Способ одновременного получения лецитина, холестерина, кефалина и биошрота

Изобретение относится к области биотехнологии и касается получения лецитина, холестерина, кефалина, а также ценной белковой кормовой добавки для животных - биошрота. Способ включает предварительную обработку сырья, экстракцию липидов, отделение фракции фосфолипидов, экстракцию лецитина и осаждение кефалина, осаждение из фракции нейтральных липидов холестерина, в качестве сырья используют отход мясоперерабатывающей промышленности - замороженную ткань головного мозга сельскохозяйственных животных, ткань размораживают, измельчают и гомогенизируют в этиловом спирте, фильтруют, полученную биомассу экстрагируют этиловым спиртом при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней при соотношении биомасса : экстрагент равным 1:2-1:100, в течение 25-120 минут на каждой ступени, получают биошрот головного мозга и липиды, липиды перерастворяют в любом менее полярном, чем ацетон органическом растворителе при соотношении 1:1-1:10 соответственно и осаждают фракцию фосфолипидов путем добавления к раствору 2-10 кратного объема ацетона, осадок фосфолипидов собирают на фильтре, фосфолипиды экстрагируют этиловым спиртом при соотношении 1:1-1:50 при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней, кефалиновую фракцию собирают на фильтре, фильтрат охлаждают до температуры 5-10°С и повторно отфильтровывают, затем этанол отгоняют и получают лецитин; фракцию нейтральных липидов перерастворяют в этаноле при соотношении 1:1-1:50, выдерживают в течение 30-60 минут и получают суспензию холестерина в этаноле, холестерин собирают на фильтре и высушивают. Изобретение обеспечивает целесообразный технологический процесс для получения гаммы биологически активных соединений: лецитина, холестерина, кефалина и биошрота без использования высокотоксичных растворителей с возможностью использования заявляемого способа в полупромышленных и промышленных условиях. 2 табл.

 

Изобретение относится к области биотехнологии и касается получения лецитина, холестерина, кефалина, а также ценной белковой кормовой добавки для животных - биошрота.

В настоящее время лецитин находит широкое применения в производстве медицинских препаратов, косметических изделий и пищевых продуктов. Рядом зарубежных фирм на основе лецитина организовано производство высокоэффективных препаратов («Липостабил», Германия, «Эссенциале», «Эссенциале-форте», Словения и др.) предназначенных для лечения печени. Лецитин как в нашей стране, так и за рубежом находит широкое применение для получения липосомальных форм медицинских и косметических препаратов. В последние десятилетия все шире применяют препараты с высоким содержанием холинлецитина в медицине: в качестве эмульгаторов для получения эмульсии жиров, в качестве медикаментов при заболеваниях органов кровообращения, заболеваниях печени и желчного пузыря, а также в качестве донора холина при заболеваниях центральной нервной системы. В нашей стране лецитин наиболее широко применяется для производства парфюмерных изделий и в пищевой промышленности.

Холестерин в настоящее время используется для получения субстанции витамина D₃, а также в парфюмерной и косметической промышленности.

Витамины группы D - антирахитические витамины, относящиеся к жирорастворимым витаминам. Недостаточная инсоляция или нарушение всасывания витамина D₃ в кишечнике приводит к нарушению фосфорно-кальциевого обмена - рахиту. Рахит встречается во всех странах, но особенно часто там, где отмечается недостаток солнечного света. Дети, рожденные осенью или зимой, болеют рахитом чаще и тяжелее. При недостаточной инсоляции, обусловленной климатическими особенностями (частые туманы, облачность, задымленность атмосферного воздуха) или бытовыми условиями, интенсивность синтеза витамина D₃ снижается. В этом случае необходимо дополнительное введение в рацион питания детей витаминов группы D. В последние годы частота рахита в России среди детей раннего возраста колеблется от 54% до 66%.

Для коммерческого использования интересны только те источники лецитина, которые имеют высокие концентрации фосфолипидов. В животном мире лучшим источником являются яйца, но этот источник очень дорог. Растительные источники более экономичны. Подсолнечное семя, кукуруза, арахис и другие масличные семена - несколько менее важные источники фосфолипидов. Наиболее популярный из всех лецитинов - соевый лецитин.

Известен способ получения лецитина из желтков куриных яиц путем осаждения ацетоном, экстракции этанолом, осаждения хлоридом кадмия, переосаждения этанолом - Патент РФ №2058787.

Данный метод имеет ряд существенных недостатков: высокая стоимость и дефицит сырья (куриных яиц), большие объемы органических растворителей, невозможность использования способа в промышленных условиях, кроме того, предложено на одной из стадий процесса использовать хлороформ - растворитель, обладающий высокой токсичностью и запрещенный для использования в пищевой промышленности.

Известен способ получения соевого лецитина - Патент РФ №1231658, включающий обезжиривание фосфатидного концентрата ацетоном, экстракцию этанолом, очистку на окиси алюминия с последующим выделением целевого продукта.

Данный метод также обладает рядом существенных недостатков, основными среди которых являются: использование в качестве исходного сырья полупродукта переработки сои - фосфолипидного концентрата, значительное количество выращиваемой в настоящее время сои является генетически модифицированной, а безопасность длительного использования в качестве биологически активных добавок компонентов генно-инженерных штаммов растений до сих пор окончательно не подтверждены; использование на одной из стадий процесса колоночной хроматографии является весьма трудоемкой и дорогостоящей стадией, применение которой в промышленных условиях сопряжено со значительными трудностями, в частности с регенерацией и утилизацией адсорбента - оксида алюминия, что делает данный способ, трудно осуществимым в промышленных масштабах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ценного цереброзида - нервона, который, как и лецитин, относят к полярным фракциям биолипидного комплекса ткани мозга животных. Данный способ включает стадию экстракции животного сырья - головного мозга свиней. Способ описан в Патенте РФ №94012010. Однако в данном способе рекомендуется получение только одного целевого биологически активного продукта - цереброзида нервона, используется целый ряд высокотоксичных растворителей - метанол, хлороформ, серный эфир, пиридин, что является существенными недостатками, так как повышает себестоимость целевого продукта, делает невозможным использования отходов технологии, трудно осуществим в промышленных условиях.

Задача изобретения заключается в разработке экономически целесообразного технологического процесса для получения гаммы биологически активных соединений: лецитина, холестерина, кефалина и биошрота без использования высокотоксичных растворителей, с возможностью использования заявляемого способа в полупромышленных и промышленных условиях.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом:

- использованием сырья со значительным содержанием в своем составе целевых компонентов с минимальной себестоимостью;

- подбором подходящих для процесса экстрагентов;

- ведением специального технологического процесса;

В качестве сырья для производства используют отход мясоперерабатывающей промышленности - мозг сельскохозяйственных животных: крупный рогатый скот, свиньи, или бараны.

В качестве экстрагентов в технологическом процессе используются органические растворители отечественного производства, которые разрешены к использованию в пищевой промышленности как в нашей стране, так и в Европе и США.

В предлагаемой технологии не используются хлорорганические (хлороформ), и другие запрещенные в пищевой промышленности растворители (метанол, пиридин, серный эфир).

Разрабатываемый процесс включает следующие основные стадии: подготовка экстракционного материала, экстракция липидов этиловым спиртом, отделение фракции водорастворимых веществ и фракционирование фосфолипидов с получением нейтральных липидов, кефалина и собственно лецитина. Холестерин получают из нейтральных липидов путем кристаллизации в органическом растворителе.

Благодаря использованию в качестве экстрагента этилового спирта получаемый биошрот не теряет своих питательных свойств. Более того, содержание холестерина в сырье при его переработке снижается практически до нуля, что улучшает питательные свойства биошрота, который может быть использован для пищевых или кормовых целей.

В связи с высоким содержанием белковых веществ возможно использование биошрота в качестве ценного компонента корма для различных животных, а в дальнейшем даже и для производства лечебно-профилактических пищевых продуктов и медицинских препаратов. В составе биошрота, полученного из мозга сельскохозяйственных животных, находится широкий спектр аминокислот, в том числе незаменимых. Аминокислотный и минеральный состав биошрота головного мозга крупного рогатого скота представлен в таблицах 1 и 2.

Табл.1 Аминокислотный состав биошрота мозговой ткани сельскохозяйственных животных
lysine histidine arginine aspartic acids threonine serine glutamic acid proline glycine alanine cystine valine methionine isoleucine leucine tyrosine phenylalanine	3.90 1.88 3.80 4.10 2.36 2.58 7.10 1.38 2.22 2.72 1.05 2.50 1.70 1.86 4.28 2.42 2.70
Табл.2 Содержание минеральных компонентов в мозговой ткани сельскохозяйственных животных. (мг/кг)
К Na Са Mg Fe Cu Zn Mn	4390 3390 3405 695 110 8.3 67.2 1.7

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Замороженный головной мозг сельскохозяйственных животных ГОСТ 16677-71, размораживают, измельчают и гомогенизируют в этиловом спирте, фильтруют, полученную биомассу экстрагируют этиловым спиртом при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней при соотношении биомасса : экстрагент, равным 1:2-1:100, в течение 25-120 минут на каждой ступени, получают биошрот головного мозга и липиды, липиды перерастворяют в любом менее полярном, чем ацетон органическом растворителе при соотношении 1:1-1:10 соответственно и осаждают фракцию фосфолипидов путем добавления к раствору 2-10 кратного объема ацетона, осадок фосфолипидов собирают на фильтре, фосфолипиды экстрагируют этиловым спиртом при соотношении 1:1-1:50, при температуре 15-75°С, в одну или несколько ступеней, кефалиновую фракцию собирают на фильтре, фильтрат охлаждают до температуры 5-10°С и повторно отфильтровывают, затем этанол отгоняют и получают лецитин; фракцию нейтральных липидов перерастворяют в этаноле при соотношении 1:1-1:50, выдерживают в течение 30-60 минут и получают суспензию холестерина в этаноле, холестерин собирают на фильтре и высушивают.

Изобретение поясняется следующими примерами, которые иллюстрируют, но не ограничивают применение заявленного способа.

Пример 1.

Замороженную ткань головного мозга коровы в количестве 1000 г размораживают при температуре 20-25°С в течение 2 часов и измельчают на мясорубке для получения однородного фарша. Полученную биомассу гомогенизируют с 1000 г этанола. Гомогенат экстрагируют 1000 г этанола (соотношение биомасса : экстрагент 1:2) в течение 120 минут в три ступени при температуре 15°С. В результате получают биошрот головного мозга коровы и липидный экстракт. После высушивания под вакуумом при температуре 60°С в течение 3 часов получают 108,0 г биошрота, состав которого представлен в табл.1 и 2. Липидный экстракт упаривают и получают липиды в количестве 90,0 г, которые упаривают под вакуумом и растворяют в 90,0 г петролейного эфира (соотношение 1:1). В полученный раствор приливают 180,0 г ацетона (2 объема), раствор выдерживают в течение 15 минут при комнатной температуре. Осадок фосфолипидов собирают на фильтре и высушивают, получают 59,0 г фосфолипидов. К осадку фосфолипидов приливают 59 г этанола (соотношение 1:1) и проводят экстракцию при температуре 75°С в одну ступень. Кефалиновую фракцию собирают на фильтре и высушивают, получают 42,0 г кефалина. Фильтрат охлаждают до температуры 5°С и повторно подвергают фильтрованию. Полученный в свою очередь фильтрат упаривают на роторно-пленочном испарителе под вакуумом и получают 17,0 г лецитина. Нейтральные липиды в растворе ацетона и петролейного эфира упаривают и получают 31,0 г нейтральных липидов, которые перерастворяют в 31,0 г этанола (соотношение 1:1), раствор выдерживают в течение 30 минут и фильтруют. С фильтра собирают холестерин, который высушивают в вакуум-сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 3 часов и получают 15,0 г холестерина. Раствор нейтральных липидов упаривают и направляют на дальнейшую переработку для получения жирных кислот.

Пример 2.

Замороженную ткань головного мозга барана в количестве 100,0 г размораживают при температуре 30-35°С в течение 3 часов и измельчают на мясорубке для получения однородного фарша. Полученную биомассу гомогенизируют с 1000,0 г этанола. Гомогенат экстрагируют 9000,0 г этанола (соотношение биомасса : экстрагент 1:100) в течение 25 минут при температуре 75°С, в одну ступень. В результате получают биошрот головного мозга барана и липидный экстракт. После высушивания под вакуумом при температуре 80°С в течение 2 часов получают 104,0 г биошрота. Липидный экстракт упаривают и получают липиды в количестве 85,0 г, которые упаривают под вакуумом и растворяют в 850,0 г этилацетата (соотношение 1:10). В полученный раствор приливают 8500,0 г ацетона (10 объемов), раствор выдерживают в течение 10 минут при комнатной температуре. Осадок фосфолипидов собирают на фильтре и высушивают, получают 53,0 г фосфолипидов. К осадку фосфолипидов приливают 2650,0 г этанола (соотношение 1:50) и проводят экстракцию при температуре 15°С в две ступени, используя одинаковое количество растворителя на каждой. Кефалиновую фракцию собирают на фильтре и высушивают, получают 34,0 г кефалина. Фильтрат охлаждают до температуры 10°С и повторно подвергают фильтрованию. Полученный в свою очередь фильтрат упаривают на роторно-пленочном испарителе под вакуумом и получают 19,0 г лецитина. Нейтральные липиды в растворе ацетона и этилацетата упаривают и получают 34,0 г нейтральных липидов, которые перерастворяют в 1700,0 г этанола (соотношение 1:50), раствор выдерживают в течение 60 минут и фильтруют. С фильтра собирают холестерин, который высушивают в вакуум-сушильном шкафу при температуре 80°С в течение 2 часов и получают 11,0 г холестерина. Раствор нейтральных липидов упаривают и направляют на дальнейшую переработку для получения жирных кислот.

Пример 3.

Замороженную ткань головного мозга свиньи в количестве 1000,0 г размораживают при температуре 20°С в течение 2 часов и измельчают на мясорубке, для получения однородного фарша. Полученную биомассу гомогенизируют с 5000,0 г этанола. Гомогенат экстрагируют 5000,0 г этанола (соотношение биомасса : экстрагент 1:10), в течение 90 минут при температуре 55°С в две ступени, причем на каждой ступени используют одинаковое количество экстрагента. В результате получают биошрот головного мозга свиньи и липидный экстракт. После высушивания под вакуумом при температуре 60°С в течение 3 часов получают 111,0 г биошрота. Липидный экстракт упаривают и получают липиды в количестве 79,0 г, которые упаривают под вакуумом и растворяют в 395,0 г рафинированного растительного масла (соотношение 1:5). В полученный раствор приливают 1975,0 г ацетона (5 объемов), раствор выдерживают в течение 15 минут при комнатной температуре. Осадок фосфолипидов собирают на фильтре и высушивают, получают 50,0 г фосфолипидов. К осадку фосфолипидов приливают 200,0 г этанола (соотношение 1:4) и проводят экстракцию при температуре 55°С в три ступени, используя одинаковое количество растворителя на каждой. Кефалиновую фракцию собирают на фильтре и высушивают, получают 38,0 г кефалина. Фильтрат охлаждают до температуры 7°С и повторно подвергают фильтрованию. Полученный в свою очередь фильтрат упаривают на роторно-пленочном испарителе под вакуумом и получают 16,0 г лецитина. Нейтральные липиды в растворе ацетона и растительного масла упаривают для удаления из раствора примесей ацетона. После чего получают 415,8 г нейтральных липидов в растворе растительного масла, которые перерастворяют в 4158,0 г этанола (соотношение 1:10), раствор выдерживают в течение 45 минут и фильтруют. С фильтра собирают холестерин, который высушивают в вакуум-сушильном шкафу при температуре 70°С, в течение 2,5 часов и получают 9,0 г холестерина. Раствор нейтральных липидов, растворенных в рафинированном растительном масле, отделяют от этанола путем отгонки последнего и получают 406,8 г нейтральных липидов в растительном масле (что соответствует 5,0% раствору нейтральных липидов головного мозга в растительном масле), которые используют для приготовления парфюмерных и косметических композиций.

Источники информации

1. Патент РФ №2058787 С1. А 61 К 31/685 // А 61 К 35/54, 1996.

2. Патент РФ №1231658 С. А 61 К 35/78, 1994.

3. Патент РФ №94012010 A1. A 61 K 35/30, 1996.

Способ одновременного получения лецитина, холестерина, кефалина и биошрота, заключающийся в том, что замороженную ткань головного мозга сельскохозяйственных животных размораживают, измельчают и гомогенизируют в этиловом спирте, фильтруют, полученную биомассу экстрагируют этиловым спиртом при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней при соотношении биомасса : экстрагент, равном 1:2-1:100, в течение 25-120 мин на каждой ступени, получают биошрот головного мозга и липиды, липиды перерастворяют в любом менее полярном, чем ацетон, органическом растворителе при соотношении 1:1-1:10 соответственно и осаждают фракцию фосфолипидов путем добавления к раствору 2-10-кратного объема ацетона, осадок фосфолипидов собирают на фильтре, фосфолипиды экстрагируют этиловым спиртом при соотношении 1:1-1:50 при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней, кефалиновую фракцию собирают на фильтре, фильтрат охлаждают до температуры 5-10°С и повторно отфильтровывают, затем этанол отгоняют и получают лецитин; фракцию нейтральных липидов, перерастворяют в этаноле при соотношении 1:1-1:50, выдерживают в течение 30-60 мин и получают суспензию холестерина в этаноле, холестерин собирают на фильтре и высушивают.