CC BY
142
УДК 541+66.551:003.547.9
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТА-СИТОСТЕРИНА ИЗ ТАЛЛОВЫХ ПРОДУКТОВ
© А.Н. Трофимов', В.А.Чупрова
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский и проектный институт лесохимической промышленности», Московское шоссе, 85, ГСП-703, Нижний Новгород,
603079 (Россия) e-mail: [email protected]
Разработана безотходная технология получения р-ситостерина, позволяющая получать продукт стабильного высокого качества с содержанием основного вещества >95%, а-ситостерина <0,5%. Сырьем являются сульфатное мыло или талловый пек, получаемые из древесины смешанных пород. Изучена технологическая возможность использования p-ситостерина в пищевых продуктах. Даны рекомендации по выбору основного технологического оборудования.
Введение
Несмотря на более 50-летний период попыток организовать производство ситостерина в России, до сих пор его производят только в США и в небольшом количестве в Финляндии.
Испытания p-ситостерина в клиниках США, Японии, Финляндии и России позволяют сделать вывод о его гипохолестеринемической активности и целесообразности использования препарата для лечения и профилактики атеросклероза. По данным многих исследователей, ситостерин вызывает понижение уровня холестерина плазмы, ингибируя адсорбцию как эндогенного, так и экзогенного холестерина стенками кишечника [1]. Широкое применение p-ситостерин находит для лечения и облегчения симптомов гиперплазии простаты [2, 3]. Данные периодической печати убеждают также в целесообразности использования p-ситостерина как профилактической пищевой добавки в фармацевтической и пищевой промышленности [4, 5]. Возможность использования ситостерина, полученного по технологии ЦНИЛХИ в пищевой промышленности, исследовал ВНИИ Жиров (С.-Петербург) в 2000 г. Экспериментально показана технологическая возможность использования p-ситостерина при создании пищевых продуктов гипохолестеринемического действия: растительные масла, твердые жиры, ферментированные соевые напитки, пищевые концентраты и др.
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Для выделения p-ситостерина из сульфатного мыла необходимо прежде всего как можно более полно отделить черный щелок и лигнин. Пек для тех же целей предварительно омыляют известным способом. Для приготовления исходной смеси (гомогената) к мылу добавляют воду и изопропиловый спирт. Последний, кроме того, способствует снижению пенообразования при отгонке растворителя из мыла. Для
Автор, с которым следует вести переписку.
экстракции нейтральных веществ из гомогената, как известно, наиболее предпочтительны неполярные растворители, поскольку они имеют большую селективность в отношении разделения мыла и нейтральных веществ со стеринами, поэтому не требуют промывки экстракта от мыла перед дальнейшей переработкой последнего [6]. В качестве экстрагента мы выбрали технический гексан («Нефрас» с температурой кипения 65/75°С). Массовое соотношение сплошной (гомогент) и дисперсной фаз - 1 : 3,5, температура при экстракции - 35-45°С. При этом степень извлечения нейтральных веществ (КНВ) достигает 80-85%, массовая доля солей жирных и смоляных кислот в них не превышает 1-2%. Очищенное от нейтральных веществ сульфатное мыло с содержанием сухих веществ не менее 45% и растворителей не более 0,5% используется для получения облагороженного таллового масла с целью использования его как более ценного сырья для флотации руд и получения жирных кислот. На основе мыла разработана рецептура проклеивающего материала. На ОАО «Бальзам» (г. Н. Новгород) проведена опытно-промышленная выработка проклеивающего материала. По своему качеству он соответствует ТУ 13-0281078-161-89 «Солкан».
Наличие в сырье лиственной древесины обусловливает необходимость дополнительной стадии очистки нейтральных веществ от бетулинола. Осаждение бетулинола происходит при охлаждении и выдерживании экстракта при температуре 10-15°С в течение 4-6 ч. При этом выделяется около 70% бетулинола, присутствующего в сырье. Это достаточно, чтобы в дальнейшем получить р-ситостерин требуемого качества. Достигнутое в ЦНИЛХИ качество очищенного бетулинола и его диацетата позволяет использовать их в производстве косметических изделий и субстанций лекарственных препаратов.
Наиболее эффективный метод выделения р-ситостерина - кристаллизация его из насыщенных растворов КНВ в селективных растворителях. Для исследований были испытаны растворители различных классов. Экспериментальные данные об эффективности растворителей представлены в таблице 1. Хроматографический анализ выполняли на хроматографе «Регкш-Е1теп> с пламенно-ионизационным детектором и кварцевой капиллярной колонкой длиной 10 м, внутренним диаметром 0,25 мм. В качестве жидкой фазы использовали фазу ОУ-1, толщина пленки - 0,25 мкм. Газ-носитель - гелий. Температура колонки - 250±5°С.
Как видно, хорошие результаты, т.е. минимальное содержание в продукте а-ситостерина, пренолов и бетулинола, получены с метилацетатом. Для этого нет необходимости производить или покупать чистый метилацетат. Как показали наши исследования, химически устойчивая его форма (4% метанола и 8% воды) достаточна для получения ситостерина с содержанием основного вещества не менее 80% без примесей метанола.
Кристаллизацию ситостерина из раствора КНВ в метилацетате осуществляли при температуре 5-10°С в течение 10-12 ч, после чего кристаллы ситостерина отделяли от маточного раствора на фильтре и промывали охлажденным метилацетатом.
Следует отметить низкую селективность практически всех вышеперечисленных растворителей в отношении очистки ситостерина от алифатических спиртов. Следовательно, для получения Р-ситостерина требуемого качества необходима еще стадия перекристаллизации, а растворитель на этой стадии должен иметь высокую селективность в отношении разделения смеси Р-ситостерин - алифатические спирты.
Результаты экспериментов по сравнению растворителей представлены в таблице 2. В опытах варьировали концентрацию раствора и температуру кристаллизации.
При определенных параметрах процесса все исследованные растворители, кроме метилацетата, обеспечивают высокое качество продукта, но при этом более высокий выход и наименьшее содержание спиртов достигнуты с 85%-ным изопропиловым спиртом. Учитывая, что он же используется в качестве деэмульгатора на стадии гомогенизации мыла (пека), этот растворитель и выбран нами для перекристаллизации, что позволяет не расширять номенклатуру требуемых для реализации технологии растворителей.
Перекристаллизацию ситостерина-сырца в 85%-ном изопропиловом спирте осуществляли при температуре 30-35°С в течение 3-5 ч, после чего кристаллы ситостерина отделяли от маточного раствора на фильтре, промывали изопропиловым спиртом и сушили на вакуумной сушилке.
Таблица 1. Результаты оценки селективности органических растворителей
Концентрация КНВ в растворе, г/л Выход фракции ситостеринов, % от массы КНВ Массовая доля во фракции ситостерина, % по данным ГЖХ
Наименование растворителя р-ситостерин + кампестерин а-ситостерин Алифатические спирты и 1 оо а к пе ^ л Ч к Бетулинол
Диизопропиловый эфир 250 5,5 41,2 5,2 10,0 9,9 30,2
Насыщенный водой диизопропиловый эфир 250 10,0 37,2 4,9 13,2 15,8 21,0
Насыщенный водой изобутилацетат 250 3,4 38,6 1,8 45,7 8,0 0,5
Насыщенный водой этилацетат 250 10,5 76,5 1,2 16,8 3,5 отс.
Метилацетат 250 20,0 57,4 5,0 12,3 11,0 8,0
Насыщенный водой метилацетат 250 16,5 80,0 1,0 13,9 4,5 отс.
Ацетон 250 12,0 62,2 4,8 18,2 10,3 отс.
Циклогексанон 250 2,7 Не анализировали
Бензин «Нефрас» 250 6,0 71,0 8,1 6,9 11,0 отс.
Изопропиловый спирт 143 - Кристаллизация не идет
85%-ный изопропиловый спирт 143 12,4 48,9 7,1 5,8 29,0 2,2
Этиловый спирт 143 10,0 70,0 9,0 10,0 8,5 0,5
85%о-ный этиловый спирт 143 8,0 51,0 10,0 10,0 18,0 5,0
Таблица 2. Результаты оценки селективности органических растворителей на стадии перекристаллизации Р-ситостерина-сырца при температуре 25-35°С
Наименование растворителя Концентрация ситостерина-сырца в растворителе, г/л Выход р~ ситостерина, % от массы сырца Массовая доля, % по данным ГЖХ
Р-ситостерин + кампестерин алифатические спирты а-ситостерин
Этилацетат, 100 49 86,8 11,7 0,4
насыщенный водой 67 32 93,2 6,5 отс.
50 30 93,6 4,8 отс.
50 30 98,7 1,3 отс.
Метилацетат, 67 82 84,3 15,0 отс.
насыщенный водой 50 65 86,0 13,9 отс.
33 58 89,0 10,9 отс.
25 43,4 92,6 6,4 отс.
Этиловый спирт 67 62 87,4 6,8 1,8
50 66,9 85,6 9,8 1,5
50 46,6 97,8 1,0 отс.
85%-ный 50 66,2 89,0 10,9 отс.
изопропиловый спирт 50 60 98,8 0,1 0,15
После перекристаллизации ситостерина-сырца из раствора в изопропиловом спирте получается бета-ситостерин с содержанием основного вещества не менее 95%, а-ситостерина - не более 0,5%. Компонентный состав такого ситостерина из сульфатного мыла ОАО «Сыктывкарский ЛПК» (массовая доля, %): бета-ситостерин + бета-ситостанол - 80-87; кампестерин + камепестанол - 10-15; а-ситостерин -0-0,5; зола - не более 0,5.
Лабораторные исследования по выделению р-ситостерина из таллового пека различных предприятий показали, что технология обеспечивает высокое качество ситостерина из таллового пека, полученного в мягких условиях (ОАО «Усть-Илимский ЛПК» и «Сегежский ЦБК»), причем при применении таллового пека из хвойных пород древесины на стадии кристаллизации КНВ вместо метилацетата возможно использовать этилацетат. Необходимо отметить, что, несмотря на высокое качество, ситостерин, полученный из пека, имеет слегка кремоватый оттенок.
Технология опробована в опытно-промышленных условиях ОАО «Бальзам» (Н. Новгород). Всего было переработано около 1 т сульфатного мыла ОАО «Сыктывкарский ЛПК», при этом получен р-ситостерин, по качеству не уступающий лучшим зарубежным образцам.
Преимуществом данной технологии является то, что подобранная система растворителей обеспечивает высокое качество ситостерина из сырья любого состава. Выход ситостерина составляет 25-30% от его содержания в сырье [7].
Стадии экстракции нейтральных веществ и регенерации растворителей из экстракта и рафината могут быть непрерывные. В таком случае процесс экстракции рекомендуется осуществлять в колонном экстракторе с ситчатыми тарелками.
Регенерацию растворителей из экстракта рекомендуется производить в две последовательные ступени на роторно-пленочных испарителях (РПИ). Из рафината регенерацию растворителей лучше выполнять в аппарате змеевикового типа «труба в трубе» с сепаратором [8]. Стадии кристаллизации КНВ и перекристаллизации ситостерина-сырца - периодически действующие. Для регенерации растворителей из маточных растворов также рекомендуется использовать РПИ.
Технология переработки концентрата нейтральных веществ может быть безотходной. Бетулинол может использоваться как сырье с целью получения препаратов для лечения противораковых и других заболеваний, а смесь нейтрола с бетулинолом или без бетулинола может найти квалифицированное применение в других областях. Так, была проведена работа по синтезу ПАВ из нейтрола. Образцы нейтрола в ООО «Капрлактам» (г. Дзержинск Нижегородской обл.) были подвергнуты оксиэтилированию и затем испытаны с положительным результатом в Чернореченском ОАО «Корунд» (г. Дзержинск) в производстве моющих средств.
Проведены опытно-промышленные испытания по использованию нейтрола в качестве жирующей смеси при жировании юфти обувной в ООО «Легхим» (г. Богородск Нижегородской обл.). Получен положительный результат: жирующий препарат «Нейтрол» может применяться при жировании расплавом жиров обувных юфтевых кож взамен натурального жира.
Нейтрол испытан и может применяться в качестве добавки в проклеивающие материалы, в частности, клея канифольного модифицированного. Исследователями [9]. Установлено, что для этих целей можно использовать нейтрол, модифицированный малеиновым ангидридом [9].
Выводы
Разработана универсальная технология производства p-ситостерина из талловых продуктов. обеспечивающая высокое качество продукта из сырья любого состава за счет оптимально подобранной системы растворителей. Изучена технологическая возможность использования ситостерина в пищевых продуктах.
Список литературы
1. Lees A.M., Mok H.Y.I., Lees R.S., McCluskey M.A., Grundy S.M. Plant sterols as cholesterol-lovering agents: clinical trials in patients with hipercholesterolemia ans studies of sterol balance // Atherosclerosis. 1977. V. 28. P. 325-338.
2. Wilt T.I. P-sitosterol for the treatment of benign prostatic hyperplasia: a systematic review // BIU Int. 1999. 83(9). P. 976983.
3. Привалова Э.Г., Никитюк В.Г. Фитостеролы как биологически активные вещества природных комплексов. Исследования стероидного комплекса препарата «Липохромин» // Провизор. 1999. №8.
4. Jones P.I.H. Dietary phytosterols as cholesterol-lowering agent in humans // Can. J. Physiol. Pharmacol. 1997. 75(3). P. 217-227.
5. Патент WO 9858554. Финляндия. Добавка порошкообразного растительного стерина при получении пищевых продуктов / Нааrasilta, Samsa // Chem. Abstr. 1999. V. 130. №7. 80688.
6. А.с. 574463. Способ получения фитостерина / В.Е. Ковалев и др. // БИ. 1977. №36.
7. Патент № 2139293. Способ получения ситостерина / А.Н. Трофимов и др. // БИ. 1999. №28.
8. А.с. 547468. Способ выделения сульфатного мыла из спирто-мыльных растворов / Е.А. Демченко, В.Е. Ковалев, В.Б. Некрасова и др. // БИ 1977. №7.
9. Парамонова Л.Л., Акимова Г.С., Васильева Л.П., Чистоклетов В.Н. Использование модифицированного нейтрола в композиции бумаги из беленой целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2000. №1-2. C. 42-48.
Поступило в редакцию 16 мая 2002 г.
