способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья путем экстракции высушенного сырья водой и неполярным растворителем, отличающийся тем, что сырье измельчают до размера частиц 0,5 3,0 мм и экстрагируют неполярным растворителем, таким как диоксид углерода при давлении 6,0 60 МПа, экстракцию сырья проводят при 36 60^oC в течение 120 - 300 мин с получением токоферол-каротиноидного комплекса и шрота, который экстрагируют дистиллированной водой при 35 45^oC в течение 35 45 мин, полученный водный экстракт, содержащий аскофлавоноидный комплекс, сгущают и сушат до остаточной влажности 4 5% с получением концентрата аскофлавоноидного комплекса, а полученный после водной экстракции шрот высушивают до остаточной влажности 8 10% с получением сухого белково-полисахаридного комплекса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед высушиванием полученный после водной экструзии шрот экстрагируют дистиллированной водой при указанных условиях в течение 15 30 мин и полученный водный экстракт объединяют с водным экстрактом, содержащим аскофлавоноидный комплекс.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, а именно к способу комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья, например, плодов шиповника, боярышника, облепихи, и может найти применение для получения ценных экологически чистых лечебно-профилактических витамино-минеральных комплексов и кормовых добавок, а также компонентов для парфюмерно-косметической промышленности.

Известен способ переработки плодов шиповника путем экстракции их полярным растворителем горячей водой. В результате получают препарат холосас или сироп шиповника. Шрот после высушивания разделяют на мякоть и семена, и чистые семена либо семена с примесью мякоти экстрагируют неполярными растворителями: гексаном или сжиженным газом дихлордифторметаном (хладон 12), получают масло с выходом 85 98% от содержания в сырье (П. П. Ветров и др. "Способ получения масла шиповника" Фармаком 1994, 8/9, c. 41 44).

Указанным способом не достигается комплексная переработка растительного сырья, большая часть мякоти утилизируется, хотя в мякоти остаются биологически активные вещества (каротиноиды, флавоноиды, витамины С, В, Р, минеральные вещества). Часть лабильных биологически активных веществ может инактивироваться в процессе водной экстракции и последующей сушки шрота. Неполярные экстрагенты (гексан, хладон-12), пожароопасные и вредные для здоровья работающих, могут оставаться в целевом продукте, что снижает его качество.

Известен также способ переработки плодов шиповника (Э. А. Шафтан и др. Использование экстрактов из Rosa L. для косметических целей. Растительные ресурсы 1976. Т. XIV, в. 2, с. 208 211). Способ заключается в экстракции воздушно-сухих плодов шиповника, предварительно измельченных до толщины лепестка 0,15 0,25 мм, сжиженным диоксидом углерода при температуре 20^oC и давлении 5,6 МПа в течение 5 часов, а в производственных условиях проточная экстракция длится 5 часов при температуре 27^oC и давлении 6,7 МПа, с получением экстракта, содержащего в мг каротиноиды 78,8, токоферолы - 1523 (в пересчете на экстракт). Указанные режимы экстракции сжиженным диоксидом углерода не обеспечивают полной экстракции каротиноидов, токоферолов. Кроме того, способ требует сушки и лепесткования плодов шиповника перед экстракцией неполярным растворителем, что усложняет процесс, требует дополнительных экономических затрат, удлиняет процесс переработки сырья и ухудшает его качество за счет разрушения лабильных веществ. Обезжиренный шрот при этом утилизируется.

Известен способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья, и в частности, плодов шиповника (И. А. Муравьев. Технология лекарств. 1980. Т. 1. М. Медицина. с. 215 220).

Плоды шиповника экстрагируют водой в диффузоре при температуре 70 - 75^oC в течение 60 мин. Получают 10-кратное количество вытяжки, содержащей 6 8% сухих веществ и до 95% кислоты аскорбиновой, находящейся в исходном сырье, из вытяжки удаляют пектиновые вещества энзиматическим путем в течение 8 12 часов, а затем вытяжку направляют на вакуум-выпарку. Потери кислоты аскорбиновой при выпаривании составляют 2 3% Сгущенная вытяжка, содержащая 50 55% сухих веществ и 3 5% кислоты аскорбиновой, передается в сушильный агрегат. Получают желтовато-серый порошок, содержащий не более 7% влаги и не менее 2,2% кислоты аскорбиновой. Сырой жом вторично экстрагируют кипящей водой в течение 1,5 2,0 часов, после сгущения и сушки полученного экстракта получают порошок, содержащий 20 22% веществ, обладающих Р-витаминной активностью. Оставшийся жом сушат в барабанной сушилке до влажности 6 8% и немедленно перерабатывают: сепарацией отделяют семена, а мякоть экстрагируют растительным маслом или неполярным растворителем (дихлорэтан, хлористый метилен), так как в сухом жоме каротиноиды нестойки (за 30 дней при комнатной температуре в неразмолотом виде теряется до 25% каротиноидов). В случае экстракции маслом получают масляный препарат каратолин, содержащий не менее 1,2 г/л каротиноидов. Экстракцию мякоти органическими растворителями проводят в аппарате колонного типа, после отгонки экстрагента в вакуум-аппарате получают каротиноидный препарат в виде пасты, содержащей 1,2% каротиноидов, которую затем переводят в масляный раствор. Отбитые из жома семена дробят и экстрагируют дихлорэтаном или хлористым метиленом. После отгонки экстрагента получают масло с содержанием 0,004% и каротиноидов не менее 0,005%

Указанный способ переработки трудоемкий, энергоемкий и длительный. В процессе переработки сырья могут быть потери кислоты аскорбиновой на стадиях удаления пектиновых веществ, выпаривания и сушки концентрата. Так из концентрата, содержащего 50 55% сухих веществ и 3 5% кислоты аскорбиновой, получают сухой препарат с содержанием 2,2% кислоты аскорбиновой и не более 7% влаги, т. е. потери кислоты аскорбиновой на стадии сушки составляют примерно 75% Потери каротиноидов и токоферолов возможны на стадиях водной экстракции сырья и жома, а также в процессе высушивания жома и последующего его хранения и переработки. В указанном способе используются вредные для здоровья работающих пожароопасные органические растворители (дихлорэтан, хлористый метилен), примеси этих растворителей даже в следовых количествах в целевых продуктах снижают их качество и могут вызвать побочное токсикологическое действие при их использовании. Для удаления этих примесей используют отгонку под вакуумом, что усложняет процесс и не дает гарантии полного удаления остаточных количеств растворителей из целевых продуктов. Кроме того, они являются причиной одного из опаснейших явлений истощения атмосферного озонового слоя, с которым связывают увеличение раковых, легочных, имунных, аллергических и других заболеваний человека, да и вообще постепенное исчезновение всего живущего и растущего на Земле.

В основу изобретения поставлена задача путем подбора технологических режимов и неполярного растворителя разработать безопасный, экологически чистый способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья, который позволил бы повысить выход биологически активных веществ и качество целевых продуктов.

Эта задача решается тем, что в предлагаемом способе комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья, заключающемся в экстракции высушенного растительного сырья водой и неполярным растворителем, согласно изобретению, сырье измельчают до размера частиц 0,5 3,0 мм и экстрагируют неполярным растворителем, в качестве которого используют диоксид углерода при давлении 6,0 60 МПа, экстракцию сырья проводят при температуре 20 60^oC в течение 120 300 мин с получением токоферол-каротиноидного комплекса и шрота, который экстрагируют дистиллированной водой при температуре 35 45^oC в течение 35 45 мин, полученный водный экстракт, содержащий аскофлавоноидный комплекс, сгущают и сушат до остаточной влажности 4 5% с получением сухого концентрата аскофлавоноидного комплекса, а полученный после водной экстракции шрот высушивают до остаточной влажности 8 10% с получением сухого белково-полисахаридного комплекса.

Рекомендуется для повышения выхода аскофлавоноидного комплекса, перед высушиванием полученный после водной экстракции шрот экстрагировать дистиллированной водой при вышеуказанных условиях в течение 15 30 мин и полученный водный экстракт объединять с водным экстрактом, содержащим аскофлавоноидный комплекс.

Предлагаемый способ позволяет снизить потери биологически активных веществ на отдельных стадиях производства и получить целевые продукты высокого качества без каких-либо примесей органических растворителей, а также провести безотходную переработку витаминосодержащего растительного сырья в более безопасных условиях производства, сократить количество операций. Снизить в несколько раз количество потребляемой энергии на единицу промышленной продукции.

Указанные преимущества дает применение технологии сжатых газов при давлениях и температурах, близких или превышающих критические значения. В тех случаях, когда указанные параметры превышают критические, говорят о сверхкритической технологии. Использование диоксида углерода, находящегося в сверхкритическом состоянии, в качестве неполярного растворителя позволяет отказаться от органических растворителей. Физической основой такой технологии является высокая растворяющая способность сверхкритического диоксида углерода, обусловленная в основном высокими значениями коэффициента диффузии растворяемого вещества в среде исследуемого объекта, насыщенного диоксидом углерода. Реальное увеличение скорости диффузии составляет 7 8 порядков. Подобранные режимы позволяют повысить выход основных биологически активных веществ до 95 97%

В результате разработанной технологии переработки витаминосодержащего растительного сырья можно получить три комплекса, обладающих синергизмом антиоксидантного и фармакологического действия:

первый целевой продукт экстракт, содержащий липофильные биологически активные вещества (витамин Е 0,7 0,9% каротиноиды 1,0 1,2% сумму ненасыщенных жирных кислот 90,6% суммы насыщенных жирных кислот 7,4% микроэлементы: K 597 мг/кг, Na 258, Ca 250 мг/кг, Fe 52,4 мг/кг, Zn - 1,28 мг/кг, Cu 2,56, Ni 3,53 мг/кг);

второй целевой продукт сухой экстракт, содержащий гидрофильные биологически активные вещества (витамин С) кислота аскорбиновая 5 12% В₂ 0,02% флавоноиды 0,128 0,534% микроэлементы: Mn 95 мг/кг, Cu 56 мг/кг, Zn 39 мг/кг);

третий целевой продукт шрот, обогащенный белком с высоким содержанием лизина 0,08% которые могут использоваться как витаминоминеральные комплексы лечебно-профилактических средств, пищевых продуктов и кормовых добавок.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В качестве растительного витаминосодержащего сырья могут быть использованы плоды шиповника, боярышника, облепихи. Высушенное сырье измельчают до размера частиц 0,5 3,0 мм. Размер частиц менее 0,5 мм может затруднить экстракцию. Низкая вязкость экстрагента, большое число разрушенных клеток приводит к тому, что с увеличением времени настаивания внутрь клеток проникает не чистый экстрагент, а концентрированный густой раствор клеточного содержимого. При этом возникает эффект обратной диффузии растворенных веществ внутрь неразрушенных клеточных структур. Этот раствор, проходя через путепроводящие каналы, трещины, капилляры, как бы замазывает, закупоривает их. В дальнейшем при протекании диоксида углерода через массу таких набухших клеток растворителю лишь через довольно продолжительное время (до 1 ч) удается растворить вязкую консистенцию, обволакивающую клетки, и восстановить ход диффузионного процесса в его естественном виде. А при размере частиц более 3,0 мм может снизиться выход биологически активных веществ. Измельченное сырье загружают в гильзу экстрактора и проводят проточную экстракцию в замкнутой системе шестикратным количеством диоксида углерода при давлении 10 60 МПа и температуре в испарителе 35 60^oC, где растворитель удаляется, экстракт поступает в сборник, а диоксид углерода вновь поступает в гильзу. Процесс продолжается непрерывно в течение 120 300 мин. Условия экстракции выбраны, исходя из решаемой задачи. Так при давлении меньше 10 МПа уменьшается растворяющая способность диоксида углерода, что отрицательно сказывается на качестве и количестве целевого продукта, а при давлении более 60 МПа процесс экстракции и извлечение биологически активных веществ заметно снижается, что тем самым усложняет технологический процесс и становится экономически невыгодным. Время процесса выбрано с учетом вышеперечисленных параметров и также связано с максимальным извлечением одновременно с каротиноидами и токоферолами других веществ, обладающих антиоксидантной активностью.

Указанным способом получают экстракт, содержащий токоферол-каротиноидный комплекс, с выходом 95 97%

Необходимо отметить, что в процессе экстракции диоксидом углерода в описанных условиях сырье находится в замороженном состоянии, а экстракт под инертной защитой диоксида углерода, что обеспечивает гарантию полного сохранения всех лабильных биологически активных веществ с устранением бактериального загрязнения, как в процессе экстракции, так и последующем хранении экстракта и переработке оставшегося шрота.

Все продукты, полученные обработкой диоксидом углерода, обладают бактерицидными свойствами.

Расход диоксида углерода на весь цикл экстракции составляет 30% 70% его регенерируется. Диоксид углерода при вышеуказанных условиях, находясь в сверхкритическом состоянии, обладает высокой проникающей способностью, он увеличивает проницаемость клеточных мембран растительной ткани, удаляет кутикулярный воск с поверхности плодового сырья и тем самым облегчает и упрощает процесс последующего экстрагирования шрота дистиллированной водой.

Обезжиренный шрот экстрагируют 5 15 кратным количеством дистиллированной воды в экстракторе из нержавеющей стали при температуре 35 - 45^oC в течение 35 45 мин.

Параметры экстрагирования также направлены на решаемую задачу. Продолжительность экстракции при температуре 35 45^oC должна быть не менее 35 мин, но не более 45 мин.

При продолжительности экстракции шрота дистиллированной водой меньше 35 мин наблюдается недостаточная степень выхода биологически активных веществ.

Увеличивать продолжительность экстракции больше 45 мин также нецелесообразно, так как происходит потемнение продукта, что отрицательно сказывается на качестве получаемого сухого экстракта по цвету, чистоте.

Водный экстракт сгущают и сушат. Получают сухой экстракт аскофлавоноидного комплекса. Выход кислоты аскорбиновой составляет 95 97%

Шрот, полученный после водной экстракции, высушивают до остаточной влажности 8 10% с получением белково-полисахаридного комплекса. Для повышения выхода аскофлавоноидного комплекса перед сушкой шрот рекомендуется экстрагировать дополнительно дистиллированной водой при вышеуказанных условиях в течение 15 30 мин, а полученный экстракт объединять с водным экстрактом аскофлавоноидного комплекса.

Таким образом, предлагаемый способ экономически доступен, обеспечивает при наличии необходимого производственного оборудования комплексную переработку витаминосодержащего растительного сырья в короткий отрезок времени (1 2 рабочие смены) без потери биологически активных веществ и при отсутствии производственных отходов.

Способ позволяет получить три целевых продукта: два экстракта, содержащие антиоксидантные комплексы, витамины и минеральные вещества синергического действия, которые могут использоваться отдельно или вместе для получения медицинских препаратов или в качестве лечебно-профилактических пищевых добавок, и сухой белково-полисахаридный комплекс, который может использоваться в качестве кормовой добавки.

Пример 1. Плоды шиповника в количестве 4500 г с остаточной влажностью 6

8% измельчают на дезинтеграторе до размера частиц 0,5 мм, загружают в гильзу из нержавеющей стали и экстрагируют диоксидом углерода в экстракторе непрерывного действия при давлении 10 МПа и температуре в испарителе 35^oC в течение 5 часов. Экстракт из приемника переносят в стеклянный предварительно взвешенный сосуд, плотно укупоривают и взвешивают. Получают 210 г экстракта токоферол-каротиноидного комплекса с содержанием каротиноидов 1% токоферолов 0,9% ненасыщенных жирных кислот 87,9% насыщенных жирных кислот 10,1% микроэлементы: K 595 мг/кг, Na 258 мг/кг, Ca 250 мг/кг, Fe 52,4 мг/кг, Zn 1,28 мг/кг, Cu 2,56 мг/кг, Ni 3,53 мг/кг. Обезжиренный шрот, полученный после экстракции диоксидом углерода, экстрагируют дистиллированной водой при соотношении шрот:вода 1:5 и температуре 45^oC в течение 35 мин в непрерывно действующем экстракторе. Экстракт сливают, а шрот экстрагируют дополнительно при тех же условиях в течение 15 мин, экстракты объединяют, фильтруют, сгущают и сушат при температуре 75 80^oC. Получают 1350 г сухого экстракта шиповника с содержанием кислоты аскорбиновой 12% флавоноидов 0,138% микроэлементы: Mn 95 мг/кг, Cu 56 мг/кг, Zn 39 мг/кг.

Третий продукт шрот сушат в вакуум-сушилке при температуре не более 60^oC, получают белково-полисахаридный комплекс, который используют как кормовую добавку.

Пример 2. Плоды боярышника в количестве 4500 г с остаточной влажностью 6 8% измельчают на дезинтеграторе до размера частиц 3,0 мм, загружают в гильзу из нержавеющей стали и экстрагируют диоксидом углерода в экстракторе непрерывного действия при давлении 60 МПа и температуре в испарителе 60^oC в течение 3 часов. Экстракт из приемника переносят в стеклянный предварительно взвешенный сосуд, плотно укупоривают и взвешивают. Получают 250 г экстракта токоферол-каротиноидного комплекса с содержанием каротиноидов 1,03% токоферолов 0,79% ненасыщенных жирных кислот 90,6% насыщенных жирных кислот 8,4% микроэлементы: K 601 мг/кг, Ca 200 мг/кг. Обезжиренный шрот, полученный после экстракции диоксидом углерода, экстрагируют дистиллированной водой при соотношении шрот вода 1 15 при температуре 40^oC в течение 40 мин в непрерывно действующем экстракторе. Экстракт сливают, сгущают и сушат при температуре 80 85^oC. Получают 1380 г сухого экстракта боярышника с содержанием кислоты 5% флавоноидов 0,534% микроэлементы: Mn 62,91% Cu - 89,6% Zn 39% Третий продукт шрот сушат в вакуум-сушилке при температуре не более 60^oC, получают белково-полисахаридный комплекс, который используют как кормовую добавку.

Пример 3. Плоды облепихи в количестве 4500 г с остаточной влажностью 6 8% измельчают на дезинтеграторе до размера частиц 2,0 мм, загружают в гильзу из нержавеющей стали и экстрагируют диоксидом углерода в экстракторе непрерывного действия при давлении 36 МПа и температуре в испарителе 46^oC в течение 3,5 час. Экстракт из приемника переносят в стеклянный предварительно взвешенный сосуд, плотно укупоривают и взвешивают. Получают 202,5 г экстракта токоферол-каротиноидного комплекса с содержанием каротиноидов 1,2% токоферолов 0,7% ненасыщенных жирных кислот 90,1% насыщенных жирных кислот 8,9% микроэлементы: Mn 2,0 мг/кг, Zn 3,0 мг/кг, Sr 1,5 мг/кг, Ni 1,0 мг/кг, Cu 6,0 мг/кг. Обезжиренный шрот, полученный после экстракции диоксидом углерода, экстрагируют дистиллированной водой при соотношении шрот вода 1 15 и температуре 35^oC в течение 45 мин. Экстракт сливают, сгущают и сушат при температуре 80 85^oC. Получают 1310 г сухого экстракта с содержанием кислоты аскорбиновой 6,5% флавоноидов 0,290% микроэлементы: Mn - 85 мг/кг, Cu 69 мг/кг, Zn 28 мг/кг.

Третий продукт шрот сушат в вакуум-сушилке при температуре не более 60^oC, получают белково-полисахаридный комплекс, который используют как кормовую добавку.