Экстракты кофе в качестве ингредиентов пищевых продуктов, лекарств, косметических средств, пищевых добавок и биопрепаратов

Экстракты кофе в качестве ингредиентов пищевых продуктов, лекарств, косметических средств, пищевых добавок и биопрепаратов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные заявки

Приоритет настоящей заявки основан на предварительной заявке US 61/392828, поданной 13 октября 2010 г., которая в порядке ссылки во всей полноте включена в настоящую заявку.

Область техники

Изобретение относится к веществам или экстрактам кофе в качестве ингредиентов пищевых продуктов, лекарств, косметических средств, пищевых добавок и биологических препаратов, а также к соответствующим способам.

Уровень техники

Неочищенный кофеин является одним из основных побочных продуктов удаления кофеина из сырых зерен кофе. Поскольку на кофе без кофеина приходится около 10% общего потребления кофе, ежегодно производятся тысячи тонн неочищенного кофеина. Помимо кофеина в сырых зернах кофе содержатся разнообразные биологически активные фитохимические вещества, включая хлорогеновые кислоты (Michael, N. С., Journal of the Science of Food and Agriculture 1999, 79, 362-372) и кофейные масла (Araujo, J.М.А. и Sandi, D., Food Chemistry 2007, 101, 1087-1094). "Фито-" в слове фитохимический происходит от греческого слова phyto, которое означает растение; соответственно, фитохимические вещества являются химическими веществами растительного происхождения. В процессе удаления кофеина неизбежно удаляются некоторые из не содержащих кофеин фитохимических веществ, что придает неочищенному кофеину желто-зеленый цвет.

Неочищенный кофеин является исходным сырьем для производства чистого кофеина, который используется в напитках, пищевых продуктах и лекарственных препаратах; не содержащие кофеин остатки обычно выбрасываются как отходы. В свете множества исследований, продемонстрировавших пользу содержащихся в кофе фитохимических веществ (Svilaas, А. et al., Journal of Nutrition 2004, 134, S62-S67; Daglia, M. et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry 2000, 48, 1449-1454), авторы изобретения предположили, что неочищенный кофеин также может оказывать благоприятное действие за счет присутствии этих не содержащих кофеин компонентов.

Авторами был осуществлен анализ неочищенного кофеина на содержание фенольных соединений, гидрофильную и липофильную способность поглощать радикалы кислорода (ORAC_гидро и ORAC_липо) способность защищать клетки первичных нейронов мышей от вызванного перекисью водорода некроза, антигипергликемическое действие на культивированные клетки скелетных мышц человека и адипоциты и ингибирующее действие против циклооксигеназы-2 (COX-2), являющейся мощным посредником воспаления. С целью определения химических структур биологически активных соединений в неочищенном кофеине было осуществлено ориентированное на активность фракционирование противоокислительных соединений с последующим анализом данных мониторинга множественных реакций (MMM) методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖК-МС).

Сущность изобретения

В первом варианте осуществления предложена композиция, представляющая собой готовый пищевой продукт, состоящий из извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, в которой соотношение полифенолов и кофеина составляет около 20, 10-30 или 40 или более 10.

В родственном варианте осуществления предложена композиция согласно первому варианту осуществления, в которой фитохимической фракцией является ультраконцентрат процесса фильтрации водной суспензии неочищенного кофеина, а неочищенным кофеином является продукт удаления кофеина из сырых зерен кофе.

В другом родственном варианте осуществления предложен способ изготовления готового пищевого продукта, включающий добавление в пищевой продукт или в компонент пищевого продукта извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, которой является фитохимическая фракция согласно первому варианту осуществления или родственному ему варианту осуществления, в результате чего получают готовый пищевой продукт.

Во втором варианте осуществления предложена композиция, представляющая собой готовую лекарственную форму, состоящую из извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, в которой соотношение полифенолов и кофеина составляет около 20, 10-30 или 40 или более 10.

В родственном варианте осуществления предложена композиция согласно второму варианту осуществления, в которой фитохимической фракцией является ультраконцентрат процесса фильтрации водной суспензии неочищенного кофеина, а неочищенным кофеином является продукт удаления кофеина из сырых зерен кофе. В другом родственном варианте осуществления предложен способ изготовления готовой лекарственной формы, включающий добавление в лекарственное средство или компонент лекарственного средства извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, которой является фитохимическая фракция согласно второму варианту осуществления или родственному ему варианту осуществления, в результате чего получают готовую лекарственную форму.

В третьем варианте осуществления предложена композиция, представляющая собой готовое косметическое средство, состоящее из извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, в которой соотношение полифенолов и кофеина составляет около 20, 10-30 или 40 или более 10.

В родственном варианте осуществления предложена композиция согласно третьему варианту осуществления, в которой фитохимической фракцией является ультраконцентрат процесса фильтрации водной суспензии неочищенного кофеина, а неочищенным кофеином является продукт удаления кофеина из сырых зерен кофе. В другом родственном варианте осуществления предложен способ изготовления готового косметического средства, включающий добавление в косметическое средство или в компонент косметического средства извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, которой является фитохимическая фракция согласно третьему варианту осуществления или родственному ему варианту осуществления, в результате чего получают готовое косметическое средство. В четвертом варианте осуществления предложена композиция, представляющая собой готовую пищевую добавку, состоящую из извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, в которой соотношение полифенолов и кофеина составляет около 20, 10-30 или 40 или более 10.

В родственном варианте осуществления предложена композиция согласно четвертому варианту осуществления, в которой фитохимической фракцией является ультраконцентрат процесса фильтрации водной суспензии неочищенного кофеина, а неочищенным кофеином является продукт удаления кофеина из сырых зерен кофе.

В другом родственном варианте осуществления предложен способ изготовления готовой пищевой добавки, включающий добавление в пищевую добавку или в компонент пищевой добавки извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, которой является фитохимическая фракция согласно четвертому варианту осуществления или родственному ему варианту осуществления, в результате чего получают готовую пищевую добавку.

В пятом варианте осуществления предложена композиция, представляющая собой готовый биопрепарат, состоящий из извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, в которой соотношение полифенолов и кофеина составляет около 20, 10-30 или 40 или более 10.

В родственном варианте осуществления предложена композиция согласно пятому варианту осуществления, в которой фитохимической фракцией является ультраконцентрат процесса фильтрации водной суспензии неочищенного кофеина, а неочищенным кофеином является продукт удаления кофеина из сырых зерен кофе.

В другом родственном варианте осуществления предложен способ изготовления готового биопрепарата, включающий добавление в биопрепарат или в компонент биопрепарата извлеченной из неочищенного кофеина фитохимической фракции, которой является фитохимическая фракция согласно пятому варианту осуществления или родственному ему варианту осуществления, в результате чего получают готовый биопрепарат.

В шестом варианте осуществления предложен способ облегчения нейропротекции, включающий выявление пациента, нуждающегося в нейропротекции; и введение ему композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для облегчения нейропротекции.

В одном из вариантов осуществления, родственном шестому варианту осуществления, предложен способ облегчения нейропротекции, включающий: введение пациенту композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для облегчения нейропротекции; и оценку нейропротекции у пациента.

В седьмом варианте осуществления предложен способ ингибирования СОХ-2, включающий выявление пациента, нуждающегося в ингибировании СОХ-2; и введение ему композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для ингибирования СОХ-2.

В одном из вариантов осуществления, родственном седьмому варианту осуществления, предложен способ ингибирования СОХ-2, включающий введение пациенту композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для ингибирования СОХ-2; и оценку ингибирования СОХ-2 у пациента.

В восьмом варианте осуществления предложен способ стимулирования поглощения глюкозы, включающий выявление пациента, нуждающегося в стимулировании поглощения глюкозы; и введение композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для стимулирования поглощения глюкозы.

В одном из вариантов осуществления, родственном восьмому варианту осуществления, предложен способ стимулирования поглощения глюкозы, включающий введение композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления пациенту в количестве, эффективном для стимулирования поглощения глюкозы; и оценку стимулирования поглощения глюкозы у пациента.

В девятом варианте осуществления предложен способ лечения деменции или возрастных когнитивных расстройств, включающий выявление пациента, нуждающегося в лечении деменции или возрастных когнитивных расстройств; и введение ему композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для лечения деменции или возрастных когнитивных расстройств.

В одном из вариантов осуществления, родственном девятому варианту осуществления, предложен способ лечения деменции или возрастных когнитивных расстройств, включающий введение пациенту композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для лечения деменции или возрастных когнитивных расстройств; и оценку лечения деменции или возрастных когнитивных расстройств у пациента.

В десятом варианте осуществления предложен способ ингибирования воспаление, включающий выявление пациента, нуждающегося в ингибировании воспаления; и введение ему композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для ингибирования воспаления.

В одном из вариантов осуществления, родственном десятому варианту осуществления, предложен способ ингибирования воспаление, включающий: введение пациенту композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для ингибирования воспаления; и оценку ингибирования воспаления у пациента.

В одиннадцатом варианте осуществления предложен способ лечения сахарного диабета, включающий выявление пациента, нуждающегося в лечении сахарного диабета; и введение ему композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления, в количестве, эффективном для лечения сахарного диабета.

В одном из вариантов осуществления, родственном одиннадцатому варианту осуществления, предложен способ лечения сахарного диабета, включающий введение пациенту композиции согласно первому, второму, третьему, четвертому или пятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления в количестве, эффективном для лечения сахарного диабета; и оценку лечения сахарного диабета у пациента.

В двенадцатом варианте осуществления предложен способ согласно шестому или девятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления, в котором выявление или оценка осуществляется путем нейропсихологического обследования.

В тринадцатом варианте осуществления предложен способ согласно седьмому или десятому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления, в котором в котором выявление или оценка осуществляется на основании ревматологических критериев.

В четырнадцатом варианте осуществления предложен способ согласно восьмому или одиннадцатому вариантам осуществления или любому из родственных им вариантов осуществления, в котором выявление или оценка осуществляется путем определения содержания глюкозы в крови.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема дополнительной переработки неочищенного кофеина с целью снижения содержания кофеина и обогащения полифенолами с получением готового пищевого продукта в качестве конечного продукта,

на фиг.2 показана блок-схема неочищенного кофеина дополнительной переработки неочищенного кофеина с целью снижения содержания кофеина и обогащения полифенолами с получением готовой лекарственной формы в качестве конечного продукта,

на фиг.3 показана блок-схема неочищенного кофеина дополнительной переработки неочищенного кофеина с целью снижения содержания кофеина и обогащения полифенолами с получением готового косметического средства в качестве конечного продукта,

на фиг.4 показана блок-схема неочищенного кофеина дополнительной переработки неочищенного кофеина с целью снижения содержания кофеина и обогащения полифенолами с получением готовой пищевой добавки в качестве конечного продукта,

на фиг.5 показана блок-схема неочищенного кофеина дополнительной переработки неочищенного кофеина с целью снижения содержания кофеина и обогащения полифенолами с получением готового биопрепарата в качестве конечного продукта,

на фиг.6 показаны биологически активные соединения неочищенного кофеина, получаемого во время производства кофе,

на фиг.7 показано извлечение кофеина из кофе с использованием CO₂ в сверхкритическом состоянии,

на фиг.8 показано действие чистого кофеина (A) или неочищенного кофеина (B) на обработанные перекисью водорода клетки первичных нейронов мышей,

на фиг.9 показано стимулирование инсулином, неочищенным кофеином и чистым кофеином поглощения глюкозы клетками скелетных мышц человека и адипоцитами,

на фиг.10 показано ингибирование аспирином, обычным кофе, чистым кофеином и неочищенным кофеином СОХ-2,

на фиг.11 показано отделение нерастворимых в воде частиц от неочищенного кофеина,

на фиг.12 показана защита клеток первичных нейронов мышей от вызванного перекисью водорода некроза нерастворимыми в воде частицами,

на фиг.13 показано обнаружение химических веществ в нерастворимых в воде частицах путем мониторинга множественных реакций методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии; на фиг.13А - кофейной кислоты; на фиг.13Б - кумаровой кислоты; на фиг.13В - ванилиновой кислоты; на фиг.13Г - кверцетина; на фиг.13Д - катехина; на фиг.13Е - сложного глюкозного эфира абсцизовой кислоты; на фиг.13Ж - треонина.

Подробное описание изобретения

Ежегодно в процессе удаления кофеина из кофе производятся тысячи тонн неочищенного кофеина, при этом вместе с кофеином также удаляются фитохимические вещества. Авторами были определены следующие характеристики неочищенного кофеина, получаемого в результате удаления кофеина с использованием двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии (scCO₂): содержание фенольных соединений, гидрофильная и липофильная способность поглощать радикалы кислорода (ORAC_гидро и ORAC_липо); защита клеток нейронов от вызванного перекисью водорода некроза и способность стимулировать поглощение глюкозы и ингибировать циклооксигеназу-2 (СОХ-2). В неочищенном кофеине содержалось 10 мг эквивалента хлорогеновой кислоты (далее - СЕ)/грамм фенольных соединений, он имел значение ORAC_гидро 145 мкмоль тролокс-эквивалента (далее - ТЕ)/грамм и значение ORAC_липо 66 мкмоль ТЕ/грамм, но не повышал выживание обработанных перекисью водорода клеток первичных нейронов. Неочищенный кофеин в 1,45 раза увеличивал поглощение глюкозы культивированными клетками скелетных мышц человека и в 2,20 раза культивированными адипоцитами человека. Кроме того, неочищенный кофеин обладал более сильным ингибирующим действием на СОХ-2 (IC₅₀, 20 мкг/мл), чем аспирин (IC₅₀, 190 мкг/мл). Чистый кофеин не стимулировал поглощение глюкозы и не ингибировал СОХ-2. Авторами был разработан метод обогащения с целью отделения ингибиторов окисления от неочищенного кофеина в виде нерастворимых в воде частиц (WIP), которые в зависимости от дозы защищают клетки первичных нейронов от вызванного перекисью водорода некроза. Методом ориентированного на ORAC фракционирования WIP в сочетании с анализом путем ЖК-MC/MS было выявлено семь биоактивных компонентов: кофейная кислота, кумаровая кислота, ванилиновая кислота, кверцетин, катехин, сложный глюкозный эфир абсцизовой кислоты и треонин. Было обнаружено, что при сочетании WIP с α-токоферолом обеспечивается синергетический эффект.

Определения

Если не указано иное, используемые в описании термины имеют такое же значение, в котором их обычно используют специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение.

Согласно закону "О пищевых продуктах, лекарственных веществах и косметических средствах" (FD&C) термин "пищевой продукт" означает (1) изделие, употребляемое в пищу или в качестве напитка человеком или животным, (2) жевательную резинку и (3) изделие, используемое в качестве компонента любого такого изделия. Согласно закону "О пищевых продуктах, лекарственных веществах и косметических средствах" термин "лекарственное средство" означает изделие, признанное в официальной Фармакопее США, официальной Гомеопатической Фармакопее США или официальном Фармакологическом Справочнике или любом приложении к любому из перечисленного изделием, предназначенным для применения в диагностике, лечении, облегчении, терапии или предотвращении болезни у человека или животного, изделием (помимо пищевого продукта), предназначенным для оказания влияния на строение или любую функцию организма человека или животного, и изделием, предназначенным для применения в качестве компонента любого указанного выше изделия. Согласно закону "О пищевых продуктах, лекарственных веществах и косметических средствах" термин "косметическое средство" означает изделие, предназначенное для втирания, нанесения, разбрызгивания или распыления, введения или применения иным способом в организме человека или любой его части с целью очистки, ухода, усиления привлекательности или изменения внешнего вида, и изделие, предназначенное для применения в качестве компонента любого такого изделия. Согласно закону "О пищевых продуктах, лекарственных веществах и косметических средствах" термин "пищевая добавка" означает продукт, предназначенный для дополнения рациона и включающий или содержащий один или несколько из следующих диетических ингредиентов: витамин, минерал, травянистое или другое растение, аминокислоту, диетическое вещество для употребления человеком с целью дополнения рациона путем употребления с пищей или концентрат, метаболит, компонент, экстракт или сочетание любого из перечисленных ингредиентов.

Согласно правилам Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), термин биопрепарат означает подкласс лекарственных средств, отличием которых является биологическая технология их изготовления.

Данные определения служат для дифференциации лекарственного вещества и готовой лекарственной формы. Готовой лекарственной формы является готовая форма, например, в виде твердого перорального лекарственного средства, содержащего лекарственное вещество. Для подтверждения применимости лекарственных средств в целях диагностики, лечения, облегчения, терапии или предотвращения болезни проводятся исследования эффективности. Диагностика, лечение, облегчение, терапия или предотвращение не означают 100% эффективность. Точнее, диагностика, лечение, облегчение, терапия или предотвращения означают определенный уровень эффективности в пределах от 1% до 100%.

Согласно правилам Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), пищевые продукты подразделятся на следующие общие категории: выпечку и смеси для выпечки, включая все готовые к употреблению и готовые к выпеканию продукты, муку и смеси, требующие приготовления перед употреблением; алкогольные напитки, включая солодовые напитки, вина, дистиллированные напитки и смеси для коктейлей; безалкогольные напитки и основы для напитков, включая только особые или ароматизированные чаи, заменители кофе и ароматизированные фруктовые и овощные желатиновые напитки; зерновые завтраки, включая готовые к употреблению и быстрорастворимые и обычные горячие зерновые завтраки; сыры, включая творог и сывороточные сыры, сливочные, натуральные, тертые, плавленые, пастообразные сыры, сыры для соуса и различные сыры; жевательную резинку во всех формах; кофе и чай, включая обычный, без кофеина и быстрорастворимый; специи и приправы, включая обычные соусы и пасты для заправки, оливки, маринады и приправы, но не пряности или травы; сласти и сахарную глазурь, включая леденцы и ароматизированную сахарную глазурь, зефир, шоколад для выпечки и коричневый, кусковой сахар, сахар в головах, кленовый сахар, сахарный песок и нерафинированный сахар; аналоги молочных продуктов, включая искусственное молоко, замороженные или жидкие порошковые сливки, забеливатели для кофе, украшения десертов и другие искусственные молочные продукты; яйца, включая жидкие, замороженные или порошковые яйца и приготовленные из них блюда, т.е. яичные рулеты, фу юнг, яичный салат и замороженные комплексные блюда из яиц, но не свежие яйца; жиры и масла, включая маргарин, заправки для салатов, сливочное масло, салатные масла, кулинарный жиры и масла для жарки; рыбные продукты, включая все готовые основные блюда, салаты, закуски, замороженные комплексные блюда и пасты, содержащие рыбу, мясо ракообразных и другие водяных животных, но не свежую рыбу; свежие яйца, включая вареные яйца и блюда из яиц, приготовленные только из свежих натуральных яиц; свежую рыбу, включая только свежую и замороженную рыбы, мясо ракообразных и других водяных животных; свежие плоды и плодовые соки, включая только сырые плоды, цитрусовые, бахчевые и ягоды и домашние мармелады и пунши из них; свежее мясо, включая только свежую или замороженную в домашних условиях говядину или телятину, свинину, ягнятину или баранину и содержащие свежее мясо блюда домашнего приготовления, салаты, закуски или бутербродные пасты из него; свежую птицу, включая только свежую или замороженную в домашних условиях домашнюю птицу и дичь и содержащие свежую домашнюю птицу блюда домашнего приготовления, салаты, закуски или бутербродные пасты из нее; свежие овощи, томаты и картофель, включая только свежие овощи и овощи домашнего приготовления; замороженные молочные десерты и смеси, включая сливочное мороженое, молочное мороженое, шербеты и другие замороженные молочные десерты и блюда; фруктовый лед и мороженое, включая все виды фруктового льда и мороженого; желатины, пудинги, и наполнители, включая ароматизированы желатиновые десерты, пудинги, сладкие заварные кремы, парфе, начинки для пирогов и салаты на основе желатина; зерновые продукты и макаронные изделия, включая изделия и макарон и лапши, блюда из риса и замороженные комплексные блюда без мяса или овощей; подливки и соусы, включая все мясные соусы и подливки и томатные, молочные, масляные и деликатесные соусы; твердые леденцы и капли от кашля, включая все леденцы твердого типа; травы, семена, специи, приправы, смеси, экстракты и отдушки, включая все натуральные и искусственные специи, смеси и отдушки; джемы и желе домашнего приготовления, включая только джемы, желе, повидло, консервы и сладкие пасты домашнего приготовления; джемы и желе промышленного приготовления, включая только производимые в промышленных масштабах джемы, желе, повидло, консервы и сладкие пасты домашнего приготовления; мясные продукты, включая все мясные и содержащие мясо блюда, салаты, закуски, замороженные комплексные мясные блюда и ингредиенты для сэндвичей, приготовленные путем промышленной переработки или с использованием промышленно переработанного мяса для приготовления в домашних условиях; цельное и снятое молоко, включая только цельное, обезжиренное и снятое жидкое молоко; молочные продукты, включая ароматизированное молоко и молочные напитки, сухое молоко, украшения, крем-соусы, пасты, молочные продукты для контроля веса и другие продукты молочного происхождения; орехи и продукты из орехов, включая цельные или очищенные лесные орехи, арахис, кокос и ореховые и арахисовые пасты; продукты из растительного белка, включая продукты, относящиеся к категории "восстановленного растительного белка" согласно классификации Национальной академии наук/Национального научно-исследовательского совета, и изготовленные из растительных белков заменители, аналоги и наполнители мяса, домашней птицы и рыбы; продукты из домашней птицы, включая все блюда из домашней птицы и содержащие домашнюю птицу блюда, салаты, закуски, замороженные комплексные блюда из домашней птицы и ингредиенты для сэндвичей, приготовленные путем промышленной переработки или с использованием промышленно переработанной домашней птицы для приготовления в домашних условиях; переработанные плоды и плодовые соки, включая все промышленно переработанные плоды, цитрусовые, ягоды и смеси; салаты, соки и пунши из соков, концентрированные соки, разбавленные соки, мармелады и приготовленные из них напитки-заменители; переработанные овощи и овощные соки, включая все промышленно переработанные овощи, блюда из овощей, замороженные комплексные блюда из овощей и овощные соки и смеси; закусочные продукты, включая чипсы, претцели и другие новые закусочные; мягкие сласти, включая шоколадные батончики, шоколад, помадку, мятные сласти и другие жевательные сласти и нугу; супы домашнего приготовления, включая супы домашнего приготовления из мяса, домашней птицы, овощей и комбинированные; супы и суповые смеси, включая супы и суповые смеси промышленного приготовления из мяса, домашней птицы, овощей и комбинированные; сахар, белый, гранулированный, включая белый гранулированный сахар; заменители сахара, включая гранулированные, жидкие заменители сахара и заменители сахара в таблетках; и сладкие соусы, украшения десертов и сиропы, включая шоколадный, ягодный, плодовый, кукурузный сироп и кленовые сладкие соусы и украшения.

Удаления кофеина из сырых зерен кофе

Кофеин является физиологически активным компонентом кофе, который подробно изучен. Его открыл Рунге в 1820 году. Химическим названием этого пурина является 1,3,7-триметилксантин. Он представляет собой кристаллы игольчатой формы с температурой плавления 236°C. В зернах кофе содержится от 0,8 до 2,8% кофеина в зависимости от сорта и происхождения.

Разработан ряд технологий удаления кофеина с целью снижения содержания кофеина с сохранением желательных атрибутов кофейного напитка. Чтобы свести к минимуму потери вкуса и аромата, промышленное удаление кофеина в настоящее время осуществляют из сырых зерен кофе до их обжарки. Различные методы удаления кофеина можно разделить на три основные группы: удаление кофеина с использованием растворителя, удаление кофеина с использованием воды и удаление кофеина с использованием CO₂ в сверхкритическом состоянии.

В странах ЕС "кофе без кофеина" означает максимальную концентрацию кофеина 0,1% в пересчете на массу сухого вещества, а в США - менее 3% количества, изначально содержащегося в зернах кофе.

В принципе, все технологии удаления кофеина предусматривают пять стадий: разбухание сырых зерен под действием воды, чтобы придать растворимость комплексу кофеин-хлорогенат калия и сделать кофеин доступным для извлечения; извлечение кофеина из зерен с помощью растворителя; десорбцию паром с целью удаления из зерен всех остатков растворителя (если применимо); восстановление адсорбентов (если применимо); и сушку зерен кофе без кофеина до начального содержания влаги.

Удаление кофеина с использованием CO₂ в сверхкритическом состоянии

Концепция экстрагирования с использованием текучей среды в сверхкритическом состоянии была впервые признана в 1879 году. В статье Hannay, J.B. и Hogarth, J. (1879) Proc. Roy. Soc. London, 29, 324, сообщалось о том, что твердые соединения могут растворяться в текучей среде сверхкритическом состоянии. Почти во всех технологиях обработки пищевых продуктов с использованием текучей среды в сверхкритическом состоянии в качестве растворителя применяется CO₂. Плотная CO₂ является не только мощным растворителем широкого спектра соединений, представляющих интерес для пищевой промышленности, но также относительно инертной, недорогой, нетоксичной, пригодной для повторного использования, невоспламеняемой, легкодоступной с высокой степенью чистоты и не оставляющей остатков. Имеющая критическую температуру 31,1°C и давление 7,58 МПа (75,8 бар), CO₂ в близком к критическому и сверхкритическом состоянии может использоваться при температурах и давлениях, которые являются относительно безопасными, удобными и особо применимыми для экстрагирования термолабильных соединений (Palmer, M.V. и Ting, S.S. (1995) Food Chem., 52, 345-52). Растворимость соединения в сверхкритической текучей среде зависит от плотности растворителя, а также от физико-химического сродства растворяемого вещества к растворителю. Растворенные соединения могут восстанавливаться путем простого снижения давления или повышения температуры, чтобы снизить их плотность или путем адсорбции соединения на соответствующем адсорбенте. Тем не менее, одним из недостатков этой технологии следует признать высокие начальные капиталовложения и затраты на техническое обслуживание, связанные с работой под высоким давлением. Фактор затрат является наиболее важным для промышленного внедрения.

Применение сжатой CO₂ для удаления кофеина было впервые описано в середине 60-х годов (Zosel, K. (1965) Chem. Abstr., 63, 110456). Процесс предлагалось осуществлять при температуре 70-90°C и давлении 160-220 бар. Предлагались три возможных способа. (1) Увлажненные сырые зерна кофе смешивают с потоком CO₂ в сосуде высокого давления. Кофеин диффундирует из зерен в CO₂, которую подают в промывную башню, в которой кофеин поглощается водой. Через 10 часов повторения цикла почти весь кофеин растворяется в промывной воде, от которой он может быть отделен путем дистилляции. (2) Кофеин удаляют из текучей CO₂ с использованием условий экстрагирования, описанных в первом способе, путем подачи CO₂ через слой активированного угля, который поглощает кофеин. (3) Помещают смесь сырых зерен кофе и гранул активированного угля в сосуд высокого давления, в котором доводят температуру CO₂ до 90°C, а давление до 220 бар. Через 5 часов кофеин диффундирует из зерен через CO₂ непосредственно в активированный уголь. После экстрагирования зерна кофе отделяют от гранул активированного угля на вибрационном сите.

На основе этих трех способов было создано значительное количество разработок, предусматривающих усовершенствования процесса с точки зрения экономичности или качества.

Известно, что с 1979 года в Германии компанией HAG осуществляется удаление кофеина из сырых увлажненных зерен кофе с использованием CO₂ методом на основе второго описанного Zosel способа, в котором для экстрагирования кофеина используется влажная CO₂ в сверхкритическом состоянии (патент US 3879S69).

Сообщалось о применении одной из модификаций первого описанного Zosel способа на предприятии Schoeller-Bleckmann (Lack, E., Seidlitz, Н. и Того, Р. (1989) In: Proceedings of the 13th ASIC Colloquium (Paipa), стр.236-245, ASIC, Париж, Франция). Оптимальное увлажнение водой от 40% до 45% осуществляется путем введения в контакт с паром, водой или их сочетанием. На предприятии применяются экстракционные колонны высокого давления. Содержащий CO₂ растворенный кофеин поступает в адсорбционную колонну, в которой его удаляют противотоком пресной воды. Если требуемая степень удаления кофеина превышает 97% (как в США), после промывной колонны поток газа должен пройти через адсорбционную колонну с активированным углем. За счет применения каскада последовательных экстракторов гарантируется приемлемая постоянная концентрация кофеина в промывной воде.

В патенте GB 2235121 также описан способ, в котором увлажняют сырые сухие зерна кофе в реакторе высокого давления с использованием перенасыщенной (1-2% по весу H₂O) CO₂ в сверхкритическом состоянии. Удаление кофеина осуществляется послойно по всему реактору при влажности зерен около 35%, что считается оптимальным для процесса удаления кофеина. Вода, образующаяся в скруббере с кофеином, используется для перенасыщения и содержит кофейное масло и вкусоароматические компоненты кофе. Она также необязательно используется на второй стадии экстрагирования в противоток CO₂.

В ЕР 0482675 описана "система пульсирующего давления", в которой увлажненные зерна выдерживают в среде CO₂ в одном из трех или более экстракторов в течение от нескольких минут до нескольких часов под давлением 250 и при температуре 60°C. Затем быстро сбрасывают давление, что приводит к выбросу водного раствора кофеина на поверхность зерен. После восстановления в реакторе давления 250 и температуры 60°C через слой кофе по замкнутой системе прокачивают CO₂ и завершают удаление кофеина. Кофеин поглощают водой в промывной башне и отделяют путем испарения воды. Наконец, влажные зерна обрабатывают в центрифуге путем разбавления остаточного раствора кофеина и предварительной сушки зерен.

Эта система была усовершенствована в ЕР 0439710. Вместо CO₂ в сверхкритическом состоянии для удаления кофеина используют насыщенный CO₂ не содержащий кофеина экстракт сырых зерен кофе под давлением до 300 бар и при температуре до 110°C в течение от одного до нескольких часов. После быстрого сброса давления зерна в течение до 2 часов промывают жидкостью. Затем из насыщенного CO₂ содержащего кофеин экстракта сырых зерен кофе удаляют кофеин в промывной башне с использованием CO₂ в сверхкритическом состоянии. Отделяют кофеин от CO₂ в водопоглощающей башне.

Также сообщалось об экспериментах с использованием закиси азота в сверхкритическом состоянии вместо CO₂ в качестве растворителя для удаления кофеина (Brunner, G. (1987) In: Proceedings of the 12th ASIC Colloquium (Montreux), стр.294-305, ASIC, Париж, Франция). Она обладает более сильной растворяющей способностью, чем CO₂ за счет более высокой плотности при заданных условиях температуры и давления, чем CO₂ и относительно низкой критической температурой (336,5°C).

В случае неправильного обращения с закисью азота она способна неконтролируемо разлагаться, но в интервале температур, приемлемом для удаления кофеина, и обращение с закисью азота является безопасным, если избегать источников воспламенен