Способ получения экстрактов из растительного сырья водно-жировой экстракцией натуральными экстрагентами

Способ получения экстрактов из растительного сырья водно-жировой экстракцией натуральными экстрагентами

Реферат

Изобретение относится к косметической и фармацевтической промышленности, касается получения экстрактов из растительного сырья, используемых при приготовлении различных косметических и фармацевтических средств. В частности, растительные экстракты используются в таких косметических продуктах как крема, бальзамы, лосьоны, шампуни, маски, гели, краски для волос, и в других аналогичных продуктах.

В последнее время в рецептуру косметических композиций активно вводят разнообразные биологически-активные добавки (БАД), оказывающие регуляторное воздействие на биохимические процессы и функциональные нарушения кожного покрова. В качестве БАД используют витамины, ферменты, фосфорсодержащие вещества, экстракты растений, животного сырья, продукты пчеловодства и др.

Экстракты растений представляют значительный интерес благодаря их дешевизне, доступности, широкому спектру содержащихся в них полезных компонентов и высокой эффективности действия. Наиболее привлекательны экстракты, которые содержат вещества как липофильной природы (содержащие каротиноиды, токоферолы, филлохиноны, флаваноиды, стероиды, терпеноиды, которые обладают высокой антиокислительной активностью и, имея высокое сродство с клеточными мембранами кожи, предотвращают избыточное окисление липидов кожи), так и водорастворимые компоненты (полисахариды, энзимы, флавоноиды, танины, витамин C, полифенолы и т.п., оказывающие антисептическое, питающее, увлажняющее действие на кожу).

Эти экстракты могут быть водными (например, отвары), масляными, спиртовыми (глицериновыми или пропиленгликолевыми) или полученными с помощью органических растворителей. Для экстрагирования могут применяться растворители как полярные (хлороформ, эфир и им подобные), так и неполярные (четыреххлористый углерод, перхлорэтилен, гексан и аналогичные углеводороды, петролейный эфир, бензин и т.п.) При этом различные растворители экстрагируют лишь вполне определенные компоненты растительного сырья.

Масляные и спиртовые экстракты из растений известны и широко применяются в фармацевтической (медицинской) промышленности и в косметике.

Из RU 2021801, 30.10.1994 известен способ получения растительного экстракта, обладающего свойством регенерировать клетки кожи, путем экстракции сырья чистым этанолом или его водными смесями. Экстракции подвергают цветы, соцветия, плоды, корни или кору растений, при этом используют этанол 70-100%, предпочтительно 96%, экстракцию ведут при температуре 50°C до тех пор, пока содержимое сухого вещества экстракта не перестанет увеличиваться, при соотношении этанола к частям растений от 3:1 до 12:1, далее экстракт стерилизуют фильтрацией и доводят содержимое сухого вещества экстракта растения до 0,01-0,01 мас.% добавлением этанола.

Известен способ получения средства, обладающего ранозаживляющей активностью, из листьев дягиля низбегающего (Archangelica deccureus) /a.c. СССР N1228861, опублик. В БИ N17, 1986 г./. Средство получают путем экстракции листьев растения спиртом с последующим упариванием экстракта.

Недостатком упаривания способа является применение спирта для экстракции биологически активных веществ, что ограничивает сферу применения данного средства для косметических и фармацевтических целей.

Известен также способ приготовления фармакологического препарата для лечения мастита из отвара и настоя следующих лекарственных трав, взятых в равных массовых долях: ромашки, цветков календулы, крапивы двупольной, золототысячника зонтичного, сосновых почек, подорожника большого, березовых почек, душицы, бальзамина, дягиля, одуванчика и череды трехраздельной /заявка РСТ N90/13305, кл. A61K 35/78, опублик. 15.11.1990/. Препарат получают путем смешивания отвара сырья и настоя на нашатырном спирте указанного сырья в соотношении, обеспечивающем pH≥7,4.

Недостатком способа является введение в состав большого количества компонентов, что усложняет процесс приготовления, а также использования спирта в рецептуре, что ограничивает возможности применение препарата.

Из RU 2141312, 20.11.1999 известно косметическое средство для ухода за кожей лица, в котором в качестве одного из компонента (одного из основных биологически-активных компонентов) используют хлороформные экстракты трав ромашки и мяты.

Экстракция хлороформом растений ромашки и мяты позволяет извлечь из них не только витамины A, E, K, D, ненасыщенные жирные кислоты, азулены, но также и фосфо- и гликолипиды.

Недостатком применения растворителей является необходимость их тщательного удаления из конечного продукта, что является весьма неудобной технологической процедурой, связанной с ректификацией и отгонкой. Часто удалить растворители полностью вообще не удается. Конечный продукт может оказаться загрязненным примесями, которые часто содержатся в органических растворителях, особенно технической квалификации.

Недостатки спиртовой экстракции общеизвестны. Это, в первую очередь, повышенное выделение балластных компонентов и растительных пигментов. Эффективная экстракция хлорофиллов и флавоноидов из растительного сырья и зеленой массы приводит к нежелательному окрашиванию конечного продукта.

Масляные экстракты из растений также известны и широко применяются в медицине и в косметике.

Масляный экстракт зверобоя продырявленного давно известен как эффективное ранозаживляющее средство, а также применяется при терапии язвенных и воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Масляный экстракт цветов календулы содержит комплекс природных каротиноидов и применяется как наружное средство и внутрь. Масляный экстракт цветов ромашки содержит малорастворимые биологически активные вещества (БАВ) и входит в состав косметических кремов и лекарственных мазей.

В частности, из патента Швейцарии (СН) N680570, 30.09.1992 известен способ получения экстракта масла зверобоя. Способ получения заключается в следующем. Смесь травы и цветков зверобоя и цветков ромашки, взятых в пределах от 1:20 до 20:1, предварительно измельченную механическим методом, экстрагируют маслом растительным (кукурузным, соевым, подсолнечным, пшеничных побегов и др.) при 20°C в течение 24 ч при интенсивном перемешивании. Экстракт отфильтровывают, и фильтр используют для приготовления косметических и дерматологических препаратов.

Недостатком этого способа является относительно низкая концентрация и степень извлечения биологических активных веществ (БАВ). Кроме того, в шроте остается значительная часть БАВ, труднорастворимых в масле, но растворимых в спирте и водно-спиртовых смесях, - флавоноидов, дубильных веществ, гиперицина.

Известно получение водных экстрактов из растительного сырья. В частности, из RU 1836098, 1993 способ получения лекарственного средства, обладающего противовоспалительной и ранозаживляющей активностью.

В этом способе в качестве растительного слоя используют ромашку аптечную, календулу лекарственную, корку дуба обыкновенного, чистотел большой, сушеницу топяную и пастушью сумку обыкновенную при массовом соотношении компонентов 3:1:4:1:2:1,5 соответственно. Растительное сырье сушат и измельчают, после чего осуществляют дробную водную экстракцию растительного сырья путем трехэтапной заливки его кипящей водой с последующим настаиванием смеси. Полученный на последнем этапе настой доливают кипятком и кипятят 20 мин на малом огне. Средство в виде настоя и отвара используют наружно для лечения гнойно-воспалительных заболеваний, преимущественно мочеполовой системы.

Недостаток способа состоит в использовании большого количества компонентов и выполнении большого числа операций при экстрагировании лечебно-активных веществ из растительного сырья. Задачей, которою решает изобретение, является создание простого способа получения нового лекарственно средства, обладающего высокой противовоспалительной и ранозаживляющей активностью.

Вместе с тем, использование водно-жировых экстрагентов (эмульсией или дисперсией) приводит к качественно отличным результатам. Известно применение водно-спирто-жировой дисперсии для экстракции из растительного сырья (Патент РФ №2140789, 10.11.1999). В качестве жировой фазы в дисперсии используется свиной жир. Недостатком данного метода является применение этанола и необходимость разделения смеси для последующего применения экстракта. Использование свиного жира ограничивает последующее применение полученных экстрактов в косметике.

Эффективность существующих методов экстракции водой и органическими растворителями может быть заметно повышена применением ультразвука (Патент РФ №2390364, 27.05.2010).

Однако ультразвуковое стимулирование приводит к повышенному содержанию балластных веществ в экстракте и частичному разложению активных компонентов.

Из RU 2355193, 20.05.2009 и RU 2358475, 20.05.2009 известны способы получения молочно-растительного экстракта из ягод барбариса (RU 2355193) и ягод калины (из RU 2358475) с использованием молочной сыворотки. Способ предусматривает измельчение дикорастущих ягод барбариса (или ягод калины), экстрагирование измельченной мезги и фильтрацию. При этом ягоды заливают молочной сывороткой в соотношении сырья и растворителя 1:10-1:20. Экстракцию проводят при температуре 40°C или 60°C в течение 1 ч - 1 ч 30 мин. Затем осуществляют фильтрацию - отделение экстракта от шрота. Данный молочно-растительный экстракт используют в качестве пищевой добавки при приготовлении хлебобулочных продуктов.

Из RU 2409280, 20.01.2011 известно использование в качестве экстрагентов творожной или подсырной сыворотки при получении порошкового продукта столовой свеклы с высоким содержанием пектиновых веществ.

Данный известный способ включает обработку предварительно измельченного до размера частиц 1,5-2,0 мм жома столовой свеклы водой, подкисленной лимонной кислотой до pH 3,5-3,8 при температуре 95-100°C в течение 60-90 мин, его экстракцию творожной или подсырной сывороткой в течение 60-80 мин при температуре 90-95°C и давлении 0,2-0,3 МПа, соотношение жома столовой свеклы, воды, подкисленной лимонной кислоты, и творожной или подсырной сыворотки составляет 1:2:5÷1:2:6, полученный экстракт смешивают с экстрактом, полученным путем обработки предварительно измельченной листовой массы столовой свеклы творожной или подсырной сывороткой в соотношении 1:7÷1:12 при температуре 65-70°C и давлении 0,2-0,3 МПа в течение 60-80 мин, экстракты смешивают в соотношении 80-90÷20-10, выпаривают до содержания сухих веществ 12-15% и сушат до влажности 3-5%.

Данный способ касается получения пищевой добавки, используемой в пищевой промышленности, и достаточно сложен.

Технической задачей заявленного изобретения является создание эффективного, экологически чистого и безопасного способа получения растительных экстрактов с высокой биологической активностью, повышение степени извлечения липидных компонентов, используемых для приготовления средств фармацевтической и косметической промышленности, и расширение ассортимента средств при получении растительных экстрактов.

Итак, техническим результатом способа по изобретению является получение растительных экстрактов экологически безопасных с повышенным содержанием биологически-активных компонентов.

Поставленная техническая задача достигается способом получения водно-жирового экстракта из растительного сырья, включающего травы и/или цветы трав, водно-жировой экстракцией натуральными экстрагентами, включающим предварительное смачивание или увлажнение растительного сырья деионизированной водой и последующую экстракцию влажного или набухшего сырья методом перколяции в прямоточном перколяторе или в статическом режиме в смесителе с помощью использования в качестве экстрагента водно-жировой эмульсии с содержанием жировой фазы (жирностью) 3-15% мас., выбранной из группы, включающей цельное натуральное молоко, молочную сыворотку, творожную сыворотку или смеси их, при соотношении растительного сырья и экстрагента от 1:25 до 1:10, при этом экстракцию проводят при 10-80°C в течение 2-24 ч.

При осуществлении экстракции методом перколяции экстрацию осуществляют путем многократного пропускания экстрагента через подготовленное растительное сырье в прямоточном перколяторе.

Согласно изобретению экстракцию могут осуществлять в статичном режиме в смесителе методом, аналогичном процессу настаивания при условиях (время, температура, соотношения сырья и экстрагента), указанных выше.

В качестве растительного сырья используют, например, различные травы и цветки зверобоя, ромашки аптечной (цветы), цветы календулы, траву шалфея и др. как в измельченном виде, так и без предварительного измельчения. Растительное сырье используют как свежее, так и высушенное.

Полученные экстракты являются стабильными коллоидными системами и могут быть использованы в косметических и фармацевтических средствах и препаратах непосредственно без предварительного разделения фаз.

Ниже представлены конкретные примеры осуществления способа по изобретению, иллюстрирующие его, но не ограничивающие объем притязаний.

Пример 1. Высушенная и измельченная масса ромашки обыкновенной (Matricaria recutita L) была смочена предварительно деионизированной водой. Далее увлажненную (или набухшую) массу загружают в прямоточный перколятор и осуществляют экстракцию с помощью водно-жировой смеси - натурального коровьего молока с жирностью (содержанием жировой фазы) 6% при 70°C в течение 6 часов. Экстракцию осуществляют при соотношении растительного сырья и экстрагента 1:10 (на 1 кг 100 г толченого сырья).

Анализ полученного экстракта проводили на жидкостном хроматографе. Доля активных веществ в ВЖС (водно-жировой смеси) экстракта была представлена 49 соединениями, без каких-либо примесей неприродного характера. Содержание активных веществ составило 0,21%. В экстракте широко представлена терпеноидная фракция (34,8%), представленная циклическими сесквитерпенами b- и a-фарензеном (10,03%); b-кубененом, гермакреном, лепидозеном (0,7%); неофитодиеном, тетрагидроиононом, мюристином, b-сесквифелландреном (0,22%); метокси кумарином (1,6%); нафталиндиолом и спатуленолом (1,74%) и дициклоэфиром (18,58%). Самым высоким, по сравнению с известными остальными экстрактами, было содержание бисаболола (13,9%) и хамазулена (0,3%), причем последний был обнаружен еще только в водно-спиртовом экстракте в количестве 0,29%.

Пример 2. В прямоточный перколятор по примеру 1 было загружено 400 г высушенного сырья розмарина, предварительно смоченного деионизированной водой, после чего проводилась экстракция натуральным молоком жирностью 3,2%. После чего методом ВЭЖХ было установлено, что полученный экстракт содержал 8% терпеноидов и не менее 4,5% дубильных веществ.

Процесс экстракции осуществляют при 70°C в течение 4 часов при соотношении растительного сырья и экстрагента 1:10, путем многократного пропускания экстрагента через растительное сырье.

Пример 3. Процесс осуществляют, как в примере 1, только в качестве растительного сырья используют цветы календулы (неизмельченные), предварительно смоченные (увлажненные) деионизированной водой. В качестве экстрагента используют смесь молока натурального и молочной сыворотки (в соотношении 1:1) с содержанием жировой фазы 8%. Соотношение между растительным сырьем и экстрагентом 1:10, процесс осуществляю при 80°C в течение 2 часов. Методом ВЭЖХ установлено содержание в экстракте 8% терпеноидов и не менее 4,5% дубильных веществ.

Пример 4. Осуществляют аналогично примеру 1. В качестве растительного сырья используют траву и цветы зверобоя (измельченные). В качестве экстрагента смесь молока и сыворотки творожной (соотношение 1:1) с жирностью 15% при соотношении растительного сырья и экстрагента 1:10, температуре 10°C в течение 24 часов.

Методом ВЭЖХ установлено наличие в полученном экстракте ценных биологически-активных веществ: терпеноиды и дубильные вещества в сумме 12%, каротин 10%, витамин C - 3,2%.

Пример 5. Осуществляют способ по примеру 1, но в качестве экстрагента используют молочную сыворотку при соотношении растительного сырья (высушенная и измельченная масса ромашки аптечной), предварительно смоченную деионизированной водой. Соотношение сырья и экстрагента 1:20. Процесс осуществляют при 40°C в течение 3 часов.

Методом ВЭЖХ установили содержание активных веществ в экстракте: дубильные вещества и терпеноиды - 13,5%, каротины - 14,1%, компоненты полифенольного ряда - 2,7%, витамин C - 2,1%.

Пример 6. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но только экстракцию осуществляют в статическом режиме в смесителе методом настаивания в указанных условиях: при 70°C, с использованием в качестве экстрагента 6%-ного коровьего молока при перемешивании в течение 6 часов (стоит, перемешивают, настаивают).

Методом ВЭЖХ установили содержание в экстракте ценных биологически активных веществ: полифенолы - 3,5%, каротины - 8,0%, терпеноиды - 7,5%, витамин C - 1,5%.

Ниже представлены контрольные (сравнительные примеры) осуществления экстракции растительного сырья с помощью других известных экстрагентов, отличных от тех, которые используют в заявленном способе.

Пример 7. Получение масляного экстракта (МС).

Высушенная и измельченная масса ромашки обыкновенной (Matricaria recutita L) была загружена в прямоточный перколятор и экстрагирована оливковым маслом в течение 6 часов при температуре 80°C. После проведения процесса экстракции МС был охлажден до температуры 18°C и тщательно профильтрован через специальный пресс-фильтр. После чего состав МС экстракта был изучен методом ВЭЖХ.

Анализ проводили на жидкостном хроматографе «STAER» на колонке LunaC18 производства «Phenomenex», США в обращенно-фазовом режиме с детектором UV-VIS. Использовался элюент состава вода-ацетонитрил-метанол. Содержание экстрагированных веществ из данного вида сырья составило 0,13%. Было выявлено 41 соединение, из них 3 соединения нежелательных примесей-фталатов. Ароматическая фракция представлена четырьмя сесквитерпенами: фаранзеном (0,32%), бисабололом (1,41%), метокси кумарином (0,6%) и дициклоэфиром (1,23%) и составила небольшой процент (3,56% от всех определенных веществ). Фракция полиненасыщенных жиров представлена кислотами и солями этих кислот такими, как пальмитиновая, линолеиновая, олеиновая, стеариновая и составила более 80%. Не было выявлено высокомолекулярных спиртов, входящих в состав восков. Отмечено определенное содержание токоферолов - 24,37% и стеролов (кампестерол, ситостерол, стигмастерол) - 17,95%.

Пример 8. Получение водно-спиртового экстракта (ВС).

Высушенная и измельченная масса ромашки обыкновенной (Matricaria recutita L) была загружена в прямоточный перколятор и экстрагирована водно-спиртовой смесью, содержащей 70% этанола, 6 часов при температуре 75°C. После проведения процесса экстракции масляный экстракт был охлажден до температуры 18°C и тщательно отфильтрован на нуч-фильтре. После чего состав экстракта был изучен методом ВЭЖХ в соответствие с п.1.1.

В результате в водно-спиртовом экстракте ромашки общее количество веществ составило 28 соединений, из них только 19 являлись биологически активными. В экстракте обнаружена примесь из уксусной кислоты, глицерина, оксифенолов, этилфталатов, следов ацетона и некоторых других веществ, составивших 4,89%. Отмечено присутствие природного консерванта - бензойной кислоты.

Пример 9. Получение пропиленгликолевого (ПГ) экстракта. Экстракцию проводили в прямоточном перколяторе аналогично примерам 6-7 при температуре 85°C. Полученный экстракт охлаждали и фильтровали на пресс-фильтре. Анализ проводили на жидкостном хроматографе в соответствие с п.1.1.

В ПГ экстракте данного сырья доля ПГ составила 99,87%. Доля примесей фталатов, входящих в состав резины, - 0,023%. Единственное обнаруженное биоактивное соединение, согласно хроматограмме, - метокси кумарин - составило 0,049% от всего экстракта.

Пример 10. В прямоточный перколятор было загружено 400 г высушенного сырья розмарина, после чего проводилась экстракция водно-пропиленгликолевым раствором в течение 4 часов при температуре 70°C. Методом ВЭЖХ было установлено, что в раствор было проэкстрагировано 1,5% терпеноидов и 4,0% дубильных веществ.

Анализ хроматограмм экстрактов указанного растительного сырья, полученных при помощи ВЖС-экстракции (экстракции из водно-жировой смеси), масляной, ВС, ПГ экстракций, показал, что наиболее полное извлечение биоактивных веществ из растительного сырья происходит при ВЖС-экстракции. На втором месте по эффективности экстрагирования находится ВС и на третьем - масляная экстракции. Самым бедным по обнаруженному количественному и качественному составу липофильных соединений является ПГ способ экстрагирования.

Несмотря на то, что состав ПГ экстрактов сопоставим с ВС с некоторым сдвигом в неполярную область, репрезентативный состав первого был весьма беден, возможно, за счет большого сдвига данных растворителей в полярную область.

Таким образом, ВЖС-экстракция способствовала извлечению из исходного сырья - цветков ромашки - БАВ в наиболее полном липофильном составе. В состав экстракта входят фенольные соединения (кумарин), вторичные монотерпеновые спирты, сесквитерпены, дитерпеновые спирты (фитол), а также их производные. Тритерпеноидная фракция представлена высокомолекулярными спиртами, стероидами, жирорастворимыми витаминами и их аналогами (токоферолы и моретенол), а также полиненасыщенными жирными кислотами. Все группы соединений представлены равномерно. Следует отметить относительно высокое содержание витамина E, стеролов, а также воскоподобных соединений.

При использовании в качестве растворителя CO₂ не образуется никаких органических примесей, в отличие от использования других растворителей, рассмотренных в данной серии экспериментов. Изменение параметров давления и температуры изменяет селективность экстрагента в ту или иную сторону.

Количество биологически активных соединений в масляном и ВС экстрактах ромашки примерно равно. В составе масляного экстракта не представлена группа легких эфиров, и очень скудна фракция тритерпенов, отсутствуют высокоатомные спирты. Основная массовая доля масляного экстракта представлена полиненасыщенными жирными кислотами и их солями, а так же жирорастворимым витамином Е, токоферолами (24,37%). Отмечено относительно высокое содержание стероидных соединений.

В ВС экстракте основную долю составляет этанол (81,3%). В составе экстракта обнаруживаются примеси низкомолекулярных альдегидов (бутаналь), уксусной кислоты, ацетона и фталатов. Основными компонентами БАВ были высокомолекулярные спирты, и также спирты класса терпенов, качественный состав которых значительно менее богат, чем при CO₂-экстракции. Фракция липидов в масляном и ВС экстрактах представлена частично кислотами, но в основном солями ПНЖК. Наблюдается сдвиг в качественном составе в сорону спирторастворимых соединений: спиртов, солей, эфиров.

Наиболее бедным, согласно хроматограмме, по содержанию БАВ, оказался ПГ экстракт. Основная доля принадлежала ПГ (до 99,9%). В результате проведения хроматографического анализа ПГ экстракта было обнаружено близко к следовому количеству метоксикумарина (0,01%).

Таким образом, полученные способом по изобретению экстракты являются стабильными коллоидными системами и могут быть использованы в косметических препаратах без предварительного разделения фаз.

Молочные экстракты могут быть эффективно применены в следующих косметических продуктах: крема, бальзамы, лосьоны, шампуни, гели, пены и др. аналогичные продукты. Введение молочных экстрактов в косметические продукты позволяет достичь более высокой коллоидной стабильности препарата, более специфического и продолжительного косметического действия на кожу и волосы, чем введение экстрактов, полученных традиционными методами.

В процессе исследований было установлено, что при экстракции натуральным молоком следующего растительного сырья:

- травы и цветов зверобоя;

- цветков ромашки аптечной;

- цветов календулы;

- травы шалфея;

- травы розмарина

концентрация липидных компонентов в экстракте оказалась в 2-5 раз выше, чем при использовании традиционного метода масляной экстракции. Полная степень извлечения липидных компонентов по предлагаемому изобретению приближалась к 90%. Экстракт содержал практически те же компоненты - флаваноиды, дубильные вещества, гиперицин и др., которые извлекаются при экстракции водно-пропиленгликолевыми смесями без эмульсионной фазы в аналогичных условиях.

1. Способ получения водно-жирового экстракта из растительного сырья, включающего травы и/или цветы трав, водно-жировой экстракцией натуральными экстрагентами, включающий предварительное смачивание или увлажнение растительного сырья деионизированной водой и последующую экстракцию влажного или набухшего сырья методом перколяции в прямоточном перколяторе или в статическом режиме в смесителе с помощью использования в качестве экстрагента водно-жировой эмульсии с содержанием жировой фазы 3-15 мас.%, выбранной из группы, включающей цельное натуральное молоко, творожную сыворотку или смеси их или смесь их с молочной сывороткой, при соотношении растительного сырья и экстрагента от 1:10 до 1:25, при этом экстракцию осуществляют при 10-80°C в течение 2-24 ч.

2. Способ получения водно-жирового экстракта по п.1, отличающийся тем, что экстракцию проводят путем многократного пропускания указанного экстрагента через подготовленное растительное сырье в прямоточном перколяторе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракцию проводят в смесителе в статичном режиме, аналогичном методу настаивания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что растительное сырье используют в измельченном или в неизмельченном виде.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют свежее или высушенное растительное сырье.