Способ озонирования растительных масел
METHOD FOR OZONIZING VEGETABLE OILS

Настоящее изобретение относится к биотехнологии, косметологии и медицине, а именно к озонированию растительных масел, обладающих высокой биологической активностью и бактерицидными свойствами. Более конкретно, изобретение относится к способу озонирования растительного масла, заключающемуся в растворении в нем заданного количества озона путем барботажа с получением озонидов при взаимодействии озона с ненасыщенными жирными кислотами в составе триацилглицеринов растительного масла. Предлагаемая технология обеспечивает подавление процессов окисления масла с предотвращением прогорклости.
Важной задачей, стоящей перед современной медициной, является создание новых противовоспалительных и бактерицидных средств наружного применения, не имеющих противопоказаний (кроме, возможно, индивидуальной непереносимости).
Из уровня техники (Щетинин С.А., Коркмазов М.Ю., Гизингер О.А. // Российская оториноларингология, 2015, №4 (77), стр. 110-113) известен способ получения озонированного масла, включающий барботирование 100 мл рафинированного оливкового масла озоно-кислородной смесью (концентрация озона 10 мг/л) в течение 20 минут на медицинском озонаторе «Медозонс БМ». Полученное масло используют для консервативного лечения хронического аденоидита у детей. Недостатком способа является относительно низкая концентрация озона в продукте переработки.
Авторы патента РФ №2311790 (10.12.2007, МПК A23D 9/04) нашли возможность повышения эффективности озонирования жидких жиров, оптимизации концентрации озона в них, а также исключения загрязнения посторонними веществами (окислами и т.п.) за счет введения в масло пеногасителя в виде настоя семян льна и турбулентного барботирования полученной эмульсии. Упомянутый способ позволяет увеличить скорость пропускания озоно-кислородной смеси с 0,2 до 0,4 л/мин за счет уменьшения пенообразования. Изменение условий озонирования не снижает антибактериальных свойств эмульсии рыбьего жира, по сравнению с цельным жиром с той же концентрацией озона в отношении как грамположительной (золотистый стафилококк), так и грамотрицательной (кишечная палочка) микрофлоры, однако срок годности полученного продукта снижается.
Из патента РФ №2131673 (20.06.1999, МПК A23D 9/00, A23D 9/02, А61K 35/78) известен способ получения озонированного масла «Отрисан». Растительное масло барботируют озонсодержащей газовой смесью, например кислородно-озоновой смесью, при этом барботаж осуществляют в поле ультразвука низкой частоты (в пределах 18-44 Гц), а барботируемую озонсодержащую газовую смесь направленно распыляют в область развитой кавитации озвучиваемого объема масла. Ультразвуковые и акустические колебания, инициируемые в объеме масла, генерируют широкое поле маленьких кавитационных пузырьков, которые взаимодействуют с пузырьками озона, разрушая последние и увеличивая таким образом поверхность контакта фаз газ-жидкость. Данная особенность совмещения обработки ультразвуком и озоном сопровождается образованием кислородсодержащих свободных радикалов и обуславливает окисление растительного масла (автор указывает на увеличение пероксидного числа до 1100-1200) и, как следствие, ухудшает его органолептические свойства. Данный эффект химической прогорклости масла вследствие перекисного окисления липидов можно отнести к основному недостатку указанного способа.
Из патента РФ №2317320 (20.02.2008, МПК C11B 1/00) известен способ озонирования жидких жиров путем барботирования жиров озоном. Для этого осуществляют мелкопузырьковое турбулентное барботирование, причем в качестве озонирующей насадки применяют мелкопористый керамический барботер. По мнению авторов патента, особенность заявляемого способа состоит в использовании мелкопористого керамического барботера, который, с одной стороны, благодаря мелкой пористости стенок создает мелкопузырьковый турбулентный режим смешивания озона с жидким жиром и удержания в нем, с другой - компоненты керамического барботера не окисляются озоном и, соответственно, не загрязняют озонируемую среду. При озонировании рыбьего жира в режиме: температура 20°C, объем озонируемого масла 100 мл, скорость пропускания озоно-кислородной смеси 0,4 л/мин, концентрация озона в пропускаемой озоно-кислородной смеси 20 мг/л, время 60 минут было получено масло с концентрацией озона в масле 22,4 мг/л при использовании керамического барботера и 14,1 мг/л - при использовании игольчатой насадки. Недостатком данного способа является сложность изготовления мелкопористого керамического барботера, что затрудняет внедрение данного способа в практику.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ получения озонированного масла, раскрытый в описании патента Украины №16898 (15.08.2006, МПК A23D 9/00, A23D 9/02), включающий барботирование масла озоносодержащей газовой смесью, которую направленно распыляют в зону кавитации, в установке, в состав которой входит емкость с обрабатываемым маслом и камера насыщения. Перед началом барботирования емкость с маслом взвешивают, барботирование осуществляют одновременно с интенсивным перемешиванием обрабатываемой массы масла, при котором его закручивают в полости камеры насыщения по спиралевидной траектории. В процессе барботирования осуществляют непрерывный контроль за количеством связанного в масле озона по увеличению веса емкости и заканчивают процесс по достижении соответствия веса емкости с маслом заранее определенному уровню связанного озона. Авторами установлено, что для получения биологически активного озонированного масла необходимо, чтобы оно увеличило свой вес на 1-16 г из расчета на 100 г исходного сырья. Перекисное число получаемых масел контролируют с помощью взвешивания. По мнению авторов изобретения, данная технология и установка позволяют более чем в пять раз повысить скорость озонирования масла за счет применения концентраций озона 50-1000 мг в 1 литре озоносодержащей газовой смеси.
Отличия рассматриваемого способа от прототипа заключаются в упрощении конструкции реактора, и при этом в настоящем изобретении достигается не меньшая степень озонирования масла.
Также следует отметить, что ни в одном из документов уровня техники, в т.ч. в ближайшем аналоге, не решается задача получения озонированного растительного масла без изменения его исходной кислотности.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа озонирования растительных масел, при котором в растительном масле растворяется заданное количество озона с получением озонидов ненасыщенных жирных кислот без изменения исходной кислотности растительного масла и при предотвращении его прогорклости.
Технический результат заявленного изобретения заключается в получении озонированного растительного масла без изменения его кислотности и упрощении оборудования при сохранении высоких степеней озонирования.
Для решения поставленной задачи заявлен способ озонирования растительных масел, включающий барботирование масла в реакторе озоносодержащей газовой смесью. Барботирование осуществляют озоно-кислородной смесью, содержащей от 100 до 220 грамм озона на 1 нормальный кубический метр кислорода. Барботирование масла осуществляют через барботажную трубку с обеспечением формирования в масле пузырей газа размером от 5 до 30 мм.
Согласно предпочтительным вариантам реализации указанный технический результат также достигается за счет того, что:
- озоно-кислородную смесь подают со скоростью от 0,5 до 4 л/мин;
- используют перфорированную барботажную трубку с диаметром отверстий для выхода газа от 4 до 18 мм;
- отверстия барботажной трубки размещают в масле на глубине не менее 200 мм;
- предпочтительно, отверстия барботажной трубки размещают в масле на глубине от 250 до 300 мм;
- при барботировании используют реактор, выполненный из химически стойкого материала, выбранного из группы, включающей стекло, керамику, нержавеющую сталь;
- при барботировании используют барботажную трубку из химически стойкого материала, выбранного из группы, включающей стекло, керамику, нержавеющую сталь, химически стойкие полимеры;
- растительное масло выбирают из группы, включающей оливковое масло, подсолнечное масло, масло авокадо, масло жожоба, масло макадамского ореха;
- барботирование осуществляют при температуре от 20 до 40°C;
- барботирование осуществляют до достижения концентрации озона в масле от 1 до 3 мас. %;
- барботирование осуществляют в течении времени от 114 до 1000 минут;
- барботирование осуществляют с обеспечением полного взаимодействия с маслом всего озона, поступающего из озоно-кислородной смеси;
- барботирование осуществляют с обеспечением неизменной кислотности масла после озонирования.
Далее изобретение подробно описывается со ссылкой на фигуру 1.
На фиг.1 показана принципиальная схема установки озонирования растительного масла, используемая при осуществлении заявленного способа со следующими обозначениями позиций на чертеже.
1 - генератор озона;
2 и 8 - газоанализаторы;
3 - подающая и отводящая газовые трубки;
4 - крышка реактора с сапуном (с обратным клапаном);
5 - холодильник реактора;
6 - емкость реактора, заполненная маслом;
7 - барботажная трубка;
9 - каталитический разложитель озона.
Установки озонирования растительного масла, используемая при осуществлении заявленного способа, предпочтительно, содержит последовательно установленные на подающем трубопроводе генератор озона (1) и газоанализатор (2), соединенные с барботажной трубкой (7). Барботажная трубка (7) установлена в емкости (6) реактора путем ее закрепления во входном отверстии крышки (4) реактора. Реактор установки озонирования растительного масла, снабжен холодильником (5), поскольку реакция озонирования является экзотермической. Крышка (4) дополнительно содержит выходное отверстие, в котором закреплена отводящая трубка, снабженная с сапуном для улавливания капель масла (сапун на чертеже не показан). За сапуном по ходу отводящей трубки установлен анализатор (8) содержания озона в отходящей газовой смеси и каталитический разложитель озона (9), который обеспечивает полное разложение остатков озона в отходящем газе.
Кислород подается в генератор озона, озоно-кислородная смесь (вышеописанной концентрации) из генератора озона (1) подается в масло посредством перфорированной барботажной трубки (7), сконструированной так, чтобы в масле формировались относительно крупные пузыри диаметром 5-30 мм. Этого можно добиться, например, выбором диаметра отверстий барботажной трубки (7). При этом глубина расположения выпускных отверстий барботажной трубки (7) под слоем масла составляет не менее 200 мм. В качестве материала емкости (6) можно использовать, например, стекло, керамику, нержавеющую сталь. В качестве материала барботажной трубки (7) можно использовать, например, стекло, керамику, нержавеющую сталь, химически стойкие полимеры (политетрафторэтилен, полиэтилен, полипропилен). За счет разницы растворимостей озона и кислорода происходит почти полное растворение озона в масле. Высокая концентрация озона в озоно-кислородной смеси обеспечивает необходимую скорость реакции образования озонидов в масле за период времени, в течение которого пузырек газа поднимается до поверхности масла.
Предлагаемый способ практически не требует дополнительного каталитического разложения озона, так как режим осуществления заявленного способа выбран таким образом, чтобы весь озон, поступающий в обрабатываемое масло в составе озоно-кислородной смеси, пошел на озонирование масла (контролируется газоанализатором 8).
Диаметр отверстий барботажной трубки, предпочтительно, варьируется от 4 до 18 мм, а в процессе озонирования барботажную трубку опускают на глубину 200-300 мм, что позволяет добиться оптимальных результатов озонирования.
Процесс озонирования осуществляется предпочтительно при температуре от 20 до 40°C. Реальный диапазон температур определяется исходя из состава и физико-химических характеристик растительного масла и требований к озонированному продукту.
3
2
Скорость подачи озоно-кислородной смеси варьируют от 0,5 до 4 л/мин, концентрация. Такой диапазон скорости подачи смеси и концентрация озона в озоно-кислородной смеси от 100 до 220 г на 1 норм, м O позволяют насыщать масло озоном, не окисляя его.
Контактирование исходного растительного масла и озоно-кислородной смеси осуществляется при барбатировании. Причем принудительного перемешивания при барботировании не требуется, так как взаимодействие масла с озоном достигается за счет прохода пузырьков озоно-кислородной смеси через жидкую фазу масла.
Так как реакция масла с озоном протекает с выделением большого количества тепла, процесс происходит в термостойкой и химически стойкой закрытой емкости (6) реактора, снабженной мощным теплообменником холодильником (5), в котором протекает проточная холодная вода. Скорость подачи озоно-кислородной смеси и концентрация в ней озона в значительной степени ограничены мощностью холодильника.
Отработанная озоносодержащая смесь, содержащая кислород и следы озона (настолько незначительные, что озон не определяется органолептически), поступает по отводящему трубопроводу на каталитический разложитель озона (9) и далее в атмосферу.
В примерах осуществления изобретения рассмотрено озонирование жидких растительных масел (оливкового масла, подсолнечного масла, масла авокадо, масла жожоба, масла макадамского ореха). Однако для специалиста в данной области техники очевидно, что данный способ можно использовать и для любых жидких жиров, а также твердых жиров с температурой плавления, укладывающейся в рабочий диапазон настоящего способа.
Предпочтительно, способ осуществляется путем озонирования жидкого растительного масла, причем барботирование масла осуществляют озоно-кислородной смесью с содержанием озона в озоно-кислородной смеси, приблизительно, 200 грамм озона на 1 нормальный кубический метр кислорода, причем барботирование масла осуществляют посредством перфорированной барботажной трубки (с диаметром отверстий для выхода газа от 4 до 18 мм), сконструированной и расположенной в реакторе таким образом, чтобы диаметр пузырей газа при барботировании масла находился в диапазоне от 5 до 30 мм, скорость подачи озоно-кислородной смеси - 2 л/мин, глубина расположения отверстий барботажной трубки под слоем масла - 250 мм, материал реактора и барботажной трубки выполнен из химически и термически стойкого стекла или химически стойкого полиэтилена, процесс озонирования осуществляют при температуре 25-27°C до достижения концентрации озона в масле от 1 мас. % до 3 мас. % (при необходимости, возможно достижение и более высокой концентрации озона в масле, но повышение концентрации озона в масле выше 3 мас. % не имеет практического смысла, так как такое озонированное масло может быть противопоказано для организма человека).
3
2
Озоно-кислородную смесь при осуществлении заявленного способа получают при помощи генератора озона авторской разработки (раскрытой в описании патентов РФ №№2136582 и 2064890). Генератор озона содержит корпус с диэлектрическими крышками, размещенными в шахматном порядке на одинаковом расстоянии друг от друга, повернутыми относительно друг друга на 180 градусов и помещенными коаксиально в диэлектрические разделители круглыми электродами с высоким и нулевым электрическим потенциалом. Зазор между электродами выполняют в зависимости от рабочего напряжения. Он может быть в зависимости от конкретного назначения генератора озона от 0,1 до 15,0 мм. Крышки выполнены с отверстиями, в которых размещены электроды соответственно с высоким и нулевым напряжением. Одни из концов каждого из электродов взаимодействуют с внутренней поверхностью противоположной крышки, а другие выполнены выступающими по отношению к наружной поверхности соответствующей крышки, а диэлектрические разделители электродов выполнены короче электродов. Электроды подсоединены шинами к генератору импульсов. На внутренней стороне каждой из крышек выполнены гнезда, в которых размещены электроды с диэлектрическими разделителями. Данная конструкция генератора озона позволяет достигнуть повышения технологичности изготовления устройства при одновременном улучшении его охлаждения при эксплуатации, повышает КПД устройства, обеспечить получение однородного устойчивого тлеющего или тихого разряда, добиться требуемой концентрации озона в озоно-кислородной смеси от 100 и до 220 грамм озона на 1 норм, м O.
Примеры осуществления изобретения и реализации назначения
Пример 1. Озонирование оливкового масла
3
3
В закрытую емкость 6 реактора для озонирования, выполненного из химически стойкого стекла, помещают 5 кг оливкового масла. В указанную емкость 6 на глубину 200 мм опускают стеклянную барботажную трубку 7. Из генератора озона в барботажную трубку 7 подают озоно-кислородную смесь с концентрацией O 100 г/м, скорость подачи смеси устанавливают 0,5 л/мин. Реакция масла с озоном протекает с выделением большого количества тепла, которое отводят посредством теплообменника - холодильника 5, через который пускают проточную холодную воду. Процесс барботирования продолжают 16 ч 40 мин при температуре 20-25°C до достижения концентрации озона в масле 1 мас. %.
У обработанного оливкового масла появляется характерный ярко выраженный запах озона. В процессе озонирования масло не меняет свою кислотность (pH ~ 3,5).
Пример 2. Озонирование оливкового масла
3
3
В закрытую емкость 6 реактора для озонирования, выполненную из химически стойкой пищевой стали, помещают 5 кг оливкового масла. В указанную емкость 6 на глубину 300 мм опускают перфорированную барботажную трубку из химически стойкого полиэтилена. Из генератора озона 1 в барботажную трубку 7 подают озоно-кислородную смесь с концентрацией O 220 г/м, скорость подачи озоно-кислородной смеси устанавливают на уровне 4 л/мин. Реакция масла с озоном протекает с выделением большого количества тепла, которое отводят посредством теплообменника холодильника 5, через который пускают проточную холодную воду. Процесс продолжают 2 ч 51 мин температуре 27-30°C до достижения концентрации озона в масле 3 мас. %.
У обработанного оливкового масла появляется характерный ярко выраженный запах озона. В процессе озонирования масло не меняет свою кислотность (pH ~ 3,5).
Пример 3. Озонирование подсолнечного масла
3
3
В закрытую емкость 6 реактора для озонирования, выполненную из химически стойкой нержавеющей стали, помещают 10 кг подсолнечного масла. В указанную емкость 6 на глубину 300 мм опускают стальную перфорированную барботажную трубку. Из генератора озона 1 в барботажную трубку 7 подают озоно-кислородную смесь с концентрацией O 220 г/м, скорость подачи озоно-кислородной смеси устанавливают на уровне 4 л/мин. Реакция масла с озоном протекает с выделением большого количества тепла, которое отводят посредством теплообменника холодильника 5, через который пускают проточную холодную воду. Процесс продолжают 1 час 54 мин температуре 30-35°C до достижения концентрации озона в масле 1 мас. %.
У обработанного подсолнечного масла появляется характерный ярко выраженный запах озона. В процессе озонирования подсолнечное масло не меняет свою кислотность (pH ~ 3,5).
Пример 4. Озонирование масла авокадо
3
В закрытую емкость 6 реактора для озонирования, выполненного из химически стойкого стекла, поместили 6 кг масла авокадо. В указанную емкость 6 на глубину 250 мм опустили стеклянную барботажную трубку 7. Из генератора озона в барботажную трубку 7 подают озоно-кислородную смесь с концентрацией озона от 150 г/м, скорость подачи озоно-кислородной смеси устанавливают, приблизительно, 2,0 л/мин. Реакция масла авокадо с озоном протекает с выделением большого количества тепла, которое отводят посредством теплообменника холодильника 5, через который пускали проточную холодную воду. Процесс продолжают 3 часа 20 минут при температуре 35-40°C до достижения концентрации озона в масле 1 мас. %.
После обработки в реакторе у масла авокадо появляется характерный ярко выраженный запах озона. В процессе озонирования масло авокадо не меняет свою кислотность (pH ~ 4,0).
Пример 5. Озонирование масла жожоба
3
В закрытую емкость 6 реактора для озонирования, выполненную из химически стойкой нержавеющей стали, помещают 7 кг масла жожоба. В указанную емкость 6 на глубину 270 мм опускают керамическую барботажную трубку 7. Из генератора озона 1 в барботажную трубку 7 подают озоно-кислородную смесь с концентрацией озона от 200 г/м, скорость подачи озоно-кислородной смеси устанавливают на уровне 1,0 л/мин. Реакция масла с озоном протекает с выделением большого количества тепла, которое отводят посредством теплообменника (радиатора), через который пускают проточную холодную воду. Процесс продолжали 5 часов 50 минут температуре 27-30°C до достижения концентрации озона в масле 1 мас. %.
У масла жожоба после обработки в реакторе появляется характерный ярко выраженный запах озона. В процессе озонирования масло не меняет свою кислотность (pH ~ 4,0).
У озонированного оливкового масла из приведенных выше примеров 1 и 2 температура помутнения увеличивается с 4-7°C (которая характерна для исходного оливкового масла) до 20-23°C для озонированного масла.
Все масла после озонирования становятся агрессивными к резине и латексу.
После озонирования упомянутые масла за счет образования озонидов с ненасыщенными жирными кислотами в составе триацилглицеринов приобретают проявляющиеся при наружном применении противовоспалительные, антиаллергические, бактерицидные, противовирусные и фунгицидные свойства, кроме того? обработанные заявленным способом масла индуцируют выработку интерферона, способствуют образованию грануляционной ткани.
Полученные озонированные масла возможно использовать для лечения следующих нарушений: заболевания кожи и слизистой оболочки разной этиологии: герпетические поражения различной локализации, кондиломы остроконечные, экземы, пиодермиты, нейродермиты псориаз (ограниченный), кандидоз, эпидермофития, фурункулез, баланопоститы; кольпиты, крауроз вульвы (на ранней стадии), уретриты и простатиты, пролежни, трофические язвы, ожоги, воспалительные процессы при геморрое, трещины заднего прохода, сосков и др., стоматиты, гингивиты, конъюктивиты, острые воспалительные заболевания уха, горла, носа и т.п.
При апробации, полученные озонированные масла применяют следующим образом. При использовании масла температуре ниже 20°C перед употреблением масло взбалтывали. На пораженные участки тела масло наносили тонким слоем от 1 до 6 раз в день.
При лечении детей до 7 лет, при обработке вокруг глаз, при обработке сильно воспаленной слизистой оболочки, а также при повышенной чувствительности кожи применяли разбавленные растворы озонированного масла.
В очень редких случаях отмечена ограниченная аллергическая реакция на коже в местах нанесения. После прекращения использования масла аллергическая реакция на коже исчезала.
При ежедневном использовании масло должно храниться в прохладном, темном месте; а при длительном хранении - в холодильнике. Загустевшее при низкой температуре масло можно размораживать в теплой воде, подогретой до 30°C.
Таким образом, экспериментальными данными продемонстрировано, что при использовании заявленного способа можно достичь высоких степеней озонирования растительного масла в реакторе простой конструкции (включающем в себя емкость с холодильником и крышкой, снабженной барботажной трубкой для соединения с генератором озона и отводящей трубкой для отвода газа на каталитический разложитель), тогда как в прототипе, описанном в патенте UA 16898, используется довольно сложная инжекторно-смесительная установка для озонирования с рядом конструктивных элементов, которые "закручивают" обрабатываемую массу в объеме камеры насыщения - (крыльчатки, желобчатые лепестки, спиралевидные пластины и проч).
Также ни в прототипе, ни в любом другом решении, известном из уровня техники, не отмечено, что после озонирования масло сохраняет исходное значение кислотности (pH или кислотное число), что было достигнуто в каждом примере осуществления заявленного способа.