СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ИЗВЛЕКАЕМЫХ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
METHOD FOR PREPARING AQUEOUS EXTRACTS OF CRUDE DRUGS RICH IN ACTIVE EXTRACTANTS

Изобретение относится к косметической и фармацевтической отраслям промышленности, касается извлечения активных веществ из растений, в частности лекарственных растений, путем получения водных экстрактов из растений.
Методы выделения активных (биологически активных) веществ из растительного сырья, в частности лекарственных растений, методом экстракции как надземной, так и подземной частей этих растений широко известны в химико-фармацевтической, косметической, пищевой отраслей промышленности и медицине.
Растения и растительные организмы служат важным источником активных композиций и соединений, применяемых в медицине. Новые растения, новые соединения из растений или даже модификации соединений, находящихся в растениях, представляют большой интерес для фитокосметики и фитомедицины.
Способы, применяемые при экстракции компонентов из растительных организмов и растений, имеют большое значение не только с точки зрения выхода полученных соединений, но и химической природы тех соединений, которые реально могут быть получены.
fh
Обычные способы, применяемые в фитохимической промышленности, основаны на экстракции из измельченных растений или растительных организмов водой или паром, органическим растворителем или смесью воды и органических растворителей, таких как вода и спирты. Включение стадии мацерации также хорошо известно в данной области. Наконец, отделение водного экстракта от твердой фазы осуществляется обычными способами, такими как декантация, центрифугирования или фильтрация. Также могут применятся дополнительные химические обработки для модификации структуры соединений, находящихся в растениях. Дополнительную информацию по этой теме можно найти в: Dr. Pio Font Quer, «Medicinal Plants. The updated Discorides» Ed. Labor, S.A., 12 Edition, 1990.
Французский патент FR 2733419, 31.10.1996 г. описывает получение экстрактов из смеси, по меньшей мере, трех различных растений, выбранных из родов Geranium, Plantago и Calendula, путем вымачивания 300-400 г свежих листьев Geranium robertanium, 10-50 г сухих листьев Plantago lanceolata и 10-50 г сухих листьев Calendula officinalis в 3 л воды при 15-30°C в течение 3-15 дней. Согласно FR 2733419 полученная таким способом композиция находит применение при лечении раковых заболеваний. Активность этих экстрактов оказалась неудовлетворительной.
Европейская патентная заявка EP 0934746 A, 11.08.1999 г. раскрывает способ получения водного экстракта из растений родов Geranium и Plantago, а также из вида Calendula officinalis, в котором данные экстракты получают из следующих количеств указанных растений в воде: 10-60 г Geranium sibiricum или свежего Geranium sibiricum, 10-60 г сухого Plantago lanceolata и 10-60 г сухого Calendula officinalis в 300 г воды. Способ получения данных водных экстрактов включает вымачивание измельченных растений в воде перед пресс-фильтрацией смеси и последующим центрифугированием. Согласно EP 0934746 A этот экстракт может применяться в онкологической практике как составная часть программы терапии рака.
Из RU 2265448, 10.12.2005 г. известен способ получения водных экстрактов из растений, состоящий из следующих стадий:
a) удаление загрязнений из растений;
b) измельчение растения;
c) обработка измельченного растения лазерным излучением;
d) суспендирование смеси, полученной на стадии с, в воде;
e) мацерация суспензии, полученной на стадии d; *
f) отделение образовавшейся жидкости.
* Суспензию выдерживают от 5 до 20 дней при температурах от 2°C до 10°C, при этом происходит мацерация смеси. Полученные экстракты используют в качестве иммуностимуляторов, при лечении гепатита C, т.е. только в медицине, способ достаточно сложен.
Способ можно применять к любым видам растений как отдельным, так и двудольным. Он может применяться к смесям различных растений. Обработке способом изобретения может подвергаться целое растение, хотя предпочтительны листья и цветки.
Учеными С-Петербургской лесотехнической академии разработан новый подход к использованию древесной зелени лиственной породы (березы, осины, ольхи) и созданы основы получения биологически активных веществ. Экстрагирование биологически активных веществ осуществляется одновременно бензином и водой с последующим разделением на растворы бензино- и водорастворимых веществ. После выделения воска из очищенного бензинового раствора получают экстракт полярных липидов, суспензию безметальных аналогов хлорофилла, эфирное масло и провитаминный концентрат
(Ягодин В.И. Древесная зелень: универсальная безотходная технология // Тр. ученых химико-технологического факультета СПбЛТА. - СПб, 2001 г.).
Известен способ получения отвара из сбора мочегонного №2, состоящего из листьев толокнянки обыкновенной 40 г, плодов можжевельника обыкновенного 40 г, корней солодки уральской 20 г (РЛС, 2002, вып.4. С.876).
Для приготовления отвара измельченный сбор в соотношении 1:20 заливают водой комнатной температуры, взятой с учетом коэффициента водопоглощения, в соответствующей емкости и настаивают на кипящей водяной бане при частом помешивании в течение 30 минут. Процеживают и прибавляют воду до требуемого объема извлечения (ГФ XI, вып.2. С.147-148).
Известен способ получения суммы экстрактивных веществ, обладающей диуретической активностью, включая экстракцию растительного сырья этиловым спиртом в соотношении сырье:экстрагент 1:(10-14) трижды по 60 мин с последующим упариванием объединенных извлечений, сепарированием и сушкой (патент РФ №1737797, 30.11.1994).
Недостатком известных источников является низкий выход экстрактивных и действующих веществ.
Кроме того, использование при экстракции органических растворителей, как правило, предполагает последующую очистку экстракта от растворителя; однако процесс очистки оказывается довольно сложным, и не всегда удается полностью удалить растворитель из экстракта.
В настоящее время широко распространены спиртовые извлечения из растений: настойки, экстракты. Но они тоже имеют существенные недостатки. При экстракции этиловый спирт не только не извлекается, но и осаждает многие класс природных соединений, в том числе полисахариды, полипептиды, белки и олигопептиды. Спирт хорошо растворяет простые и органические соединения, например полифенольные, которые могут не являться цельными компонентами.
Следовательно, при экстракции в спирте используются в конечном итоге незначительная часть биологически активных веществ, находящихся в растениях, поэтому использование в качестве экстрагента структурированной воды позволяет получить больше биологически активных веществ.
Так для повышения эффективности водной экстракции предлагается использование добавкой аммиака, что повышает выход сапонинов аралии и плюща на 10-20% (патент РФ 2395515, патент РФ 2395516).
Известно использование «структурированной воды» для проведения водной экстракции (патент РФ 2232026). В качестве структурированной воды в данном патенте предложено использовать сок овощей: огурцов и помидоров. Данный метод не представляется эффективным, так как сок указанных овощей сам по себе обладает определенной биологической активностью, что может размывать косметический и фармацевтический эффект от применения этих экстрактов в косметических и фармацевтических препаратах. Также этот метод представляется малоэффективным с экономической точки зрения.
Известен также метод повышения эффективности водной экстракции путем воздействия на экстракционную смесь электрических импульсов высокого напряжения (2191520). Однако при этом может происходить деструкция большого числа активных компонентов, являющихся по своей природе нестабильными соединениями.
В RU 2216574, 20.11.2003 описан способ интенсификации процесса экстракции ценных активных веществ из растительного сырья. Способ заключается в экстракции ценных веществ из растительного сырья с помощью СВЧ-энергии, при этом экстракцию ведут паром воды, входящей в состав сырья и нагреваемой энергией СВЧ-излучения, сырье загружают в диэлектрическую камеру, в которой оно не перемешивается, не дробится и сохраняет свою изотропность и целостность капилляров, при этом в диэлектрическую камеру помещают предварительно загруженные сырьем цилиндрические диэлектрические контейнеры, которые расположены горизонтально, и камера вращается со скоростью 2-10 об/мин, при этом облучение сырья проводится с помощью антенной системы с диаграммой направленности СВЧ-излучения, при котором электрическое поле направлено параллельно оси камеры.
В качестве исходного сырья в основном используют растения, содержащие различные эфирные масла, т.е. эфироносные растения, преимущественно листья растений. Способ имеет ограниченное изменение и достаточно сложен в реализации. Из SU 1629019, 23.02.1991 известен способ экстракции растительного сырья с целью получения жидких концентратов безалкогольных (пищевых) напитков.
Жидкий концентрат получают из листьев шиповника путем экстрагирования горячей водой фильтрации, концентрирования и стерилизации концентрата. Экстрагирование проводят горячей водой при 90-100°C в течение 35-50 минут и соотношении твердой и жидкой фаз от 1:8 до 1:10 высушенного при 30-90°C свежесобранного сырья с последующим концентрированием экстракта до содержания сухих веществ в пределах 15-75%. К экстракту добавляют 10-20% сахара от общего количества, а для получения ароматизированного концентрата добавляют 1-3% от общего количества ароматических растений таких, как мята, цветы липы, цветы шиповника и других.
Способ имеет ограниченное применение, не позволяет экстрагировать ценные активные вещества.
Из SU 515518, 27.01.1977 известен способ извлечения жидких растворимых продуктов из растительного сырья, используемых в качестве фитопрепаратов из лекарственных растений в пищевой промышленности.
Растительное сырье (согласно этому известному способу) помещают в замкнутый объем и нагнетают в него пар растворителя (например, водяной пар), одновременно стравливая воздух из объема. Тем самым твердое тело помещают в пар растворителя. Замещение в порах растворителя вначале происходит посредством нагрева твердого тела и воздуха в его порах и капиллярах паром. Нагретый воздух в твердом теле и само твердое тело расширяются, и, так как стенки растительного сырья тверже, чем окружающая среда - пар, воздух из пор частично вытесняется в паровую среду, окружающую сырье, а в поры и капилляры его поступает парообразный растворитель. Однако окружающий сырье (твердое тело) пар растворителя сам создает некоторое давление в объеме, поэтому при простом помещении сырья в пар часть воздуха остается в порах и капиллярах сырья. Для более полного замещения воздуха в порах и капиллярах сырья понижают давление среды, окружающей сырье (твердое тело - растительное сырье).
Для этого пар конденсируют, например, впрыскиванием в паровую среду жидкого агента (например, холодной распыленной воды), при этом создается вакуум порядка 400 мм рт.ст.
Для практически полного извлечения полезного вещества из твердого тела (до практически полного истощения твердого тела) повышают и понижают давление среды, окружающей сырье, многократно, приблизительно пять раз, т.е. доводят до вскипания жидкий растворитель в порах и капиллярах твердого тела пять раз.
Способ технологически достаточно сложен и не позволяет достаточно эффективно обеспечить получение экстрактов с повышенным содержанием активных веществ.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение выхода биологически активных веществ из растительного сырья, увеличение продолжительности сроков хранение экстрактов, что повышает эффективность их использования с одновременным упрощением процесса извлечения этих активных веществ и расширением арсенала средств, используемых для извлечения биологически активных веществ из растительного сырья.
Поставленная техническая задача достигается заявленным способом получения водных экстрактов из растительного сырья с повышенным содержанием активных веществ. Способ заключается в последовательном проведении следующих стадий:
а) растительное сырье, возможно измельченное, высушенное или свежее помещают в напарной сосуд, размещенный в печи-термостате;
б) осуществляют нагревание сырья с постепенным повышением температуры от 20°C до 40°C в течение 2 часов;
в) осуществляют последующее нагревание с постепенным повышением температуры до 80-90°C в течение 4-8 часов;
г) охлаждают напарной сосуд с растительным сырьем в течение 2-8 часов.
При этом перед или после проведения стадии (в) осуществляют выдержку экстрагируемого сырья в напорном сосуде в течение около 1 часа при температуре, до которой осуществлен нагрев растительного сырья на начальной стадии (б) нагрева. Отделение водного экстракта от использованного растительного сырья проводили с помощью стандартного нуч-фильтра.
В данном изобретении под термином растительное сырье следует понимать одно или несколько растений одного вида, или несколько растений разных видов, или какая-либо часть или части растений, таких как стебли, листья, цветки, плоды.
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его. Время, указанное в примерах как «около», следует понимать как «приблизительно», например около 2 ч - это и 1 час 55 мин, 1 ч 57 мин; 2 ч 3 мин, 2 ч 5 мин и т.д.
Пример 1
Проводили экстракцию аскорбиновой кислоты из растительного сырья - калины обыкновенной. Сырье было получено из средней полосы России. В напарной сосуд емкость 12 л загружали 1 кг свежего сырья - плоды калины. Далее, напарной сосуд помещали в печь-термостат и проводили процесс в следующем температурном режиме: в течение часа температуру повышали от 20 до 40°C в течение 2 часов. Затем при 40°C выдерживали в течение 1 часа и в течение 4 часов поднимали температуру до 80°C. Далее проводили охлаждение до 20°C в течение 2 часов. Количественное определение витамина C проводили по методике Тильманса [Ермаков А.И., Арасимович В.В., Смирнова-Иконникова М.И. и др. Методы биохимических исследований растений. Л.: 1972. 283 с.]. Определено следующее содержание витамина C - 150,8 мг/100 г свежих плодов.
Пример 2 (Контрольный, сравнительный)
Проводили водную экстракцию свежих плодов калины методом отвара. В емкость 12 л загружали 1 кг сырья. Отваривали в течение 4 часов, после чего охлаждали до комнатной температуры. Определение витамина C в отваре определяли аналогично примеру 1. Содержание витамина C составило 63,0 мг/100 г свежего сырья. Таким образом выход витамина C был меньше, чем по примеру 1 в 2,4 раза.
Пример 3
Проводили водную экстракцию сухого сырья наземной части василистника (Thalicfrum minus L) предлагаемым методом напара. В напарной сосуд емкостью 12 л загружали 1 кг сухого сырья указанного выше растения. Далее напарной сосуд помещали в печь-термостат, проводили процесс в следующем температурном режиме: температуру повышали от 20°C до 40°C в течение 2 часов. Далее в течение 1 часа температуру повышали до 85°C и выдерживали в течение 1 часа, после чего снижали до 20°C в течение 8 часов. Содержание активных веществ в полученном напаре определяли методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе «STAYER» на обращенно-фазовой колонке Luna C18. Были получены следующие результаты (все проценты отнесены к а.с.м.): легкогидролизуемые полисахариды 21,1%, трудногидролизуемые полисахариды 10,3%, лигнин 8,1%, белок 1,0%. В составе поли- и моносахаридов обнаружено: глюкоза 6,2%, галактоза 4,2%, арабиноза 0,8%, ксилоза 4,2%. Кроме того, сапонины 0,2%, флавоноиды 0,05%, витамин C 0,005%.
Пример 4 (Контрольный, сравнительный)
Проводили водную экстракцию сухого сырья наземной части василистника (Thalicfrum minus L) предлагаемым путем отваривания. В варочный сосуд емкость 12 л загружали 1 кг сухого сырья указанного выше растения. Далее проводили отваривание при температуре кипения смеси в течение 8 часов. Содержание активных веществ в полученном отваре проводили методом, описанным в примере 3. Получено: легкогидролизуемые полисахариды 10,5%, трудногидролизуемые полисахариды 8,7%, лигнин 10,7%, белок 0,5%. В составе поли- и моносахаридов обнаружено: глюкоза 5,8%, галактоза 3,6%, арабиноза 0,4%, ксилоза 4,1%. Кроме того, сапонины 0,1%, флавоноиды 0,04%, витамин C 0,002%.
Из приведенного примера видно, что наблюдается заметное падение концентрации всех контролируемых компонентов, за исключением лигнина, который не проявляет полезной для нас биологической активности.
Пример 5
Проводили водную экстракцию листьев березы плакучей (Betula pendula Roth) методом напара. Образцы сырья для экстракции брали на юге Московской области. Сырье было высушено до воздушного сухого состояния при 20-15°C. В экстракте определяли водорастворимые фенольные соединения, которые представляют интерес для производства косметики. Загрузка напарочного сосуда измельченным сырьем и температурный режим напаривания аналогичны примеру 3. Определение водорастворимых фенолов проводили методом Свейна-Хиллиса [Swain J., Hillis W.E. // The phenolic constituents of prunus domestica. The quantitative analysis of phenolic constituents. // J/Sci. Food and Ags. 1959. V.10. N1. P.63-68]. Содержание фенолов составило 2,5 мг/100 г сырья.
Пример 6 (Контрольный, сравнительный)
Проводили водную экстракцию листьев березы плакучей (Betula pendula Roth) методом отваривания. Сырье брали аналогичное, указанное в примере 5. Загрузка варочного сосуда и температурный режим напаривания аналогичны примеру 5. Содержание фенолов составило 1,5 мг/100 г сырья. Таким образом, проведение экстракции методом напара позволяет получить концентрацию фенолов в экстракте в 1,7 выше, чем в аналогичном процессе получения отвара.
Таким образом, вышеприведенные примеры показывают эффективность заявленного в качестве изобретения способа, его простоту и доступность. Способ позволяет получить водные экстракты с повышенным содержанием активных веществ, обеспечивает максимальное снижение термодеструкции активных веществ в процессе экстракции. Было установлено, что полученные предлагаемым методом водные экстракты сохраняли необходимую биологическую активность в течение 1-1,5 лет с момента проведения процесса экстракции.
Полученные водные экстракты используют для приготовления различных косметических средств, таких как шампуни, бальзамы, лосьоны, пены, муссы, крема, гели, мыла и т.п., а также фармацевтических средств (мази, бальзамы, настои и т.д.).