PL248226B1 - Sposób ekstrakcji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego za pomocą mieszanin eutektycznych - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy ekstrakcji kwasu usninowego, gdzie stosuje się jako rozpuszczalnik mieszaninę eutektyczną składającą się z naturalnych i nietoksycznych związków: tymolu i kamfory, przy czym składniki te występują względem siebie w stosunkach masowych tymolu do kamfory 4,57:1,68 do 4,85:1,4. Korzystnie gdy na 1 część wagową zmielonych plech chrobotka stosuje się od 15 do 20 części wagowych rozpuszczalnika. Korzystnie gdy proces ekstrakcji wspomaga się ultradźwiękami.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób ekstrakcji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego (Cladonia uncialis) za pomocą mieszanin eutektycznych tymolu i kamfory.

Kwas usninowy (Rys. 1) jest polifenolem o strukturze dibenzofuranu, występującym w wielu gatunkach porostów m.in.: Alectoria, Cladonia, Evernia, Lecanora, Parmelia, Ramaiina, Usnea iXanthoparmelia. Związek ten wykazuje interesujące właściwości biologiczne (działanie m.in.: przeciwzapalne, przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwbólowe, antyproliferacyjne, cytoprotekcyjne, immunostymulujące) (Studzińska-Sroka E., Tomczak H., Malińska N., Wrońska M., Kleszcz R., Galanty A., Cielecka-Piontek J., Latek D., Paluszczak J. 2019. Cladonia uncialis as a valuable raw material of biosynthetic compounds against clinical strains of bacteria and fungi. Acta Biochemica Polonica 66). Dzięki temu znalazł zastosowanie w kosmetologii, rolnictwie i przemyśle farmaceutycznym (Boitsova T.A., Brovko O.S., Ivakhov A.D., Zhil’tsov D.V. 2020. Optimizing supercritical fluid extraction of usnic acid from the lichen species Usnea subfloridana. Russian Journal of Physical Chemistry B 14,1135-1141.) Z uwagi na lipofilowy charakter, kwas usninowy izolowany jest z plech porostów za pomocą niepolarnych i stosunkowo toksycznych rozpuszczalników m.in. acetonem (Gonzalez A.G., Barrera J.B., Rodriguez Perez E.M., Hernandez Padron C.E. 1991. Chemical constituents of the lichen Cladina macaronesica. Zeitschrift fur Naturforschung C 46, 12-18.), dichlorometanem (Schmeda-Hirschmann G., Tapia A., Pertino M., Sortino M., Zacchino S., Rojas de Arias A., Feresin G.E. 2008. A new antifungal and antiprotozoal depside from the Andean lichen Protousnea poeppigii. Phytotherapy Research 22, 349-355) czy heksanem (Kocovic A., Jeremic J., Bradic J., Sovrlic M., Tomovic J., Vasiljevic P., Andjic M., Draginic N., Grujovic M., Mladenovic K., Baskic D., Popovic S., Matic S., Zivkovic V., Jeremic N., Jakovljevic V., Manojlovic N. 2022. Phytochemical analysis, antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic activity of different extracts of Xanthoparmelia stenophylla lichen from Stara Planina, Serbia. Plants 11, 1624). Ekstrahenty te charakteryzują się wysoką toksycznością i nie spełniają założeń „zielonej chemii”.

Znane jest stosowanie rozpuszczalników głęboko eutektycznych (Dai Y., van Sporensen J., Witkamp G- J., Verpoorte R., Choi Y.H. 2013. Natural deep eutectic solvents as new potential media for green technology. Analytica Chimica Acta 766, 61-68) do ekstrakcji.

Znane jest zastosowanie mieszanin eutektycznych tymolu i kamfory do ekstrakcji metabolitów roślinnych (Patent PL: Pat.239450; Sposób ekstrakcji metabolitów z materiału roślinnego oraz zastosowanie naturalnych lotnych eutektycznych mieszanin do ekstrakcji metabolitów z materiału roślinnego) przy czym tymol i kamfora występują względem siebie w stosunku masowym od 1 : 1,5 do 1,5 : 1.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie izolacji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego za pomocą nietoksycznych rozpuszczalników, spełniających założenia „zielonej chemii” w ilościach efektywnych. Ponadto wynalazek umożliwia skrócenie procedury ekstrakcyjnej z uzyskaniem wyższej wydajności ekstrakcji kwasu usninowego w porównaniu do ekstrakcji acetonem, co w znacznym stopniu przekłada się na energooszczędność procesu ekstrakcji.

Nieoczekiwanie okazało się, że zastosowanie mieszanin tymolu i kamfory zmieszanych w określonym stosunku i zastosowanych w określonych warunkach czasowo-temperaturowych pozwala na efektywne przeprowadzenie procesu ekstrakcji kwasu usninowego z plech zlichenizowanego grzyba - chrobotka gwiazdkowatego. Wykazano więc, że mieszaniny eutektyczne tymolu i kamfory są w stanie penetrować ściany komórkowe zbudowane nie tylko z celulozy, jak to ma miejsce w przypadku roślin, ale również z chityny, która jest budulcem ścian komórkowych u grzybów.

Istota wynalazku polega na tym, że w procesie ekstrakcji kwasu usninowego stosuje się jako rozpuszczalnik mieszaninę eutektyczną składającą się z naturalnych i nietoksycznych związków: tymolu i kamfory przy czym składniki te występują względem siebie w stosunkach masowych tymolu do kamfory 4,57 : 1,68 do 4,85 : 1,4.

Korzystnie gdy na 1 część wagową zmielonych plech chrobotka stosuje się od 15 do 20 części wagowych rozpuszczalnika.

Korzystnie gdy proces ekstrakcji wspomaga się ultradźwiękami.

Korzystnie gdy proces ekstrakcji prowadzi się trzykrotnie, za każdym razem świeżą porcją rozpuszczalnika.

Korzystnie gdy proces ekstrakcji prowadzi się w temperaturze od 40 do 50°C.

W sposobie ekstrakcji będącym przedmiotem zgłoszenia patentowego stosuje się inny zakres proporcji składników mieszanin (od 4,57 : 1,68 do 4,85 : 1,4) niż w stanie techniki oraz wykorzystuje się

PL 248226 Β1 te mieszaniny do ekstrakcji kwasu usninowego zawartego w plechach Cladonia uncialis - zlichenizowanego grzyba z rodziny chrobotkowatych czyli organizmu o innym składzie chemicznym ścian komórkowych i sklasyfikowanego w innym niż rośliny królestwie.

Dzięki zastosowaniu naturalnych, głęboko eutektycznych mieszanin tymolu i kamfory możliwe jest przeprowadzenie szybkiej i wydajnej ekstrakcji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego. Zastosowane ekstrakty można ponadto odparować uzyskując suchą pozostałość z uwagi na lotność kamfory i tymolu. Co więcej zarówno zastosowanie naturalnych i nietoksycznych rozpuszczalników jak i zmniejszenie zużycia energii potrzebnej do przeprowadzenia ekstrakcji (zastosowanie trzykrotnej ekstrakcji mieszaninami tymolu i kamfory powoduje uzyskanie większej wydajności ekstrakcji kwasu usninowego niż zastosowanie sześciokrotnej ekstrakcji acetonem) jest przyjazne środowisku naturalnemu i spełnia założenia „zielonej chemii”.

Kwas usninowy przedstawiony jest poniższym wzorem ogólnym (Fig. 1):

Na wykresie, który jest na załączonym rysunku (Fig. 2), przedstawiono porównanie wydajności ekstrakcji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego mieszaninami tymolu i kamfory oraz acetonem.

Przykład 1

100 mg drobno zmielonej plechy chrobotka gwiazdkowatego zalano 1,5 g mieszaniny tymolu i kamfory zmieszanych w stosunku masowo-masowym 4,85:1,4 i ekstrahowano w łaźni ultradźwiękowej przez 15 min w temp. 45°C. Następnie mieszaninę żwirowano w wirówce laboratoryjnej i zdekantowano uzyskany supernatant do kolbki miarowej o objętości 10 ml. Pozostały surowiec zalano kolejną porcją 1,5 g mieszaniny eutektycznej i powtórzono ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami.

Próbkę żwirowano a uzyskany supernatant przelano do kolbki miarowej, łącząc go z supernatantem uzyskanym w pierwszym etapie ekstrakcji. Ekstrakcję materiału powtórzono jeszcze raz, łącząc uzyskany supernatant z poprzednimi. Zawartość kolbki uzupełniono do kreski metanolem. Tak uzyskany ekstrakt przeanalizowano za pomocą wysokosprawnego chromatografu cieczowego, oznaczając zawartość kwasu usninowego na poziomie 12,33 mg w przeliczeniu na gram ekstrahowanego surowca. Analogicznie przeprowadzono trzykrotną ekstrakcję acetonem, która umożliwiła wyekstrahowanie kwasu usninowego w ilości 11,7 mg w przeliczeniu na gram surowca. Wykazano również, że dopiero sześciokrotna ekstrakcja acetonem umożliwia izolację kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego na zbliżonym poziomie jak zastosowanie trzykrotnej ekstrakcji mieszaniną tymolu i kamfory. Uzyskane wyniki przedstawiono na rys. 2.

Przykład 2

100 mg drobno zmielonej plechy chrobotka gwiazdkowatego zalano 1,5 g mieszaniny tymolu i kamfory zmieszanych w stosunku masowo-masowym 4,57 :1,68 i ekstrahowano w łaźni ultradźwiękowej przez 15 min w temp. 40°C. Następnie mieszaninę żwirowano w wirówce laboratoryjnej i zdekantowano uzyskany supernatant do kolbki miarowej o objętości 10 ml. Pozostały surowiec zalano kolejną porcją 1,5 g mieszaniny eutektycznej i powtórzono ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami. Próbkę żwirowano a uzyskany supernatant przelano do kolbki miarowej, łącząc go z supernatantem uzyskanym w pierwszym etapie ekstrakcji. Ekstrakcję materiału powtórzono jeszcze raz, łącząc uzyskany supernatant z poprzednimi. Zawartość kolbki uzupełniono do kreski metanolem. Tak uzyskany ekstrakt przeanalizowano za pomocą wysokosprawnego chromatografu cieczowego, oznaczając zawartość kwasu usninowego na poziomie 12,38 mg w przeliczeniu na gram ekstrahowanego surowca. Analogicznie przeprowadzono trzykrotną ekstrakcję acetonem, która umożliwiła wyekstrahowanie kwasu usninowego w ilości 11,7 mg w przeliczeniu na gram surowca. Wykazano również, że dopiero sześciokrotna ekstrakcja acetonem umożliwia izolację kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego na zbliżonym poziomie jak zastosowanie trzykrotnej ekstrakcji mieszaniną tymolu i kamfory. Uzyskane wyniki przedstawiono na rys. 2.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ekstrakcji kwasu usninowego z plech chrobotka gwiazdkowatego (Cladonia uncialis) o wzorze ogólnym 1 przedstawionym na rysunku, znamienny tym, że w procesie ekstrakcji kwasu usninowego stosuje się naturalną eutektyczną mieszaninę składającą się z tymolu i kamfory, gdzie składniki mieszaniny występują względem siebie w następujących proporcjach masowych (tymol: kamfora) od 4,57 :1,68 do 4,85:1,4.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na 1 część wagową materiału roślinnego korzystnie rozdrobnionego stosuje się od 15 do 20 części wag. naturalnej mieszaniny eutektycznej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ekstrakcji prowadzi się z wykorzystaniem energii ultradźwiękowej.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ekstrakcji prowadzi się w temperaturze od 40 do 50°C.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ekstrakcji powtarza się co najmniej trzykrotnie.