СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГАЛЕНОВЫХ ЭКСТРАКТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF PRODUCING NEOGALENICAL EXTRACTS FROM PLANT RAW MATERIALS

Изобретение относится к технологии комплексной переработки дикорастущего сырья для создания высококачественных новогаленовых экстрактов с высоким содержанием биологически активных веществ для использования в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в косметологии.
Дикорастущее сырье является перспективным источником биологически активных комплексов. Данное сырье богато витаминами, минеральными солями, макро- и микроэлементами и другими биологически активными веществами, которые даже в минимальных количествах оказывают оздоровительное и защитное действие.
Наиболее перспективным способом извлечения биологически активных соединений из дикорастущего растительного сырья является экстракция с получением галеновых и новогаленовых препаратов. Эти препараты не являются химически индивидуальными веществами, а представляют собой комплексы веществ сложного состава, что считается их принципиальным отличием от химико-фармацевтических и других препаратов, являющихся индивидуальными веществами.
Известен способ получения экстрактов путем экстрагирования измельченного растительного сырья в вакууме (до -0,3 атм) при 15-35°С в течение 1-15 дней с использованием в качестве экстрагента структурированной воды (RU, патент 2232026, опубл. 10.07.2004).
Основным недостатком данного способа является то, что процесс экстрагирования осуществляется в режиме ламинарной диффузии (настаиванием при неподвижном слое твердой фазы), при котором происходит быстрое насыщение экстрагируемыми веществами слоя экстрагента вблизи твердой частицы, что приводит к уменьшению градиента концентрации в течение времени насыщения и к падению эффективности процесса экстрагирования. Также этот способ не обеспечивает достаточный перегрев растворителя в материале, что приводит к уменьшению выхода экстрагируемых веществ, а значительная продолжительность процесса (1-15 дней) не исключает образования различных микроорганизмов, особенно бактерий, плесеней, грибов, дрожжей и может приводить к закисанию смеси.
Известен способ экстрагирования материалов (RU, патент 2163827, опубл. 10.03.2001), включающий измельчение сырья, вакуумирование его, контактирование с растворителем, нагревание смеси и экстрагирование в вакуум-импульсном режиме. Перед контактированием компонентов растворитель и сырье нагревают и подвергают дегазации с использованием импульсного вакуумирования. Экстрагирование проводят при остаточном давлении 0,1-13,3 кПа и времени его достижения и сброса - 0,5-1,0 с, температуре 40-80°С при модуле (экстрагент : сырье), равном 10.
Также известен способ экстрагирования материалов из растительного сырья (RU, патент 2213606, опубл. 10.10.2003), включающий измельчение и нагрев сырья, дегазацию сырья и экстрагента, нагрев растворителя до температуры на 5-15°С ниже температуры нагрева сырья. Причем дегазацию сырья и экстрагента проводят отдельно с использованием импульсного вакуумирования с выдержкой смеси после каждого импульсного вакуумирования в течение 3-5 мин. Экстрагирование проводят в вакуум-импульсном режиме при температуре 70°С и остаточном давлении в ресивере 1-10 мм рт.ст.
К недостаткам данных способов можно отнести недостаточно полное выделение компонентов из сырья при большом расходе экстрагента. Более того, процессы экстрагирования проводят при температурах 40-80°С, вследствие чего происходит разрушение ряда биологически активных компонентов, что значительно снижает качество получаемых экстрактов.
Способ извлечения биологически активных компонентов из различного рода сырья (RU, патент 2402368, опубл. 27.10.2010) включает нагрев экстрагента, предварительное экстрагирование сырья на обогреваемых вальцах экстрагентом при модуле (экстрагент : сырье) не более 2, пропитку сырья экстрагентом и экстрагирование сырья в вакуум-импульсном режиме. Способ предусматривает пропитку и экстрагирование сырья в вакуум-импульсном режиме производить циклами, включающими нагрев горячим газовым теплоносителем и создание вакуума в камере в режиме скоростного вакуум-импульсного воздействия, со ступенчатым многократным снижением с последующей выдержкой под вакуумом до стабилизации температуры смеси и сбросом вакуума в конце цикла подачей в камеру экстрагирования нагретого газового теплоносителя, причем нагрев сырья осуществляют до температуры, не превышающей 39°С. В качестве экстрагента способ предусматривает использование дистиллированной воды или органических растворителей или их смесей.
Основным недостатком предлагаемого способа является многостадийность процесса.
Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ комплексной переработки плодов шиповника (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005). Комплексная переработка включает экстракцию плодов шиповника диоксидом углерода с получением липидно-каротиноидного комплекса и остатка, который экстрагируют водой с получением водного экстракта, содержащего витаминно-флавоноидный комплекс, и шрота. При этом перед экстракцией сырье измельчают до размера частиц 0,5 мм. Экстракцию диоксидом углерода проводят при давлении 6-7 МПа и температуре 20-22°С в течение 3-4 часов. А экстракцию водой осуществляют при соотношении остаток : растворитель (вода) 1:10 в течение 3 часов. Подсушенный шрот далее экстрагируют 40-96% водным раствором этилового спирта при температуре 40-100°С в течение 1-3 часов с выделением водно-спиртового экстракта, содержащего биологически активные вещества, и остатка, который высушивают с получением минерального комплекса.
Недостатками способами являются невысокая степень извлечения биологически активных веществ и недостаточная степень очистки готового продукта.
Задачей настоящего изобретения является разработка технологии комплексной переработки дикорастущего сырья.
Учитывая недостатки вышеуказанных способов, техническим результатом реализации изобретения является получение высококачественных новогаленовых экстрактов с максимально высоким содержанием биологически активных веществ и высокой степенью очистки.
Технический результат достигается тем, что были подобраны такие технологические режимы противоточной экстракции дикорастущего сырья, которые позволяют снизить энергозатраты и продолжительность процесса, минимизировать разрушение термолабильных биологически активных соединений и, тем самым, снизить стоимость готового продукта по сравнению с известными аналогами.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ, согласно которому сначала проводят противоточную экстракцию предварительно измельченного дикорастущего сырья, где в качестве экстрагента используется ацетон, гексан, хлороформ, бензол, этанол или смеси бензол-этанол (1:2) и этанол-вода (1:2) при температуре 25,0-85,0°С в течение 2-5 ч, после чего проводят очистку выделенных биологически активных компонентов в две стадии: ультрафильтрация и обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография.
Разработанный способ реализуют следующим образом.
3
Свежее дикорастущее сырье (листья брусники обыкновенной (Vaccinium vitisidaea L.), плоды калины обыкновенной (Viburnum opulus), плоды облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides), плоды шиповника иглистого (Rosa acicularis), плоды рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia)) собираются в фазу полного созревания. После чего сырье моют, очищают от примесей и измельчают до размера 0,2-2 мм. Экстрагент выбирается для каждого сырья из ацетона, гексана, хлороформа, бензола, этанола или смеси бензол-этанол (1:2) и этанол-вода (1:2). Экстракция осуществляется на противоточном экстракторе непрерывного действия при соотношении экстрагент : сырье 1:5, 1:10, 1:20, температуре 25,0-85,0°С и плотности загрузки сырья 0,2 г/см в течение 2-5 ч, после чего проводят двухстадийную очистку (ультрафильтрация и обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография) препаратов, позволяющую достичь величин степени очистки экстрактов от балластных веществ в диапазоне 75,7-90,4%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами (сравнение полученных экстрактов для обоснования достижения указанного технического результата будет проведено с экстрактами согласно патенту RU 2263138).
Пример 1
3
Листья брусники обыкновенной (Vaccinium vitisidaea L.) моют, очищают от примесей и измельчают до размеров не более 0,2-0,8 мм. Далее в противоточный экстрактор непрерывного действия загружается сырье с плотностью загрузки 0,2 г/см и ацетон в качестве экстрагента в соотношении 1:20. Экстракция проводится при температуре 56,1°С в течение 4 ч. Далее проводят двухстадийную очистку полученного экстракта. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстрактов с помощью установки МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 10 и 15 кДа при рН 6,0-6,5, а затем полученный фильтрат очищают с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя биологически активные вещества в градиенте концентраций ацетонитрила с использованием различных противоионов. Полученные после проведения ОФ ВЭЖХ фракции высушивают с помощью центрифугирования под вакуумом на установке SpeedVac. Степень очистки препарата составляет 82%.
3
В качестве экстрагента для противоточной экстракции листьев брусники обыкновенной (Vaccinium vitisidaea L.) можно также использовать гексан. При этом параметры процесса будут следующие: температура экстракции - 68,0°С, продолжительность - 4 ч, соотношение массовых частей сырье - экстрагент - 1:10, степень измельченности сырья - 1-2 мм, плотность загрузки сырья - 0,2 г/см. Очистка препарата проводится вышеуказанным способом. Степень очистки препарата составляет 81%.
Результаты определения действующих веществ в полученном экстракте в сравнении с прототипом (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005) представлены в таблице 1.
Пример 2
3
Плоды калины обыкновенной (Viburnum opulus) моют, очищают от примесей и измельчают до размеров не более 1-2 мм. Далее в противоточный экстрактор непрерывного действия загружается сырье с плотностью загрузки 0,2 г/см и хлороформ в качестве экстрагента в соотношении 1:5. Экстракция проводится при температуре 25,0°С в течение 2 ч. Далее проводят двухстадийную очистку полученного экстракта. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстрактов с помощью установки МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 10 и 15 кДа при рН 6,0-6,5, а затем полученный фильтрат очищают с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя биологически активные вещества в градиенте концентраций ацетонитрила с использованием различных противоионов. Полученные после проведения ОФ ВЭЖХ фракции высушивают с помощью центрифугирования под вакуумом на установке SpeedVac. Степень очистки препарата составляет 86%.
3
В качестве экстрагента для противоточной экстракции плодов калины обыкновенной (Viburnum opulus) можно также использовать ацетон. При этом параметры процесса будут следующие: температура экстракции - 56,1°С, продолжительность - 4 ч, соотношение массовых частей сырье - экстрагент - 1:10, степень измельченности сырья - 1-2 мм, плотность загрузки сырья - 0,2 г/см. Очистка препарата проводится вышеуказанным способом. Степень очистки препарата составляет 87%.
Результаты определения действующих веществ в полученном экстракте в сравнении с прототипом (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005) представлены в таблице 1.
Пример 3
3
Плоды облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides) моют, очищают от примесей и измельчают до размеров не более 1-2 мм. Далее в противоточный экстрактор непрерывного действия загружается сырье с плотностью загрузки 0,2 г/см и смесь бензол-этанол (1:2) в качестве экстрагента в соотношении 1:10. Экстракция проводится при температуре 67,9°С в течение 2 ч. Далее проводят двухстадийную очистку полученного экстракта. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстрактов с помощью установки МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 10 и 15 кДа при рН 6,0-6,5, а затем полученный фильтрат очищают с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя биологически активные вещества в градиенте концентраций ацетонитрила с использованием различных противоионов. Полученные после проведения ОФ ВЭЖХ фракции высушивают с помощью центрифугирования под вакуумом на установке SpeedVac. Степень очистки препарата составляет 83%.
3
В качестве экстрагента для противоточной экстракции плодов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides) можно также использовать смесь ацетон-вода (1:2). При этом параметры процесса будут следующие: температура экстракции - 78,1°С, продолжительность - 2 ч, соотношение массовых частей сырье - экстрагент - 1:10, степень измельченности сырья - 0,2-0,8 мм, плотность загрузки сырья - 0,2 г/см. Очистка препарата проводится вышеуказанным способом. Степень очистки препарата составляет 83%.
Результаты определения действующих веществ в полученном экстракте в сравнении с прототипом (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005) представлены в таблице 1.
Пример 4
3
Плоды шиповника иглистого (Rosa acicularis) моют, очищают от примесей и измельчают до размеров не более 1-2 мм. Далее в противоточный экстрактор непрерывного действия загружается сырье с плотностью загрузки 0,2 г/см и гексан в качестве экстрагента в соотношении 1:10. Экстракция проводится при температуре 68,0°С в течение 5 ч. Далее проводят двухстадийную очистку полученного экстракта. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстрактов с помощью установки МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 10 и 15 кДа при рН 6,0-6,5, а затем полученный фильтрат очищают с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя биологически активные вещества в градиенте концентраций ацетонитрила с использованием различных противоионов. Полученные после проведения ОФ ВЭЖХ фракции высушивают с помощью центрифугирования под вакуумом на установке SpeedVac. Степень очистки препарата составляет 75%.
3
В качестве экстрагента для противоточной экстракции плодов шиповника иглистого (Rosa acicularis) можно также использовать бензол. При этом параметры процесса будут следующие: температура экстракции - 80,1°С, продолжительность - 4 ч, соотношение массовых частей сырье - экстрагент - 1:10, степень измельченности сырья - 1-2 мм, плотность загрузки сырья - 0,2 г/см. Очистка препарата проводится вышеуказанным способом. Степень очистки препарата составляет 75%.
Результаты определения действующих веществ в полученном экстракте в сравнении с прототипом (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005) представлены в таблице 1.
Пример 5
3
Плоды рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia) моют, очищают от примесей и измельчают до размеров не более 1-2 мм. Далее в противоточный экстрактор непрерывного действия загружается сырье с плотностью загрузки 0,2 г/см и вода в качестве экстрагента в соотношении 1:10. Экстракция проводится при температуре 85,0°С в течение 4 ч. Далее поводят двухстадийную очистку полученного экстракта. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстрактов с помощью установки МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 10 и 15 кДа при рН 6,0-6,5, а затем полученный фильтрат очищают с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя биологически активные вещества в градиенте концентраций ацетонитрила с использованием различных противоионов. Полученные после проведения ОФ ВЭЖХ фракции высушивают с помощью центрифугирования под вакуумом на установке SpeedVac. Степень очистки препарата составляет 90%.
3
В качестве экстрагента для противоточной экстракции плодов рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia) можно также использовать этанол. При этом параметры процесса будут следующие: температура экстракции - 78,4°С, продолжительность - 3 ч, соотношение массовых частей сырье - экстрагент - 1:10, степень измельченности сырья - 1-2 мм, плотность загрузки сырья - 0,2 г/см. Очистка препарата проводится вышеуказанным способом. Степень очистки препарата составляет 88%.
Результаты определения действующих веществ в полученном экстракте в сравнении с прототипом (RU, патент 2263138, опубл. 27.10.2005) представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 следует, что в экстрактах на основе дикорастущего сырья, полученных методом противоточной экстракции с использованием разработанного способа, суммарное содержание флавоноидов выше в 1,17-91,67 раз по сравнению с прототипом, суммарное содержание хлорофиллов - в 3,89-5,78 раз, суммарное содержание каротиноидов - в 2,25-4,12 раз.
Продолжение таблицы 1
Таким образом, установлено, что противоточная экстракция дикорастущего сырья позволяет получить высококачественные новогаленовые экстракты с высоким содержанием биологически активных веществ (в частности, флавоноидов, хлорофиллов, каротиноидов) для использования в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в косметологии.