RU2069665C1

RU2069665C1 - Способ получения сапонина сахарной свеклы

Info

Publication number: RU2069665C1
Application number: RU94036740A
Authority: RU
Inventors: Валентина Викторовна Подлеснюк; Анатолий Иванович Кошулько; Юрий Ильич Быстревский
Original assignee: Научно-техническое малое предприятие "Геосфера"
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-11-27
Also published as: UA10062C2; RU94036740A

Abstract

Использование: в медицине для изготовления отхаркивающих, мочегонных и иных лекарственных препаратов. Сущность изобретения: в способе получения сапонина из сахарной свеклы включающем экстракцию последнего из сахарной свеклы, сорбцию сапонина полимерным сорбентом с последующей его десорбцией полярным растворителем и выделение сапонина из полученного элюата, экстракт дополнительно обрабатывают неполярным растворителем. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к способам выделения и очистки производных сахаров из растительного сырья, в частности сапонина из сахарной свеклы и отходов сахарного производства, и может быть использовано в медицине для изготовления отхаркивающих, мочегонных и иных лекарственных препаратов, в косметологии
для изготовления моющих средств, пенообразователей и эмульгаторов.

Известен способ извлечения сапонина из растительного сырья (Кешин Р. Руководство по фармакологии. Пер. с анг. вып. 2.1. 1931), включающий экстракцию сапонина из сырья горячим этанолом, последовательную промывку выпавшего при охлаждении сапонина спиртом и эфиром, растворение сапонина в воде, осаждение из воды гидратом окиси бария, разложение бариевого соединения углекислотой и окончательное осаждение сапонина из раствора этиловым спиртом.

Данный способ экологически опасен из-за применения в процессе высокотоксичных солей бария, многостадиен и нетехнологичен, для его осуществления необходимы большие затраты реагентов.

Известен способ извлечения сапонина из растительного сырья (Леканосидзе Г.Е. Чирва В.Я. Сергиенко Т.В. Уварова Н.И. Исследование тритерпеновых гликозидов, Тбилиси, "Мецниероба", 1982, 35 с.), включающий предварительное обезжиривание растительного сырья хлористым этиленом, последующую его обработку метиловым спиртом и сгущение полученного экстракта при пониженном давлении. Нами была проверена эффективность данного способа для извлечения сапонина из сахарной свеклы и отходов сахарного производства, которая составляет 32,7
Известен также способ извлечения сапонина из сахарной свеклы (Смоляр В. И. Салий Н.С. Цапко Е.В. и др. Влияние сапонинов сахарной свеклы на организм животных // Вопросы питания, 1985, N 5, с. 55 58), включающий щелочную обработку исходного сырья, кислотное переосаждение сапонинов и их доочистку спиртом. Согласно нашим данным, эффективность извлечения сапонина по указанному способу составляет 30,6%
Общим недостатком способов извлечения сапонина является низкий выход готового продукта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ извлечения сапонина из сахарной свеклы и отходов сахарного производства (Заявка Японии N 63-93794, Ябуути Такахиро, Танака Тэруо, Способ экстракции и очистки сапонина свеклы, опубл. 25.04.88). Сущность способа заключается в следующем. Измельченное исходное сырье обрабатывают последовательно водой при нагревании до 60^oC в течение 30 мин при соотношении сырье вода 1 2, и раствором щелочного реагента (NaOH, KOH, Na₂CO₃, NH₄OH) в течение 1 ч при комнатной температуре, pН среды 8 12 и соотношении сырье щелочной реагент 1 1. Щелочной экстракт отделяют и корректируют значение pН до 8 водным раствором HCl. Сапонин из экстракта сорбируют на полимерном сорбенте, в качестве которого применяют гидрофобный макросетчатый сополимер стирола и дивинилбензола марок "Амберлит ХАД" или "Дайян". Адсорбционная емкость использованных полимерных сорбентов составляет 0,03 0,5 мас. по сапонину. Из сорбента сапонин десорбируют метанолом из расчета 2,3 3 объема метанола на 1 объем сорбента. Такое количество десорбирующего агента является стандартным при использовании полисорбов (Подлеснюк В.В. Клименко Н. А. Экстракционные методы регенерации адсорбентов // Химия и технология воды, 1988, т. 10, N 4, с. 303 311). Далее из элюата метанол удаляют при пониженном давлении, эффективность извлечения сапонина составляет 91 94%
Как следует из технической сущности известного способа, при его реализации для извлечения 1 г сапонина из исходного сырья расходуется 0,95 - 1,3 л метанола и 407 434 мл полимерного сорбента.

Таким образом известный способ характеризуется высокой степенью извлечения сапонина, достигаемой при достаточно больших расходах реагента (полярного растворителя) и сорбента.

Задачей изобретения является разработка такого способа получения сапонина сахарной свеклы, в котором дополнительная обработка экстракта неполярным органическим растворителем, а также осуществление выделения сапонина из части элюата, обогащенной им же, обеспечили бы сокращение расходов реагента и сорбента при достижении высокой степени извлечения сапонина.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения сапонина сахарной свеклы, включающий экстракцию последнего из исходного сырья, сорбцию сапонина полимерным сорбентом с последующей его десорбцией полярным растворителем и выделение сапонина из полученного элюата, отличающийся тем, что экстракт дополнительно обрабатывают неполярным растворителем, отделяют сапонинсодержащую часть и направляют на сорбцию, причем выделение сапонина осуществляют из первичного элюата, а оставшуюся часть элюата направляют на десорбцию в последующем цикле. При этом дополнительную обработку ведут при объемном соотношении экстракт неполярный растворитель, равном 1 (0,5 - 1,0); выделение сапонина осуществляют из первичного элюата объемом, равным 1,5 2 объема полимерного сорбента, а процесс десорбции сапонина осуществляют, фильтруя последовательно оставшуюся часть элюата предыдущего цикла и свежий полярный растворитель.

Установлено, что предложенная предварительная обработка щелочного экстракта неполярным растворителем позволяет удалить из него ряд органических веществ, присутствие которых в экстракте существенно снижает величину сорбции сапонина на полимерном сорбенте. Величина сорбции сапонина из очищенного фильтрата увеличивается до 1 2 мас. что позволяет уменьшить расход полимерного сорбента в 1,3 2,0 раза.

Уменьшение расхода полярного растворителя на стадии десорбции достигается следующим приемом. Сапонин получают выделением его из первичного элюата, обогащенного сапонином, объем которого составляет 1,5 2 объема полимерного сорбента, при этом оставшуюся часть объема элюата, содержащую невыделенный сапонин, направляют на десорбцию, используя в качестве первой части десорбирующий агент. В результате указанных действий расход полярного растворителя уменьшается в 2,3 3 раза после достижения стационарного процесса.

Способ реализуется следующим образом. Измельченное исходное сырье (сахарную свеклу или свекловичный жом) обрабатывают щелочным реагентом (NaOH, KOH, Na₂CO₃, NH₄OH) при соотношении сырье щелочной раствор 1 (1 2) в течение 1 1,5 ч при комнатной температуре, перемешивании и pН среды 11 12. При этом происходит экстракция сапонина из сырья в щелочной раствор. В случае использования в качестве сырья сахарной свеклы перед щелочной экстракцией необходимо сырье дополнительно обработать водой при нагревании до 60^oС в течение 30 мин при соотношении сырье - вода, равном 1 2. Затем, сапонинсодержащий щелочной экстракт отделяют от твердой фазы и добавляют к нему неполярный растворитель (например гексан, бензол, толуол) при объемном соотношении экстракт неполярный растворитель 1 (0,5 1,0). Из полученной смеси отделяют водную сапонинсодержащую часть и направляют на полимерный сорбент, осуществляя фильтрование последней со скоростью 0,5 1 м³/м²час. В качестве полимерного сорбента используют сорбент марок Полисорб 40/100, Полисорб 60/100, выпускаемые на Украине. Фильтрование осуществляют до насыщения сорбента сапонином. Затем, через насыщенный сапонином сорбент пропускают полярный растворитель (метанол, этанол, пропанол-2) при соотношении полярный растворитель сорбент, равном (2 3) 1, т.е. десорбируют сапонин из полимерного сорбента. Первичный элюат объемом равным 1,5 2 объема полимерного сорбента направляют на выделение сапонина. Оставшуюся часть элюата отводят в сборную емкость и используют в качестве первой части десорбирующего агента в следующем цикле десорбции. При этом, последовательно за ней окончательное извлечение (десорбцию) сапонина проводят чистым полярным растворителем. Процессы сорбции-десорбции сапонина повторяют в стационарно установившемся режиме получения сапонина. Достигаемая степень извлечения сапонина составляет 91 94
Определение содержания сапонина в исходном сырье, растворах и готовом продукте проводили согласно методике, описанной в (Мактоз Э.Д. Ботвинова Л. В. Горшкова Л.И. Хроматографическое определение сапонина в воде // Гигиена и санитария, 1984, N 10, с. 49 58).

Характеристика используемых веществ:
Гидроксид натрия ГОСТ 2263-79;
Соляная кислота ГОСТ 857-88;
Гексан ТУ 6-09-3499-79;
Бензол ГОСТ 5955-75;
Толуол ГОСТ 24615-81;
Метанол ГОСТ 2222-78Е;
Спирт этиловый технический (этанол) 17299-78;
Изопропанол ГОСТ 9805-84;
Полимерные сорбенты:
Полисорб 60/100 ТУ 6-05-211-1313-86;
Полисорб 40/100 ТУ 6-05-211-1087-76.

Пример 1. К 100 г жома (отход сахарного производства), содержащего 260 мг сапонина, прибавляют водный раствор щелочного реагента (гидроксид окиси натрия) объемом 100 мл при соотношении жом щелочной реагент, равном 1 1. Смесь перемешивают на аппарате для встряхивания при комнатной температуре и pН среды 11 в течение 2-х ч. Затем отделяют сапонинсодержащий щелочной экстракт от твердой фазы (объем экстракта 95 мл), помещают в делительную воронку, куда добавляют 95 мл гексана (соотношение экстракт неводный растворитель 1 1), перемешивают и отстаивают. Отделяют сапонинсодержащую водную часть (объем 95 мл) и направляют на фильтрование через слой полисорба марки 60/100 объемом 50 мл, загруженного в стеклянную колонку диаметром 0,2 см. Скорость фильтрования 1 м³/м²час. Содержание сапонина в фильтрате составляет 16 мг.

Процесс десорбции сапонина начинают, фильтруя оставшуюся в предыдущем цикле часть элюата объемом 35 мл, подавая последнюю через насыщенный сапонином сорбент из сборной емкости. Затем фильтруют 90 мл этанола. Из первичного элюата объемом 90 мл, равным 1,8 объема полимерного сорбента, выделяют сапонин, удаляя этанол при пониженном давлении, а оставшуюся часть элюата объемом 35 мл направляют в сборную емкость.

Получено 938 мг продукта, содержащего 244 мг сапонина, т.е. степень извлечения сапонина составляет 94 расход этанола при этом (полярного растворителя) составляет 368 мг/г сапонина, расход полисорба 60/100 205 мг/г сапонина (таблица, пример 4).

Запуск непрерывного цикла сорбция-десорбция осуществляют одноразовым фильтрованием через полимерный сорбент, насыщенный сапонином, 125 мл этанола с последующим направлением первичного элюата объемом 35 мл в сборную емкость для использования в качестве первой части десорбирующего агента в последующем цикле десорбции.

Пример 2. 100 г исходного измельченного сырья сахарной свеклы, содержащей 102 мг сапонина, обрабатывают 200 мл воды при 60^oС в течение 0,5 ч, разделяют сырье и воду и к обработанному сырью прибавляют 100 мл водного раствора гидрата окиси натрия. Смесь перемешивают на аппарате для встряхивания при комнатной температуре и pН среды 11 в течение 2-х ч. Отделяют сапонинсодержащий щелочной экстракт (объем экстракта 95 мл), прибавляют к нему 95 мл гексана, перемешивают и отстаивают. Отделяют сапонинсодержащую водную часть (объем 95 мл) и направляют на фильтрование через слой полисорба марки 60/100 объемом 50 мл, загруженного в колонку диаметром 0,21 см. Скорость фильтрования 1 м²/м•час. Содержание сапонина в фильтрате 9,0 мг.

Процесс десорбции сапонина осуществляют, фильтруя оставшуюся в предыдущем цикле часть элюата объемом 30 мл, подавая последнюю через насыщенный сапонином сорбент из сборной емкости. Непосредственно за этой частью элюата фильтруют 60 мл этанола. Из первичного элюата объемом 60 мл равным 2 объемам полимерного сорбента, выделяют сапонин, удаляя этанол при пониженном давлении, а оставшуюся часть элюата объемом 30 мл направляют в сборную емкость.

Получено 443 мг продукта, содержащего 93 мг сапонина, т.е. степень извлечения сапонина составляет 91 расход этанола 645 мл/г сапонина; расход полисорба 60/100 322 мг/г сапонина (таблица, пример 8).

Запуск непрерывного цикла сорбция-десорбция осуществляют аналогично примеру 1, используя для фильтрования этанол объемом равным 90 мл.

Для выяснения влияния на величину сорбции сапонина природы полимерных сорбентов, использованных в предложенном и известном способе, нами были измерены изотермы адсорбции из водных растворов стандартного образца сапонина на полисорбе 60/100 и полисорбе НР-20 "Дайян". Использовали стандартную методику измерения изотерм адсорбции (Кисилев А.В. Древинг В.П. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии, М. Изд-во МГУ, 1973, 443 с.). Из полученных изотерм адсорбции были рассчитаны значения максимальных величин адсорбции по (Когановский А.Г. Клименко Н.А. Левченко Т.М. Рода И. Г. Адсорбция органических веществ из воды, Л. Химия, 1990, 256 с). Оказалось, что величины предельной адсорбции сапонина на двух сравниваемых полисорбах имеют близкие значения: 24,0 мг/г для полисорба 60/100 и 22,0 мг/г для НР-20 "Дайян".

Аналогично технология реализации способа и примерам конкретного выполнения были осуществлены опыты по извлечению сапонина из сахарной свеклы и отходов сахарного производства с использованием различной природы неполярных и полярных растворителей и полимерных сорбентов при заявляемых и запредельных значениях соотношений щелочной экстракт неполярный растворитель и отношений объемов первичного элюата и полимерного сорбента. Зависимость степени извлечения сапонина, расходов полярного растворителя и полимерного сорбента от вышеуказанных условий представлена в таблице, примеры 1 14.

Установлено, что заявляемые режимы реализации способа выбраны из условий, обеспечивающих высокую степень извлечения сапонина на уровне 91 94 при достаточно низких расходах полярного растворителя (354 645 мл/г сапонина) и полимерного сорбента (203 322 мл/г сапонина) (таблица, примеры 1 10).

Обработка сапонинсодержащего щелочного экстракта неполярным растворителем при их соотношении ниже заявляемого предела, например 1 0,3, приводит к резкому уменьшению степени извлечения сапонина, которая достигает всего лишь 70 (таблица, пример 11).

Запредельное увеличение соотношения экстракт неполярный растворитель, например 1 1,3, т.е. избыток растворителя, не приводит к увеличению степени извлечения сапонина, уменьшению расхода полимерного сорбента и т.о. является нецелесообразным (таблица, пример 12).

Выделение сапонина из объема первичного элюата меньше граничного значения, например из объема равного 1,25 объема полимерного сорбента, отрицательно сказывается на степени извлечения сапонина, которая составляет 72 (таблица, пример 13). Следует отметить, что в каждом последующем цикле степень восстановления сорбционной емкости сорбента уменьшается по сравнению с предыдущим, что делает невозможным реализацию способа.

Запредельное увеличение объема первичного элюата, направляемого на выделение сапонина, является экономически нецелесообразным, т.к. приводит к неоправданно увеличенному расходу полярного растворителя в каждом цикле процесса при практически тех же остальных показателях способа (таблица, пример 14).

Преимущества предложенного способа получения сапонина сахарной свеклы по сравнению с известным подтверждается данными таблицы.

Как следует из данных таблицы, предложенный способ получения сапонина позволяет уменьшить расход полярного растворителя до 312 645 мл/г сапонина, а полимерного сорбента до 203 322 мг/г сапонина при достижении высокой степени извлечения сапонина 91 94 (на уровне известного решения). По сравнению с известным, расход полимерного сорбента уменьшается в 1,3 2 раза, а расход полярного растворителя в 2,3 3 раза, что делает предложенный способ более экономичным.

Следует подчеркнуть, что высокая эффективность способа достигается при использовании сорбентов отечественного производства.

Claims

1. Способ получения сапонина сахарной свеклы, включающий экстракцию последнего из исходного сырья, сорбцию сапонина полимерным сорбентом с последующей его десорбцией полярным растворителем и выделение сапонина из полученного элюата, отличающийся тем, что экстракт дополнительно обрабатывают неполярным растворителем, отделяют сапонинсодержащую часть и направляют на сорбцию, причем выделение сапонина осуществляют из первичного элюата, а соответствующая часть элюата направляют на десорбцию в последующем цикле.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительную обработку ведут при объемном соотношении экстракт неполярный растворитель, равном 1: (0,5 - 1,0).

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выделение сапонина осуществляют из первичного элюата объемом, равным 1,5 2,0 объема полимерного сорбента.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что процесс десорбции сапонина осуществляют, фильтруя последовательно оставшуюся часть элюата предыдущего цикла и свежий полярный растворитель.