Способ получения концентрированного клеточного сока и средство для его получения - RU2358746C2

Описание

Изобретение относится к экстракции биологически активных веществ из растительного сырья и основано на применении сжиженной углекислоты.

Изобретение может быть использовано в фармацевтической, парфюмерно-косметической и пищевой промышленности.

Заявляемая группа изобретений предназначена для создания водной фракции растений, представляющей собой практически натуральный концентрированный клеточный сок, извлекаемый из свежесобранного растения с помощью сжиженной углекислоты. В уровне техники используется понятие «клеточный сок» [1].

Известно, что клеточный сок - это жидкость, выделяемая цитоплазмой живой растительной клетки, заполняющая ее вакуоли. В вакуолях содержится клеточный сок, который представляет собой воду с растворенными в ней минеральными и органическими веществами. Клеточный сок специфичен для семейства и даже для вида растений, зависит от условий произрастания, возраста растения и его отдельных клеток. Накопление клеточного сока внутри протоплазмы есть чисто физический процесс, могущий быть произведенным искусственно.

В уровне техники известно получение водных фракций (экстрактов) пихты [2], облепихи [3], калины [4] и т.п.

Способы их получения основаны, например, на перегонке с паром биологически активных веществ [2], экстракции растительного сырья органическим растворителем и разбавлении полученного экстракта водой [3] или водно-этанольной смесью [4], проведении экстракции растительного сырья под давлением в две стадии [5].

Так, в известном способе получения средства, повышающего резистентность организма [2], водный экстракт пихты получают путем обработки сырья острым паром в течение 1,5-2 ч, отводят образовавшуюся парогазовую смесь и отделяют водный экстракт от масла.

Недостатком данного способа является использование высокой температуры процесса, что приводит к разрушению витаминов и других биологически активных соединений, а также к малой стойкости получающегося экстракта.

В уровне техники известно применение сжиженной углекислоты в качестве экстрагента. Так в способе экстракции растительного сырья сжиженными газами [5] проведение экстракции растительного сырья осуществляется под давлением в две стадии, при этом проточную экстракцию осуществляют при давлении, превышающем давление заполнения, а сброс давления между стадиями проводят до давления заполнения. Условия проведения способа обеспечивают эффективную пропитку сырья, что способствует повышению степени извлечения необходимых компонентов из глубоких слоев сырья за более короткий промежуток времени.

Однако в данном способе в качестве целевых биологически активных компонентов получают каротиноиды, хлорофилловые соединения и иные необходимые компоненты, например, липидной фракции. В тот же время концентрированный клеточный сок в качестве целевого продукта отсутствует.

Известен способ получения экстрактов из растительного сырья с использованием сжиженной углекислоты [6]. Однако в данном способе водная фракция растительного сырья не выделяется как самостоятельный продукт и не используется для получения водной фракции - концентрированного клеточного сока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки коры хвойных деревьев [7], включающий измельчение, увлажнение и экстракцию сжиженным углекислым газом при повышенном давлении и комнатной температуре, разделение углекислотного экстракта на жирную и водную фракции, при этом водную фракцию экстрагируют хлороформом.

Однако в данном способе сжиженная углекислота применяется не для получения клеточного сока в нативном виде, а служит для извлечения воды, которая в начале процесса переработки используется для увлажнения коры и растворения мальтола, извлекаемого из коры хвойных деревьев.

Проведенный анализ показал, что в уровне техники неизвестно применение сжиженной углекислоты для получения концентрированного клеточного сока растений.

Задачей изобретения является получение концентрированного клеточного сока с использованием в качестве средства для его получения сжиженной углекислоты.

Технический результат - обеспечение возможности получения концентрированного клеточного сока. При этом повышается выход и качество полезных веществ растительного сырья за счет получения концентрированного клеточного сока в нативном виде.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем экстракцию измельченного сырья сжиженной углекислотой при комнатной температуре и выделении масляной фракции, экстракцию проводят при большом протоке сжиженной углекислоты исходя из пропорции не менее 1 л углекислоты на 1 г извлечения клеточного сока растений, а концентрированный клеточный сок получают путем отделения масляной фракции от водной фракции.

Технический результат достигается в основном за счет того, что в качестве средства для получения концентрированного клеточного сока растений применяют сжиженную углекислоту.

Предпочтительно проводить экстракцию сырья сжиженной углекислотой в экстракторе путем подачи сжиженной углекислоты из накопителя, установленного на высоте не менее 8-12 м над экстрактором.

Экстракцию сырья сжиженной углекислотой можно также осуществлять путем подачи сжиженной углекислоты дозировочным насосом.

Оптимально использовать для экстракции свежесобранное растительное сырье.

Экстракция сжиженной углекислотой обеспечивает селективное и достаточно полное выделение клеточного сока в виде водной фракции из растительного сырья, так как жидкая углекислота растворяет и воду и водорастворимые соединения. Это объясняется тем, что растворимость воды в жидкой углекислоте составляет 0,1%, т.е. для получения на выходе 1 кг (или литра) клеточного сока необходимо пропустить через растительное сырье 1000 кг жидкой углекислоты. Для выделения масляной фракции в количестве 1 кг достаточно нескольких десятков литров жидкой углекислоты. Поэтому для выделения клеточного сока в виде водной фракции необходимо в проточном экстракторе пропустить достаточно большое количество жидкой углекислоты. В обычных установках высота установки накопителя жидкой углекислоты над экстрактором составляет 0.5-1 м, поэтому проток экстрагента достаточен для выделения масляной фракции, но недостаточен для выделения водной фракции. По предлагаемому изобретению проток углекислоты может достигаться за счет высоты столба жидкости. Конструктивно это достигается созданием перепада давления за счет поднятия накопителя сжиженной углекислоты на высоту 8-12 м над экстрактором. Данную задачу можно решить также применением насоса высокого давления. Процесс экстракции происходит при комнатной температуре, что не приводит к деструктивным изменениям химических соединений, а клеточный сок, извлекаемый из свежесобранного растительного сырья с помощью сжиженной углекислоты под давлением, без температурной обработки представлен в нативном виде.

При этом в заявляемой группе изобретений для получения водной фракции растительного сырья вода не добавляется ни на одном из этапов процесса экстрагирования. Следовательно, водный экстракт представляет собой натуральный клеточный сок растения, подвергнутого экстракции, содержащий целый комплекс биологически активных веществ.

Использование сжиженной углекислоты для проведения процесса экстрагирования известно, однако ее применение в качестве средства для получения концентрированного клеточного сока в уровне техники не обнаружено. Общепризнанным считается извлечение из растительного сырья с помощью сжиженной углекислоты эфирных масел и других жирорастворимых компонентов растения. Однако в сжиженной углекислоте вода и водорастворимые вещества растений растворяются в малом количестве, вода (0,1%). При завершении процесса экстракции и удалении углекислого газа сбросом давления вода и водорастворимые вещества отторгаются масляной фракцией и выделяются в отдельную фазу. Так как количество проэкстрагированной воды и водорастворимых компонентов в известных технических решениях исчезающе мало, а целевым продуктом, как правило, является масляная фракция, то в патентной научно-технической литературе не обнаружены сведения о водных фракциях, извлекаемых с помощью сжиженной углекислоты. Следовательно, заявляемая группа изобретений удовлетворяет критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Способ выделения водного экстракта пихты осуществляют следующим образом. Измельченную растительную массу, предпочтительно свежесобранную, исчерпывающе экстрагируют сжиженной углекислотой при комнатной температуре и давлении 64±6 атм (достаточное время экстракции 3 ч) в проточном экстракторе с увеличенным протоком жидкой углекислоты за счет поднятия накопителя жидкой углекислоты над экстрактором на высоту 8-12 метров. Увеличение протока жидкой углекислоты через экстрагируемое растительное сырье обеспечивается за счет увеличения столба жидкой углекислоты над экстрактором, вследствие чего пропорционально увеличивается давление столба жидкости на сырье. Экспериментальные исследования показали, что при увеличении столба жидкости с 0,5-1 м, что обычно применяется в стандартных установках и в прототипе (для выделения иных целевых продуктов, например масляной фракции), до 8-12 м проток соответственно увеличивается в 8-24 раза, давление возрастает, что приводит к пропорциональному увеличению количества экстрагируемой воды и водорастворимых веществ.

Увеличение протока жидкой углекислоты через экстрагируемое растительное сырье может быть обеспечено также за счет использования дозировочного насоса. После получения углекислотного экстракта из него удаляют углекислый газ и получают суммарный экстракт, который при отстаивании или центрифугировании разделяется на две фракции - масляную и водную. Выход водной фракции углекислотного экстракта растения представляет собой клеточный сок с высокой концентрацией биологически активных веществ.

Использование предлагаемого способа позволяет получать экстракт водорастворимых соединений растений - клеточный сок без уменьшения их биологической активности. Это объясняется тем, что углекислотная экстракция растительного сырья не приводит к каким либо деструктивным изменениям органических молекул, потому что процесс происходит при комнатной температуре, а углекислый газ общепризнанно считается инертным газом.

Концентрирование клеточного сока с помощью применяемой сжиженной углекислоты объясняется следующим. Рассмотрим процесс концентрирования внутриклеточного сока при углекислотной экстракции на примере пихтолапки, как наиболее часто используемом сырье для производства углекислотного экстракта пихты. Эти рассуждения применимы и для любого другого растения. В 1000 кг свежесобранной пихтолапки содержится около 600 кг воды (влажность свежесобранной пихтолапки 55-65%). Экспериментальные данные показали, что в указанном сырье водорастворимых биологически активных компонентов, а именно аскорбиновой кислоты, мальтола, органических солей и др., содержится всего примерно 0,6 кг. Если гипотетически предположить, что произошло полное извлечение этих соединений вместе с водой, то получится внутриклеточный сок растения (600 кг с сухим остатком 0,1%). Проведение экспериментов по заявляемому способу и средству показало, что после пропускания 1000 кг жидкой углекислоты извлекается 1 кг воды и 0,6 кг водорастворимых соединений, т.е. способ позволяет получить концентрированный внутриклеточный сок растения, содержащий практически все водорастворимые компоненты растения. Проведенный анализ показал практическое отсутствие в проэкстрагированном сырье аскорбиновой кислоты и мальтола, что свидетельствует о полном извлечении водорастворимых компонентов, что соответствует содержимому клеточного сока. Экспериментальные исследования показали также, что полученный концентрированный сок растения имеет цифровое значение сухого остатка 3%, что свидетельствует об увеличении концентрации растворенных веществ в концентрированном клеточном соке в 30 раз. Если продолжать дальнейшее экстрагирование, то дополнительно выделяется практически только вода (1 кг на каждые 1000 кг углекислоты). Для полного выделения воды из 1000 кг пихтолапки потребовалось бы пропустить через экстрагируемое сырье 600000 кг жидкой углекислоты, что практически нереально и ненужно.

Процесс углекислотной экстракции не зависит или слабо коррелируется с температурой и давлением. Давление над жидкой углекислотой однозначно зависит от температуры, т.е. при повышении температуры пропорционально растет и давление. Комнатной температуре, находящейся, как правило, в пределах 15-30°С, соответствует давление 40-74 атм.

Практическая реализация способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. (Аналог) Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) подвергают перегонке с паром при температуре 100-180°С и давлении 1-2 атм в течение 10-24 ч. Выход эфирного масла - 1.45 кг (2.5% от массы исходной древесной зелени). Выход водной фракции 45 кг. Водная фракция содержит 0,009% сухого остатка.

Пример 2. Высушенную и измельченную до частиц не более 5 мм древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе с высотой столба жидкости 0,5 м сжиженным диоксидом углерода при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход 1.8 кг (3,1% от массы исходной древесной зелени). Водная фракция отсутствует.

Пример 3 (Прототип). Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в обычном проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход

1.2 кг (2,1% от массы исходной древесной зелени) масляной фракции. Водная фракция в количестве 80 г дает эмульсию с масляной фракцией, считается браком и после длительного отстаивания или центрифугирования обычно отбрасывается в виде влажного твердого продукта, используемого для выделения мальтола. Количество воды определялось весовым методом при высыхании влажной твердой «мальтольной массы». По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составляет 80 литров.

Пример 4. Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при большом протоке сжиженного диоксида углерода за счет поднятия накопителя сжиженного диоксида углерода на высоту 10 м над экстрактором при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход суммарного экстракта 2,3 кг (4,0% от массы исходной древесной зелени). После отстаивания или центрифугирования получают две фракции - масляную 1.4 кг (4%) и водную 0,9 кг (1,6%). По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составил 900 литров.

Продукт, получаемый по примеру 4, имеет вид темно-красного раствора, растворимого в воде, спирте. Сухой остаток 2,9%, т.е. по содержанию растворенных веществ данный продукт превосходит известные способы, в которых сухой остаток не превышает 0,016 из источника сведений [2] примерно в 300 раз. Содержание аскорбиновой кислоты - 750 мг/кг.

Пример 5. Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при большом протоке сжиженного диоксида углерода за счет поднятия накопителя сжиженного диоксида углерода на высоту 8 м над экстрактором при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход суммарного экстракта 2, 1 кг (3,6% от массы исходной древесной зелени). После отстаивания или центрифугирования получают две фракции - масляную 1.4 кг (2,4%) и водную 0,7 кг (1,6%). По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составил 700 литров.

Пример 6. Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при большом протоке сжиженного диоксида углерода за счет поднятия накопителя сжиженного диоксида углерода на высоту 12 м над экстрактором при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход суммарного экстракта 2,5 кг (4,3% от массы исходной древесной зелени). После отстаивания или центрифугирования получают две фракции - масляную 1.4 кг (2,4%) и водную 1,1 кг (1,9%). По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составил 1100 литров.

Пример 7. Свежесобранную зелень листа березы в количестве 2,7 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 52 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 21 г и водную 31 г.

Пример 8. Свежесобранную зелень крапивы в количестве 9.2 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 802 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 482 г и водную 320 г.

Пример 9. Свежесобранную зелень листа брусники в количестве 6.7 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 680 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 8 г и водную 672 г.

Пример 10. Свежесобранную зелень листа смородины в количестве 8.2 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 97 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 74 г и водную 23 г.

Пример 11. Жом ягоды облепихи в количестве 9,7 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 286 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 3 г и водную 283 г.

Пример 12. Жом ягоды калины в количестве 6,87 кг обрабатывают как в примере 4. Выход суммарного экстракта 135 г. После центрифугирования получают две фракции - масляную 92 г и водную 42 г.

Пример 13. Свежесобранную и измельченную древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при большом протоке сжиженного диоксида углерода за счет использования жидкостного насоса высокого давления с установленным расходом 100 л/час при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход суммарного экстракта 1,7 кг (2,9% от массы исходной древесной зелени). После отстаивания или центрифугирования получают две фракции - масляную 1.4 кг (4%) и водную 0,3 кг (0,5%). По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составил 300 литров.

Продукт, получаемый по примеру 13, имеет вид темно-красного раствора, растворимого в воде, спирте. Сухой остаток 3,0%.

Пример 14. Свежесобранную и измельченную до частиц не более 5 мм древесную зелень пихты сибирской (58 кг) экстрагируют в проточном экстракторе сжиженным диоксидом углерода при большом протоке сжиженного диоксида углерода за счет использования жидкостного насоса высокого давления с установленным расходом 300 л/час при температуре 20°С и давлении 64 атм в течение 3 ч. Выход суммарного экстракта 2,3 кг (4,0% от массы исходной древесной зелени). После отстаивания или центрифугирования получают две фракции - масляную 1.4 кг (4%) и водную 0,9 кг (1,6%). По расчету суммарный проток сжиженного диоксида углерода составил 900 литров.

Продукт, получаемый по примеру 14, имеет вид темно-красного раствора, растворимого в воде, спирте. Сухой остаток 2,9%.

Проведенные эксперименты и последующая опытно-промышленная реализация способа получения концентрированного клеточного сока, основанного на применении большого объема сжиженной углекислоты, показали высокую эффективность способа. По сухому остатку, в котором сосредоточены все действующие вещества, водная фракция углекислотного экстракта растительного сырья, представляющая собой концентрированный клеточный сок, превосходит все известные аналоги, полученные с помощью других методов получения водных фракций.

Таким образом, применение сжиженной углекислоты по заявленному способу позволило получить водную фракцию растений, представляющих собой внутриклеточную воду самого растения с растворенными в ней биологически активными веществами в концентрированном виде, т.е. концентрированный клеточный сок. При этом клеточный сок содержит полезные природные вещества в нативном (живом) виде в максимальном, концентрированном количестве.

Источники информации

1. Большая медицинская энциклопедия, 1973 г. Т.12, М.: изд. Советская энциклопедия, стр.890.

2. Патент РФ №2061491, МПК 6 А61К 35/78, опубл. 1996.06.10.

3. Патент РФ №2125459, МПК 6 А61К 35/78, опубл. 1999.01.27.

4. Патент РФ №2220614, МПК 7 A23L 1/30, А61К 35/78, опубл. 2004.01.10.

5. Патент РФ №2039586, МПК 6 B01D 11/02, А61К 35/78, опубл. 1995.07.20.

6. Патент РФ №2259991, МПК 7 С07С 33/02, опубл. 2005.09.10.

7. Патент РФ №2067977. МПК 6 C07D 309/40, опубл. 1996.10.20.

Реферат

Изобретение относится к фармацевтической, парфюмерно-косметической и пищевой промышленности, в частности к получению концентрированного клеточного сока из растений. Применение сжиженной углекислоты в качестве средства для получения концентрированного клеточного сока растений. Способ получения концентрированного клеточного сока из свежесобранных растений, по которому измельченное сырье экстрагируют при комнатной температуре большим протоком сжиженной углекислоты при определенной пропорции углекислоты и извлечения концентрированного клеточного сока растений, отделяют масляную фракцию от водной, при этом водная фракция представляет собой концентрированный клеточный сок. Вышеописанный способ позволяет эффективно выделить концентрированный клеточный сок из растений с повышенным выходом и качеством полезных веществ. 2 н. и 3 з.п. ф-лы.

Формула