane w postaci suchej lub w postaci roztworów.

Sposób według niniejszego wynalazku umożliwia prawie całkowite wydzielenie tych substancji z wytłoków kapusty, co bardzo wyraźnie zwiększa uzysk substancji czynnych z kapusty.

Nieoczekiwanie stwierdzono również, że podczas przetrzymywania wytłoków po zalaniu ich wybranym ekstrahentem, szczególnie w środowisku wodnym, po pewnym czasie ilość substancji aktywnych wyraźnie zwiększa się. Wzrost stężenia substancji aktywnych w czasie wyraża się poprzez wzrost stężenia izotiocyjanianów w roztworze. Izotiocyjaniany reagują z azotanem (V) żelaza (III), tworząc barwne kompleksy. Zawartość izotiocyjanianów określano, oznaczając na spektrofotometrze barwę (% transmitancji) tworzących się kompleksów żelaza z izotiocyjanianami, w stosunku do ślepej próby zawierającej wodę destylowaną z azotanem żelazowym, przy długości fali λ = 470 nm. Większe stężenie izotiocyjanianów w ekstrakcie wyraża się mniejszą wartością transmitancji, co jest związane z ciemniejszą barwą tworzącego się kompleksu. Poniżej przedstawiono wyniki pomiarów barwy tworzących się kompleksów (% transmitancji -T) w czasie kontaktowania wytłoków z roztworem wodnym o temperaturze 25°C.

Czas f sek]	%T(XM70nm)
57	52,2
62	48,6
81	46,4
120	44,9
150	42,0
180	41,9
309	41,0
360	40,8
420	39,9
480	39,8
600	39.8

PL 230 429 Β1

Sposób według wynalazku polega na tym, że wytłoki uzyskane po wyciśnięciu soku z liści kapusty, stanowiące dotąd niewykorzystywany odpad, traktowane są jak naturalny sorbent, który na swojej rozbudowanej powierzchni posiada zasorbowane substancje aktywne. Wytłoki poddaje się procesowi desorpcji, traktując je odpowiednio dobranymi eluentami, a uzyskany ekstrakt, po oddzieleniu od wytłoków i po ewentualnym usunięciu z niego osadów, kieruje się na kolumny sorpcyjne wypełnione złożem syntetycznego sorbentu niejonowego, podobnie jak postępowano z sokiem w cytowanym polskim zgłoszeniu patentowych P.398858. Po selektywnym zasorbowaniu substancji biologicznie aktywnych przeprowadza się ich desorpcję z powierzchni sorbentów syntetycznych, za pomocą eluentów jak w zgłoszeniu patentowym P.398858. Uzyskany w ten sposób eluat wykazuje większe stężenie substancji aktywnych w porównaniu do eluatu uzyskiwanego z samego soku jak w zgłoszeniu patentowym P.398858. Większe stężenie substancji aktywnych wyraża się większą suchą masą i większą zawartością substancji aktywnych wyrażoną w procentach. Właściwości biobójcze (grzybobójcze i bakteriobójcze) potwierdzono badaniem zgodnie z normą PN-EN 1040:2006 i PN-EN 1275.

Sposób wydzielania substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wytłoki kapusty zalewa się ekstrahentem, którym jest woda lub wyciek uzyskany z soku z kapusty po procesie sorpcji lub wodny roztwór wodorotlenku alkalicznego lub wodny roztwór amoniaku lub rozpuszczalnik organiczny z grupy alkoholi od Ci do C3 lub aceton, lub mieszanina tych ekstrahentów, i pozostawia się na czas od 5 minut do 2 godzin, w temperaturze do 75°C, korzystnie mieszając, po czym uzyskany ekstrakt ewentualnie zatęża się lub suszy, lub w znany sposób poddaje się selektywnej sorpcji na złożu makroporowatego syntetycznego sorbentu niejonowego o powierzchni niepolarnej lub średnio po la mej i następnie desorpcji, a otrzymany po desorpcji eluat ewentualnie zatęża się lub suszy.

Korzystnie zalane ekstrahentem wytłoki pozostawia się na czas od 10 do 20 minut.

Korzystnie ekstrakcję substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty prowadzi się w temperaturze od 20°C do 50°C.

Korzystnie stosuje się ekstrahent w stosunku objętościowym do wytłoków od 1:1 do 3:1, korzystniej 2:1.

Korzystnie ekstrakcję prowadzi się wodnym roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 do 10% wagowych, korzystniej od 0,5 do 2% wagowych.

Korzystnie ekstrakcję prowadzi się wodnym roztworem amoniaku o stężeniu od 0,1 do 5% wagowych, korzystniej od 0,5 do 3% wagowych.

Korzystnie ekstrakcję prowadzi się za pomocą wodnego roztworu rozpuszczalnika organicznego o stężeniu powyżej 50% wagowych, korzystniej o stężeniu od 70 do 85% wagowych.

Korzystnie ekstrakcję z wytłoków kapusty powtarza się dwu- lub trzykrotnie.

Korzystnie ekstrakt klaruje się przy użyciu kwasu mlekowego, kwasu octowego lub kwasu cytrynowego i osad oddziela się.

Korzystnie ekstrakt z wytłoków kapusty łączy się z sokiem z kapusty i z połączonych roztworów przeprowadza się sorpcję substancji biologicznie aktywnych oraz ich desorpcję.

W sposobie według wynalazku stosuje się wytłoki, które uzyskuje się z dowolnej odmiany kapusty przez oddzielenie soku dowolną metodą. Przykładowo rozdrobnioną kapustę można przepuścić przez prasę bądź przez sokowirówkę. Wytłoki zawierają substancje aktywne biologicznie wykazujące właściwości biobójcze w różnej ilości i w zależności od rodzaju kapusty, gleby, pory roku, warunków nawożenia, nawilżania, charakteryzują się: pH 6,3, suchą masą 10,37-14,1% wagowych, ilością popiołu 0,23-0,65% wagowych. Wytłoki kontaktowane są z eluentem w sposób statyczny lub korzystnie w trakcie mieszania. Ekstrakcję prowadzi się w temperaturze do 75°C, w czasie zazwyczaj 5-90 minut, jedno-, dwu- lub trzykrotnie. Eluaty oddziela się od wytłoków na dowolnym urządzeniu oddzielającym ciecz od osadu lub ręcznie. Uzyskane eluaty ewentualnie można klarować poprzez dodatek kwasu organicznego, np. kwasu mlekowego.

Uzyskany eluat po desorpcji można zatężyć poprzez odparowanie lub pozostawić w roztworze po desorpcji, bez zatężania. W ten sposób eliminuje się kosztowny proces destylacji, a uzyskany eluat ma tak wysokie stężenie substancji aktywnych biologicznie, że może stanowić gotowy produkt do pewnych zastosowań, na przykład takich, w których nie przeszkadza obecność w preparacie alkoholu lub acetonu.

W przypadku prowadzenia ekstrakcji alkoholem lub acetonem, lub ich roztworami wodnymi, uzyskany ekstrakt stanowi gotowy produkt, preparat o właściwościach biobójczych, bez prowadzenia procesu sorpcji i desorpcji. Po ewentualnym oddestylowaniu rozpuszczalnika produktem jest preparat biobójczy w postaci proszku.

Przykład 1

W przykładzie użyto wytłoki kapusty uzyskane jako odpad przy otrzymywaniu soku do wydzielania substancji aktywnych biologicznie. Wytłoki te zawierały 14% wag. suchej masy oraz 0,65% wag. popiołu.

PL 230 429 Β1

Wytłoki w ilości 4 kg zalano 6 litrami wodnego roztworu 0,5% wag. wodorotlenku sodowego w temperaturze 25°C. Całą masę dokładnie wymieszano i pozostawiono na 30 minut. Po tym czasie nasiąknięte roztworem wytłoki wyciśnięto na prasie filtracyjnej. Uzyskano 5,2 litra ekstraktu o zawartości suchej masy 6,10% wag., popiołu 0,5% wag. W ekstrakcie stwierdzono obecność substancji aktywnych biologicznie (izotiocyjaniany). Pozostałe wytłoki zalano ponownie 5 litrami 0,5% wag. roztworu wodorotlenku sodu, w temperaturze 30°C i mieszano przez 15 minut. Uzyskano 5,1 litra ekstraktu o zawartości suchej masy 5,76% wag. oraz popiołu 0,35% wag., w którym stwierdzono obecność substancji aktywnych biologicznie. Ekstrakty były mętne i zawierały znaczne ilości drobnej zawiesiny. Pozostałe po dwukrotnej ekstrakcji wytłoki nie zawierają już praktycznie substancji aktywnych biologicznie. Oba ekstrakty z pierwszej i drugiej ekstrakcji zlano razem i doprowadzono do pH ok. 6, za pomocą kwasu mlekowego. Przesączono je na prasie filtracyjnej, uzyskując roztwór klarowny z lekką opalescencją. Roztwór ten przepuszczono przez dwie kolumny wypełnione niejonowym, niepolarnym, makroporowatym sorbentem syntetycznym, o uziarnieniu 0,56-0,71 mm, produkcji firmy Rohm and Haas o nazwie Amberlite XAD-16 N. Na sorbencie tym zostały zasorbowane substancje aktywne biologiczne. Przez kolumny przepuszczono ogółem 150 objętości ekstraktu, licząc na objętość sorbentu w jednej kolumnie. Następnie prowadzono desorpcję zasorbowanych substancji za pomocą bezwodnego alkoholu metylowego. Sucha masa uzyskanego eluatu po desorpcji wynosiła 8,8% wagowych, w której zawartość substancji aktywnych biologicznie stanowiła 89% wag., eluat nie zawierał popiołu. Uzyskany eluat po desorpcji, ponieważ wykazywał działanie biobójcze nie był destylowany i zatężany (badanie wykonano zgodnie z normą PN-EN 1040:2006 i PN-EN 1275). Eluat wykazywał właściwości bakteriobójcze w stosunku do szczepu testowego Staphylococcus aureus ATCC 6538 wykazywał redukcję w czasie 4 minut (log 4). W stosunku do szczepu Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442 wykazywał redukcję w czasie 5 minut (log 5).

Przykład 2

Postępowano jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że 4 kg wytłoków zalano 6 litrami wycieku z kolumny uzyskanego po procesie sorpcji substancji czynnych z soku kapusty na kolumnie wypełnionej sorbentem Amberlite XAD-16 N, w temperaturze 45°C. Po wymieszaniu masy, po upływie 15 minut, ciecz odsączono na prasie filtracyjnej. Uzyskano 5,3 litra ekstraktu o zawartości suchej masy 7,2% wag. i popiołu 0,5% wag. W ekstrakcie stwierdzono obecność substancji aktywnych biologicznie. Ekstrakcję wykonano dwukrotnie, z tym że druga ekstrakcja prowadzona była w temperaturze 25°C. Sposób ten pozwala na wykorzystanie wycieku z kolumn. Po drugiej ekstrakcji uzyskano 5 I ekstraktu o suchej masie 5,8% wag., popiół 0,32% wag. Oba ekstrakty zlano razem i dodatkowo połączono z sokiem uzyskanym z liści kapusty. Całość przepuszczono przez kolumny z sorbentem Amberlite XAD-16 N. Po sorpcji przeprowadzono desorpcję za pomocą 85% alkoholu etylowego. Uzyskany eluat zawierał 10,2% wagowych suchej masy, w której zawartość substancji aktywnych wynosiła 92%. Uzyskany eluat po desorpcji nie był destylowany, ponieważ wykazywał działanie biobójcze zgodnie z normą PN-EN 1040:2006 i PN-EN 1275).

Przykład 3

Użyto wytłoki z kapusty o charakterystyce podanej w przykładzie 1. Do ekstrakcji pierwszej użyto 6 I, a do drugiej 5 I, czystej wody podgrzanej do temperatury 60°C i mieszano przez 20 minut. Uzyskano ekstrakty w ilości po pierwszej ekstrakcji 5,5 I i po drugiej 5,7 I, zawierające suchej masy 4,9% wag. w pierwszym ekstrakcie i 3,2% wag. w drugim ekstrakcie. Zawartość popiołu wynosiła odpowiednio 0,4% wag. i 0,26% wag. W ekstrakcie stwierdzono obecność substancji aktywnych biologicznie. Całość przepuszczono przez kolumny z sorbentem Amberlite XAD-16 N. Po sorpcji przeprowadzono desorpcję za pomocą 80% alkoholu metylowego. Uzyskany eluat po desorpcji, który zawierał 5,2% wagowych suchej masy i nie zawierał popiołu, poddano destylacji próżniowej. Po odparowaniu alkoholu metylowego i po odparowaniu części wody (zatężeniu) uzyskano preparat biobójczy, który zawierał 6,5% wagowych - suchej masy, zawartość substancji aktywnych 85%. Uzyskany preparat wykazywał działanie biobójcze zgodnie z normą PN-EN 1040:2006 i PN-EN 1275).

Przykład 4 kg wytłoków, jak w przykładzie 1, zalano jeden raz 4 litrami alkoholu metylowego bezwodnego i dokładnie wymieszano, po czym odstawiono na 20 minut. Po tym czasie nasiąknięte metanolem wytłoki wyciśnięto na prasie filtracyjnej. Uzyskano 4,1 litra ekstraktu. Ekstrakt ten zawierał 6,8% wagowych suchej masy oraz 0,07% wagowych popiołu. Roztwór ten był lekko mętny. Po przefiltrowaniu uzyskano roztwór całkowicie klarowny. Z roztworu oddestylowano metanol pod zmniejszonym ciśnieniem. Uzyskano 150 ml zatężonego roztworu, zawierającego 10,8% suchej masy i 0,09% popiołu. Roztwór ten zawierał 92,5% substancji aktywnych biologicznie i mógł być bezpośrednio użyty jak środek grzybobójczy i bakteriobójczy, co zostało potwierdzone badaniem według normy.

PL 230 429 Β1

Przykład 5

Wytłoki z kapusty, o charakterystyce jak w przykładzie 1, w ilości 4 kg zalano 6 litrami wycieku z kolumny uzyskanego po przepuszczaniu przez sorbent Amberlite XAD-16 N soku z kapusty, który to wyciek alkalizowano za pomocą 1,5% roztworu wodorotlenku sodu w temperaturze 30°C. Po wymieszaniu masy, po upływie 20 minut, ciecz odsączono na prasie filtracyjnej. Uzyskano 5,4 litra ekstraktu o zawartości suchej masy 7,8% wag. i popiołu 0,65% wag. W ekstrakcie stwierdzono obecność substancji aktywnych biologicznie. Ekstrakcję wykonano dwukrotnie, przy czym drugą ekstrakcję prowadzono w temperaturze 25°C. Po drugiej ekstrakcji uzyskano 5 I ekstraktu o suchej masie 6,0% wag., popiołu 0,45% wag. Oba ekstrakty połączono i wprowadzono na kolumny z sorbentem Amberlite XAD-16 N. Po sorpcji przeprowadzono desorpcję za pomocą alkoholu etylowego. Uzyskany eluat zawierał 9,2% wagowych suchej masy, w tym zawartość substancji aktywnych wynosiła 90,2%. Uzyskany eluat po desorpcji, ponieważ wykazywał działanie biobójcze zgodne z normą, nie był destylowany.

W podanych wyżej przykładach uzysk substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty znacznie przewyższa ich uzysk z soku kapusty, co jest efektem nieoczekiwanym. Porównano wyniki na zawartość suchej masy w eluacie po desorpcji i zawartość substancji aktywnych w przykładach dla niniejszego wynalazku i w stanie techniki:

Przykład 1 - sucha masa 8,8%, subst. aktywne 89%;

Przykład 2 - sucha masa 10,2%, subst. aktywne 92%.

W przykładach 1 i 2 w opisie P.398858 eluaty po desorpcji zawierały:

Przykład 1 - sucha masa 2,1% i subst. aktywne 85%;

Przykład 2 - sucha masa 1,85% i subst. aktywne 82%.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wydzielania substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty, znamienny tym, że wytłoki kapusty zalewa się ekstrahentem, którym jest woda lub wyciek uzyskany z soku z kapusty po procesie sorpcji, lub wodny roztwór wodorotlenku sodu, lub wodny roztwór amoniaku, lub rozpuszczalnik organiczny z grupy alkoholi od Ci do C3 lub aceton, lub mieszanina tych ekstrahentów, i pozostawia się na czas od 5 minut do 2 godzin, w temperaturze do 75°C, korzystnie mieszając, po czym uzyskany ekstrakt ewentualnie zatęża się lub suszy, lub w znany sposób poddaje się selektywnej sorpcji na złożu makroporowatego syntetycznego sorbentu niejonowego o powierzchni niepolarnej lub średniopolarnej i następnie desorpcji, a otrzymany eluat ewentualnie zatęża się lub suszy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zalane ekstrahentem wytłoki pozostawia się na czas od 10 do 20 minut.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję substancji biologicznie aktywnych z wytłoków kapusty prowadzi się w temperaturze od 20°C do 50°C.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ekstrahent w stosunku objętościowym do wytłoków od 1 : 1 do 3 : 1, korzystniej 2:1.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję prowadzi się wodnym roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 % do 10% wagowych, korzystniej od 0,5% do 2% wagowych.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję prowadzi się wodnym roztworem amoniaku o stężeniu od 0,1 do 5% wagowych, korzystniej od 0,5 do 3% wagowych.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję prowadzi się za pomocą wodnego roztworu rozpuszczalnika organicznego o stężeniu powyżej 50% wagowych, korzystniej o stężeniu 70-85% wagowych.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję z wytłoków kapusty powtarza się dwu- lub trzykrotnie.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakt klaruje się przy użyciu kwasu mlekowego, kwasu octowego lub kwasu cytrynowego i osad oddziela się.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakt z wytłoków kapusty łączy się z sokiem z kapusty i z połączonych roztworów przeprowadza się sorpcję substancji biologicznie aktywnych oraz ich desorpcję.