Способ получения ликопина

Способ получения ликопина

Реферат

 

Изобретение относится к технологии получения природных соединений, используемых в качестве пищевой добавки, для профилактики различных хронических заболеваний, а также в косметической промышленности. Способ получения ликопина предусматривает термическую обработку исходного сырья при 100-125°С в присутствии агентов, повышающих рН до 7,2-7,5, и растительного масла для обезвоживания, разрушения и перевода высвобождаемого ликопина в масляную фазу с изомеризацией его значительной доли в сis-конформацию. Ликопин экстрагируют в составе подсолнечного масла горячим водяным паром. Масляный экстракт подвергают омылению в смеси гидроксида калия с этиловым спиртом. Ликопин очищают промыванием водой и спиртом. В качестве сырья используют бросовую выжимку зрелых томатов, остающуюся после получения томатной пасты или сока. Способ позволяет существенно упростить и удешевить получение концентрата природного ликопина, в котором доля cis-изомеров составляет около 60%. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения природных соединений, используемых в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. В частности, изобретение касается способа получения препарата ликопина из томатного сырья.

Известно, что ликопин является мощным антиоксидантом, способным усиливать защитные функции организма. Он способствует торможению дегенеративных процессов в тканях, снижает риск инициации и развития онкологических, сердечно-сосудистых и других патологий. Поэтому ликопин рассматривается как перспективное средство профилактики и лечения различных хронических заболеваний, связанных со старением организма (см. J. Natl. Cancer Inst., 1999, vol. 91, p. 317-331; Am. J. Clin. Nutr., 2000, vol. 71, supl., p. 1691S-1695S).

Во многих странах запатентованы технологии получения ликопина из природных источников (например, патент Японии N JP-147929, опубл. 13.06.1995; патенты США N 5858700, опубл. 12.01.99; N 5965183, опубл. 12.10.99).

Источниками для получения природного ликопина могут быть растительное, грибковое и микробиологическое сырье.

Наиболее доступным и богатым источником для получения природного ликопина являются зрелые томаты (Lycopersicon esculentum). Однако имеющиеся способы получения ликопина из томатов не лишены серьезных недостатков из-за сложности технологического процесса и высокой себестоимости конечного продукта. Некоторые способы ориентированы на использование в технологическом процессе растворителей, химических веществ, которые вредны для организма или могут содержать вредные примеси. Другие способы содержат многостадийные процедуры очистки ликопина и потому находят применение в получении высокоочищенных препаратов лишь в ограниченном количестве для научно-исследовательских целей.

Между тем имеется значительный спрос на природный ликопин, поэтому существует потребность дальнейшего развития и усовершенствования технологии получения более дешевого природного ликопина для удовлетворения спроса на этот продукт.

Как правило, при получении ликопина из томатного сырья используют различные методы обезвоживания и измельчения исходного сырья, экстрагирования ликопина из него органическими растворителями и очистки конечного препарата. Проведение этих операций требует бескислородной среды, ограничения прямого освещения и нагревания обрабатываемого сырья до температур не выше 60-70^oС, чтобы не допустить химической модификации и геометрической изомеризации (переход всех trans-изомерoв в cis-изомеры) молекул ликопина. Поскольку ликопин находится в матриксе растительной клетки в виде trans-изомеров, то все известные способы ориентированы на получение препаратов ликопина с преобладанием в них молекул именно такой конформации.

Вместе с тем согласно недавним исследованиям изомеризация получаемого препарата ликопина является более предпочтительной, так как в отличие от trans-изомеров его cis- изомеры усваиваются лучше, а его благотворное действие проявляется более отчетливо (Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 2000, vol. 40, p. 1-42). Так, установлено, что ликопин из томатов или томатного сока, полученный традиционным способом, в котором преобладают trans-изомеры, усваивается в незначительных количествах, а его доля, обнаруживаемая в крови и тканях, представлена только cis-изомерами (Free Radic. Res., 2000, vol. 32, p. 93-102; Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 2000, vol. 40, p. 1-42).

Таким образом, результаты новейших исследований указывают на то, что в препаратах природного ликопина, предназначаемых для использования в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности, должны преобладать cis-изомеры.

Известен способ получения ликопина из томатного сырья, взятый нами в качестве прототипа (см. патент США N 5858700, 12.01.99). Это наиболее удачная технология получения ликопина в промышленном масштабе и наиболее близкая к заявляемому по составу приемов и операций. Согласно данному способу ликопин получают из томатного сырья, в том числе из свежих томатов, томатной пасты и кожуры. Способ заключается в том, что предварительно замороженное томатное сырье подвергают вакуумной лиофильной сушке и измельчению в шаровой мельнице. Затем проводят экстрагирование ликопина из обезвоженного и измельченного сырья n-гексаном с последующим переводом препарата в фазу растительного масла (получение масляного экстракта) в бескислородной среде. Высвобождение ликопина из масляного экстракта проводят путем омыления масел щелочью в реакционной смеси с 1,2-пропандиолом (пропиленгликоль) при 65^oC в течение 2 ч. Завершается процесс очисткой ликопина от продуктов омыления и побочных примесей. Это достигается промыванием препарата водой и с последующим осаждением его в виде кристаллов. Кристаллы ликопина собирают центрифугированием или на специальном подогреваемом фильтре.

Однако этот способ так же, как и все известные, направлен на получение ликопина с преобладанием в нем молекул в виде trans-изомеров. Кроме того, использование технологии вакуумной лиофильной сушки, шаровой мельницы и дорогостоящих реагентов существенно удорожает препарат.

Задачей изобретения является создание упрощенного и более экономичного способа получения препарата ликопина, обогащенного его cis-изомерами.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения ликопина, включающем обезвоживание и разрушение томатного сырья, экстрагирование ликопина в фазе масла в бескислородной среде и его дальнейшую очистку омылением экстракта щелочью, согласно изобретению обезвоживание и разрушение исходного сырья осуществляют нагреванием при температуре выше 100^oC, при этом повышают температуру сырья от 100 до 125^oC по мере удаления влаги из него в присутствии растительного масла и агента, повышающего pH сырья до 7,2-7,5, и получают масляный экстракт, обрабатывая сырье горячим водяным паром в атмосфере СО₂ или азота, подвергают масляный экстракт омылению щелочью (например, гидроксидом калия) в смеси с этиловым спиртом, после чего промывают выпавшие кристаллы ликопина последовательно водой и этиловым спиртом. В предпочтительном варианте для повышения pH исходного сырья используют пищевую соду (NaHCO₃). В качестве исходного сырья используют томатную выжимку. Термическую обработку томатной выжимки проводят при температуре 100-115^oC с целью ее обезвоживания в присутствии бикарбоната натрия и карбоната кальция, после чего к выжимке добавляют очищенное растительное масло в количестве 5% от массы выжимки и продолжают нагревание при 115-125^oC до перехода ликопина в фазу масла. Экстрагирование масляной фазы с помощью горячего пара производят в атмосфере СО₂. Сбор водно-масляной смеси производят в делительные воронки.

Обезвоживание и измельчение томатной выжимки нагреванием при 100-125^oC и значениях pH от 7,2 до 7,5 в течение 2-3 ч и последующее экстрагирование ликопина в масляной фазе горячим водяным паром приводит к изомеризации (переходу trans-изомеров в cis-изомеры) значительной части молекул ликопина, содержащихся в исходном сырье. Термическая обработка ликопина для его изомеризации в составе биологического материала в присутствии растительного масла при повышенных значениях pH позволяет избежать окислительной модификации ликопина, поскольку процедуры сопровождаются вытеснением свободного кислорода углекислым газом (СО₂). Сырая томатная выжимка имеет кислую среду, повышение значения pH среды до указанных значений способствует более интенсивному разрушению матрикса растительных клеток в выжимке при 100-125^oC. Добавление агентов, повышающих pH и разлагающихся при указанных температурах с высвобождением СО₂, способствует вытеснению свободного кислорода из томатной выжимки. Постепенное повышение температуры томатной выжимки до 125^oC в присутствии растительного масла для перевода ликопина в фазу масла позволяет отказаться от использования дорогих реактивов и извлекать из обезвоженной и разрушенной выжимки масляный экстракт ликопина водяным паром без использования органических растворителей. Для освобождения ликопина от масла и его очистки в предпочтительном варианте способа масляный экстракт подвергают омылению в реакционной смеси гидроксида калия с этиловым спиртом, что позволяет отказаться от использования дорогостоящих реагентов.

Таким образом, предлагаемый способ получения концентрата ликопина, обогащенного его cis-изомерами, отличается от прототипа по следующим признакам. Во-первых, обезвоживание и разрушение сырья достигаются путем его термической обработки при 100-125^oC и pH 7,2-7,5, что существенно упрощает процесс, и позволяет отказаться от сложного оборудования. Во-вторых, экстрагирование ликопина в масляной фазе горячим водяным паром позволяет отказаться от дорогостоящих органических растворителей. В-третьих, использование указанных условий термической обработки сырья и экстрагирования из него ликопина позволяет на порядок увеличить содержание cis-изомеров в конечном продукте. В-четвертых, в реакционной смеси омыления масла использован дешевый этиловый спирт, и на всех этапах способа исключается использование реагентов, которые могут содержать вредные примеси. И, наконец, в данном способе для получения ликопина предлагается использовать бросовую выжимку зрелых томатов, остающуюся после получения томатной пасты или сока.

Пример осуществления способа.

В емкость с тефлоновым покрытием вносили 4,0 кг кашеобразной выжимки томатов 40-50%-ной влажности, содержащей 675 мг ликопина на 1 кг сырья, 0,25 кг сухого порошка карбоната кальция (CaCO₃) и 0,25 кг бикарбоната натрия (NaHCO₃). Смесь нагревали в течение 2 ч при 100-115^oC, интенсивно перемешивая до удаления значительной части влаги и до превращения выжимки в плотную массу. Далее в выжимку добавляли 200 мл очищенного подсолнечного масла, и нагревание продолжали в течение 1 ч с повышением температуры до 125^oC, одновременно вводили струю углекислого газа, постоянно перемешивая выжимку до превращения ее в рассыпчатую пульпу темно-красно-коричневого цвета и до полного поглощения масла.

Термическую обработку выжимки до и после добавления масла проводили, избегая ее прямого длительного освещения. Далее деструктурированную массу томатной выжимки раскладывали на решетки парового экстрактора, предварительно постелив на них хлопчатобумажные салфетки, и включали парообразователь. Направляли горячий пар на маслянистую пульпу выжимки в течение 30 мин и экстрагировали обогащенное ликопином масло. При экстрагировании горячим паром в парообразователь вводили слабую струю СО₂. Сбор конденсируемой водно-масляной смеси производили в делительные воронки. Смесь отстаивали до полного разделения фаз масла и воды в течение 1 ч. Масляный экстракт собирали и пропускали через колонку безводного карбоната калия (К₂СО₃), объем которой соответствует 0,5 объемам экстракта. Очищенный на колонке прозрачный красно-рубинового цвета масляный экстракт подвергали омылению для получения свободного от масла препарата ликопина.

Для этого к 180 мл масляного экстракта в стеклянной посуде добавляли 270 мл 7%-ного раствора гидроксида калия (КОН) в этиловом спирте и нагревали смесь в течение 60 мин при 65^oC. К смеси повторно добавляли 180 мл спиртового раствора КОН и продолжали нагревание в течение 60 мин. Далее температуру смеси снижали до 35-40^oC, и добавляли к ней 2,5 л теплой дистиллированной воды, осторожно перемешивали. Смесь отстаивали 5-7 ч в холодильнике, и отделившиеся темно-коричневые кристаллы ликопина собирали декантацией. Кристаллы промывали три раза теплой дистиллированной водой и холодным (2-4^oC) этиловым спиртом последовательно, удаляя жидкость декантацией. Остаток спирта удаляли отгонкой на водяной бане. Содержание ликопина в образцах контролировали стандартным спектрометрическим методом.

Полученный препарат ликопина имеет спектр в растворе n-гексана с максимумами поглощения при 506, 474 и 446 нм. Содержание ликопина в полученном препарате составляет около 94%, а соотношение его trans- и cis-изомеров, определяемое жидкостной хроматографией высокого разрешения (см. Pure and Applied Chemistry, vol. 63, p. 71-80, 1991) составляет 40:60 (см. таблицу). Препарат содержит также до 4-5% липидов и около 1% других каротиноидов с преобладанием бета-каротина.

Таким образом, предлагаемый нами способ позволяет получать препарат природного ликопина, обогащенного по сравнению с аналогами более чем в 10 раз его cis-изомерами (см. таблицу), существенно упростить и удешевить технологический процесс. Способ исключает применение дорогостоящего технологического оборудования, химических реагентов, которые могут содержать вредные для организма примеси. Способ предусматривает использование в качестве сырья для получения ликопинового концентрата сырой бросовой выжимки зрелых томатов, остающейся после получения из них томатной пасты или сока. Данный способ может быть реализован для производства ликопиновых препаратов в промышленных масштабах.

Формула изобретения

1. Способ получения ликопина, включающий обезвоживание и разрушение томатного сырья, экстрагирование ликопина в фазе масла в бескислородной среде и его дальнейшую очистку омылением экстракта щелочью, отличающийся тем, что осуществляют первичное обезвоживание исходного сырья нагреванием до 115^oC в присутствии агента, повышающего значение рН, разрушение сырья и его окончательное обезвоживание производят дальнейшим нагреванием до 125^oC в присутствии растительного масла, выделяют масляный экстракт ликопина с помощью горячего пара в присутствии СО₂ или азота, подвергают масляный экстракт омылению щелочью в смеси с этиловым спиртом, после чего промывают кристаллы ликопина водой и этиловым спиртом последовательно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддерживают значение рН исходного сырья в пределах 7,2 - 7,5.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в предпочтительном варианте в качестве агента, повышающего рН исходного сырья, используют бикарбонат натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют томатную выжимку.

РИСУНКИ

Рисунок 1