Способ комплексной переработки сырья эхинацеи пурпурной
Владельцы патента RU 2349333:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к технологии переработки лекарственного, эфиромасличного, пряноароматического сырья. Сырье эхинацеи пурпурной измельчают, проводят экстракцию диоксидом углерода при температуре 10-25°С, давлении 4,5-6,5 МПа в течение 50-110 мин. Затем проводят противоточную четырехступенчатую экстракцию шрота дистиллированной водой при 75-95°С с соотношением шрота и воды 1:10 с получением самостоятельных или объединенных экстрактов. Готовят 15%-ный спиртовой раствор CO2-экстракта, а затем купажируют с водным в соотношении 1:3 соответственно. Водный экстракт консервируют этиловым спиртом с получением 15%-ного экстракта. Изобретение позволяет обеспечить увеличение извлечения из сырья эхинацеи пурпурной комплекса жиро- и водорастворимых биологически активных веществ. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 ил.
Изобретение относится к комплексной переработке сырья эхинацеи пурпурной и может быть использовано в технологиях переработки лекарственного, эфиромасличного и пряноароматического сырья.
Известен комплексный метод, описанный в патенте №2174011, 2001.09.27, получения биологически активных веществ (БАВ) из отходов переработки семян сосны сибирской. Экстракцию проводят 50-94%-ным водным раствором этилового спирта при температуре кипения раствора спирта в течение 10-12 ч. Соотношение сырья и экстрагента по массе 1:5-7. Выделение конечных продуктов проводят упариванием этанольного экстракта. Затем последовательно экстрагируют диэтиловым эфиром, этилацетатом и бутанолом.
Недостатками данной технологии являются большие временные затраты и последовательность применения растворителей, не позволяющая разрушить клеточную структуру, удалить смолистые и воскоподобные вещества и открыть доступ к веществам, диспергированным внутри клеток.
Наиболее близким является способ комплексной переработки витаминсодержащего растительного сырья, описанный в заявке на изобретение №95104503, 1997.03.27, заключающийся в экстракции диоксидом углерода при давлении 10-60 МПа и температуре 35-60°С в течение 120-300 мин с получением токоферол-каротиноидного комплекса и шрота, который экстрагируют дистиллированной водой при температуре 35-45°С. Получают водный экстракт, содержащий аскофлавоноидный комплекс, и шрот, который высушивают с получением сухого белково-полисахаридного комплекса. Водный экстракт сгущают и высушивают, получая сухой аскофлавоноидный комплекс.
Недостатками способа являются достаточно высокая температура (35-60°С), при которой предлагается вести экстракцию диоксидом углерода, приводящая к разрушению витаминов, в том числе каротиноидов, входящих в состав эхинацеи пурпурной; достаточно низкие температурные условия второй стадии (35-45°С), не позволяющие извлечь оксикоричные кислоты по максимуму. Высокое давление (10-60 МПа) и длительное время (120-300 мин) прототипа предполагают дополнительные экономические затраты и получение дорогого конечного продукта. Для концентрирования водного экстракта применяют высушивание, что может привести к нежелательному изменению экстрактивных веществ.
Техническим результатом изобретения является обеспечение увеличения извлечения из сырья эхинацеи пурпурной комплекса жиро- и водорастворимых БАВ.
Технический результат достигается тем, что в способе комплексной переработки сырья эхинацеи пурпурной проводят экстракцию диоксидом углерода и дистиллированной водой. Сырье эхинацеи пурпурной измельчают, экстракцию диоксидом углерода проводят при температуре 10-25°С, давлении 4,5-6,5 МПа 50-110 мин, затем проводят противоточную четырехступенчатую экстракцию шрота дистиллированной водой при 75-95°С с соотношением шрота и воды 1:10 с получением самостоятельных или объединенных экстрактов. Готовят 15%-ный спиртовой раствор СО2-экстракта, а затем купажируют с водным в соотношении 1:3 соответственно. Водный экстракт консервируют этиловым спиртом с получением 15%-ного экстракта.
Операция подготовки сырья эхинацеи с помощью предварительной экстракции диоксидом углерода является необходимой для лучшего извлечения водорастворимых БАВ на стадии противоточной четырехступенчатой экстракции шрота дистиллированной водой. Диоксид углерода разрушает клеточную структуру, удаляет смолистые и воскоподобные вещества, что открывает доступ к веществам, диспергированным внутри клеток. Четырехступенчатая экстракция дистиллированной водой истощенного сырья эхинацеи позволяет извлечь водорастворимые БАВ, в том числе оксикоричные кислоты, обладающие иммуностимулирующими свойствами. Таким образом, совокупность существенных признаков, указанных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата.
Возможность реализации способа показана в примерах.
Эхинацея пурпурная (Echinacea Purpurea Moench) - многолетнее травянистое растение семейства астровых (Asteraceae) высотой до 60 см и более. Все органы растения содержат полисахариды, эфирное масло (0,01-0,64%), бетаин (0,1%), смолы (1,9%), органические кислоты: олеиновая, линолевая, церотиновая, пальмитиновая, миристиновая и льняная (3,3%), а также фитостерины. Помимо этого в растении содержатся: мальтоза, макро- и микроэлементы (кальций, калий, магний, железо, цинк, кобальт, марганец, никель, ванадий и др.); провитамин А и витамин С, фенольные соединения (рутин, антоцианы, оксикоричные кислоты); белки, сбалансированные по аминокислотному составу (5,17-20%); сапонины, дубильные вещества пирокатехиновой группы (5,6-9%), липофильные вещества. Благодаря такому богатому составу применение экстрактов из эхинацеи пурпурной представляет огромный интерес. Основными действующими веществами, обладающими иммуностимулирующей активностью, являются оксикоричные кислоты.
Требования, предъявляемые к сырью эхинацеи пурпурной, описаны в фармакопейной статье ВФС 42-2371-94 и представлены в таблице 1.
Физико-химические показатели диоксида углерода высшего сорта по ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая» приведены в таблице 2.
| Таблица 1 | ||
| Требования, предъявляемые к сырью эхинацеи пурпурной | ||
| Наименование показателя | Требования фармакопейной статьи, % | Фактическое значение, % |
| Стебель | не более 55 | 40 |
| Органическая примесь | не более 2,5 | 0,44 |
| Минеральная примесь | не более 1 | отсутствует |
| Частиц, не проходящих сквозь сито диаметром 7 мм | не более 5 | 1,2 |
| Частиц, проходящих сквозь сито диаметром 0,25 мм | не более 20 | 7,6 |
| Влажность | не более 13 | 10,4 |
| Сумма оксикоричных кислот | не менее 2,1 | 6,4 |
| Таблица 2 | |
| Требования, предъявляемые к двуокиси углерода по ГОСТ 8050-85 | |
| Наименование показателя | Норма |
| Массовая доля диоксида углерода для продукта высшего качества, %, не менее | 99,8 |
| Массовая доля минеральных масел, мг/кг | должен выдерживать испытания |
| Массовая доля азотистой кислоты и органических соединений | должен выдерживать испытания |
| Массовая доля сероводорода | должен выдерживать испытания |
| Наличие запаха и вкуса | без запаха; вода, насыщенная диоксидом углерода при t≤20°С, имеет приятный кисловатый вкус |
| Массовая доля воды в баллоне, %, по массе | 0,1 |
| Массовая доля водных паров в баллоне, %, по массе при t=20°С, р=101,3 Па | не нормируется |
Диоксид углерода должен соответствовать требованиям ГОСТ 8050-85. Газообразный диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с молекулярной массой 44,009. Диоксид углерода тяжелее воздуха в полтора раза, не имеет запаха и вкуса. Водный раствор его имеет слегка кисловатый вкус. Диоксид углерода не горит и не поддерживает горения обычных горючих газов.
Жидкий диоксид углерода - бесцветный, может существовать только под давлением, при температуре не выше 31,06°С, а насыщенный - в диапазоне от 31,05°С до 36,05°С.
Твердый диоксид углерода - кристаллическое вещество белого цвета, обладающее островными структурами (молекулы-острова). Газообразный диоксид углерода при замораживании превращается в кристаллы или сплошную массу льда.
Диоксид углерода - селективный растворитель большинства ароматических веществ. Он извлекает неомыляемые углеводороды, токоферолы, каротиноиды, органические кислоты, терпеноиды, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, стерины, фенольные соединения, фосфолипиды, углеводы, гликозиды; в незначительном количестве полисахариды, белки, пептиды и пектины.
В производственных и лабораторных условиях были проведены эксперименты, описанные в примерах 1, 2, 3, 4.
На первой стадии сырье эхинацеи пурпурной экстрагировали диоксидом углерода.
Пример 1. Растительное сырье эхинацеи пурпурной в количестве 2,5 кг измельчали, загружали в экстрактор, подавали растворитель. Диоксид углерода использовали при следующих параметрах процесса: температура 10°С, давление 4,5 МПа, в течение 50 мин. Получили углекислотные экстракты, содержащие эфирные масла, жирные кислоты, воскоподобные вещества, витамины. Проанализировав СО2-экстракты, получили результаты, представленные в таблице 3.
| Таблица 3 | |
| Компонентный состав экстрактов | |
| Наименование показателя качества CO2-экстракта | Значение |
| Массовая доля жирорастворимых витаминов | 0,926 |
| Массовая доля оксикоричных кислот | 0,325 |
| Массовая доля воскоподобных веществ | 0,417 |
| Растворимость в этиловом спирте (1:1) при t=25°C | полная |
Пример 2. Растительное сырье эхинацеи пурпурной в количестве 2,5 кг измельчали, загружали в экстрактор, подавали растворитель. Диоксид углерода использовали при следующих параметрах процесса: температура 17,5°С, давление 5,5 МПа, в течение 80 мин. Получили углекислотные экстракты, содержащие эфирные масла, жирные кислоты, воскоподобные вещества, витамины. Проанализировав СО2-экстракты, получили результаты, представленные в таблице 4.
| Таблица 4 | |
| Компонентный состав экстрактов | |
| Наименование показателя качества СО2-экстракта | Значение |
| Массовая доля жирорастворимых витаминов | 1,277 |
| Массовая доля оксикоричных кислот | 0,298 |
| Массовая доля воскоподобных веществ | 0,337 |
| Растворимость в этиловом спирте (1:1) при t=25°C | полная |
Пример 3. Растительное сырье эхинацеи пурпурной в количестве 2,5 кг измельчали, загружали в экстрактор, подавали растворитель. Диоксид углерода использовали при следующих параметрах процесса: температура 25°С, давление 6,5 МПа, в течение 110 мин. Получили углекислотные экстракты, содержащие эфирные масла, жирные кислоты, воскоподобные вещества, витамины. Проанализировав CO2-экстракты, получили результаты, представленные в таблице 5.
| Таблица 5 | |
| Компонентный состав экстрактов | |
| Наименование показателя качества СО2-экстракта | Значение |
| Массовая доля жирорастворимых витаминов | 0,899 |
| Массовая доля оксикоричных кислот | 0,405 |
| Массовая доля воскоподобных веществ | 0,463 |
| Растворимость в этиловом спирте (1:1) при t=25°C | полная |
Пример 4. Для сопоставления полученных результатов параллельно проводилась экстракция по технологии, предлагаемой в прототипе. Растительное сырье эхинацеи пурпурной в количестве 2,5 кг измельчали, загружали в экстрактор, подавали растворитель. Диоксид углерода использовали при следующих параметрах процесса: температура 47,5°С, давление 35 МПа, в течение 210 мин. Получили токоферол-каротиноидные комплексы и шроты. Проанализировав продукты, получили результаты, представленные в таблице 6.
| Таблица 6 | |
| Компонентный состав экстрактов | |
| Наименование показателя качества СО2-экстракта | Значение |
| Массовая доля жирорастворимых витаминов | 0,264 |
| Массовая доля оксикоричных кислот | 0,063 |
| Массовая доля воскоподобных веществ | 0,132 |
| Растворимость в этиловом спирте (1:1) при t=25°C | не растворим |
В соответствии с результатами (табл.3, 4, 5, 6) проведение СО2-экстракции с предлагаемыми в примерах 1, 2, 3 параметрами процесса значительно улучшает качество продуктов в сравнении с экстрактами, полученными по технологии, предлагаемой в прототипе. Экстракты, полученные по предлагаемой технологии, характеризуются высоким содержанием жирорастворимых витаминов (0,899-1,277), достаточным содержанием оксикоричных кислот (0,298-0,405), высоким содержанием воскоподобных веществ (0,337-0,463) и полной растворимостью в этиловом спирте при t=25°C.
На второй стадии шрот экстрагировали дистиллированной водой. Проводились исследования по нахождению времени процесса, по истечении которого устанавливалась равновесная концентрация экстрактивных веществ в жидкости. Для этого вели экстракцию семи одинаковых навесок шрота при следующих параметрах процесса: температура 75-95°С, время 10-240 мин. Параллельно процесс проводили при температуре, предлагаемой в прототипе (45°С). В колбу помещали взвешенную навеску шрота эхинацеи (10 г), приливали дистиллированную воду (1:10). Эксперимент проводили при перемешивании, обеспечивающем взвешенное состояние частиц. На протяжении опыта следили за нарастанием концентрации раствора. Полученные результаты, представленные на фиг.1, показали, что время процесса для установления равновесной концентрации жидкости составляет 110 минут. Дальнейшее ведение процесса нецелесообразно, так как не приводит к значительным увеличениям содержания БАВ в экстракте.
Фигура 1 - результаты экстрагирования эхинацеи пурпурной одноступенчатой экстракцией.
Исходя из полученных данных: при использовании воды с температурой, предлагаемой в прототипе (45°С), максимальное извлечение оксикоричных кислот - 30%, в то время как при использовании воды с температурой 95°С извлечение оксикоричных кислот составляет 68%. Для увеличения концентрации БАВ и глубины извлечения предлагаем использовать противоток. Схема противоточной экстракции представлена на фиг.2.
Фигура 2 - схема четырехступенчатой противоточной экстракции.
Для нахождения оптимального числа ступеней экстракции было определено содержание оксикоричных кислот в мицеллах после 1-, 2-, 3-, 4-, 5-ступенчатых экстракций дистиллированной водой. Результаты представлены на фиг.3. Согласно диаграмме после первой ступени извлекается 68%; после второй - 77,05%; после третьей - 87,09%; после четвертой - 95,06%; после пятой -95,06% оксикоричных кислот. Дальнейшее увеличение числа ступеней не приводит к более глубокому выходу БАВ, поэтому предлагаем четыре ступени.
Фигура 3 - результаты экстрагирования эхинацеи пурпурной четырехступенчатой противоточной экстракцией.
1. Способ комплексной переработки сырья эхинацеи пурпурной, включающий экстракцию диоксидом углерода и дистиллированной водой, отличающийся тем, что сырье эхинацеи пурпурной измельчают, экстракцию диоксидом углерода проводят при температуре 10-25°С, давлении 4,5-6,5 МПа, 50-110 мин, затем проводят противоточную четырехступенчатую экстракцию шрота дистиллированной водой при 75-95°С, с соотношением шрота и воды 1:10, с получением самостоятельных или объединенных экстрактов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовят 15%-й спиртовой раствор СО2-экстракта, а затем купажируют с водным в соотношении 1:3 соответственно.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный экстракт консервируют этиловым спиртом с получением 15%-го экстракта.
