Способ получения масляных экстрактов из растительного сырья

Способ получения масляных экстрактов из растительного сырья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, в частности к способу получения масляных экстрактов из растительного сырья, предназначенных для медицины (как непосредственно лекарственное средство, а также при ароматерапии, массаже, ингаляции и так далее), косметической промышленности при производстве разнообразных средств для ухода за кожей, волосами, масел для ванн, при выработке различных эмульсий, мыловарения, а также для пищевой промышленности (как натуральные ароматизаторы и красители).

Известен способ получения масляного препарата, обладающего ранозаживляющим действием, включающий измельчение плодов шиповника, отделение по плотности и размеру частиц, размалывание семян и экстракцию пищевым растительным маслом (Муравьев И.В. Технология лекарств. М.: Медицина, 1971, с.243-244).

Недостатком данного способа является то, что такой технологический процесс не позволяет достичь максимального извлечения биологически активных веществ даже при максимальном увеличении гидромодуля (соотношение расхода масс экстрагента и сырья) и времени экстракции. Так, сильное увеличение соотношения расхода масс экстрагента и сырья ведет к снижению концентрации биологически активных веществ в конечном продукте, а уменьшение - к получению неполноценного целевого продукта за счет неполного извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья. При продолжительном ведении процесса (увеличении времени экстракции) извлекаемые вещества претерпевают химические изменения, к тому же увеличиваются кислотное и перекисное числа, снижается содержание витаминной группы.

Известен способ получения масляного экстракта из зверобоя продырявленного, заключающийся в том, что надземную часть зверобоя продырявленного сухого, собранного в период массового цветения и высушенного до воздушно-сухого состояния, измельчают (длина стеблей не более 1 см), распаривают на сите с одним слоем белой бязевой или ситцевой ткани на кипящей водяной бане в течение 30 мин с закрытой крышкой. Распаренное сырье переносят в емкость, заливают рафинированным подсолнечным маслом в соотношении 1:8 и греют на водяной бане в течение 5 ч при 70-80°С. Сырье отжимают, готовый масляный экстракт фильтруют (патент RU 2205017, МПК А 61 К 35/78, опубл. 27.05.2003).

Недостатком данного способа является то, что в данном случае используется распаривание растительного сырья, что ведет к значительному разрушению биологически активных веществ. Кроме того, распаривание приводит также к увлажнению растительного материала, что создает дополнительный барьер для растворения жирорастворимых компонентов в экстрагенте, а также приводит к образованию эмульсии. В проведении самого процесса экстракции используются высокие температуры, что, как уже отмечалось, согласно проведенным нами исследованиям ведет к значительным потерям витаминов и других ценных экстрактивных веществ.

Известен способ, который заключается в одновременной экстракции сухого сырья водорослей двухфазной системой, содержащей жиро-масляную и спиртоводную фазы (патент RU 2142812, МПК А 61 К 35/80, опубл. 20.12.1998).

Недостатком данного способа является то, что несмотря на использование бинарного растворителя и увеличения при этом его полярности достижение полного извлечения биологически активных веществ не представляется возможным. Получаемый раствор насыщается в основном легко извлекаемыми гидрофильными низкомолекулярными соединениями, при этом извлечение высокомолекулярных жирорастворимых компонентов снижается, что приводит к неполному их извлечению.

Наиболее близким к заявляемому является способ масляного экстракта чеснока, при котором измельченный чеснок смачивают спиртом этиловым с концентрацией не менее 20 об.%. Количество спирта этилового, достаточное для смачивания всей массы измельченного чеснока, составляет около 0,25 объемных частей на 1 массовую часть чеснока. Смоченный спиртом измельченный чеснок выдерживают в течение 30-40 минут, а затем заливают растительное масло. При использовании свежего чеснока настаивание осуществляют при температуре от 0 до 45°С при следующем соотношении чеснока и масла: 1 массовая часть чеснока к (1,5...4) объемным частям масла. При использовании сушенного чеснока - при температуре от 40 до 85°С при следующем соотношении компонентов: 1 массовая часть чеснока к (4-10) объемным частям масла. Время настаивания составляет от 1 часа до 7 суток.

Недостатком данного способа является то, что обработка растительного сырья только этиловым спиртом не приводит к достаточным условиям подготовки растительной массы перед экстракцией. Этиловый спирт в данном случае в основном используется для связывания влаги, но при этом он не проникает вовнутрь клетки, а действует лишь в межклеточном пространстве. Таким образом, не происходит разрушения мембраны клеток и изменения состояния сорбированных и химически связанных компонентов твердой фазы. Следовательно, не наблюдается полного извлечения биологически активных веществ и снижения времени экстракции до необходимого.

Задачей является создание способа получения масляных экстрактов в ассортименте, содержащих высокоэффективный комплекс биологически активных веществ.

Техническим результатом изобретения является увеличение извлечения биологически-активных компонентов из растительного сырья и сокращение времени экстракции.

Технический результат достигается тем, что в способе получения масляных экстрактов из растительного сырья, включающем измельчение растительного сырья и смачивание его этиловым спиртом, экстракцию растительным маслом, перед смачиванием этиловым спиртом растительное сырье дополнительно обрабатывают электроактивированной жидкостью с рН 9...11,5 в количестве 2,0...4,0% от массы растительного сырья. При соотношении расхода масс экстрагента к сырью 1:6,5...1:20.

Операция подготовки растительного сырья с помощью электроактивированной жидкости является ключевой для обеспечения глубокого и интенсивного экстрагирования содержащихся в растительном материале биологически активных веществ. Основное сопротивление массопереносу при экстракции сосредоточено на этапе диффузии. При увлажнении растительного материала раствором электролита происходит генерирование мембранного потенциала клетки и образование поверхностной сольватной оболочки. Ионы Na⁺ диффундируют по направлению электрохимического градиента из внешнего пространства в клетку, а затем активно транспортируются в межклеточное пространство более глубокого слоя. Транспорт ионов Cl^- аналогичен и направлен по градиенту электронейтральности среды. В результате чего в клетке происходит локальное возрастание осматического давления. Клетка разрушается, изменяется состояние сорбированных и химически связанных соединений, а также положение их в пространстве, что способствует интенсификации процессов массопередачи.

Последующая обработка этиловым спиртом подготовленного растительного сырья с помощью электроактивированной жидкости позволяет связать свободную и связанную влагу и, тем самым, интенсифицировать последующий процесс масляной экстракции, увеличивая при этом извлечение биологически активных веществ из растительного сырья, и сократить время экстракции.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемый технический результат.

На фиг.1 показана зависимость выхода каротиноидов от рН электролита и соотношения фаз в объеме и плоскости, на фиг.2 показана зависимость выхода каротиноидов от процента ввода электролита и соотношения фаз в объеме и плоскости, на фиг.3 показана зависимость выхода каротиноидов от рН электролита и процента ввода электролита в объеме и плоскости, на фиг.4 показана зависимость выхода цинеола от рН и процента ввода электролита в объеме и плоскости, на фиг.5 показана зависимость выхода цинеола от процента ввода электролита и соотношения фаз в объеме и плоскости, на фиг.6 показана зависимость выхода цинеола от соотношения фаз и рН электролита в объеме и плоскости, на фиг.7 показана зависимость времени экстракции от рН и процента ввода электролита в объеме и плоскости, на фиг.8 показана зависимость времени экстракции от соотношения фаз и процента ввода электролита в объеме и плоскости, на фиг.9 показана зависимость времени экстракции от рН и процента ввода электролита в объеме и плоскости.

Возможность реализации способа показана в примерах конкретного выполнения.

Пример 1.

Для приготовления масляного экстракта использовали эвкалипт (ветви, имеющие не менее 70% листьев), электроактивиронный раствор NaCl с рН 9,5, спирт этиловый с концентрацией 30 объемных процентов и подсолнечное масло рафинированное дезодорированное в соответствии с ГОСТ 1129-93.

Эвкалипт обладает ярко выраженными антисептическими и противовоспалительными свойствами. Листья эвкалипта содержат от 0,3 до 4,5% эфирного масла, основной компонент которого цинеол (до 80%), а также дубильные вещества, галлотанины, кумариновую и коричную кислоты и другие. Электроактивированный раствор NaCl с рН 9,5 получали на специальной установке. Спирт этиловый с концентрацией 30 объемных процентов готовился из 96%-ного этилового спирта по ГОСТ 5962 путем смешения его с водой питьевой. Подсолнечное масло рафинированное дезодорированное не имеет вкуса и запаха, оно прозрачно (без отстоя), так как не имеет в своем составе фосфолипидов. Кислотное число не превышает 0,4 мг КОН/г.

В емкость объемом 100 л загружался предварительно высушенный (массовая доля влаги не более 17%), измельченный с помощью измельчителя эвкалипт с массовой долей листьев не менее 70% в количестве 5 кг. При перемешивании к нему приливался Электроактивированный раствор NaCl с рН 9,5 в количестве 0,3 см³ для смачивания. Полученная масса выдерживалась в течение 90 минут. После истечения указанного времени в подготовленную массу при перемешивании добавляли спирт этиловый с концентрацией 30 объемных процентов. Количество спирта этилового, достаточное для смачивания всей массы измельченного эвкалипта, составляло около 0,25 объемных частей на 1 массовую часть растительного сырья.

Полученную массу подсушивали на инфракрасной сушке до достижения влажности не более 25%. В подготовленное таким образом растительное сырье при постоянном перемешивании медленно приливалось масло подсолнечное рафинированное дезодорированное в количестве 75 кг. В течение всего технологического процесса экстракции проводилось периодическое перемешивание в течение 15 минут с интервалом в 2 часа. Процесс велся в течение 42 часов при температуре 40°С до установления равновесия и регистрации равновесной концентрации жидкости. Нарастание концентрации раствора на протяжении опыта контролировали периодическим отбором проб. Аналитический контроль осуществляли методом тонкослойной хроматографии. Полученные результаты обрабатывались с помощью компьютерной программы Sorbfil TLC Videodensitomer. Для оценки качества технологического процесса масляной экстракции нами были приняты важнейшие показатели - это сумма извлекаемых экстрактивных веществ в количественном выражении, количества экстрагируемых каротиноидов и цинеола, поскольку от них, в основном, зависит качество готового продукта.

Готовый масляный экстракт фильтровали с использованием фильтра.

Примеры 2-16

В примерах 2-16 осуществляли процесс получения масляных экстрактов по схеме, описанной в примере 1. При осуществлении данных примеров нами были изучены механизмы действия и взаимодействия таких факторов, как рН и процент ввода электроактивированной жидкости, соотношение фаз т/ж. Для определения функциональных связей между этими факторами нами был принят план многофакторного анализа второго порядка. Однако в нашем случае важно не только значение принятых нами факторов, но и диапазон их варьирования. Уровни варьирования принятых нами факторов приведены в таблице 1.

Для реализации принятого плана нами был проведен эксперимент на основе полного факторного с включением дробных реплик. Было проведено 16 опытов. За критерий оптимизации (функцию отклика) были приняты выход суммы экстрактивных веществ в количественном выражении, выход каротиноидов и цинеола, время проведения процесса экстрагирования до момента достижения равновесной концентрации.

Полученные результаты приведены в таблице 2.

На основании данных, полученных в ходе эксперимента с использованием компьютерной программы «Statistika 6.0», были получены зависимости изменения функций отклика от основных параметров процесса. Данные зависимости приведены на фиг.1-9.

На основе полученных зависимостей были определены оптимальные значения исследуемых факторов. Так, диапазон оптимальных значений при достижении максимального выхода экстрактивных веществ при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и рН электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 10,05 до 11,15, а соотношение фаз от 0,059 (1:17) до 0,15 (1:6,5).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода экстрактивных веществ при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: процент ввода электроактивированной жидкости от 2,3% до 3,1%, а соотношение фаз от 0,065 (1:15) до 0,093 (1:10,5).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода экстрактивных веществ при взаимодействии таких факторов, как рН и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 10,75 до 11,5, а процент ввода электроактивированной жидкости от 2,5% до 3,55%.

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода каротиноидов при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и рН электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 10,0 до 10,5, а соотношение фаз от 0,05 (1:20) до 0,073 (1:13,5).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода каротиноидов при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: процент ввода электроактивированной жидкости от 2,5% до 3,05%, а соотношение фаз от 0,062 (1:16) до 0,072 (1:13,5).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода каротиноидов при взаимодействии таких факторов, как рН и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 9,15 до 10,8, а процент ввода электроактивированной жидкости от 2,0% до 3,65%.

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода цинеола при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и рН электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости min 11,8, а соотношение фаз от 0,07 (1:14) до 0,0875 (1:11,5).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода цинеола при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: процент ввода электроактивированной жидкости от 2,0% до 3,85%, а соотношение фаз от 0,05 (1:20) до 0,08 (1:12).

Диапазон оптимальных значений для достижения максимального выхода цинеола при взаимодействии таких факторов, как рН и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости min 11,45, а процент ввода электроактивированной жидкости от 2,25% до 3,25%.

Диапазон оптимальных значений времени проведения экстракции до момента достижения равновесной концентрации при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и рН электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 10,01 до 11,15, а соотношение фаз от 0,0595 (1:17) до 0,15(1:6,5).

Диапазон оптимальных значений времени проведения экстракции до момента достижения равновесной концентрации при взаимодействии таких факторов, как соотношение фаз и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: процент ввода электроактивированной жидкости от 2,2% до 3,05%, а соотношение фаз от 0,065 (1:15) до 0,092 (1:10,5).

Диапазон оптимальных значений времени проведения экстракции до момента достижения равновесной концентрации при взаимодействии таких факторов, как рН и процент ввода электроактивированной жидкости, приведен в таблице 3 и составляет: рН электроактивированной жидкости от 10,75 до 11,5, а процент ввода электроактивированной жидкости от 2,5% до 3,5%.

При анализе полученных результатов нами были определены оптимальные значения функций отклика при соотношении различных факторов, которые приведены в таблице 4, оптимальные значения функций отклика, приведенные в таблице 5, и оптимальные параметры процесса, приведенные в таблице 6, при определении которых полученные значения функций отклика были округлены так, чтобы в дальнейшем упростить расчет загрузки электролита.

Таким образом, для получения масляного экстракта сбалансированного состава необходимо обеспечить выполнение оптимальных параметров процесса, таких как рН электролита в диапазоне от 9,0 до 11,5, процента ввода электролита в диапазоне от 2,0 до 4,0 и соотношения т/ж фаз в диапазоне от 1:6,5 до 1:20.

Таблица 1Уровни варьирования факторов
Уровни	Х0	Факторы
рН	процент ввода ЭАЖ, %	соотношение сырье : экстрагент
max	+1	11	5,0	1:20 (0,05)
0	0	9,5	2,25	1:15 (0,067)
min	-1	8	0,5	1:10 (0,1)

Таблица 3Оптимальные значения функций отклика при соотношении различных факторов
Оптимальные значения функций	Факторы
Z1, pH электролита	Z2, процент ввода электролита	Z3, соотношение т/ж фаз
у1, выход суммы экстрактивных веществ	max	с.фаз. - рН	11,15	-	0,15(1:6,5)
min	10,05	-	0,059(1:17)
max	с.фаз - % ввода	-	3,1	0,093(1:10,5)
min	-	2,3	0,065(1:15)
max	рН - % ввода	11,5	3,55	-
min	10,75	2,5	-
у2, выход каротиноидов	max	с.фаз. - рН	10,5	-	0,073(1:13,5)
min	10,0	-	0,05(1:20)
max	с.фаз - % ввода	-	3,05	0,072(1:13,5)
min	-	2,5	0,062(1:16)
max	рН - % ввода	10,8	3,65	-
min	9,15	2,0	-
у3, выход цинеола	max	с.фаз. - рН	?	-	0,0875(1:11,5)
min	11,8	-	0,07(1:14)
max	с.фаз - % ввода	-	3,85	0,08(1:12)
min	-	2,0	0,05(1:20)
max	рН - % ввода	?	3,25	-
min	11,45	2,25	-
у4, время экстракции, час	max	с.фаз. - рН	11,15	-	0,15(1:6,5)
min	10,01	-	0,0595(1:17)
max	с.фаз - % ввода	-	3,05	0,092(1:10,5)
min	-	2,2	0,065(1:15)
max	рН - % ввода	11,5	3,5	-
min	10,75	2,5	-

Таблица 4Оптимальные значения функций отклика
Оптимальные значения функций	Факторы
Z1, pH электролита	Z2, процент ввода электролита	Z3, соотношение т/ж фаз
у1, выход суммы экстрактивных веществ	max	11,5	3,55	0,15 (1:6,5)
min	10,05	2,3	0,059 (1:17)
у2, выход каротиноидов	max	10,8	3,65	0,073 (1:13,5)
min	9,15	2,0	0,05 (1:20)
у3, выход цинеола	max	?	3,85	0,087 (1:11,5)
min	11,45	2,0	0,05 (1:20)
у4, время экстракции, час	max	11,5	3,5	0,15 (1:6,5)
min	10,01	2,2	0,0595 (1:17)

Таблица 5Оптимальные параметры процесса
Оптимальные значения функций	Факторы
Z1, pH электролита	Z2, процент ввода электролита	Z3, соотношение т/ж фаз
масляный экстракт сбалансированного состава	max	11,5	4,0	0,15 (1:6,5)
min	9,0	2,0	0,05 (1:20)

Способ получения масляного экстракта эвкалипта, характеризующийся тем, что ветви, имеющие не менее 70% листьев, высушивают до влажности не более 17% и измельчают с последующей обработкой их электроактивированной жидкостью при рН 9,0-11,5 в количестве 2,0-4,0% от массы сырья при перемешивании и выдерживании в течение 90 мин, далее смачивают этиловым спиртом, полученную массу подсушивают до влажности не более 25% и экстракцию проводят растительным маслом при соотношении растительное масло-сырье 1:6,5-1:20, температуре 40-60°С и периодическом перемешивании, фильтруют.