способ получения амарантового масла, обогащенного скваленом

Формула изобретения

Способ получения амарантового масла, обогащенного скваленом, включающий экстракцию измельченных семян амаранта диоксидом углерода в сверхкритических условиях с последующей сепарацией экстракта, регенерацией экстрагента и выделением масла, отличающийся тем, что измельченные семена амаранта экстрагируют диоксидом углерода при температуре 35-45°С, давлении 8,3-12,3 МПа и массовом соотношении экстрагента и сырья в пределах (50-75):1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к масложировой промышленности к способам получения масла из растительного сырья, а именно из семян амаранта, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической промышленности, а также в медицине и косметике.

Известны различные способы экстрагирования масла из семян амаранта: масляная экстракция (патент РФ №2131913), извлечение органическими растворителями (патент РФ №2080360).

Недостатками этих способов является то, что извлечение масла экстракцией растворителями значительно удорожает себестоимость получения продукции, делает процесс трудоемким, многостадийным, а также в случае использования органических растворителей не позволяет получить экологически чистый продукт, что связано с наличием в масле остаточных количеств растворителей.

Известны экологически чистые способы получения CO ₂-экстрактов из растительного сырья, например из отходов виноделия, включающие измельчение сырья, его проточную экстракцию диоксидом углерода в экстракторе при равновесном давлении путем многократной циркуляции (перед проточной экстракцией в нижнюю часть экстрактора вводят газообразный диоксид углерода до достижения в нем давления не менее 50% от равновесного, после чего подают снизу жидкий диоксид углерода до полного достижения равновесного давления), слива мисцеллы с последующей отгонкой и конденсацией диоксида углерода (патент РФ №2041254).

Известны способы получения СО₂-экстрактов из семян амаранта. На опытно-промышленной установке экспериментального завода КНИИХП получен образец CO₂-экстракта из семян амаранта сорта Amaranthus hybridus. Процесс извлечения масла ведут при температуре 20-22°С и давлении 5.8-6.0 МПа. Следует отметить, что выход экстрактивных веществ невысокий и составляет лишь 3.5% (Касьянов Г.И., Бутто С. В., Лопатин С.Н. СО ₂-Экстракт из семян амаранта. / Пищ. промышленность. №5, 2000, с.37).

Известны способы получения амарантового масла жидкой двуокисью углерода на камеральной экстракционной установке периодического действия при следующих технологических параметрах: давление - 5.8 МПа, температура экстракции - 18°С. Массовая доля экстрактивных веществ составляет 5.41% (автореферат дисс. на соискание ученой степени к.т.н Быкова Ю.В. "Разработка технологии извлечения масла из семян амаранта с высоким содержанием биологически ценных компонентов", Санкт-Петербург, 1999 г.). К недостаткам этого способа относится невысокая массовая доля сквалена в масле, равная 7.08%.

Известен способ получения СО₂-экстрактов из семян амаранта (RU 2264442, опубл. 20.11.2005) в два этапа без описания выделения масла и указания содержания сквалена в экстракте.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению решением является получение амарантового масла сверхкритической флюидной экстракцией диоксидом углерода при температуре 50°С и давлении 300 атм (И.Ю.Попова, А.Р.Водяник «Амарантовое масло как источник сквалена» по сайту ООО НИЦ ЭР «ГОРО», Ростов-на-Дону, 4c.www.extract.ru, опубл. 1.10.2003). Данная технология позволяет получать продукт с содержанием сквалена не менее 8%. В связи с тем, что в настоящее время основным источником сквалена является печень глубоководных акул, разработка эффективных экологически чистых технологий выделения сквалена из растительного сырья остается актуальной задачей.

Технический результат заявляемого способа - повышение содержания сквалена (не менее 20%) в амарантовом масле, экстрагированном из измельченных семян амаранта диоксидом углерода в сверхкритических условиях.

Технический результат достигается заявляемым способом, заключающемся в том, что измельченные семена амаранта экстрагируют диоксидом углерода в сверхкритических условиях с последующей сепарацией экстракта и выделением масла, а также регенерацией экстрагента. Экстракцию проводят диоксидом углерода при температуре 35-45°С, давлении 8.3-12.3 МПа и соотношении массы экстрагента и сырья в пределах (50-75):1.

Выделение сквалена из неомыляемой фракции масел и жиров является классическим способом получения этого ценнейшего продукта. Омыление выделенного амарантового масла с получением неомыляемой фракции проводили по известной методике щелочью в водно-спиртовой среде (Лазурьевский Г.В., Терентьева И.В., Шамшурин А.А. / Практические работы по химии природных соединений. // М. 1966, с.95-98) Определение содержания сквалена в неомыляемой фракции проводили методами ГЖХ (газожидкостной хроматографии) и масс-спектроскопии и рассчитывали содержание сквалена в экстрагированном масле. Процесс сверхкритической экстракции проводился на проточной экспериментальной установке (Максудов Р.Н., Новиков А.Е., Тремасов Е.Н., Гумеров Ф.М. // Вестник Казанского технол. университета. 2003. №1. - С.207-211).

Способ поясняется следующими примерами его выполнения.

Пример 1.

Получение амарантового масла

При атмосферном давлении в экстрактор в специальном сетчатом патроне загружают 18.5 г измельченных семян амаранта сорта "Кизлярец", после чего все емкости и коммуникации промывают диоксидом углерода, затем давление и температура доводятся до сверхкритических значений: устанавливают рабочее давление Р=8.3 МПа, и запускают систему жидкостного термостатирования, предназначенную для поддержания температуры процесса Т=35°С. Длительность процесса экстрагирования определяют достижением соотношения масс экстрагента и сырья до 75:1. Количество экстрагента определяют весовым методом. С этой целью приемный баллон устанавливают на электронные весы, позволяющие определять вес приемного баллона в процессе экстракции. Далее экстракт сепарируют с последующей регенерацией экстрагента и выделением амарантового масла, количество которого определяют взвешиванием на электронных аналитических весах. Выход амарантового масла 5.3% из расчета на исходное сырье. Содержание сквалена в масле 23.4% от количества извлеченного масла.

Выделение неомыляемой фракции масла с высоким содержанием сквалена

Берут 0.85 г масла, добавляют 25 мл этилового спирта, 0.4 г КОН или NaOH в 10 мл воды и нагревают при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55°С 3 часа. После завершения реакции неомыленную фракцию извлекают гексаном (3 раза по 20 мл), растворитель отгоняют под вакуумом. Получено 0.20 г продукта, содержащего 99.4% сквалена.

Пример 2

Получение амарантового масла

При атмосферном давлении в экстрактор в специальном сетчатом патроне загружают 18.5 г измельченных семян амаранта, после чего все емкости и коммуникации промывают диоксидом углерода, затем давление и температура доводятся до сверхкритических значений: устанавливают рабочее давление Р=9.2 МПа, и запускают систему жидкостного термостатирования, предназначенную для поддержания температуры процесса Т=35°С. Длительность процесса экстрагирования определяют достижением соотношения масс экстрагента и сырья до 75:1. Количество экстрагента определяют весовым методом. С этой целью приемный баллон устанавливают на электронные весы, позволяющие определять вес приемного баллона в процессе экстракции. Далее экстракт сепарируют с последующей регенерацией экстрагента и выделением амарантового масла, количество которого определяют взвешиванием на электронных аналитических весах. Выход амарантового масла 5.4% из расчета на исходное сырье. Содержание сквалена в масле 20.3% от количества извлеченного масла.

Выделение неомыляемой фракции масла с высоким содержанием сквалена

Берут 0.83 г масла, добавляют 20 мл этилового спирта, 0.4 г КОН или NaOH в 10 мл воды и нагревают при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55°С 3 часа. После завершения реакции неомыленную фракцию извлекают гексаном (3 раза по 20 мл), растворитель отгоняют под вакуумом. Получено 0.17 г продукта, содержащего 99.3% сквалена.

Пример 3.

Получение амарантового масла

При атмосферном давлении в экстрактор в специальном сетчатом патроне загружают 18.5 г измельченных семян амаранта, после чего все емкости и коммуникации промывают диоксидом углерода, затем давление и температура доводятся до сверхкритических значений: устанавливают рабочее давление Р=10.3 МПа, и запускают систему жидкостного термостатирования, предназначенную для поддержания температуры процесса Т=45°С. Длительность процесса экстрагирования определяют достижением соотношения масс экстрагента и сырья до 75:1. Количество экстрагента определяют весовым методом. С этой целью приемный баллон устанавливают на электронные весы, позволяющие определять вес приемного баллона в процессе экстракции. Далее экстракт сепарируют с последующей регенерацией экстрагента и выделением амарантового масла, количество которого определяют взвешиванием на электронных аналитических весах. Выход амарантового масла 5.0% из расчета на исходное сырье. Содержание сквалена в масле 26.2% от количества извлеченного масла.

Выделение неомыляемой фракции масла с высоким содержанием сквалена

Берут 0.83 г масла, добавляют 20 мл этилового спирта, 0.4 г КОН или NaOH в 40 мл воды и нагревают при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55°С, 3 часа. После завершения реакции неомыленную фракцию извлекают гексаном (3 раза по 20 мл), растворитель отгоняют под вакуумом. Получено 0.22 г продукта, содержащего 98.9% сквалена.

Пример 4.

Получение амарантового масла

При атмосферном давлении в экстрактор в специальном сетчатом патроне загружают 18.5 г измельченных семян амаранта, после чего все емкости и коммуникации промывают диоксидом углерода, затем давление и температура доводятся до сверхкритических значений: устанавливают рабочее давление Р=14.9 МПа, и запускают систему жидкостного термостатирования, предназначенную для поддержания температуры процесса Т=55°С. Длительность процесса экстрагирования определяют достижением соотношения масс экстрагента и сырья до 40:1. Количество экстрагента определяют весовым методом. С этой целью приемный баллон устанавливают на электронные весы, позволяющие определять вес приемного баллона в процессе экстракции. Далее экстракт сепарируют с последующей регенерацией экстрагента и выделением амарантового масла, количество которого определяют взвешиванием на электронных аналитических весах. Выход амарантового масла 5.4% из расчета на исходное сырье. Содержание сквалена в масле достигает 13.6% от количества извлеченного масла.

Выделение неомыляемой фракции масла с высоким содержанием сквалена

Берут 0.76 г масла, добавляют 20 мл этилового спирта, 0,3 г КОН или NaOH в 10 мл воды и нагревают при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55°С 3 часа. После завершения реакции неомыленную фракцию извлекают гексаном (3 раза по 20 мл), растворитель отгоняют под вакуумом. Получено 0.13 г продукта, содержащего 79.4% сквалена.

Пример 5.

Получение амарантового масла

При атмосферном давлении в экстрактор в специальном сетчатом патроне загружают 18.5 г измельченных семян амаранта, после чего все емкости и коммуникации промывают диоксидом углерода, затем давление и температура доводятся до сверхкритических значений: устанавливают рабочее давление Р=12.3 МПа, и запускают систему жидкостного термостатирования, предназначенную для поддержания температуры процесса Т=45°С. Длительность процесса экстрагирования определяют достижением соотношения масс экстрагента и сырья до 100:1. Количество экстрагента определяют весовым методом. С этой целью приемный баллон устанавливают на электронные весы, позволяющие определять вес приемного баллона в процессе экстракции. Далее экстракт сепарируют с последующей регенерацией экстрагента и выделением амарантового масла, количество которого определяют взвешиванием на электронных аналитических весах. Выход амарантового масла 5.4% из расчета на исходное сырье. Содержание сквалена в масле 20.5% от количества извлеченного масла.

Выделение неомыляемой фракции масла с высоким содержанием сквалена

Берут 0.85 г масла, добавляют 20 мл этилового спирта, 0.4 г КОН или NaOH в 10 мл воды и нагревают при перемешивании на магнитной мешалке при 50-55°С 3 часа. После завершения реакции неомыленную фракцию извлекают гексаном (3 раза по 20 мл), растворитель отгоняют под вакуумом. Получено 0.23 г продукта, содержащего 75.4% сквалена.

Результаты описанных экспериментов представлены в таблицах 1 и 2.

Согласно полученным нами экспериментальным данным заявляемый технический результат достигается в интервале температур 35-45°С, давлений 8.3-12.3 МПа и при массовом соотношении экстрагента и сырья 50-100:1 (примеры 1-3,5). Однако увеличение соотношения массы экстрагента и сырья до 100:1 (пример 5) и выше нерентабельно, так как при этом увеличение расхода экстрагента не приводит к повышению содержания сквалена в выделенном масле. Кроме того, неомыляемая фракция по примеру 5 содержит всего 75,4% сквалена, тогда как неомыляемые фракции по примерам 1-3 являются практически чистым скваленом. Пример 4 демонстрирует негативное влияние снижения соотношения экстрагента и сырья (40:1) как на содержание сквалена в масле, так и в неомыляемой фракции, где несмотря на повышение температуры и давления технический результат не достигается.

Таким образом, заявляемый способ получения масла экстракцией семян амаранта диоксидом углерода в сверхкритических условиях обеспечивает возможность получения амарантового масла, обогащенного ценнейшим компонентом скваленом, содержание которого составляет не менее 20% от количества извлеченного масла. Процесс омыления выделенного масла щелочью в водно-спиртовой среде позволяет получать неомыляемую фракцию с содержанием сквалена до 99%.

Таблица 1 Влияние параметров процесса на выход амарантового масла и сквалена
№ опыта		Температура °С	Давление МПа		Соотношение массы экстрагента и сырья		Выход масла (к весу сырья), %	Содержание сквалена в масле, %
1		35	8.3		75:1		5.3	23.4
2		35	9.2		75:1		5.4	20.3
3		45	10.3		75:1		5.0	26.2
4		55	14.9		40:1		5.4	13.6
5		45	12.3		100:1		5.4	20.5
Таблица 2 Содержание сквалена в неомыляемой фракции
№ опыта	по данным ГЖХ (%)			по данным масс-спектроскопии (%)		Неомыляемая фракция (к весу масла), %
1	99.4			99.5		23.6
2	99.3					20.4
3	98.9			99.0		26.5
4	79.4					17.1
5	75.4					27.1