PL242648B1

PL242648B1 - Sposób otrzymywania ksantohumolu

Info

Publication number: PL242648B1
Application number: PL422083A
Authority: PL
Inventors: Mariusz GAGOŚ; Mariusz Gagoś
Original assignee: Bioactive Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2023-04-03
Also published as: PL422083A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania ksantohumolu, w którym (a) materiał zawierający ksantohumol miesza się z wodą i otrzymaną mieszaninę kontaktuje się z metalicznym cynkiem zapewniając pH mieszaniny większe niż 8; (b) wytrącony pierwszy osad odsącza się, a przesącz zakwasza do wartości pH poniżej 8; powstały drugi osad zawierający zasadniczo czysty ksantohumol zbiera się i suszy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania ksantohumolu o wysokiej czystości zwychmielin poekstrakcyjnych, granulowanego chmielu albo szyszek chmielowych. Dzięki wysokiej czystości otrzymywanego ksantohumolu może być on z powodzeniem stosowany w suplementach diety, napojach oraz jako składnik produktów leczniczych.

Ksantohumol (Xn) czyli ((E)-1-[2,4-dihydroksy-6-metoksy-3-(3-metylobut-2-enylo)-fenylo]-3-(4-hydroksyfenylo)-prop-2-en-1-on) jest związkiem naturalnym z grupy prenylowanych chalkonów, którego głównym źródłem są żeńskie kwiatostany Huwulus Lupulus (chmiel). Związek ten zbudowany jest z dwóch pierścieni benzenowych połączonych ze sobą α, β - nienasyconym układem karbonylowym:

Obecność w jego cząsteczce wolnej grupy hydroksylowej sprawia, że łatwo ulega izomeryzacji do właściwego flawanonu - produktu pośredniego w szlaku biosyntezy flawonoidów. W odróżnieniu od innych składników zawartych w szyszkach chmielu, ksantohumol odznacza się wyższą lipofilnością, co wiąże się z występowaniem w jego strukturze prenylowanego podstawnika.

Pod względem budowy chemicznej ksantohumol jest polifenolem, jednakże w odróżnieniu od polifenoli bardzo słabo rozpuszcza się w wodzie, lecz łatwo rozpuszcza się w alkoholu, acetonie czy DMSO albo mieszaninach woda/alkohol, aceton.

Dobrym źródłem ksantohumolu są wychmieliny poekstrakcyjne, które są odpadem po produkcji ekstraktu chmielowego używanego przez przemysł browarniczy do wytwarzania piwa. Szacuje się, że wychmieliny poekstrakcyjne zawierają do 1% ksantohumolu, w zależności od gatunku chmielu.

W stanie techniki znanych jest wiele sposobów otrzymywania ksantohumolu. W zgłoszeniu DE 199 39 350 A1 opisano sposób otrzymywania ekstraktu chmielowego wzbogaconego w ksantohumol, w którym do ekstrakcji zastosowano mieszaniny wody i etanolu. Otrzymywany ekstrakt zawierał 5 do 15% ksantohumolu. Patent EP 1 424 385 B1 ujawnia sposób ekstrakcji ksantohumolu z surowego materiału zawierającego ksantohumol z zastosowaniem sprężonego CO2 jako rozpuszczalnika pod ciśnieniem powyżej 500 bar i w temperaturach powyżej 60°C.

Zgłoszenie CN 101440029 ujawnia sposób ekstrakcji ksantohumolu z chmielu i produktów zawierających ksantohumol, gdzie prowadzi się ekstrakcję rozpuszczalnikiem organicznym ze wspomaganiem ultradźwiękami, miesza z diatomitem, odsącza, wymywa mieszaniną woda/metanol, zatęża, wytrąca i suszy uzyskując ksantohumol o czystości 86%.

Patent EP 2 187 899 B1 ujawnia sposób wytwarzania z chmielu kompozycji o dużej zawartości ksantohumolu, w którym do roztworu zawierającego ksantohumol dodaje się sól w celu zapewnienia stężenia w zakresie 0,05 do 5,OM, następnie podnosi wartość pH do 10,5 do 12,0, odsącza powstały osad, filtrat zakwasza się do pH 7-8 uzyskując osad ksantohumolu o czystości 40-95%.

Zgłoszenie patentowe US 11/790,365 ujawnia sposób wytwarzania proszku o wysokiej zawartości ksantohumolu (60-90%), obejmujący zawieszenie ekstraktu wzbogaconego w ksantohumol w roztworze alkalicznym, rozdzielenie nierozpuszczalnych produktów, zobojętnienie i wytrącenie rozpuszczonego ksantohumolu za pomocą kwasu i wyodrębnienie produktu.

Z patentu CN 101433592 znane jest zastosowanie różnych żywic adsorpcyjnych do otrzymywania ksantohumolu o wysokiej czystości.

Patent PL 223580 ujawnia sposób wytwarzania z chmielu kompozycji o dużej zawartości ksantohumolu, w którym do roztworu zawierającego ksantohumol dodaje się roztwór soli metalu przejściowego.

Reasumując, z analizy stanu techniki jednoznacznie wynika, że istnieje zapotrzebowanie na opracowanie prostego i taniego sposobu otrzymywania ksantohumolu o wysokiej czystości.

Problem ten został rozwiązany poprzez opracowany sposób otrzymywania ksantohumolu z materiału zawierającego ksantohumol.

Przedmiotem wynalazku jest zatem sposób otrzymywania ksantohumolu o dużej czystości w którym, w początkowym etapie, materiał zawierający ksantohumol miesza się z wodą a następnie:

a) mieszaninę materiału zawierającego ksantohumol i wody kontaktuje się z metalicznym cynkiem zapewniając pH mieszaniny większe niż 8;

b) wytrącony pierwszy osad odsącza się, a przesącz zakwasza do wartości pH poniżej 8;

c) powstały drugi osad zawierający zasadniczo czysty ksantohumol zbiera się i suszy.

Sposób według wynalazku umożliwia uzyskiwanie ksantohumolu o czystości większej niż 90% z zastosowaniem prostych urządzeń procesowych. Dodatkowo, w odróżnieniu od sposobów znanych ze stanu techniki do układu reakcyjnego nie wprowadza się żadnych dodatkowych substancji (soli nieorganicznych) ani też nie rozcieńcza się układu, przez co możliwe jest uniknięcie kłopotliwego i kosztownego zatężania mieszaniny np. za pomocą wyparki. Należy mieć na uwadze fakt, że o ile zatężanie mieszaniny w skali laboratoryjnej nie nastręcza wielu trudności o tyle zatężanie mieszaniny w skali technicznej czy przemysłowej stanowi duże wyzwanie technologiczne.

W korzystnym rozwiązaniu w powyższym sposobie woda stosowana w początkowym etapie jest zalkalizowana do pH większego niż 8. Do alkalizowania wody można zastosować wodorotlenki metali alkalicznych takie jak NaOH czy KOH.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku woda stosowana w początkowym etapie jest zalkalizowana do pH większego niż 11.

W korzystnym rozwiązaniu w etapie a) zapewnia się pH mieszaniny większe niż 11.

W korzystnym rozwiązaniu metaliczny cynk jest w postaci blachy, drutu, siatki, opiłków, nanocząstek albo proszku.

Korzystnie sposób realizuje się w temperaturze w zakresie od 0 do 100°C, korzystnie w zakresie od 10 do 50°C, najkorzystniej w temperaturze pokojowej.

W korzystnym rozwiązaniu w początkowym etapie stosuje się wodę w ilości od 50 ml do 50 dm³, korzystniej w ilości od 100 ml do 10 dm³, najkorzystniej w ilości 500 ml do 2500 ml w przeliczeniu na 1 g ksantohumolu zawartego w materiale zawierającym ksantohumol.

Korzystnie materiałem zawierającym ksantohumol jest ekstrakt wzbogacony ksantohumolem albo ekstrakt z wychmielin poekstrakcyjnych. Przy czym jako ekstrakt wzbogacony ksantohumolem rozumie się stałą substancję otrzymaną w wyniku ekstrakcji ksantohumolu za pomocą CO2, zwykle zawierającą od 15 do 30% wag. ksantohumolu, która jest dostępna komercyjnie.

Sposób według wynalazku pozwala na otrzymywanie ksantohumolu o czystości co najmniej 90% (zwykle powyżej 94%) z dobrą wydajnością. Sposób według wynalazku nie wymaga zastosowania skomplikowanych układów do chromatografii czy też żywic na nośniku oraz wyparki do odparowywania rozpuszczalników.

Czystość otrzymywanego ksantohumolu określano techniką HPLC na kolumnie SUPELCOSIL LC-PAH 15 cm x 4,6 mm, ziarno 5 μm, temperatura kolumny 20°C, Faza A - 95% acetonitryl 0,3% HCOOH; Faza B - 2% acetonitryl 0,3% HCOOH, przepływ 2 ml/min, nastrzyk 20 μl, detekcja przy długości fali 370 i 290 nm.

Wynalazek jest zilustrowany poniższymi przykładami wykonania.

Przykład 1

Odważono 1 g ekstraktu ksantohumolu w formie suchego proszku o czystości 24% i zalano go zalkalizowaną do pH 12,5 (KOH lub NaOH) wodą (0,3 l). Następnie do układu wprowadzono blachę cynkową o masie 100 g. Całość mieszano ~30 min mieszadłem mechanicznym stabilizując pH powyżej 12. Następnie wyłączono mieszadło. Po czasie ~25 min (przy wyłączonym mieszadle) zaobserwowano strącenie się masy w kolorze ciemno zielonym na dnie naczynia. Po odsączeniu osadu przez bibułę filtracyjną otrzymany przesącz zakwaszono za pomocą HCl do pH 7,4 i roztwór pozostawiono do następnego dnia do wykrystalizowania ksantohumolu. Uzyskano 183 mg ksantohumolu o czystości HPLC 96,2%. Wydajność procesu ekstrakcji ksantohumolu wyniosła -76% w przeliczeniu na całkowitą ilość ksantohumolu zawartego w ekstrakcie startowym.

Przykład 2

Odważono 1 g ekstraktu ksantohumolu o czystości 24% i zalano go osobno acetonem/ osobno metanolem/ osobno etanolem (25 ml/1 g) następnie mieszano mieszadłem. Następnie całość zalano zalkalizowaną do pH 12,5 (KOH lub NaOH) wodą (0,3 l). Następnie do układu dodano blachę cynkową.

Po 30 min mieszania mieszadłem mechanicznym w temperaturze 40°C i stabilizacji pH powyżej 12 mieszadło wyłączono. Po czasie ~25 min (przy wyłączonym mieszadle) zaobserwowano strącenie się masy w kolorze ciemnozielonym na dnie naczynia. Po odsączeniu osadu przez bibułę filtracyjną otrzymany przesącz zakwaszono za pomocą HCl do pH 7,4. Pozostawiony w takim stanie roztwór odstawiono do wytrącenia ksantohumolu do następnego dnia. Uzyskano 191/188/183 mg ksantohumolu o czystości HPLC 96,8/94,4/95,2% odpowiednio. Wydajność procesu ekstrakcji ksantohumolu we wszystkich przypadkach wyniosła pomiędzy 76 a 80% w przeliczeniu na całkowitą ilość ksantohumolu zawartego w ekstrakcie startowym.

Przykład 3

Odważono 250 g wychmielin poekstrakcyjnych (odpadów po ekstrakcji CO2) i zalano je osobno acetonem/ osobno metanolem/ osobno etanolem (0,5 l) następnie mieszano mieszadłem. Po 1 h mieszania mieszadłem mechanicznym powstały ekstrakt przesączono przez bibułę filtracyjną. Otrzymany przesącz zalano zalkalizowaną do pH 12,5 (KOH lub NaOH) wodą w stosunku objętościowym 1:2 (jedna część przesączu na dwie części wody). Następnie do układu dodano blachę cynkową. Po 30 min mieszania mieszadłem mechanicznym i stabilizacji pH powyżej 12 mieszadło wyłączono. Po czasie ~30 min (przy wyłączonym mieszadle) zaobserwowano strącenie się masy w kolorze ciemnozielonym na dnie naczynia. Po odsączeniu osadu przez bibułę filtracyjną otrzymany przesącz zakwaszono za pomocą HCl do pH 7,4. Pozostawiony w takim stanie roztwór odstawiono do odparowania rozpuszczalnika i krystalizacji ksantohumolu - do następnego dnia. Uzyskano 145/138/136 mg ksantohumolu o czystości HPLC 93,2/89,6/90,2% odpowiednio.

Przykład porównawczy 1

Odważono 1 g ekstraktu ksantohumolu w formie suchego proszku o czystości 24% i zalano go zalkalizowaną do pH 12,5 (KOH lub NaOH) wodą (0,3 l). Po 30 min mieszania mieszadłem mechanicznym i stabilizacji pH powyżej 12 wyłączono mieszadło. Po czasie -25 min (w innym przypadku po ~60 min, przy wyłączonym mieszadle) przefiltrowano przez bibułę filtracyjną otrzymany żółto-zielony przesącz następnie zakwaszono go za pomocą HCl do pH 7,4. Pozostawiony w takim stanie roztwór nie krystalizował. Po dobie na dnie naczynia zaobserwowano osad, który po przesączeniu przez bibułę filtracyjną poddano analizie HPLC uzyskując ksantohumol o czystości -63%. Podobną tendencję zaobserwowano w przypadku poddania w/w procedurze rozpuszczalnikowych ekstraktów 24% ksantohumolu. Zauważono, że w takim środowisku jak pH powyżej 12 bez cynkanów powstałych z metalicznego cynku ksantohumol bardzo szybko ulega degradacji, co uwidacznia się pojawieniem się w widmach absorpcji elektronowej pasma przy 330 nm. Zauważono dosyć słabą wydajność ekstrakcji.

Przykład porównawczy 2

Odważono 250 g wychmielin poekstrakcyjnych i zalano je acetonem (0,75 l°). Po 1 h mieszania mieszadłem mechanicznym powstały ekstrakt przesączono przez bibułę filtracyjną. Otrzymany przesącz zatężono uzyskując ksantohumol o czystości 30,6%.

Przykład porównawczy 3

Odważono 250 g wychmielin poekstrakcyjnych i zalano je acetonem (0,75 l). Po 1 h mieszania mieszadłem mechanicznym powstały ekstrakt przesączono przez bibułę filtracyjną. Otrzymany przesącz (0,65 l) zalano wodą (1,3 l). Następnie do roztworu dodano wodny roztwór NaCl (o stężeniu 30 g/l) w objętości 300 ml na 1 litr przesączu. Następnie dodano NaOH podnosząc pH do około 12. Powstały osad odsączono przez bibułę filtracyjną. Otrzymany sącz zakwaszono za pomocą HCl do pH 5 i zatężono na wyparce uzyskując osad ksantohumolu, który odsączono i osuszono w piecu (temperatura 50-60°C) uzyskując ksantohumol o czystości HPLC 78,1%.

Przykład porównawczy 4

Otrzymywanie ksantohumolu przeprowadzono tak jak w Przykładzie porównawczym 3, z taką różnicą, że nie zastosowano NaCl. Otrzymano ksantohumol o czystości HPLC -61% - w wyniku samej alkalizacji do pH 12.

Na podstawie opisanych powyżej przykładów wykonania, można stwierdzić, że sposób według wynalazku umożliwia otrzymywanie ksantohumolu o wysokiej czystości za pomocą niezwykle prostej i taniej metody, z pominięciem etapów takich jak chromatografia czy też zatężenie roztworów, które w skali przemysłowej stanowią duże wyzwanie technologiczne. Dla znawcy będzie to oczywiste, że ksantohumol otrzymany sposobem według wynalazku można dalej oczyszczać za pomocą znanych sposobów.

Claims

1. Sposób otrzymywania ksantohumolu o dużej czystości w którym, w początkowym etapie, materiał zawierający ksantohumol miesza się z wodą, znamienny tym, że:

c) powstały drugi osad zawierający zasadniczo czysty ksantohumolu zbiera się i suszy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że woda stosowana w początkowym etapie jest zalkalizowana do pH większego niż 8.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że woda stosowana w początkowym etapie jest zalkalizowana do pH większego niż 11.

4. Sposób według jednego z zastrz. 1-3, znamienny tym, że w etapie a) zapewnia się pH mieszaniny większe niż 11.

5. Sposób według jednego z zastrz. 1-4, znamienny tym, że metaliczny cynk jest w postaci blachy, drutu, siatki, opiłków, nanocząstek albo proszku.

6. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1-5, znamienny tym, że przeprowadza się go w temperaturze w zakresie od 0 do 100°C, korzystnie w zakresie od 10 do 50°C, najkorzystniej w temperaturze pokojowej.

7. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1-6, znamienny tym, że w początkowym etapie stosuje się wodę w ilości od 50 ml do 50 dm³, najkorzystniej w ilości 100 ml do 10 dm³, najkorzystniej na 1 g ksantohumolu zawartego w materiale zawierającym ksatohumol.

8. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1-7, znamienny tym, że materiałem zawierającym ksantohumol jest ekstrakt wzbogacony ksantohumolem albo ekstrakt z wychmielin poekstrakcyjnych.