способ получения биологически активного кислого сульфатированного полисахарида из морских водорослей - фукоидана

Формула изобретения

Способ получения биологически активного кислого сульфатированного полисахарида из морских бурых водорослей - фукоидана - путем экстракции измельченного сырья, отделения экстракта и выделения целевого продукта, отличающийся тем, что экстрагирование водорослей проводят 3-4-кратно водой при температуре 20-60°С, а осаждение осуществляют этиловым спиртом при расходе абсолютного спирта 0,7-1,1 мл на 1 мл экстракта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к комплексной переработке морских бурых водорослей, а именно к получению биологически активного кислого водорастворимого сульфатированного полисахарида из морских бурых водорослей - фукоидана, и может быть использовано в пищевой, парфюмерно-косметической отраслях и в медицине.

Известен способ получения водорастворимых полисахаридов бурых водорослей (Патент РФ №2135518. МКИ С 08 В 37/00), который включает ряд этапов:

1. Последовательную обработку сухой (50%-ным водным этанолом) или предпочтительнее свежей или свежезамороженной бурой водоросли этанолом (1:1 по весу), ацетоном и хлороформом, куда уходят соли, частично полифенолы, низкомолекулярные вещества (в том числе маннит, моно-, олигосахариды, аминокислоты, пептиды, пигменты, липиды, йодосодержащие вещества, витамины А, В и т.д.). В растворители экстрагируется около 30-40% веществ от сухого веса водоросли. Далее спиртовой экстракт бурых водорослей может непосредственно применяться в косметической промышленности и медицине как йодосодержащий препарат, средство для лечения ангины, заболеваний слизистых. Вещества, экстрагируемые ацетоном и хлороформом, тоже могут применяться в косметической промышленности.

2. Последовательную экстракцию полисахаридов из остатков водорослей 0,1 N НСl с добавлением 40%-ного формальдегида (1 мл/л) при комнатной температуре и водой при повышенной температуре (60-70°С). Последовательная экстракция при различных температурах позволяет уже на стадии выделения разделять основные углеводные компоненты по молекулярным массам, степени разветвленности, фукоиданы - по моносахаридному составу.

3. Полученные экстракты раздельно наносят на колонки с гидрофобным носителем (политетрафторэтилен). Ламинаран адсорбируется гидрофобным носителем. Высокосульфатированные фукоиданы легко элюируют водой. Ступенчатым градиентом спирта в воде элюируют с носителя ламинаран в смеси с низкосульфатированным фукоиданом (5%-ный водный этанол) и фракции ламинарана (10-, 15%-ный водный этанол).

4. Фукоиданы из раствора высаждают полностью 80%-ным водным этанолом либо последовательно 60 и 80%-ным водным этанолом. Фракции, элюируемые с полихрома - 1-, 5-, 10-, 15%-ным водным этанолом, высушивают лиофильно.

5. Гидрофобный носитель регенерируют этанолом, которым с колонки элюируются более гидрофобные, чем ламинаран, вещества. При необходимости (например, в случае сильной пигментации носителя после пропускания экстракта) проводят дополнительную регенерацию 0,5-1,0 М растворами щелочи и/или соляной кислоты в зависимости от природы пигмента.

Данный способ ориентирован на фракционирование фукоиданов и ламинаранов с целью получения стандартных фракций этих биологически активных, гетерогенных полисахаридов.

Сложность, многостадийность процесса, использование значительного объема различных химических веществ (этанол, ацетон, хлороформ, соляная кислота, формальдегид) и материалов (политетрафторэтилен) указывают на возможность использования данного способа преимущественно в лабораторных условиях.

Известен способ получения биологически активных веществ из ламинарии путем экстракции измельченного сырья, отделения экстракта, его упаривания и выделения целевого продукта (Патент РФ №2028153, МКИ А 61 К 35/80 - прототип). По данному способу сначала проводят сушку сырья при 50°С, после чего освобождают от механических примесей. Затем сырье измельчают и экстрагируют 90-96%-ным этанолом в соотношении (сырье : этанол) 1:6 в аппарате Сокслета при температуре кипения экстрагента в течение 3 ч. Профильтрованный спиртовый экстракт используют для получения маннита. Далее после удаления остатков спирта из водорослей последние экстрагируют двукратно водой в соотношении 1:10 при температуре 80°С в течение 30 мин, водные экстракты объединяют, фильтруют, упаривают под вакуумом при остаточном давлении 0,3 атм и температуре 70°С до плотности 1,05-1,06 г/см³; водорастворимый полисахаридный комплекс осаждают 96%-ным этанолом из охлажденного экстракта в соотношении (экстракт : этанол) 1:2, комплекс фильтруют, трехкратно очищают 96%-ным этанолом, сушат. Оставшийся после охлаждения водорастворимого полисахаридного комплекса спиртовой маточный раствор упаривают до 1/10 первоначального объема, после чего сгущенный экстракт обрабатывают 80%-ным этанолом в соотношении (экстракт : этанол) 1:3. Полученный осадок (ламинаран и фукоидан) центрифугируют. Для разделения ламинарана и фукоидана отцентрифугированный осадок обрабатывают 0,4%-ным раствором соляной кислоты при соотношении (осадок: раствор соляной кислоты) 1:5 при комнатной температуре в течение 2 ч; затем к полученному раствору добавляют 0,5 М раствора цетавлона для переведения кислых полисахаридов в осадок. Осадок отделяют, а надосадочную жидкость обрабатывают 80%-ным этанолом (для высаждения ламинарана) в соотношении надосадочная жидкость: этанол 1:3. Полученный ламинаран фильтруют, очищают 96%-ным этанолом, сушат. Осадок, образованный после добавления цетавлона, растворяют в 0,4%-ном растворе соляной кислоты в соотношении (осадок : раствор соляной кислоты) 1:10 и обрабатывают 70%-ным этанолом в соотношении (раствор : этанол) 1:3, выпадает осадок фукоидана, который фильтруют, очищают, сушат. После этого оставшийся жом водорослей направляют на получение альгината.

Недостатками указанного способа являются:

1. Спиртовое экстрагирование исходного сырья в течение 3 ч при температуре кипения и отгонка остатков спирта из проэкстрагированных водорослей, что не позволяет получать из водорослей альгинаты с высокой молекулярной массой. Повышенные температуры при проведении вышеуказанных процессов снижают молекулярную массу и фукоидана, что приводит к увеличению его потерь при выделении из экстрактов на стадии фильтрации.

2. Процессы получения маннита, ламинарана и фукоидана многостадийны, энергоемки и длительны по времени.

3. Способ требует использования соляной кислоты и цетавлона.

В силу вышеуказанного описанный способ может использоваться только в лабораторных условиях при выполнении технологических исследований.

Изобретение направлено на решение задачи сокращения материало- и энергоемкости процесса, его продолжительности и повышения выхода целевого продукта.

Это достигается тем, что экстрагирование водорослей проводят 3-4-кратно водой при температуре 20-60°С, а осаждение осуществляют этиловым спиртом при расходе абсолютного спирта 0,7-1,1 мл на 1 мл экстракта. Проэкстрагированные водоросли используют для получения высокомолекулярных альгинатов, а из водно-спиртовой смеси получают ламинаран, маннит, минеральные концентраты и экстракты водорослей.

Способ осуществляют следующим образом.

Процесс начинают с экстракции первой порции сырья водой при соотношении по массе водорослей и воды как 1:12 в течение 20-30 мин при температуре 45-50°С. Затем экстракт отделяют, а водоросли экстрагируют еще один раз в тех же условиях и после отделения второго экстракта направляют на получение альгинатов. Далее процесс осуществляют в заданном режиме следующим образом.

Порцию (пример 1) воздушно-сухих измельченных водорослей массой 2 кг (массовая доля воды 7,9%) заливают первым экстрактом с предыдущей порции (t=45-50°С) V=23 л. Экстрагирование проводят в течение 30 мин при перемешивании. Полученный экстракт объемом 11 л сливают в емкость для сбора готовых экстрактов.

Однократно проэкстрагированную порцию водорослей заливают вторым экстрактом с предыдущей порции водорослей. Экстрагирование проводят в течение 30 мин при перемешивании и температуре 45-50°С.

Полученный экстракт подают на свежую порцию водорослей, которую экстрагируют, как описано выше. Готовый экстракт объемом 11 л направляют в емкость для сбора экстрактов.

Проэкстрагированную двукратно порцию водорослей заливают 24 л воды с температурой 45-50°С. Экстрагирование ведут в течение 30 мин. при перемешивании. Полученный экстракт направляют на однократно проэкстрагированную последующую порцию водорослей и ведут процесс до получения готового экстракта, как описано выше. Полученный экстракт объемом 11 л направляют в емкость для сбора экстрактов. Проэкстрагированную трехкратно порцию водорослей направляют для получения алыината.

Таким образом, после экстрагирования в рабочем режиме трех порций сырья, по 2 кг каждая, общий объем экстрактов составляет 33 л. Объединенные экстракты отделяют от механических примесей пропусканием через фильтрующий материал. Затем к фильтрату добавляют при перемешивании 28,00 л 96%-ного этилового спирта, что в пересчете на абсолютный этиловый спирт составляет 26,88 л. Расход спирта 0,8 мл на 1 мл экстракта.

Выделяющийся в виде волокон сульфатированный полисахарид через 20 мин отделяют от жидкой фазы путем фильтрации через фильтрующий материал. Жидкую фазу направляют для получения маннита.

Выделенный целевой продукт обрабатывают 96%-ным этиловым спиртом для удаления влаги, сушат на воздухе и измельчают. Выход продукта 188 г с влажностью 9,41%, т.е. абсолютно сухая масса целевого продукта составляет 170,3 г или 3,08% от абсолютно сухой массы проэкстрагированных водорослей.

Полученный продукт - белый порошок с сероватым или кремовым оттенком, при растворении в воде образует вязкие растворы, так вязкость 0,25%-ного раствора составляет 2,5°Э. Минеральная часть составляет 36,1-37,2%, SO^-2₄ - 15,1-16,5%.

Примеры 2-4 проводят в условиях примера 1, но при различной температуре экстрагирования. Данные представлены в табл.1 Повышенная вязкость фильтрата при снижении выхода готового продукта при температуре экстрагирования ниже 20°С делает нецелесообразным использование температур до 20°С. Повышение температур экстрагирования более 60°С вызывает снижение молекулярной массы как альгиновых кислот в водорослях, так и фукоидана, что приводит к увеличению продолжительности процесса фильтрации при отделении фукоидана из водно-спиртовой смеси и к его потерям.

Примеры 5-9 проводят в условиях примера 1, но при различном соотношении экстракта и абсолютного этилового спирта. Данные представлены в табл.2

Расход абсолютного этилового спирта менее 0,7 мл на 1 мл экстракта не позволяет выделить полисахарид, расход более 1,1 мл/мл нецелесообразен из-за неоправданного увеличения расхода реактива без повышения выхода целевого продукта.

Сравнительная характеристика известного способа и заявленного представлена в табл.3

Положительный эффект предлагаемого способа получения фукоидана заключается в сокращении длительности технологического процесса более чем в шесть раз при отсутствии технологических операций, выполняемых при температуре более 60°С; замене нерегенерируемых реактивов (соляная кислота и цетавлон) на регенерируемый (этиловый спирт) при увеличении выхода готового продукта на 40%. Все это позволило внедрить предлагаемый способ в производственных условиях.