Получение глюкозинолатов из сельскохозяйственных побочных продуктов и отходов

Изобретение относится к способу получения глюкозинолатов, в частности глюкорафанина, из крестоцветных растений. Способ экстракции глюкозинолатов включает получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости, нагревание смеси для инактивации ферментов в растительном сырье, взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение от 4 до 24 часов при температуре от 2 до 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны путем взаимодействия анионообменной мембраны с водным раствором. Как вариант, способ предусматривает повторение стадии экстракции и высвобождения глюкозинолатов. В качестве растительного сырья используют целые растения, листья, стебли, соцветия, фрукты, цветы, клубни или корни. Полученный экстракт глюкозинолатов вводят в состав продукта питания или фармацевтической композиции в количестве от 1 до 100 мг на одну порцию продукта питания или на одну дозу фармацевтической композиции. Изобретение позволяет получить экстракт глюкозинолатов за счет использования более рентабельного способа и оптимальных режимов взаимодействия растительного сырья с анионообменной мембраной. 6 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

Настоящее изобретение относится к способу получения глюкозинолатов, в частности глюкорафанина, из сельскохозяйственных побочных продуктов и отходов. Глюкозинолаты являются предшественниками хемозащитных соединений. Глюкозинолаты, полученные способом по изобретению, можно включать в состав различных продуктов питания, фармацевтических продуктов, диетических добавок и родственных продуктов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Общепринято, что пищевой рацион играет большую роль при контроле риска развития раковых заболеваний и что повышенное употребление фруктов и овощей может снижать частоту возникновения рака у людей. Наличие в растениях определенных химических микроэлементов может обуславливать запуск основных защитных механизмов при доставке в клетки млекопитающих. Более того, появление фармацевтических продуктов, пищевых добавок или продуктов питания, обогащенных или дополненных противораковыми химическими компонентами, полученными из растений, может обеспечить дополнительную пользу для здоровья. Важная тенденция в пищевой промышленности США заключается в продвижении осознанно благоприятных для здоровья продуктов питания.

Глюкозинолаты (β-тиоглюкозид-N-гидроксифульфаты) обнаружены в двудольных растениях и множестве растений отряда Capparales. Глюкозинолаты обнаружены в семействах Brassicaceae, Resedaceae и Capparaceae, но наиболее распространенны в семействе Brassicaceae. Охарактеризовано более сотни глюкозинолатов. Глюкозинолаты представляют собой серосодержащие растворимые в воде анионоактивные соединения общей структуры:

Глюкозинолаты включают в себя R-группу, происходящую из аминокислот и тиогликозидную связь с углеродом сульфированного оксима. Сульфатная группа придает глюкозинолатам сильные кислотные свойства.

Определенные глюкозинолаты, в частности глюкорафанин (также известный, как глюкозинолат сульфорафана или 4-метилсульфинилбутилглюкозинолат), являются фитохимическими предшественниками сильнодействующих хемозащитных веществ, таких как сульфорафан. Глюкозинолаты и ферменты бета-тиоглюкозидазы присутствуют в содержащих глюкозинолаты растениях совместно, но они физически разделены, пока клеточная структура растительного сырья не разрушена так, как при жевании, разрезании, измельчении, замораживании - оттаивании, термообработке или тому подобном. При разрушении клеточной структуры тиогликозидная связь глюкозинолатов гидролизуется бета-тиоглюкозидазами, особенно мирозиназой, в нестабильные аглюконы, которые подвергаются спонтанной перегруппировке в сильнодействующие хемозащитные вещества, называемые изотиоцианатами, и другие соединения. Изотиоцианаты биологически активны и обладают высокой химической реакционной способностью. Изотиоцианаты, в особенности сульфорафан, по-видимому, запускают механизмы канцерогенной детоксикации при доставке в клетки млекопитающих.

В дополнению к снижению риска возникновения определенных раков глюкорафанин посредством его биологически активного продукта превращения сульфорафана, как недавно было показано, эффективен при уничтожении организмов, вызывающих появление язв желудка, и может предоставить новые подходы для снижения риска возникновения сердечнососудистых и глазных заболеваний. Предпринимаются усилия для получения разрешения на создание этикеток с заявленными свойствами на продуктах питания либо с природным высоким содержанием таких веществ, либо для продуктов питания, содержащих добавленные хемозащитные вещества из крестоцветных. Продукты, содержащие хемозащитные добавки, хотя и без таких этикеток с заявленными свойствами, уже находятся на рынке.

Получение глюкозинолатов, в особенности глюкорафанина, проблематично из-за его высокой стоимости. В основном, лучшим источником глюкорафанина являлись дорогие специальные сорта брокколи. Значительный потенциал глюкозинолатов для здоровья не реализовался из-за высокой стоимости подбора источников глюкорафанина.

Предпринимали предварительные попытки для того, чтобы получить глюкозинолаты из растительного сырья. Например, ионообменные колонки и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) использовали для выделения различных глюкозинолатов. Bjerg, B. and Sorensen, H., Isolation of Intact Glucosinolates by Column Chromatography and Determination of Their Purity, in GLUCOSINOLATES IN RAPESEEDS: ANALYTICAL ASPECTS 59-75 (J-P. Wathelet ed., 1987). Fahey, J., et al., The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants," Phytochemistrv. 56: 5-51 (2001). Такие способы как эти не могут допустить использование необработанных образцов и для них необходимы экстракты глюкозинолатов, которые очищены фильтрацией или центрифугированием перед обработкой на колонках.

Следовательно, остается потребность в более рентабельном способе, который эффективен для получения глюкозинолатов, особенно глюкорафанина, из относительно необработанного исходного сырья. Настоящее изобретение отвечает данным потребностям, так же как и другим потребностям, как будет очевидно из следующего ниже описания вариантов осуществления настоящего изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к рентабельному способу получения глюкозинолатов, особенно глюкорафанина, из сельскохозяйственных побочных продуктов и отходов. Послеуборочное и отбракованное растительное сырье, включающее в себя непригодное для продажи растительное сырье, позволяет получить эффективное и недорогое исходное сырье для способа по изобретению.

Настоящий способ представляет собой существенное усовершенствование способов, недавно описанных в заявках на патент США с регистрационными номерами 11/199752, поданной 9 августа 2005 г., 11/617934, поданной 29 декабря 2006 г. и 11/761843 (регистратор 77481), поданной 12 июня 2007 г., также принадлежащих тому же самому правопреемнику настоящего изобретения.

Овощи семейства крестоцветных были определены в качестве хорошего источника фитохимических веществ - предшественников хемозащитных веществ. Овощи семейства крестоцветных включают в себя в качестве неограничивающих примеров брокколи, капусту огородную, листовую капусту, кудрявую капусту, кормовую капусту, тысячеголовую капусту, китайскую капусту, цветную капусту, португальскую капусту, брюссельскую капусту, кольраби, джерсейскую капусту, китайскую брокколи, брюкву, горчицу, дайкон, хрен, кочанную капусту, капусту савойскую, пак-хой, пекинскую капусту, капусту полевую, руколу, кресс водяной, кресс, репу, браунколь, редис и тому подобное. В предпочтительном аспекте используют растительное сырье брокколи.

В общем случае, когда в способе по изобретению используют послеуборочное растительное сырье, растительное сырье следует обрабатывать относительно быстро после сбора урожая. Растительное сырье можно разрубить или разрезать, но его не следует давить или получать из него пюре до непосредственного момента времени перед использованием в способе по изобретению, чтобы минимизировать повреждение клеточных структур. После того как растительное сырье разрезают или иным образом повреждают во время сбора урожая, структуры клеточной стенки растительного сырья разрушается, таким образом приводя к взаимодействию глюкозинолатов с ферментами, которые превращают глюкозинолаты в изотиоцианаты. Следовательно, повреждение содержащего глюкозинолаты растительного сырья необходимо минимизировать до использования растительного сырья в способе по изобретению. Для того чтобы увеличить промежуток времени, в котором растительное сырье можно использовать после сбора урожая без вредного воздействия на содержание глюкозинолатов, содержащее глюкозинолаты растительное сырье можно сохранять посредством любых общепринятых способов, таких как замораживание или высушивание, таких как высушивание воздухом, лиофильная сушка, вакуумная сушка, сушка в барабанной сушилке, сушка распылением или тому подобное. В общем случае, тем не менее, предпочтительно, чтобы растительное сырье использовали как можно быстрее после сбора урожая.

К удивлению, способ по изобретению эффективен для относительно необработанного исходного сырья. Например, растительное сырье не следует промывать или фильтровать, чтобы удалить почву или другие инородные остатки перед использованием. Способ по изобретению в общем случае включает (1) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости, (2) нагревание смеси для инактивации ферментов в растительном сырье, (3) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (4) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны. Способ может дополнительно включать удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

В другом аспекте изобретения способ включает следующие ниже стадии: (1) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости; (2) нагревание смеси для инактивации ферментов в растительном сырье; (3) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (4) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны; (5) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (6) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны. Способ может дополнительно включать удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

В общем случае, с мембраной будут связываться различные типы глюкозинолатов и выбор растительного сырья будет определять окончательную композицию. Следовательно, желательно выбирать растительное сырье, содержащее более высокие уровни глюкозинолатов, которые необходимо экстрагировать. Предпочтительно, выбирают растительное сырье, содержащее глюкорафенин или глюкорафанин. Более предпочтительно, выбирают растительное сырье, содержащее глюкорафанин.

В другом аспекте, экстракт глюкозинолатов, полученный способом по изобретению, можно включать в состав пищевых продуктов, фармацевтических продуктов и диетических добавок. Экстракт глюкозинолатов можно включать в состав продуктов питания сразу же или можно высушивать, охлаждать, замораживать или лиофилизировать и затем включать в состав продуктов питания. Продукт питания, в который можно добавлять экстракт глюкозинолатов, включает в себя пищевые добавки, напитки, коктейли, хлебобулочные изделия, чаи, супы, продукты из хлебных злаков, пилюли, таблетки, салаты, бутерброды, гранолы, салатные приправы, соусы, кофе, сыры, йогурты, энергетические батончики, и тому подобное, так же как и их смеси. Добавки включают в себя диетические добавки, биологически-активные добавки, травяные добавки и тому подобное. В данном аспекте продукт питания может содержать эффективное количество экстракта глюкозинолата, такое как приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг на одну порцию продукта питания. Эффективное количество экстракта глюкозинолата можно также добавлять в фармацевтические композиции, такое как приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг на одну дозу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлены основные реакции для превращения глюкорафанина в сульфорафан.

На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления способа по изобретению.

На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления способа по изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящий способ является и технически эффективным, и привлекательным с точки зрения стоимости производства. Действительно, настоящий способ позволяет получить глюкозинолаты из сельскохозяйственных побочных продуктов и отходов, в частности, из послеуборочных содержащих глюкозинолаты растений и отбракованного сырья, которые иначе бы отбраковывались или запахивались в полях, таких как нетоварная продукция, листья, стебли, семена, и тому подобное. Глюкозинолаты, в частности глюкорофанин, получаемые способом по изобретению, обладают преимуществом для здоровья по сравнению с глюкозинолатами, полученными значительно более дорогими способами.

Используемые здесь «хемозащитные вещества» и «хемозащитные соединения» обозначают средства растительного происхождения, которые эффективны для уменьшения восприимчивости млекопитающих к токсичным и неопластическим воздействиям канцерогенных веществ. «Предшественники» хемозащитных веществ обозначают средства, которые приводят к образованию хемозащитных веществ ферментативными и/или химическими способами. Talalay, P. et al., J. Nutr., 131 (11 Supp.): 30275-30335 (2001). Примеры таких предшественников хемозащитных веществ включают в себя алкилглюкозинолаты, такие как глюкорофанин.

Тиогликозидные связи глюкорофанина гидролизуются in vivo микрофолорой кишечника до нестабильных аглюконы глюкозинолатов, которые подвергаются произвольной перегруппировке в изотиоционаты, такие как сульфорафан, и другие соединения, такие как нитриты и тиоционаты. Превращение также может катализироваться бета-тиоглюкозидазами, особенно мирозиназой, которые обнаружены в содержащих глюкозинолаты растениях. Основные реакции проиллюстрированы на фиг.1.

Используемое здесь «эффективное количество» представляет собой количество добавки, которое обеспечивает необходимый эффект или благоприятное воздействие при употреблении. В общем случае, приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг глюкозинолатов по изобретению, в частности глюкорафанина, на одну порцию продукта питания или приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг на однократную дозу фармацевтической композиции, более высокие количества можно использовать при желании.

Термин «растительное сырье» обычно включает в себя целое растение, листья, ткани растения, ростки, стебли, семена, цветки, фрукты, цветы, клубни, корни, тому подобное и их смеси. Несмотря на то, что количество глюкозинолатов может меняться от одной части растения к другой, от одного типа растения к другому, и может зависеть от времени жизни растения, можно использовать любую комбинацию растительного сырья, чтобы уменьшить количество времени сортировки и предварительной подготовки перед использованием растительного сырья в способе по изобретению, хотя предпочтительно использовать растительное сырье, которое содержит необходимые уровни глюкозинолатов, которые необходимо экстрагировать.

Овощи из семейства крестоцветных были идентифицированы в качестве хорошего источника фитохимических веществ - предшественников хемозащитных веществ. Овощи семейства крестоцветных включают в себя в качестве неограничивающих примеров брокколи, капусту огородную, листовую капусту, кудрявую капусту, кормовую капусту, тысячеголовую капусту, китайскую капусту, цветную капусту, португальскую капусту, брюссельскую капусту, кольраби, джерсейскую капусту, китайскую брокколи, брюкву, горчицу, дайкон, хрен, кочанную капусту, капусту савойскую, пак-хой, пекинскую капусту, капусту полевую, руколу, кресс водяной, кресс, репу, браунколь, редис и тому подобное.

В предпочтительном аспекте используют растительное сырье брокколи. Особенно применимыми сортами брокколи, которые можно использовать в заявленном способе, являются Сага, Декикко, Эверест, Изумрудный город, Пэкмен, Корвет, Денди, Ранняя, Император, Моряк, Зеленая комета, Зеленый храбрец, Аркадия, Каравелла Калабрезе, Канцлер, Цитата, Крейсер, рано прорастающая фиолетовая, Красная Стрела, Эврика, Экцельсиор, Галеон, Гинга, Голиаф, Зеленый Герцог, Гринблет, Итальянский росток, поздно прорастающая фиолетовая, прорастающая в конце зимы, Белая звезда, Легенда, Лепрекон, Марафона, Моряк, Минарет (романеско), Парагок, Патриот, Премиум кроп, Рапин (Спринг Рааб), Розалинда, Салат (Фол Рааб), Самурай, Сегун, Спринтер, Султан, Тэйко, Трикси, Сан-Мигель, Аркадия, Цыган, Эверест, Патрон, Южная комета, Зеленая комета, Судьба, Климакс и Пират. Тем не менее, подходит множество других сортов брокколи.

Один вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг. 2. Изобретение можно осуществить в периодическом, полупериодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме. Способ по изобретению в общем случае включает (1) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости, (2) нагревание смеси для инактивации ферментов в растительном сырье, (3) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (4) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны. Способ может дополнительно включать удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

Другой вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг.3. Данный способ включает в себя следующие стадии: (1) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости; (2) нагревание смеси для инактивации ферментов в растительном сырье; (3) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (4) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны, (5) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране и (6) высвобождение глюкозинолатов из анионообменной мембраны. Способ может дополнительно включать удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

Несмотря на то, что способ по изобретению подходит для растительного сырья из сельскохозяйственных побочных продуктов и отходов, растительное сырье должно быть относительно свежим и неиспорченным. Преимущественно, способ по изобретению подходит для крайне необработанных образцов, которые обычно не наблюдаются в традиционных способах экстракции глюкозинолатов из растительного сырья. В общем случае, способ по изобретению не требует, чтобы растительное сырье подверглось любому виду очищающей предварительной обработке (например, растительное сырье не требует мытья, фильтрации, центрифугирования или необходимости в удалении почвы, инородных остатков, или других нерастворимых компонентов перед использованием).

В общем случае, когда в способе по изобретению используют послеуборочное растительное сырье, растительное сырье следует обработать способом по изобретению относительно быстро после сборки урожая, а именно в течение нескольких часов. Глюкозинолаты остаются неповрежденными в растительном сырье до тех пор, пока не провзаимодействуют с ферментами бета-тиоглюкозидазами. Клеточные стенки растительного сырья начинают разрушаться после сборки урожая из-за клеточного старения. Клеточное разрушение приводит к взаимодействию глюкозинолатов с ферментами, такими как мирозиназа, которые превращают глюкозинолаты в изотиоцианаты. Для того чтобы продлить период времени, за который можно использовать послеуборочное растительное сырье, может быть необходимым сохранять содержащее глюкозинолаты растительное сырье, а именно замораживанием или высушиванием, таким как высушивание воздухом, лиофильная сушка, вакуумная сушка, сушка в печи или тому подобное. Сохранение содержащих глюкозинолаты растительного сырья способствует уменьшению количества превращений глюкозинолатов в изотиоцианаты бета-тиоглюкозидазами в растительном материале, а также уменьшению активности микроорганизмов, вызывающих порчу. В общем случае, тем не менее, предпочтительно, чтобы растительное сырье использовали как можно быстрее после сбора урожая.

В другом важном аспекте повреждение содержащего глюкозинолаты растительного сырья следует минимизировать до незамедлительного использования растительного сырья в способе по изобретению (например, в течение нескольких часов). Повреждение растительного сырья, такое как пережевывание, давление или разрезание, также запускает превращение глюкозинолатов в изотиоцианаты бета-тиоглюкозидазами. Следовательно, повреждение содержащего глюкозинолаты растительного сырья следует минимизировать до использования растительного сырья в способе по изобретению.

Незамедлительно перед использованием в способе по изобретению, а именно приблизительно от 1 до приблизительно 2 часов перед использованием, содержащее глюкозинолаты растительное сырье следует обработать для разрушения клеточной структуры для того, чтобы облегчить высвобождение глюкозинолатов. Подходящие стадии обработки включают в себя в качестве неограничивающих примеров измельчение, дробление, мелкую резку, получение пюре, тому подобное или их комбинацию. Если растительное сырье включает в себя семена, семена можно измельчить и обезжирить перед использованием. В одном аспекте, семена можно обезжирить используя известную процедуру обезжиривания, такую как описано в статье у West, L, J. Agric. Food Chem. 52: 916-926 (2004), которая включена сюда в качестве ссылки.

Растительное сырье затем следует нагревать в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации ферментов в содержащем глюкозинолаты растительном сырье. В общем случае, растительное сырье нагревают приблизительно от 60°C до приблизительно 110°C в течение, по крайней мере, приблизительно 5 минут. Термообработку можно осуществить любыми общепринятыми способами, такими как кипячение, выпаривание, обработка в микроволновой печи. Предпочтительно, стадия термообработки инактивирует ферменты бета-тиоглюкозидазы, предпочтительно мирозиназу, присутствующие в растительном сырье, для того, чтобы предотвратить превращение глюкозинолатов в изотиоцианаты. Преимущественно, термообработка также инактивирует микроорганизмы в смеси. Также было обнаружено, что термообработка улучшает экстракцию глюкозинолатов из растительного сырья, увеличивая растворимость и увеличивая проникание воды в растительное сырье. В общем случае, если используют кипячение в качестве термообработки, количество жидкости не критично, поскольку существует достаточное количество жидкости в полностью и равномерно нагреваемом растительном сырье.

В зависимости от выбранного способа нагревания может быть необходимым увеличение объема жидкости в смеси после стадии термообработки. В общем случае, жидкость представляет собой воду, но может представлять собой воду, содержащую органический растворитель, такой как этиловый спирт. Предпочтительно, жидкость представляет собой воду. Количество жидкости в смеси должно быть достаточным, чтобы получить перемешиваемую взвесь.

Инактивированную нагреванием смесь затем наносят на анионообменную мембрану, чтобы экстрагировать глюкозинолаты из инактивированной нагреванием смеси. Предпочтительно, анионообменная мембрана представляет собой мембрану сильноосновного типа, но можно при желании использовать слабоосновные мембраны. В зависимости от выбранного типа мембраны, мембрана может нуждаться в предварительной обработке, такой как замачивание для «разбухания» мембраны. Предпочтительно, анионообменной мембране придают вид листа и погружают в инактивированную нагреванием смесь. В общем случае предпочтительно, чтобы происходила циркуляция инактивированной нагреванием смеси во время стадии экстракции, такая как смешивание, размешивание или перемешивание любыми удобными способами. В общем случае, анионообменная мембрана должна взаимодействовать с инактивированной нагреванием смесью в течение от приблизительно 4 до приблизительно 24 часов, чтобы позволить глюкозинолатам абсорбироваться на анионообменной мембране. Температура во время экстракции должна быть достаточно низкой, чтобы снизить риск роста микроорганизмов в течение стадии экстракции, а именно температура приблизительно от 2 до приблизительно 7°C. Подходящие анионообменные мембраны включают в себя сильноосновные мембраны, такие как Electropure Excellion anion exchange membrane I 200 из Snowpure, LLC в Сан-Клементе, Калифорния. Поверхность мембраны содержит «закрепленные на месте» группы, несущие положительный заряд и соответствующий противоион, такой как хлорид. Глюкозинолаты обладают более сильным отрицательным зарядом и замещают ион хлорида, таким образом связывая глюкозинолаты с мембраной.

Как только глюкозинолаты абсорбировались на мембране, предпочтительно промыть анионообменную мембрану деионизированной водой, чтобы удалить инородные остатки. Анионообменную мембрану, несущую связанные глюкозинолаты затем подвергают взаимодействию с водной жидкостью, содержащей соли, такие как KCl, NaCl или другие пищевые неорганические соли, чтобы облегчить высвобождение связанных глюкозинолатов из анионообменной мембраны в водную жидкость. Предпочтительно, водная жидкость содержит 1 M KCl. В общем случае, количество жидкости некритично, поскольку существует достаточное количество жидкости, чтобы покрыть мембрану. В общем случае, приблизительно от 4 до приблизительно 5 часов является достаточным временем для высвобождения глюкозинолатов из мембраны. В общем случае, по крайней мере, приблизительно 80 процентов глюкозинолатов удаляется с мембраны. И в этом случае температура должна быть достаточно низкой, чтобы уменьшить риск роста микроорганизмов в течение стадии высвобождения, а именно температура приблизительно от 2 до приблизительно 7°C.

В общем случае, предпочтительно повторить стадии экстракции и высвобождения, по крайней мере, один раз, чтобы увеличить количество глюкозинолатов, перенесенных из инактивированной нагреванием смеси. Предпочтительно, используют ту же самую анионообменную мембрану, использованную на предыдущих стадиях экстракции и высвобождения, хотя можно при желании использовать новую анионообменную мембрану.

Глюкозинолаты, высвобожденные в водную жидкость, можно при желании дополнительно обработать. Предпочтительно, водную среду, содержащую глюкозинолаты, обрабатывают, чтобы удалить соли. Соли удаляют, поскольку соли, в общем случае, нежелательны в готовом продукте. В общем случае, соли можно удалить из водной среды общепринятой методикой, включающей в себя, например, диализ с деионизированной водой, используя одну или более мембран из эфиров целлюлозы. Предпочтительно, соль удаляют диализом деионизированной водой в течение приблизительно от 12 до приблизительно 24 часов и при приблизительно от 2 до 7°C, используя одну или более мембран из эфиров целлюлозы с отсечением по молекулярному весу (MWCO) 100.

Глюкозинолаты, высвобожденные в водную жидкость, можно при желании дополнительно переработать во множество форм. Например, глюкозинолаты можно высушить, так как при сушке распылением, лиофильной сушке, вакуумной сушке или тому подобном, чтобы получить сухой экстракт глюкозинолатов. В общем случае, полученный экстракт можно затем высушить в течение времени, достаточном для снижения содержания воды в экстракте до менее чем приблизительно 10%, предпочтительно, до менее чем приблизительно 5%, чтобы получить сухой экстракт глюкозинолатов. В общем случае, экстракт можно высушить, используя любой известный способ, такой как в качестве неограничивающих примеров лиофильная сушка, сушка распылением, вакуумная сушка и тому подобное.

Экстракт глюкозинолатов можно также дополнительно обработать охлаждением или замораживанием или можно подвергнуть обработке мембраной, хроматографической обработке или диализу, чтобы удалить нежелательные анионные вещества, которые связались с мембраной и были высвобождены из анионообменной мембраны, а именно, чтобы получить изолят глюкозинолата или очищенный продукт.

В экстракт глюкозинолата можно также вводить необязательные ингредиенты или компоненты, такие как, например, ароматизаторы, питательные вещества, витамины, красители, питательные добавки, антиоксиданты, пробиотик и тому подобное, пока дополнительные ингредиенты существенным образом неблагоприятно не затрагивают устойчивость. В частности, присутствие и количество таких дополнительных ингредиентов может, конечно, значительно изменяться в зависимости от продукта, в который добавляется экстракт.

Экстракт глюкозинолатов можно включать в состав множества продуктов, включающих в себя продукты питания и фармацевтические продукты. Экстракт глюкозинолатов можно также использовать в качестве пищевого укрепляющего средства. Продукт питания, в который можно включить экстракт глюкозинолатов, включает в себя пищевые добавки, напитки, коктейли, хлебобулочные изделия, чаи, супы, продукты из хлебных злаков, пилюли, таблетки, салаты, бутерброды, гранолы, салатные приправы, соусы, кофе, сыры, йогурты, энергетические батончики и тому подобное, так же как и их смеси. Добавки включают в себя диетические добавки, биологически-активные добавки, травяные добавки или тому подобное. В данном аспекте продукт питания может содержать эффективное количество экстракта глюкозинолатов, а именно приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг на одну порцию продукта питания. Эффективное количество экстракта глюкозинолатов можно также добавлять в фармацевтические композиции, такое как приблизительно от 1 до приблизительно 100 мг на одну дозу. Конечно, при желании можно включать в состав более высокие количества.

После способа по изобретению отработанное растительное сырье, использованное в изобретении, можно переработать и использовать в качестве кормового материала для животных. В общем случае, отработанное растительное сырье можно отделить от водной жидкости фильтрацией, центрифугированием, фильтрованием или тому подобным, чтобы получить растительное сырье, подходящее для животного корма. Отработанное растительное сырье уникально полезно в качестве кормового материала, потому что материалы больше не содержат глюкозинолатов. В общем случае желательно, чтобы растительное сырье, используемое для животного корма, содержало низкие уровни глюкозинолатов, потому что содержащее глюкозинолаты растительное сырье, как было обнаружено, обладает нежеланными воздействиями на животных, когда используется в качестве первичного источника пищи.

Следующие ниже примеры предназначены проиллюстрировать изобретение и не ограничить его. Если иначе не указано, все проценты, части и соотношения представлены по весу. Все ссылки (включая публикации, патенты, заявки на патент, патентные публикации и тому подобное), процитированные в настоящем описании, включены в него полностью в качестве ссылки.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Глюкозинолаты из семян брокколи

Пятнадцать грамм семян брокколи обезжиривали экстракцией гексаном и измельчали до степени прохождения через сито №18. Измельченные и обезжиренные семена брокколи добавляли к 1500 мл деионизированной воды, чтобы получить смесь. Смесь кипятили в течение 5 минут, чтобы инактивировать ферменты бета-тиоглюкозидазы в семенах. Полный объем смеси затем переносили в 4500 мл деионизированной воды. Один квадратный фут гетерогенной сильноосновной анионообменной мембраны Electropure Excellion, тип 1, модель I-200 (Snowpure, LLC в Сан-Клементе, Калифорния) суспендировали при непрерывном перемешивании смеси, проводимой при 5°C в течение 24 часов. После экстракции анионообменную мембрану в течение короткого периода промывали деионизированной водой и мембрану помещали в резервуар с перемешиванием, содержащий 4500 мл 1 N KCl при 5°C в течение 4 часов, чтобы высвободить глюкозинолаты из анионообменной мембраны. Концентрацию глюкорафанина в водной среде измеряли при помощи ВЭЖХ. Экстракция свыше 24 часов приводила к 58% удалению общего количества доступного глюкорафанина. 1 N KCl высвобождал, по существу, весь связанный глюкорафанин через 4 часа.

Для того чтобы максимально увеличить выход глюкозинолатов, обе стадии экстракции и высвобождения повторяли. Ту же самую анионообменную мембрану возвращали в резервуар для экстракции на дополнительные 18 часов. Анионообменную мембрану затем возвращали в тот же самый резервуар с 1 N KCl на четыре часа. Полное удаление глюкорафанина увеличили до 81%, повторяя способ, как описано. Обработка в течение 4 часов в том же самом резервуаре с 1 N KCl снова высвобождала, по существу, весь связанный глюкорафанин.

После стадий экстракции и высвобождения соли удаляли диализом деионизированной водой в течение ночи при 5°C, используя мембраны из эфиров целлюлозы с отсечением по молекулярному весу (MWCO) 100.

Пример 2: Глюкозинолаты из цветков брокколи

Способ из Примера 1 повторяли, используя 150 г высушенных и измельченных цветков брокколи. Цветки брокколи измельчали до степени прохождения через сито №18. Способ привел к более чем 80 процентному извлечению глюкозинолатов.

Пример 3: Глюкозинолаты из растений

Способ из Примера 1 повторяли, используя 1 кг свежеубранных листьев и стеблей брокколи. Листья и стебли брокколи обрабатывали паром, чтобы инактивировать ферменты бета-тиоглюкозидазы в течение 20 минут. Затем из листьев и стеблей брокколи получали пюре. Способ привел к извлечению глюкозинолатов, сходному с извлечением из Примера 1.

Несмотря на то, что изобретение было описано в терминах предпочтительных вариантов осуществлений, специалисты в данной области поймут, что изобретение можно осуществить с модификацией в пределах сущности и объема притязаний, заявленных в прилагаемой формуле изобретения.

1. Способ экстракции глюкозинолатов из содержащего глюкозинолаты растительного сырья, причем указанный способ включает:
(i) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости;
(ii) нагревание смеси в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации ферментов в содержащем глюкозинолаты растительном сырье, чтобы получить инактивированную нагреванием смесь;
(iii) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение от приблизительно 4 до приблизительно 24 ч и при температуре приблизительно от 2 до приблизительно 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране; и
(iv) взаимодействие анионообменной мембраны, содержащей абсорбированные глюкозинолаты с водным раствором в течение времени, достаточном для высвобождения экстрагированных глюкозинолатов из анионообменной мембраны, чтобы получить водную среду, содержащую глюкозинолаты.

2. Способ по п.1, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье выбрано из группы, состоящей из брокколи, капусты огородной, листовой капусты, кудрявой капусты, кормовой капусты, тысячеголовой капусты, китайской капусты, цветной капусты, португальской капусты, брюссельской капусты, кольраби, джерсейской капусты, китайской брокколи, брюквы, горчицы, дайкона, хрена, кочанной капусты, капусты савойской, пак-хой, пекинской капусты, капусты полевой, руколы, кресса водяного, кресса, репы, браунколя, редиса, тому подобного и их смеси.

3. Способ по п.2, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье включает, по крайней мере, один компонент из группы, состоящей из цветков, семян, листьев, ростков и стеблей.

4. Способ по п.1, дополнительно включающий предварительную обработку содержащего глюкозинолаты растительного сырья на стадии (i) посредством, по крайней мере, одного способа из группы, состоящей из обезвоживания, обезжиривания, замораживания, измельчения, дробления, мелкой резки, получения пюре или их комбинации.

5. Способ по п.1, в котором стадия нагревания происходит при температуре приблизительно от 60 до приблизительно 110°С в течение приблизительно от 5 до приблизительно 15 мин.

6. Способ по п.1, в котором экстрагированные глюкозинолаты представляют собой глюкорафанин.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий повторяющиеся стадии (iii) и (iv).

8. Способ по п.1, дополнительно включающий удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

9. Способ экстракции глюкозинолатов из содержащего глюкозинолаты растительного сырья, причем указанный способ включает:
(i) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости;
(ii) нагревание смеси в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации ферментов в содержащем глюкозинолаты растительном сырье, чтобы получить инактивированную нагреванием смесь;
(iii) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение от приблизительно 4 до приблизительно 24 ч и при температуре приблизительно от 2 до приблизительно 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране;
(iv) взаимодействие анионообменной мембраны, содержащей абсорбированные глюкозинолаты, с водным раствором в течение времени, достаточном для высвобождения экстрагированных глюкозинолатов из анионообменной мембраны, чтобы получить водную среду, содержащую глюкозинолаты;
(v) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение от приблизительно 4 до приблизительно 24 ч при температуре приблизительно от 2 до приблизительно 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране;
(vi) взаимодействие анионообменной мембраны со стадии (v), содержащей абсорбированные глюкозинолаты, с водным раствором в течение времени, достаточном для высвобождения экстрагированных глюкозинолатов из анионообменной мембраны, чтобы получить водную среду, содержащую глюкозинолаты.

10. Способ по п.9, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье выбрано из группы, состоящей из брокколи, капусты огородной, листовой капусты, кудрявой капусты, кормовой капусты, тысячеголовой капусты, китайской капусты, цветной капусты, португальской капусты, брюссельской капусты, кольраби, джерсейской капусты, китайской брокколи, брюквы, горчицы, дайкона, хрена, кочанной капусты, капусты савойской, пак-хой, пекинской капусты, капусты полевой, руколы, кресса водяного, кресса, репы, браунколя, редиса, тому подобного и их смеси.

11. Способ по п.10, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье включает, по крайней мере, один компонент из группы, состоящей из цветков, семян, листьев, ростков и стеблей.

12. Способ по п.9, дополнительно включающий предварительную обработку содержащего глюкозинолаты растительного сырья на стадии (i) посредством, по крайней мере, одного способа из группы, состоящей из обезвоживания, обезжиривания, замораживания, измельчения, дробления, мелкой резки, получения пюре или их комбинации.

13. Способ по п.9, в котором стадия нагревания происходит при температуре приблизительно от 60 до приблизительно 110°С в течение приблизительно от 5 до приблизительно 15 мин.

14. Способ по п.9, в котором глюкозинолаты представляют собой глюкорафанин.

15. Экстракт глюкозинолатов, полученный способом, включающим:
(i) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости;
(ii) нагревание смеси в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации ферментов в содержащем глюкозинолаты растительном сырье, чтобы получить инактивированную нагреванием смесь;
(iii) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение приблизительно от 4 до приблизительно 24 ч и при температуре приблизительно от 2 до приблизительно 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране; и
(iv) взаимодействие анионообменной мембраны, содержащей абсорбированные глюкозинолаты, с водным раствором в течение времени, достаточном для высвобождения экстрагированных глюкозинолатов из анионообменной мембраны, чтобы получить водную среду, содержащую глюкозинолаты.

16. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье выбрано из группы, состоящей из брокколи, капусты огородной, листовой капусты, кудрявой капусты, кормовой капусты, тысячеголовой капусты, китайской капусты, цветной капусты, португальской капусты, брюссельской капусты, кольраби, джерсейской капусты, капусты савойской, листовой капусты, браунколя, редиса и их смеси.

17. Экстракт глюкозинолатов по п.16, в котором содержащее глюкозинолаты растительное сырье включает, по крайней мере, один компонент из группы, состоящей из цветков, семян, листьев, ростков и стеблей.

18. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором способ дополнительно включает предварительную обработку содержащего глюкозинолаты растительного сырья на стадии (i) посредством, по крайней мере, одного способа из группы, состоящей из обезвоживания, обезжиривания, замораживания, измельчения, дробления, мелкой резки, получения пюре или их комбинации.

19. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором стадия нагревания происходит при температуре приблизительно от 60 до приблизительно 110°С в течение приблизительно от 5 до приблизительно 15 мин.

20. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором глюкозинолаты представляют собой глюкорафанин.

21. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором способ дополнительно включает повторяющиеся стадии (iii) и (iv) после стадии (iv).

22. Экстракт глюкозинолатов по п.15, в котором способ дополнительно включает удаление соли из экстрагированных глюкозинолатов.

23. Продукт питания, содержащий эффективное количество от приблизительно 1 до приблизительно 100 мг экстракта глюкозинолатов на одну порцию продукта питания по п.15.

24. Продукт питания по п.23, в котором глюкозинолаты представляют собой глюкорафанин.

25. Фармацевтическая композиция, содержащая эффективное количество от приблизительно 1 до приблизительно 100 мг экстракта глюкозинолатов по п.15.

26. Фармацевтическая композиция по п.25, в которой глюкозинолаты представляют собой глюкорафанин.

27. Способ экстрагирования глюкозинолатов из содержащего глюкозинолаты растительного сырья, содержащий:
(i) получение смеси содержащего глюкозинолаты растительного сырья и жидкости, где растительное сырье выбирают из группы, состоящей из целых растений, листьев, стеблей, соцветий, фруктов, цветов, клубней и корней;
(ii) нагревание смеси в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации ферментов в содержащем глюкозинолаты растительном сырье, чтобы получить инактивированную нагреванием смесь;
(iii) взаимодействие инактивированной нагреванием смеси с анионообменной мембраной в течение от приблизительно 4 до приблизительно 24 ч и при температуре приблизительно от 2 до приблизительно 7°С, посредством чего, по крайней мере, часть глюкозинолатов абсорбируется на анионообменной мембране; и
(iv) взаимодействие анионообменной мембраны, содержащей абсорбированные глюкозинолаты с водным раствором, содержащим пищевые неорганические соли, в течение времени, достаточном для высвобождения экстрагированных глюкозинолатов из анионообменной мембраны, чтобы получить водную среду, содержащую глюкозинолаты, причем глюкозинолаты являются безопасными, так что упомянутые глюкозинолаты можно добавлять непосредственно в продукт питания.