Способ получения экстракта из растительного сырья куркумы с повышенным содержанием куркумина
METHOD FOR PRODUCING AN EXTRACT FROM TURMERIC-BASED PLANT RAW MATERIALS WITH A HIGH CONTENT OF CURCUMIN

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности, а именно к способам выделения биологически активных веществ из растительного сырья.
Для получения куркумина из куркумы длинной в настоящее время используется множество способов: перколяция (Khanage S.G. [и др.]. Reversed phase high performance liquid chromatographic method for simultaneous estimation of pregabalin and aceclofenac in tablet formulation (Acenac-N) // Journal of Reports in Pharmaceutical Sciences. 2014. №2 (3). C. 184-192); жидкостная экстракция под давлением (Osorio-Tobón J.F. [и др.]. Extraction of curcuminoids from deflavored turmeric (Curcuma longa L.) using pressurized liquids: Process integration and economic evaluation // Journal of Supercritical Fluids. 2014. (95). C. 167-174); циклическая экстракция в аппарате Сокслета (Hadi S. [и др.]. Curcuminoid content of Curcuma longa L. and Curcuma xanthorrhiza rhizome based on drying method with NMR and HPLC-UVD // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. №1 (349). C. 7-12.); прямоточная колоночная хроматографическая экстракция (Osorio-Tobón J.F. [и др.]. Fast analysis of curcuminoids from turmeric (Curcuma longa L.) by high-performance liquid chromatography using a fused-core column // Food Chemistry. 2016. (200). C. 167-174); микроволновая экстракция (Dandekar D.V., Gaikar V.G. Microwave assisted extraction of curcuminoids from Curcuma longa // Separation Science and Technology. 2002. №11 (37). C. 2669-2690) и пр.
Недостатком существующих способов является соразмерное содержание в конечном продукте куркумина и других производных диферулоилметана.
Наиболее селективным способом является субкритическая экстракция куркумина посредством углекислого газа (Takenaka М. [и др.]. Effective extraction of curcuminoids by grinding turmeric (Curcuma longa) with medium-chain triacylglycerols // Food Science and Technology Research. 2013.
Недостатком данного способа является то, что он требует наличия дорогостоящего оборудования и длительных подготовительных этапов.
Есть способ выделения куркумина с применением ферментативной экстракции, где использована предварительная обработка куркумы ферментами α-амилазой и глюкоамилазой (Kurmudle N. [и др.]. Enzyme-assisted extraction for enhanced yields of turmeric oleoresin and its constituents // Food Bioscience. 2013).
Недостатком данного способа является его трудоемкость и сложность в практической реализации из-за необходимости поддержания тонких условий реализации процесса.
Технической задачей настоящего изобретения явилась разработка экстракционного способа получения суммы куркуминоидов из сырья куркумы с приоритетным содержанием в ней куркумина.
Поставленная задача решается с помощью ультразвуковой экстракции суммы куркуминоидов из растительного сырья с использованием времени экстракции около 35 мин и однократного объема ацетона 20-30 мл на 1 г сырья при температуре от 40 до 55°С (1 стадия), ультразвуковой экстракцией примесей из ацетонового экстракта однократным объемом 10-30 мл гексана на 1 г ацетонового экстракта в течение 50-60 мин при температуре около 40°С (2 стадия).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Получение суммы куркуминоидов методом двухстадийной ультразвуковой экстракции.
Стадия 1. Отвешенную массу сырья - порошок корня куркумы длинной, в количестве 1 г помещают в термостойкую колбу и заливают 20-30 мл ацетона. К колбе присоединяют обратный холодильник, и всю конструкцию помещают в ультразвуковую ванну. Ультразвуковое воздействие проводят с интенсивностью в диапазоне от 17 до 22 кГц. Экстракцию осуществляют 10-60 мин однократным объемом 10-30 мл ацетона на 1 г сырья при температуре от 25 до 55°С.
Полученное извлечение охлаждают при комнатной температуре и оставляют в прохладном месте 24 часа. Затем фильтруют через двойной бумажный фильтр («Красная полоса») и упаривают при температуре, не превышавшей 60°С, до состояния густой окрашенной массы - масса соэкстрактивных веществ.
Стадия 2 (очистка густого экстракта). Для получения суммы куркуминоидов из густого ацетонового экстракта его навеску помещают в термостойкую колбу со шлифом, заливают гексаном - 10-30 мл экстрагента-растворителя на 1 г промежуточного продукта. Колбу соединяют с обратным холодильником и ставят в ультразвуковую ванну на 50-60 мин, при температуре около 40°С. Ультразвуковое воздействие проводят с интенсивностью в диапазоне от 17 до 22 кГц. Полученное извлечение охлаждают при комнатной температуре и отстаивают в прохладном месте 24 часа. Затем фильтруют через двойной бумажный фильтр («Красная полоса»).
Полученный порошок желто-оранжевого цвета - сумма куркуминоидов.
Пример 2. Оптимизация параметров ацетоновой экстракции
Для оптимизации использована методология поверхности отклика (RSM) (Başpinar Y. [и др.]. Response Surface Methodology for Extraction of Curcumin from Turmeric and Piperine from Black Pepper // Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2017. №3 (13). C. 747-754).
Для определения взаимосвязи между независимыми переменными (факторами) и зависимой переменной (откликом) использовался гранецентрированный центральный составной дизайн (FCCCD), основанный на методологии RSM. Были исследованы три фактора (время экстракции, температура экстракции и объем растворителя). Их уровнями стали время экстракции (X1; 10, 35 и 60 мин), температура экстракции (Х2; 25, 40 и 55°С) и объем растворителя (Х3; 10, 20 и 30 мл). Коэффициенты и их уровни в кодированных и фактических значениях приведены в Таблице 1.
Расчетный выход куркумина находится в диапазоне от 0,5% до 2,97%.
Инструментом для анализа изучаемых соединений явилась высокоэфективная жидкостная хроматография с градиентом системы растворителей «этанол-вода-муравьиная кислота».
Стандартные растворы куркумина с шестью концентрациями (0,2, 0,5, 1,0, 5,0, 10 и 50 мг/л) готовились растворением стандартного образца куркумина в этаноле. Площади пиков рассчитывались, как среднее значение трех независимых измерений, Фиг. 1.
Калибровочная кривая показала хорошую линейность со значением, равным 0,9998. Предел количественного определения равен 0,2 мг/л.
Экспериментальные значения выхода куркумина представлены в Таблице 2.
В Таблице 3 показаны результаты математических расчетов.
Результаты показывают, что отклик для модели является существенным из F-значения (58,13) и р-значения (<0,0001). Однако значимость модельных терминов оценивается значением р. Значение р менее 0,05 означает, что модельные термины являются существенными и оказывают существенное влияние на ответ. Согласно значениям р, приведенным в Табл. 3, все линейные члены (X1, Х2, Х3), один член взаимодействия (Х1Х3) и два квадратичных члена (X1 ^ 2, Х3 ^ 2) были значимыми членами и имели существенные влияние на выход куркумина, т.е. на модельное уравнение выхода куркумина повлияли все эти термины.
Использованная матрица FCCCD 33 и разработанный экспериментальный план показаны в Таблице 4. Откликом был выход куркумина (Y, %). Значения отклика были рассчитаны из экспериментальных измерений с использованием уравнения (1), на Фиг. 2, Таблице 4.
Математическая модель для ответа создана с использованием метода множественной регрессии. Модельное уравнение второго порядка, предложенное для ответа, было описано следующим соотношением:
i
j
0
i
ii
ij
где Y - ответ; X, X - закодированные факторы; b - постоянный коэффициент; β, β и β - коэффициенты линейных, квадратичных и параметров взаимодействия соответственно; и ε - ошибка (http://ww.math24.ru/%D0%BD%D0%B5%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B4%D0%B8%D1%84%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%8F%D0%B4%D0%BA%D0%B0-%D1%81-%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B8.html).
Для разработки математического уравнения модели исследованы коэффициенты определения (R2) кандидатов в модельные уравнения (линейные, квадратичные и кубические), и была определена модель, которая обеспечивала самые высокие значения R2. Модельное уравнение второго порядка относительно кодированных факторов для выхода куркумина (Y) было выведено авторами и определено как:
Объем экстрагента-растворителя (ацетона) (Х3) оказался наиболее влиятельным, а температура (Х2) - наименее влиятельным фактором выхода куркумина (Y).
Прогнозируемые и экспериментальные значения выхода куркумина представлены на Фиг. 2.
Экспериментальные значения согласуются с прогнозируемыми.
Значение R2 (0,98) показывает, что экспериментальные измерения находятся в хорошем соответствии с предсказанными значениями. Скорректированный R2 является мерой количества вариаций вокруг среднего. Тот факт, что R2 (0,98) и скорректированные значения R2 (0,96) близки друг к другу, что означает, что модель адекватно представлена экспериментальными результатами. Прогнозируемый R2 (0,89) находится в приемлемом согласии с скорректированным R2, поскольку разница составляет менее 0,2. Адекватная точность (АР) является мерой отношения сигнала к шуму. Значения АР больше 4 желательны. Коэффициент вариации (CV) является мерой пропорции стандартного отклонения к среднему. Желательно более низкое значение CV. Значения АР и CV были определены как 29,84 и 6,67% соответственно. Эти результаты показали, что все параметры находились в приемлемом диапазоне и выражали соответствие модели экспериментальным измерениям.
Результаты показали, что X1 (время экстракции) и Х3 (объем растворителя) имели более низкие значения р (<0,0001), чем Х3 (температура экстракции, значение р 0,0124). Следовательно, время экстракции и объем растворителя оказывали более сильное влияние на выход куркумина. В ходе анализа полученного экстракта было выявлено, что в большей степени экстрагируется куркумин, чем другие производные диферулоилметана, что показано на Фиг. 3.
Таким образом, подобраны оптимальные условия для ультразвуковой экстракции суммы куркуминоидов из растительного сырья, позволяющие обеспечить приоритетное выделение куркумина из суммы других производных диферулоилметана.