способ получения масляного экстракта биологически активных веществ из плодово-ягодного сырья

Формула изобретения

1. Способ получения масляного экстракта биологически активных веществ из плодово-ягодного сырья, включающий сушку, охлаждение до отрицательной температуры, измельчение, экстракцию органическим растворителем и отгонку растворителя, отличающийся тем, что сушку ведут в две стадии, на первой из которых - до концентрации воды 40 - 50 мас.%, а на второй - до 20 - 25 мас.%, причем охлаждение сырья осуществляют перед второй стадией сушки до температуры (-30) - (-40)^oС, а экстракцию проводят в два этапа, на первом из которых в качестве органического растворителя используют водорастворимый растворитель, а на втором - водонерастворимый растворитель.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого растворителя используют ацетон, в качестве водонерастворимого - гексан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой, фармацевтической и парфюмерно-косметической отраслям промышленности и может быть использовано для получения масляных растворов биологически активных веществ (БАВ) из плодов рябины обыкновенной, аронии, шиповника и другого плодово-ягодного сырья.

Известен способ получения масла из жома рябины обыкновенной, заключающийся в сушке, измельчении, экстракции жома органическим растворителем с применением охлаждения раствора до отрицательной температуры [1].

Этот способ предусматривает полное удаление воды из сырья перед началом процесса получения биологически активных веществ и экстракцию водонерастворимым растворителем высушенного и измельченного сырья. Согласно нашим исследованиям такой способ экстрагирования не обеспечивает достаточно полного извлечения БАВ из сырья, так как даже в воздушно-сухом сырье остается 5 - 10 мас.% воды, которая затрудняет доступ молекул водонерастворимого растворителя в клетки, содержащие БАВ.

Кроме того, данный способ предусматривает охлаждение получаемого при экстракции раствора до отрицательной температуры (-5) - (-15)^oC для вымораживания и отфильтровывания стеринов. Однако по имеющимся данным [2] стерины относятся к полезным БАВ, являясь провитаминами D. Их удаление из получаемого экстракта БАВ снижает ценность (биологическую активность) получаемого продукта и дополнительно уменьшает выход БАВ из сырья.

Применение длительного охлаждения (в течение 8 - 12 часов) мисцеллы увеличивает продолжительность процесса, что приводит к большим энергетическим и другим эксплуатационным затратам и снижает производительность процесса.

Проведенными при разработке заявляемого способа исследованиями установлено, что в растительном сырье, например в плодах рябины обыкновенной, содержится так называемая "связанная" и "свободная" вода. "Связанная" вода растворена, молекулярно распределена в рябиновой мякоти. Концентрация (), при которой появляется "свободная" вода, определена способом, описанным в [3] (фиг. 1). Она составляет 241 мас.% воды. При охлаждении "свободная" вода кристаллизуется.

Эксперименты показали, что в случае большого содержания воды в плодах (70 - 80 мас.%) при их охлаждении образуются крупные кристаллы льда, которые не могут разрушить связи между пигментами и белковыми макромолекулами в клетках-хлоропластах. Для образования мелкокристаллической структуры льда с размерами кристаллов, соизмеримыми с размерами белковых макромолекул (10 - 100 нм), необходимо уменьшить содержание воды в плодах до 40 - 50 мас.%. Такие мелкие кристаллы разрушают оболочки клеток и межмолекулярные связи в пигмент-белковых комплексах, способствуя более полному выделению БАВ при последующей экстракции.

При содержании воды в плодах 40 - 50 мас.% процесс кристаллизации ее начинается при начальной температуре t_н = -8^oC, а заканчивается при температуре t_к = (-30) - (-40)^oC (фиг. 2). Поэтому не имеет смысла охлаждать плоды до более низкой температуры. Это позволяет проводить охлаждение плодов в стандартной морозильной камере и экономить дорогостоящие хладагенты (жидкий азот, твердая углекислота).

При этом охлаждение сырья длится не более 0,5 часа, что по сравнению с известным способом, предусматривающим охлаждение в течение 8 - 12 часов, обеспечивает уменьшение продолжительности процесса, энергетических и других эксплуатационных расходов, повышение производительности.

Установлено также, что дополнительное увеличение выхода БАВ достигается при экстрагировании измельченного сырья, содержащего несколько повышенное по сравнению с известными способами количество воды (20 - 25 мас.% "связанной" воды), водорастворимым органическим растворителем (например, ацетоном). Это обеспечивается тем, что "связанная" вода ослабляет межмолекулярные связи между макромолекулярными компонентами плодов (например, белками), разрыхляет их структуру и понижает температуру стеклования (t_с) в плодах (фиг. 3), облегчая тем самым доступ водорастворимого растворителя к БАВ. Под температурой стеклования понимают среднюю температуру интервала перехода макромолекулярных компонентов в плодах рябины из стеклообразного состояния в высокоэластическое. В то же время, сушка плодов до содержания воды в них 20 - 25 мас.% обеспечивает возможность длительного хранения сырья без развития в нем микроорганизмов.

Предлагаемый способ позволяет также дополнительно извлекать из сырья токоферолы (витамины группы E), которые не извлекаются известным способом [1], за счет применения водорастворимого растворителя.

Из смеси воды с водорастворимым растворителем БАВ экстрагируют водонерастворимым растворителем, например гексаном, который затем отгоняют в вакууме и получают конечный продукт. Применение водонерастворимого растворителя необходимо, так как отгонка воды из водорастворимого растворителя требует высоких температур, при которых БАВ будут разлагаться, тогда как температура испарения водонерастворимого растворителя значительно ниже температуры разложения БАВ.

Предлагаемый способ получения БАВ из плодово-ягодного сырья, предусматривающий охлаждение сырья до отрицательной температуры, сушку, измельчение и экстракцию БАВ органическим растворителем, отличается от известного тем, что перед охлаждением сырье частично подсушивают до концентрации воды 40 - 50 мас.%, охлаждают сырье до температуры (-30) - (-40)^oC, досушивают до содержания воды 20 - 25 мас.%, измельчают и экстрагируют БАВ водорастворимым растворителем (например, ацетоном), а из полученного раствора экстрагируют БАВ водонерастворимым растворителем (например, гексаном) с последующей отгонкой последнего.

На прилагаемых иллюстрациях изображены графики, поясняющие условия осуществления заявляемого способа: фиг. 1 - зависимость удельной площади пика плавления () фазы "свободной" воды, зарегистрированного методом дифференциального термического анализа (ДТА) в образцах рябины с различной концентрацией воды, от общего содержания ее в плодах рябины обыкновенной (мас.%); на фиг. 2 - зависимость разницы температур (t) между образцом (плоды рябины) и эталоном (оксид кремния) от температуры образца (t_обр, ^oC), полученная при охлаждении образца и эталона в установке для ДТА; фиг. 3 - зависимость температуры стеклования (t_с) в образцах плодов рябины с различной концентрацией воды от общего содержания ее в плодах рябины обыкновенной (мас.%); линия AB отделяет концентрационную область существования "связанной" воды (слева от линии) от области существования "свободной" воды (справа от линии); фиг. 4 - хроматограмма липофильного каротиноидного комплекса из плодов рябины обыкновенной, полученная при детектировании пиков в УФ-области при = 310 нм, скорость элюирования 50 мкл/мин, объем пробы 10 мкл, градиент концентраций гексана в диоксане (элюент) - 4:1, 1:1 (по объему); фиг. 5 - хроматограмма липофильного каротиноидного комплекса, выделенного из плодов рябины обыкновенной, полученная при детектировании пиков в видимой области при = 452 нм, скорость элюирования 50 мкл/мин, объем пробы 20 мкл, градиент концентраций гексана в диоксане (элюент) - 1:0, 9:1; 4:1; 1:1 (по объему); пики соответствуют: 1 - транс--каротину, 2 - нео--каротину, 3 - -каротину; 4 - -каротину (ссылки на фиг. 1, 2, 3 см. выше; ссылки на фиг. 4, 5 см. ниже).

Последовательность осуществления способа поясняется следующим примером.

Свежесобранные плоды рябины обыкновенной, содержащие 76,5 мас.% воды, подсушивают до содержания ее 45 мас.%, охлаждают в морозильной камере до -35^oC в течение 30 мин. Затем нагревают до температуры 50 - 60^oC и досушивают до содержания воды 20 мас.%. После этого плоды в количестве 1 кг измельчают экстрагируют семь раз ацетоном порциями по 500 мл до обесцвечивания последней порции растворителя. Ацетоновую вытяжку фильтруют от взвешенных частиц и экстрагируют биологически активные вещества из ацетонового раствора гексаном (семь порций гексана по 100 мл и две порции по 50 мл в расчете на 0,5 л ацетонового фильтрата). Гексановый слой промывают дистиллированной водой от ацетона и осушают сернокислым натрием. Гексан удаляют в вакууме. Таким образом, из 1 кг сухих плодов получают 60 г конечного продукта - липофильного каротиноидного комплекса, который представляет собой маслянистую субстанцию ярко-оранжевого цвета. Качественный и количественный состав его определяют методами спектрофотометрии, хроматографии в тонком слое, высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Хроматографический анализ проводят на жидкостном хроматографе "Миллихром-5" (НПО "Научприбор", г. Орел) в ультрафиолетовой и видимой областях спектра при нескольких длинах волн. Использовали колонку типа КАХ-3-64-3 с адсорбентом "Силасорб-600" (диаметр зерен 5 мкм). Элюентом служила смесь гексана с диоксаном при градиенте концентраций диоксана от 0 до 50 объемных %. Скорость элюирования составляет 50 мкл/мин. Объем пробы - 5 - 30 мкл. Детектирование пиков проводят в УФ-области при = 190 - 360 нм, а в видимой области при = 380 - 720 нм. Идентификацию и гомогенность пиков на хроматограммах проводят с использованием времен удерживания и интегральных спектральных отношений при различных длинах волн [4].

Как видно на фиг. 4, липофильный комплекс, выделенный из плодов рябины обыкновенной, содержит компоненты, поглощающие в УФ-области ( = 310 нм) с большими временами удерживания, 20 - 30 мин, что характерно для токоферолов (витамины группы E), стеринов (провитаминов группы D) и витамина K [4].

При хроматографировании в видимой области спектра ( = 452 нм) при длинах волн, характерных для каротиноидов, обнаружено их присутствие в комплексе (фиг. 5). Сопоставление времен удерживания, спектров поглощения в видимой области спектра и данных о сорбционных свойствах каротиноидов [4] позволяет сделать вывод о том, что пик 1 соответствует транс--каротину, пик 2 - нео--каротину, пик 3 - -каротину и пик 4 - -каротину.

Количество каротиноидов в комплексе рассчитывают, используя интегральные интенсивности пиков 1, 2, 3, 4, объем вводимой пробы и значения экстинции для каждого каротиноида при соответствующей длине волны. Получают, что комплекс содержит 700 мг% транс--каротина, 200 мг% нео--каротина, 200 мг% -каротина и 700 мг% -каротина.

A-витаминная активность 1 г препарата составляет 27000 МЕ.

Среди жирных кислот преобладают линолевая, олеиновая и пальмитиновая.

Сопоставление заявляемого и известного способов [1] представлено в таблице.

Литература

1. Федоров П.Н., Лукина И.Н., Ведерников Е.И. Способ получения масла из жома рябины обыкновенной. // Авт.св. СССР N 1761781, кл. C 11 B 1/10, 19 декабря 1990 г. (прототип).

2. Витамины / Под ред. Смирнова М.И. - М.: Медицина, 1974. С. 89 - 125.

3. Рабинович И.Б., Урьяш В.Ф., Мочалов А.Н. Способ определения растворимости низкомолекулярного вещества в полимерах. // Авт.св. СССР N 1603993, кл. C 01 N 25/02, 7 июля 1988 г.

4. Высокоэффективная жидкостная хроматография в биохимии. / Под ред. А. Хеншена, К. -П. Хупе, Ф. Лотшпайха, В. Вельтера; пер. с англ. - М.: Мир. 1988.