Спосіб одержання сапоніну із цукрового буряка

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 сахарной свеклы [1], включающий щелочную обработку исходного сырья, кислотное переосаждение сапонинов и их доочистку спиртом. Согласно нашим данным, эффективность извлечения сапонина по указанному способу составляет 30,6%. Недостатком способа 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 [2]. Сущность способа заключается в следующем. Измельченное исходное сырье обрабатывают последовательно водой при нагревании до 60°C в течение 30мин при соотношении сырье - вода 1 : 2, и раствором щелочного реагента (NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH) в течение 1 часа при комнатной температуре, pH среды 8 - 12 и соотношении сырье - щелочной реагент = 1 : 1. Щелочной экстракт отделяют и корректируют значение pH 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 0,5вес.% по сапонину. Из сорбента сапонин извлекают метанолом из расчета 2,3 - 3 объема метанола на 1 объем сорбента. Такое количество десорбирующего агента является стандартным при использовании полисорбов. Далее из элюата метанол удаляют при пониженном давлении, эффективность извлечения сапонина составляет 91 - 94%. Для извлечения 1г сапонина из исходного сырья расходуется 0,95 -1,3л метанола и 407 434мл полимерного сорбента. 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 из сахарной свеклы, в котором дополнительная обработка экстракта неполярным органическим растворителем, а также осуществление выделения сапонина из части элюата, обогащенной им же, обеспечивают сокращение расходов реагента и сорбента при достижении высокой степени извлечения сапонина. Для решения поставленной задачи в способе получения сапонина из сахарной свеклы, включающем экстракцию последнего из исходного сырья, сорбцию сапонина полимерным сорбентом с последующей его десорбцией полярным растворителем и выделение сапонина из полученного элюата, согласно изобретению, 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); 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 вес.%, что позволяет уменьшить расход полимерного сорбента в 1,3 - 2 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 десорбирующего агента. 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 часа при комнатной температуре, перемешивании и pH 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°C в течение 30мин 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). Из полученной смеси отделяют водную сапонинсодержащую часть и направляют на полимерный сорбент, осуществляя фильтрование последней со скоростью 0,5 1м3/м2 час. 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%. 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) - ГОСТ 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. Примеры осуществления способа в установившемся (стационарном) режиме. Пример 1. К 100г жома (отход сахарного производства), содержащего 260мг сапонина, прибавляют водный раствор щелочного реагента (гидрат окиси натрия) объемом 100мл при соотношении жом : щелочной реагент равном 1 : 1. Смесь перемешивают на аппарате для встряхивания при комнатной температуре и pH среды 11 в течение 2 - х часов. Затем отделяют сапонинсодержащий щелочной экстракт от твердой фазы (объем экстракта 95мл), помещают в делительную воронку, куда добавляют 95мл гексана (соотношение экстракт : неводный растворитель 1 : 1), перемешивают и отстаивают. Отделяют сапонинсодержащую водную часть (объем 95мл) и направляют на фильтрование через слой полисорба марки 60/100 объемом 50мл, загруженного в стеклянную колонку диаметром 0,2см. Скорость фильтрования 1м3/м2 час. Содержание сапонина в фильтрате составляет 16мг. Процесс десорбции сапонина начинают, фильтруя оставшуюся в предыдущем цикле часть элюата объемом 35мл, подавая последнюю через насыщенный сапонином сорбент из сборной емкости. Затем фильтруют 90мл этанола. Из первичного элюата объемом 90мл, равным 1,8 объема полимерного сорбента, выделяют сапонин, удаляя этанол при пониженном давлении, а оставшуюся часть элюата объемом 35мл направляют в сборную емкость. Получено 938мг продукта, содержащего 244мг сапонина, т.е. степень извлечения сапонина составляет 94%; расход этанола при этом (полярного растворителя) составляет 368мл/г сапонина, расход полисорба 60/100 205мл/г сапонина (таблица, пр.4). Запуск непрерывного цикла сорбциядесорбция осуществляют единоразовым фильтрованием через полимерный сорбент, насыщенный сапонином, 125мл этанола с последующим направлением первичного элюата объемом 90мл на выделение сапонина, а оставшейся части элюата объемом 35мл в сборную емкость для использования в качестве первой части десорбирующего агента в последующем цикле десорбции. Пример 2. 100г исходного измельченного сырья - сахарной свеклы, содержащей 102мг сапонина, обрабатывают 200мл воды при 60°C в течение 0,5 часа, разделяют сырье и воду и к обработанному сырью прибавляют 100мл водного раствора гидрата окиси натрия. Смесь перемешивают на аппарате для встряхивания при комнатной температуре и pH среды 11 в течение 2 - х часов. Отделяют сапонинсодержащий щелочной экстракт (объем экстракта 95мл), прибавляют к нему 95мл гексана, перемешивают и отстаивают. Отделяют сапонинсодержащую водную часть (объем 95мл) и направляют на фильтрование через слой полисорба марки 60/100 объемом 30мл, загруженного в колонку диаметром 0,21см. Скорость фильтрования 1м2/м × час. Содержание сапонина в фильтрате 9,0мг. Процесс десорбции сапонина осуществляют, фильтруя оставшуюся в предыдущем цикле часть элюата объемом 30мл, подавая последнюю через насыщенный сапонином сорбент из сборной емкости. Непосредственно за этой частью элюата фильтруют 60мл этанола. Из первичного элюата объемом 60мл, равным 2 объемам полимерного сорбента, выделяют сапонин, удаляя этанол при пониженном давлении, а оставшуюся часть элюата объемом 30мл направляют в сборную емкость. Получено 443мг продукта, содержащего 93мг сапонина, т.е. степень извлечения сапонина составляет 91%; расход этанола - 645мл/г сапонина; расход полисорба 60/100 - 322мл/г сапонина (таблица, пр.8). Запуск непрерывного цикла сорбциядесорбция осуществляют аналогично примеру 1, используя для фильтрования этанол объемом равным 90мл. Аналогично технологии 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 значений 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 645мл/г сапонина) и полимерного сорбента (203 322мл/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, так как 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 - 645мл/г сапонина, а полимерного сорбента до 203 - 322мл/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.