Способ получения инулина

 

Изобретение относится к медицине и химико-фармацевтической промышленности. Осуществляют измельчение корней цикория вальцеванием до размеров частиц не более 1 мм. Экстрагируют 70% спиртом этиловым при соотношении сырье : экстрагент 1: 6. Затем холодной водой в соотношении сырье : экстрагент 1: (2,5-3,5). Целевой продукт извлекают из шрота водой при 90^oС при соотношении сырье : экстрагент 1: (6-8). Упаривают под вакуумом с получением концентрата, содержащего 25-30% суммы экстрагируемых водой веществ. Концентрат охлаждают, обрабатывают 96% этиловым спиртом при соотношении концентрат : этанол 1: 2. Фильтруют, промывают и сушат. Изобретение позволяет повысить выход и чистоту целевого продукта. 3 табл.

Изобретение относится к медицине и химико-фармацевтической промышленности, а именно к способу получения биологически активного вещества из лекарственного растительного сырья, и касается получения очищенной суммы полисахаридов - инулина из корней цикория обыкновенного.

Известен способ получения инулина из инулинсодержащего сырья [1] . При этом проводят выделение сока из инулинсодержащего сырья. Очистку сока путем ультрафильтрации. Полученный при этом отстой подвергают диафильтрации. Очищенный инулиновый раствор охлаждают до 2-4^oС. В течение 12 ч происходит полное осаждение инулина.

Известен способ получения инулина путем экстракции корней и корневищ девясила высокого после извлечения из них суммы сесквитерпеновых лактонов при производстве препарата алантона [3] . Экстракцию ведут горячей водой при рН 6,0-6,9. Очистку экстракта проводят гидроокисью кальция, взятого в количестве 1,5-2,5% от массы сырья, и целевой продукт переосаждают из 15-25% этанола в соотношении 1: 4-1: 6. При этом получают 62,8% инулина от содержания в сырье (11,5% от веса корней).

Известен способ получения инулина из корней инулы Ройляни, кузинии тенистой, клубней георгина [2] . При этом в качестве экстрагента также используется горячая вода. Полученный экстракт упаривают до содержания сухих веществ 35%, обрабатывают изопропиловым спиртом в соотношении 1: 1/2 и осаждают целевой продукт изопропиловым спиртом при 10-12^oС. Наибольший выход получен из корней инулы Ройляни - 37,5% от веса корней.

Известен способ получения инулина из клубней топинамбура [4] . В качестве экстрагента авторы используют 25% этанол в соотношении сырье : экстрагент 1: 1. Экстракцию ведут при 1-4^oС не менее 10 суток. Очистку извлечения проводят ультрафильтрацией на мембранах YAM-50 и ионообменной хроматографией. Выход продукта - 10% от веса клубней.

Известен способ получения инулина с длинной цепью [6] . Для этого экстракт корней цикория суспендируют в воде и обрабатывают гидралазой (инулиназа, экзоинулиназа или β-инвертаза) при 30-60^oС, рН 4,8-5,0. После окончания реакции (24 ч) температуру поднимают до 90-95^oС, через 20 минут смесь хроматографируют на катионообменной смоле и отделяют инсулин с длинной цепью, глюкозу и фруктозу от других низкомолекулярных сахаров. Ультрафильтрацией этой смеси получают твердый инулин.

Известен способ получения из клубней топинамбура [7] . Экстракцию водой клубней топинамбура проводят противоточным методом с введением в воду уксусной кислоты до рН 4,5-6,6 при температуре 65-90^oС, затем центрифугируют и упаривают, возвращают конденсат в начало процесса. Кристаллизацию инулина проводят в 2 этапа (на первом - в воде при 8-10^oС), затем после отделения и сушки осадка растворяют его в 96% спирте при 60-65^oС, охлаждают раствор при 8-10^oС, затем проводят повторную кристаллизацию, отделение осадка и сушку целевого продукта при 35-40^oС.

По сравнению с заявляемым в некоторых из известных способов используются труднодоступные способы очистки полученных извлечений (ультра- и диафильтрация), дорогостоящие осадители (изопропиловый спирт), экстракция ведется в присутствии кислоты, что может приводить к гидролизу инулина и, соответственно, снижению выхода; использование в большинстве способов оксида кальция для очистки получаемых извлечений может приводить к загрязнению и ухудшению качества целевого продукта.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения инулина из корней цикория [5] - прототип. В способе предусматривается экстракция инулина из измельченных корней цикория обыкновенного водой методом осмодиффузии, с последующим нагреванием экстракта при 35-72^oС, фильтрацией и карбонизацией фильтрата при 75-90^oС в присутствии 2-3 г/л СаО при рН менее 11. Смесь фильтруют. При этом содержание инулина в растворе достигает 16,48%.

К недостаткам прототипа относятся: - необходимость для снижения кислотности и подавления гидролиза обработки водного экстракта окисью кальция, что приводит к образованию солевых форм в полисахаридном комплексе и, как следствие, к загрязнению целевого продукта; - получение не сухого продукта, а только его раствора, из которого при выделении целевого продукта происходит его частичная потеря. Кроме того, получение целевого продукта в растворе, а не в сухом виде затруднит его дальнейшее использование; - температура экстрагента у нижнего предела в 35^oС приводит к экстрагированию из сырья фракций низко- и среднемолекулярных олигосахаридов, минеральных солей, которые загрязняют продукт.

Целью изобретения является повышение качества и выхода целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве сырья используются тонкоизмельченные корни цикория обыкновенного, подвергнутые предварительной обработке: сначала 70% этиловым спиртом, а затем холодной водой для удаления минеральных солей и низко- и среднемолекулярных олигосахаридов и простых сахаров.

Для получения целевого продукта используют шрот корней цикория. С этой целью тонкоизмельченное (около 1 мм) воздушно-сухое сырье - корни цикория обыкновенного исчерпывающе экстрагируют 70% этиловым спиртом при соотношении сырье : экстрагент 1: 6, затем холодной водой в соотношении сырье : экстрагент 1: 3, а целевой продукт горячей водой при соотношении сырье : экстрагент 1: 8, упаривают, охлаждают концентрат и обрабатывают его 96% этиловым спиртом при соотношении концентрат : этанол 1: 2, фильтруют, промывают и сушат. Выход целевого продукта составил до 18%. Общее время технологического процесса около 17 ч.

Осуществление заявляемого способа поясняется следующими примерами проведения технологического процесса.

Пример 1. (Получение целевого продукта в условиях минимальных параметров технологического процесса).

20,0 кг корней цикория обыкновенного, высушенных и измельченных вальцеванием в виде порошка (величина частиц не более 1 мм), загружают в реактор с помощью вакуума под слой экстрагента - 70% этилового спирта и перемешивают 1 ч, затем суспензию разделяют на две фазы жидкую - извлечение и твердую - шрот на центрифуге горизонтальной самовыгружаемой с получением 120 л извлечения (ценный отход, содержащий сумму фенольных соединений, идущий на получение сухого экстракта).

Шрот пневмотранспортером передается в реактор с мешалкой и обрабатывается при перемешивании очищенной водой 1 ч и для разделения фаз подается на центрифугу ОГШ, с получением 50 л водного извлечения (при соотношении сырье : экстрагент 1: 2,5), содержащего низко- и среднемолекулярные олигосахариды, моносахара, минеральные водорастворимые соли.

Полученный шрот пневмотранспортером подается в реактор с мешалкой и обрабатывается горячей (температура 90^oС) очищенной водой с получением 120 л извлечения (при соотношении шрот : экстрагент 1: 6), содержащего фракцию высокомолекулярных полисахаридов.

Горячее извлечение сразу же упаривают на роторном тонкопленочном испарителе под вакуумом (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 80-95^oС) с получением 20 л концентрата, содержащего 25-30% суммы экстрагируемых водой из сырья веществ.

Концентрат передают в реактор с мешалкой и охлаждают до температуры 3-5^oС в течение 8 ч, затем осаждают основную массу полисахаридов 40 л 96% этилового спирта (при соотношении концентрат : этиловый спирт 1: 2), перемешивают в течение 0,5 ч и отделяют продукт на центрифуге типа ФНГ.

Слой продукта на фильтре барабана центрифуги промывают 5 л горячего (температура 60^oС) этилового спирта. Хорошо отжимают на фильтре и выгружают на противни небольшим слоем, сушат под вакуумом в сушильном шкафу (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 60-70^oС) в течение 1,5 ч, до остаточной влажности не более 5%.

Выход целевого продукта 16,5% или 3,3 кг инулина от массы исходного растительного сырья.

Пример 2. (Получение целевого продукта в условиях максимальных параметров технологического процесса).

20,0 кг корней цикория обыкновенного, высушенных и измельченных вальцеванием в виде порошка, загружают в реактор и обрабатывают 70% этиловым спиртом, как описано в примере 1 с получением 120 л извлечения.

Полученный шрот обрабатывают водой очищенной с получением 70 л водного извлечения (при соотношении сырье : экстрагент 1: 3,5), как описано в примере 1.

Растительную массу (шрот) обрабатывают горячей водой очищенной (при соотношении шрот : экстрагент 1: 8).

Горячее извлечение сразу же упаривают на роторном тонкопленочном испарителе под вакуумом (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 80-95^oС) с получением 20 л концентрата.

Концентрат передают в реактор с мешалкой и охлаждают до температуры 3-5^oС в течение 8 ч, затем осаждают основную массу полисахаридов 40 л 96% этилового спирта (при соотношении концентрат : этиловый спирт 1: 2), перемешивают в течение 0,5 ч и отделяют продукт на центрифуге типа ФНГ.

Слой продукта на фильтре барабана центрифуги промывают 5 л горячего (температура 60^oС) этилового спирта. Хорошо отжимают на фильтре и выгружают на противни небольшим слоем, сушат под вакуумом в сушильном шкафу (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 60-70^oС) в течение 1,5 ч, до остаточной влажности не более 5%.

Выход целевого продукта 17,5% или 3,5 кг инулина от массы исходного растительного сырья.

Пример 3. (Получение целевого продукта в условиях оптимальных параметров технологического процесса).

20,0 кг корней цикория обыкновенного, высушенных и измельченных вальцеванием в виде порошка (величина частиц не более 1 мм), загружают в реактор и обрабатывают 70% этиловым спиртом с получением 100 л извлечения.

Полученный первичный шрот пневмотранспортером передается в реактор с мешалкой и обрабатывается при перемешивании очищенной водой 1 ч и для разделения фаз подается на центрифугу ОГШ, с получением 60 л водного извлечения (при соотношении сырье : экстрагент 1: 3).

Полученный шрот пневмотранспортером подается в реактор с мешалкой и обрабатывается горячей (температура 90^oС) очищенной водой с получением 140 л извлечения (при соотношении шрот : экстрагент 1: 7).

Горячее осветленное извлечение сразу же упаривают на роторном тонкопленочном испарителе под вакуумом (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 80-95^oС) с получением 20 л концентрата, содержащего 25-30% суммы экстрагируемых водой из сырья веществ.

Концентрат передают в реактор с мешалкой и охлаждают до температуры 3-5^oС в течение 8 ч, затем осаждают основную массу полисахаридов 40 л 96% этилового спирта (при соотношении концентрат : этиловый спирт 1: 2), перемешивают в течение 0,5 ч и отделяют продукт на центрифуге типа ФНГ.

Слой продукта на фильтре барабана центрифуги промывают 5 л горячего (температура 60^oС) этилового спирта. Хорошо отжимают на фильтре и выгружают на противни небольшим слоем, сушат под вакуумом в сушильном шкафу (остаточное давление 0,2-0,3 кГс/см² и температура 60-70^oС) в течение 1,5 ч, до остаточной влажности не более 5%.

Выход целевого продукта 18,0% или 3,6 кг инулина от массы исходного растительного сырья.

Взаимосвязь и последовательность технологических операций заявляемого способа, подбор режимов и параметров обеспечивает выполнение поставленной в изобретении цели.

Измельчение сырья до величины частиц не более 1 мм является оптимальным для достижения максимального выхода целевого продукта: при больших размерах частиц сырья оно не полностью экстрагируется и идет в отходы; при измельчении сырья до частиц меньше заявленных значений наблюдается появление мелкодисперсной взвеси, что сильно замедляет процесс экстрагирования.

Экстракция сырья спиртом этиловым 70%, объем и содержание спирта в экстрагенте, соотношение сырье : экстрагент, скорость экстракции определены экспериментально и обеспечивают полное извлечение физиологически активных соединений из корней цикория, при дальнейшей переработке которых можно получить весьма ценное лекарственное средство - сухой экстракт цикория.

Экстракция подученного шрота холодной водой в соотношении шрот : экстрагент 1: (2,5-3,5), затем горячей водой в соотношении шрот : экстрагент 1: (6-8) позволяет сначала максимально очистить целевой продукт от примесей моно-, ди- и олигосахаров, минеральных солей и др. , а затем горячей водой наиболее полно извлечь его.

Упаривание горячего извлечения до содержания 25-30% суммы экстрагируемых водой из сырья веществ, его охлаждение и осаждение 96% этиловым спиртом (при соотношении концентрат : этиловый спирт 1: 2) позволяет добиться максимального выхода целевого продукта и экономии этанола.

Сравнительные материалы по технологическим параметрам заявляемого способа представлены в табл. 1-2.

Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что максимальная очистка целевого продукта от низкомолекулярных сахаров наблюдается при соотношении шрот : холодная вода 1: 3 (экстрагируется 7% низкомолекулярных продуктов).

Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что наиболее полная экстракция целевого продукта наблюдается при экстрагировании шрота горячей водой при соотношении шрот : экстрагент 1: 7.

Сравнительная характеристика заявляемого способа и способа-прототипа приведена в табл. 3.

Таким образом, заявляемый способ получения инулина из корней цикория обыкновенного по сравнению с прототипом позволяет получить более чистый продукт, с более высоким выходом. Кроме того, он более экономичен за счет более полного использования растительного сырья.

Литература 1. Авторское свидетельство 487118 СССР, МКИ С 13 К 3/00. Способ получения инулина / И. М. Федоткин, А. А. Герасименко, Л. Д. Бобровник, З. Б. Шапошникова, А. С. Дыченко, В. В. Зелинский. - 1891936/28-13; Заявл. 05.03.93; Опублик. 05.10.75. Бюл. 37.

2. Авторское свидетельство 685290 СССР, МКИ А 61 К 35/78. Способ получения инулина / Н. В. Плеханова, К. Турдумамбетов, Г. П. Федорченко. - 2608335/28-13; Заявл. 17.04.78; Опублик. 15.09.79. Бюл. 34.

3. Авторское свидетельство 1214104 СССР, МКИ А 61 К 35/78. Способ получения инулина / В. В. Зинченко, П. П. Хворост, Н. Ф. Комиссаренко, Н. Е. Воробьев, Г. В. Оболенцева, В. А. Бирюк, В. А. Мдгварели, С. И. Бакай. - 3785968/28-14; Заявл. 20.08.84; Опублик. 28.02.86. Бюл. 8.

4. Авторское свидетельство 2001621 РФ, МКИ А 61 К 35/78, А 61 К 31/715, С 13 К 11/00. Способ получения инулина / В. Г. Борисенко, В. Д. Королев, Ф. Р. Педанов, В. И. Кондратенко, Н. М. Пасько. - 5044672/14; Заявл. 29.05.92; Опублик. 30.10.93. Бюл. 39-40.

5. Заявка 2694561 Франция, МКИ С 08 В 37/18. Способ получения раствора очищенного инулина из сока цикория / Alard Georges. - 9209779; Заявл. 06.08.92. - Опубл. 11.02.94 // РЖ Химия. - 1995. -50136П.

6. Заявка 4316425 Германия, МКИ С 12 Р 19/04. Способ получения инулина с длинной цепью / Kunz Markwart, Munir Mohammed, Vogel Manfred. - Заявл. 17.05.93. - Опубл. 24.11.94 // РЖ Химия. - 1996. -160160П.

7. Заявка РФ 93053968, МКИ А 61 К 35/78. Способ получения инулина из топинамбура / И. П. Чепурной, С. М. Кунинсев, Э. Н. Швецов, В. Н. Гейко. -Заявл. 02.12.93; Опублик. 10.10.96. Бюл. 28.

Формула изобретения

Способ получения инулина из корней цикория обыкновенного, включающий измельчение корней цикория, последовательное экстрагирование сырья спиртом, холодной водой и водой при температуре 90^oС, упаривание, охлаждение концентрата и обработку его 96% этиловым спиртом, фильтрацию, промывку и сушку, отличающийся тем, что измельчение сырья ведут вальцеванием до размера частиц не более 1 мм, экстракцию последовательно проводят 70% этиловым спиртом при соотношении сырье-экстрагент 1: 6, затем холодной водой в соотношении сырье-экстрагент 1: (2,5-3,5), а целевой продукт извлекают из шрота после отделения спиртового и водного экстрактов водой при 90^oС при соотношении сырье-экстрагент 1: (6-8), упаривают под вакуумом с получением концентрата, содержащего 25-30% суммы экстрагируемых водой веществ, концентрат охлаждают, обрабатывают 96% этиловым спиртом при соотношении концентрат : этиловый спирт 1: 2, фильтруют, промывают и сушат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3