RU2089208C1

RU2089208C1 - Method of lipid isolation

Info

Publication number: RU2089208C1
Application number: RU94017993A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кучин; Л.П. Карманова; А.А. Королева
Original assignee: Коми научный центр Уральского отделения РАН
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1997-09-10
Also published as: RU94017993A

Abstract

FIELD: forest chemistry. SUBSTANCE: method involves raw milling, treatment with 5-10% alkali aqueous solution at the room temperature, extraction of neutral lipids from the obtained emulsion with petroleum ether and isolation of acid components concentrate with diethyl ether. Method can be used for preparing biologically active substances for medicine, perfumery, agriculture. EFFECT: increased yield of the end product. 1 tbl

Description

Изобретение относится к лесохимии, а именно получению биологически активных веществ для медицины и сельского хозяйства. The invention relates to forest chemistry, namely the production of biologically active substances for medicine and agriculture.

Древесная зелень богата липидными компонентами. К липидам относятся вещества древесной зелени, которые не растворяются в воде, растворяются в органических растворителях и содержат в молекулах высшие алкидные радикалы. По химической природе и по полярности основная часть липидов древесной зелени хвои представлена двумя группами веществ: нейтральными и кислыми. В состав нейтральных веществ липидов входят ацилглицерины, эфирные масла, воски, сложные эфиры, спирты, углеводороды, пигменты, жирорастворимые витамины и т.д. Состав кислых компонентов липидной фракции представлен смоляными, насыщенными и ненасыщенными алифатическими кислотами и фенольными соединениями. По данным различных авторов суммарное содержание липидов в хвое сосны 7-12% ели 10% от абсолютно сухой массы сырья [1, 2] из них нейтральных 5-7% и кислых 3-6%
Необходимым условием полного извлечения липидов из хвои является разрыв связи их с другими соединениями. Главную роль в сцеплении липидов с другими соединениями играют слабые гидрофобные и Ван-дер-Вальсовые взаимодействия, а также водородные и ионные связи. Неполярные радикалы протенногенных аминокислот способны к слабым взаимодействиям с гидрофобными участками молекул липидов и к взаимодействиям типа "ион-диполь" с фосфатными группами липидов. Для их разрушения достаточно воздействия неполярных растворителей.Woody greens are rich in lipid components. Lipids include woody substances that do not dissolve in water, dissolve in organic solvents and contain higher alkyd radicals in molecules. By chemical nature and polarity, the main part of the lipids of woody green conifers is represented by two groups of substances: neutral and acidic. The composition of neutral lipid substances includes acylglycerols, essential oils, waxes, esters, alcohols, hydrocarbons, pigments, fat-soluble vitamins, etc. The composition of the acidic components of the lipid fraction is represented by resinous, saturated and unsaturated aliphatic acids and phenolic compounds. According to various authors, the total lipid content in pine needles is 7-12% ate 10% of the absolutely dry mass of raw materials [1, 2] of which are neutral 5-7% and acidic 3-6%
A necessary condition for the complete extraction of lipids from needles is a break in their connection with other compounds. The main role in the adhesion of lipids to other compounds is played by weak hydrophobic and van der Waals interactions, as well as hydrogen and ionic bonds. Nonpolar radicals of progenogenic amino acids are capable of weak interactions with hydrophobic regions of lipid molecules and ion-dipole interactions with phosphate groups of lipids. For their destruction, exposure to nonpolar solvents is sufficient.

В образовании комплексов липидов с биополимерами клетки участвуют водородные связи, которые могут образовываться между гидроксильными, карбоксильными и аминогруппами липидов и полярными функциональными группами белков и других соединений. Энергия этих связей значительно превышает энергию слабых взаимодействий. Поэтому разорвать водородные связи можно или повышая полярность растворителей или используя другие принципы выделения. Hydrogen bonds are involved in the formation of lipid complexes with cell biopolymers, which can be formed between the hydroxyl, carboxyl and amino groups of lipids and the polar functional groups of proteins and other compounds. The energy of these bonds significantly exceeds the energy of weak interactions. Therefore, it is possible to break the hydrogen bonds either by increasing the polarity of the solvents or using other principles of isolation.

Известны способы выделения липидов [3] экстракцией органическими растворителями, например: трихлорэтиленом, хлороформом, ацетоном, спиртами и др. из древесной зелени хвойных пород. Known methods for the isolation of lipids [3] by extraction with organic solvents, for example: trichlorethylene, chloroform, acetone, alcohols, etc. from coniferous wood.

Способы не нашли применения в существующих технологических схемах из-за токсичности этих растворителей и растворимости в воде. The methods have not found application in existing technological schemes due to the toxicity of these solvents and solubility in water.

Наиболее близким к предлагаемому нами способу является способ извлечения экстрактивных веществ [4] где в качестве органического растворителя используют бензин. По известному способу бензиновый экстракт получают при температуре 60-80^o, освобождают его от воска при понижении температуры, а затем омылением 30% -ным водным раствором щелочи экстракт разделяют на кислую и нейтральную фракции. Нейтральные вещества остаются в бензиновом растворе, после отгонки растворителя из них получают концентрат с выходом 0,4-0,6% от абсолютно сухого сырья (а.с.с.). Водорастворимые вещества обрабатывают 15-20% -ным раствором серной кислоты, в результате чего выделяют жирные и смоляные кислоты, выход которых составляет 0,4-0,5% от а.с.с.Closest to our proposed method is a method for extracting extractives [4] where gasoline is used as an organic solvent. According to the known method, the gasoline extract is obtained at a temperature of 60-80 ^o , release it from wax at lower temperatures, and then by saponification with a 30% aqueous alkali solution, the extract is divided into acidic and neutral fractions. Neutral substances remain in the gasoline solution, after distillation of the solvent, concentrate is obtained from them with a yield of 0.4-0.6% of absolutely dry raw materials (a.s.). Water-soluble substances are treated with a 15-20% solution of sulfuric acid, as a result of which fatty and resin acids are isolated, the yield of which is 0.4-0.5% of a.s.

Недостатком известного способа является низкое (4-7% от суммы экстрактивных веществ) извлечение экстрактивных веществ из-за малой полярности растворителя. The disadvantage of this method is the low (4-7% of the sum of extractive substances) extraction of extractive substances due to the low polarity of the solvent.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа выделения липидов из хвои путем создания экстрагирующей эмульсии, используемой для извлечения и концентрирования нейтральных липидов из водных растворов и, одновременно, связывание кислых веществ липидов в виде их натриевых солей, что позволит увеличить извлечение экстрактивных веществ. The objective of the present invention is to develop a method for the isolation of lipids from needles by creating an extracting emulsion used to extract and concentrate neutral lipids from aqueous solutions and, at the same time, to bind acidic substances of lipids in the form of their sodium salts, which will increase the extraction of extractive substances.

В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения. This is a new technical result, which is in a causal relationship with the essential features of the invention.

Существенными признаками изобретения являются: измельчение сырья, обработка сырья 5-10% водным раствором щелочи при комнатной температуре, извлечение из полученной эмульсии экстракцией петролейным эфиром нейтральных веществ липидов и выделение из водорастворимой части эмульсии после подкисления 10-15% раствором серной кислоты концентрата кислых компонентов с помощью органического растворителя (диэтилового эфира). The essential features of the invention are: grinding of raw materials, processing of raw materials with a 5-10% aqueous alkali solution at room temperature, extraction of neutral lipids from the emulsion with petroleum ether, and isolation of the concentrate of acidic components from the water-soluble part of the emulsion after acidification with 10-15% sulfuric acid solution with using an organic solvent (diethyl ether).

Интенсификация извлечения экстрактивных веществ из древесной зелени зависит от многих факторов. Помимо разрыва связи липидов с другими соединениями им необходимо преодолеть диффузное сопротивление через клеточные мембраны и стенку при переходе в экстракт. Мы полагаем, что обработка водными растворами щелочи и измельчение хвои способствуют уменьшению этого сопротивления. Кроме того, в результате воздействия на хвою щелочи, Na-соли кислот растворяются в водном растворе. Наличие в экстрагируемой смеси поверхностно-активных солей смоляных и жирных кислот способствует образованию эмульсии (типа масло в воде) нейтральных веществ липидов в воде. The intensification of the extraction of extractives from green wood depends on many factors. In addition to breaking the connection of lipids with other compounds, they need to overcome diffuse resistance through cell membranes and the wall during the transition to the extract. We believe that treatment with aqueous solutions of alkali and chopping needles help to reduce this resistance. In addition, as a result of exposure to needles of alkali, Na-salts of acids dissolve in an aqueous solution. The presence in the extractable mixture of surface-active salts of tar and fatty acids promotes the formation of an emulsion (such as oil in water) of neutral lipid substances in water.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Пример 1. Древесную зелень ели влажностью 50% измельчают на шнековом измельчителе. 500 г измельченной зелени смешивают с 4000 г 5% -ного водного раствора гидроокиси натрия (соотношение хвоя: щелочной раствор 1:8) при комнатной температуре (t 20-25^oC). Смесь перемешивают механической мешалкой (скорость 150-300 об/мин) 2 часа при температуре реакционной смеси. Полученную гетерогенную массу разделяют на шнековой соковыжималке. Отделяют твердую фазу, фильтрат переносят в делительную воронку и экстрагируют 3 раза петролейным эфиром (фр. 70-100^oC ) при соотношении петролейный эфир:фильтрат равном 1:1. В качестве деэмульгатора используют этиловый спирт в количестве 7-10% по отношению к фильтрату. Экстракт промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции, сушат над безводным Na₂SO₄ и полностью отгоняют растворитель на ротационном испарителе. Получают концентрат нейтральных веществ липидов с выходом 1,5-2,0% от а.с.с.Example 1. Woody spruce with a moisture content of 50% is crushed on a screw shredder. 500 g of chopped greens are mixed with 4000 g of a 5% aqueous sodium hydroxide solution (needles: alkaline solution ratio 1: 8) at room temperature (t 20-25 ^o C). The mixture is stirred with a mechanical stirrer (speed 150-300 rpm) for 2 hours at the temperature of the reaction mixture. The resulting heterogeneous mass is separated on a screw juicer. The solid phase is separated, the filtrate is transferred to a separatory funnel and extracted 3 times with petroleum ether (FR. 70-100 ^o C) with a ratio of petroleum ether: filtrate equal to 1: 1. Ethyl alcohol in an amount of 7-10% with respect to the filtrate is used as a demulsifier. The extract was washed with distilled water until neutral, dried over anhydrous Na ₂ SO ₄ and the solvent was completely distilled off on a rotary evaporator. A concentrate of neutral lipid substances is obtained with a yield of 1.5-2.0% of a.s.

Фильтрат обрабатывают 12% -ным водным раствором серной кислоты до нейтральной реакции. Нейтрализованный фильтрат трижды экстрагируют диэтиловым эфиром, растворитель отгоняют и получают концентрат компонентов с выходом 2,7-3,2% от а.с.с. Кислотное число 130 (мг КОН/мл). The filtrate is treated with a 12% aqueous solution of sulfuric acid until neutral. The neutralized filtrate is extracted three times with diethyl ether, the solvent is distilled off and a concentrate of components is obtained in a yield of 2.7-3.2% of a.s. Acid number 130 (mg KOH / ml).

Пример 2. Выделение липидов проводят также как в примере 1. Обработку хвои проводят 10% -ным водным раствором гидроокиси натрия. Соотношение хвоя: щелочной раствор 1:5. Выход нейтральных веществ липидов 1,1-1,3% от а.с.с. Выход концентрата кислых компонентов 4,2-4,8% от а.с.с. Example 2. The selection of lipids is carried out as in example 1. The treatment of needles is carried out with a 10% aqueous solution of sodium hydroxide. The ratio of needles: alkaline solution 1: 5. The yield of neutral lipid substances is 1.1-1.3% of a.s. The output of the concentrate of acidic components of 4.2-4.8% of A.S.

Пример 3. Выделение липидов проводят как в примере 1. Хвою обрабатывают 20% -ным водным раствором гидроокиси натрия. Соотношение хвоя:щелочной раствор. Выход нейтральных веществ липидов 0,4% от а.с.с. Example 3. The selection of lipids is carried out as in example 1. The needles are treated with a 20% aqueous solution of sodium hydroxide. The ratio of needles: alkaline solution. The yield of neutral lipid substances is 0.4% of a.s.

Пример 4. Выделение проводят как в примере 2. Процесс осуществляют при нагревании реакционной массы до 80^oC Выход нейтральных веществ липидов - 0,9% от а.с.с. Выход кислых компонентов 3,1% от а.с.с.Example 4. Isolation is carried out as in example 2. The process is carried out by heating the reaction mass to 80 ^o C The output of neutral lipid substances is 0.9% of a.s. The yield of acidic components is 3.1% of a.s.

Результаты выделения липидов из древесной зелени ели сведены в таблицу. The results of the isolation of lipids from green spruce are summarized in table.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход липидов в 3-4 раза по сравнению с известным. Все операции по новому способу проводятся при комнатной температуре. Thus, the proposed method allows to increase the yield of lipids 3-4 times in comparison with the known. All operations according to the new method are carried out at room temperature.

Список литературы
1. Левин Э.Д. Репях С.М. Переработка древесной зелени. -М. Лесная промышленность, 1981. 196 с.Bibliography
1. Levin E.D. Repyakh S.M. Processing green wood. -M. Timber industry, 1981. 196 p.

2. Иевинь И. К. Полис О. Р. Использование древесной зелени. В сб. "Комплексное использование древесного сырья". Рига, "Зинатне" 1984, с. 152-169. 2. Ievin IK. Polis O. R. Use of green wood. On Sat "Comprehensive use of wood raw materials." Riga, Zinatne 1984, p. 152-169.

3. Васильев С. Н. Рощин В.И. Выродов В.А. Состав экстрактивных веществ древесной зелени сосны обыкновенной. Обзор информ. М. ВНИПИЭИлеспром, 1991, -72 с. 3. Vasiliev S. N. Roshchin V.I. Vyrodov V.A. The composition of the extractives of the greenery of pine. Review inform. M. VNIPIEIlesprom, 1991, -72 p.

4. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени. - Л. Изд. Ленинградского ун-та, 1981. -224 с. 4. Yagodin V.I. Fundamentals of chemistry and technology for processing green wood. - L. Ed. Leningrad University, 1981. -224 p.

Claims

A method for isolating lipids, including chopping coniferous wood, mainly spruce, extracting lipids by extraction with an organic solvent, saponification with an aqueous alkali solution, acidification of saponified lipids with an aqueous solution of sulfuric acid, and separation into acidic and neutral substances, characterized in that the lipid saponification is carried out directly by processing crushed raw materials 5 10% alkali solution, after saponification, neutral substances are extracted with petroleum ether, and acidic substances are extracted with diethyl ether after removal of neutral components and acidification.