Способ переработки биологического сырья
METHOD OF PROCESSING BIOLOGICAL MATERIAL

Изобретение относится к получению продуктов, содержащих биологически-активные вещества (БАВ), обработкой биологического сырья и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и парфюмерно-косметической промышленности.
Известен (RU, патент 2344866, опубл. 27.01.2009) способ фазоселективного экстрагирования в системе твердое тело - жидкость, включающий дробление сырья, смешение его с жидкостью с получением текучей пульпы, противоточный конвективный массообмен между потоками пульпы и экстрагента в смежных каналах с проницаемыми стенками при создании между ними знакопеременных перепадов давления для многократного поперечного обмена потоков порциями жидкой фазы с получением экстрагированной пульпы и экстракта, сгущение экстрагированной пульпы и возвращение полученной при этом жидкой фазы в процесс причем дробленое сырье смешивают с рециркулируемым экстрактом, а полученную при сгущении экстрагированной пульпы жидкую фазу смешивают с подаваемым на экстрагирование свежим экстрагентом.
Недостатком известной работы можно признать ее в основном теоретический характер.
Известен (SU, авторское свидетельство 1018639, опубл. 26.02.1983). способ экстракции растительного сырья сжиженными газами путем его измельчения и обработки экстрагентом, по меньшей мере, в две стадии, со сбросом давления между стадиями, причем перед сбросом давления осуществляют слив мицеллы. Процесс осуществляют следующим образом. Сырье загружают в экстрактор и подают экстрагент (в данном случае экстрагентом является жидкая двуокись углерода). Через 30-40 мин проточной экстракции перекрывают вентиль, остатки мицеллы сливают в испаритель. После отгонки растворителя экстракт из испарителя выгружают, а газовую фазу растворителя стравливают в течение 15-20 мин на газгольдер. Затем в системе восстанавливают давление, сырье заливают свежей порцией растворителя, и проводят следующую стадию проточной экстракции еще в течение 90-120 мин. Сброс давления газовой фазы растворителя вызывает дополнительное разрушение сырья перед второй ступенью экстракции, а слив мицеллы препятствует ее замерзанию в экстракторе из-за резкого сброса давления.
Недостатком известного способа следует признать подачу экстрагента в экстрационный объем и его движение через сырье за счет перепада статического давления, возникающего из-за разницы высот экстрактора и накопителя, что недостаточно для эффективного проникновения экстрагента в уплотненные зоны сырья, медленно происходит смыв пограничных слоев с поверхности сырья и проникновение экстрагента внутрь клетки происходит поверхностная экстракция. Кроме того, известный способ применим только дл растительного сырья.
Известен (RU, патент 2330677, опубл. 10.08.2008) способ получения дигидрокверцетина (ДКВ), включающий экстракцию последнего из измельченной древесины лиственницы органическим растворителем при нагревании, отгонку экстрагента, извлечение целевого продукта из водной части экстракта, его кристаллизацию из горячей воды и сушку, причем экстракцию проводят водным раствором этилового спирта с содержанием органической части 75-85% при температуре 45-50°С в течение 2-3 ч при соотношении измельченной древесины и экстрагента, равном 1:(7-10), полученный после отгонки спирта водный экстракт охлаждают до 20-25°С в течение 20-30 мин для удаления смолообразных примесей, из обессмоленного экстракта повторно экстрагируют ДКВ метилтретбутиловым эфиром при соотношении 1:(0,3-0,45) в течение 2-3 ч с последующим отделением эфирной части экстракта и упариванием метилтретбутилового эфира.
Недостатком известного способа следует признать узкую область применения.
Известен (RU, патент 2402368, опубл. 27.10.2010) способ экстрагирования материалов, включающий 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, причем пропитку и экстрагирование сырья в вакуум-импульсном режиме проводят циклами, включающими нагрев горячим газовым теплоносителем и создание вакуума в камере в режиме скоростного вакуум-импульсного воздействия, со ступенчатым многократным снижением давления с атмосферного до давления не более 0,01 МПа, а затем с предыдущего давления до давления не более 0,0001 МПа, 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.
Недостатком известного способа следует признать его сложность.
В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлен источник информации, который мог бы быть использован в качестве ближайшего аналога
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в разработке универсальной технологии переработки биологического сырья.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в максимальном использовании биологического сырья.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ переработки биологического сырья. Согласно разработанному способу биологическое сырье, содержащее в своем составе протеины, жиры, полисахара, воду, помещенное в герметическую емкость, обрабатывают под давлением органическим экстрагентом, разрешенным к использованию в пищевой промышленности, после контакта экстрагента с биологическим сырьем, выделяют из полученной смеси экстрагированных компонентов и экстрагента, жировую и водную фракции, причем жировую фракцию и проэкстрагированное сырье в дальнейшем используют раздельно.
При реализации способа используют животное и/или растительное сырье. В некоторых вариантах реализации используют смеси животного и растительного сырья с предварительно удаленными компонентами, ухудшающими качество конечного продукта.
Предпочтительно биологическое сырье предварительно измельчают.
Желательно, чтобы различные виды биологического сырья смешивали между собой до начала процесса экстракции.
Предпочтительно в качестве экстрагента используют диметиловый эфир или, по меньшей мере, в качестве экстрагента используют смеси экстрагентов, содержащие в составе диметиловый эфир.
В некоторых вариантах реализации жировую фракцию, получаемую в результате экстракции разделяют на отдельные фракции в зависимости от температур их плавления и их консистенции.
В процессе непосредственного проведения экстракции в состав используемого экстрагента могут дополнительно вводить другие экстрагенты (органические и неорганические).
Разработанная технология предназначена для обезжиривания и частичной сушки сырья. Конечный продукт будет зависить от исходного сырья. Из животных шкур можно получать белок или обработанные обезжиренные шкуры, которые можно продавать для дальнейшего выделывания. Жир также будет продавать как побочный продукт.
Из растительного сырья можно получать белок и жир, основной продукт зависит от его конечной коммерческой стоимости. В месте с жиром (кофейным маслом) при экстракции кофейных зерен также выделяется кофеин и хрологеновая кислота, которые можно бытить выделить из кофейного масла дальнейшим процессом переработки.
в
Сырье растительного происхождения - водоросли, семена, жмьх, цветы и стебли, а также отходы переработки в зависимости от размеров мог/т быть переработаны целиком или размельчены на до более мелких размеру для улучшения проникновение диметилового эфира (DME). DME может быть использован в чистом виде или смешан с другими растворителями зависимости от целей по конечному продукту. Но в любом случае DML представляет собой базовый растворитель - экстрагент.
Сырье животного происхождения - рыба, насекомые и животные. Могут быть переработаны целиком или их отдельные составляющие - шкуры, костная мука, другие субпродукты и отходы переработки. В зависимости от размеров могут быть переработаны целиком или размельчены до более мелких размеров для улучшения проникновение DME. DME может быть использован в чистом виде или смешан с другими растворителями в зависимости от целей по конечному продукту.
В дальнейшем сущность разработанного способа будет раскрыта с использованием примеров реализации.
1. Способ получения лецитина, холестерина, кефалина, а также ценной белковой кормовой добавки для животных - биошрота. Способ включает предварительную обработку сырья, экстракцию липидов действием диметилового эфира, отделение фракции фосфолипидов, экстракцию лецитина и осаждение кефалина, осаждение из фракции нейтральных липидов холестерина, в качестве сырья используют отход мясоперерабатывающей промышленности - замороженную ткань головного мозга сельскохозяйственных животных, ткань размораживают, измельчают и гомогенизируют в этиловом спирте, фильтруют, полученную биомассу экстрагируют диметиловым эфиром при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней при соотношении биомасса: экстрагент равным 1:2-1:100, в течение 25-120 минут на каждой ступени, получают биошрот головного мозга и липиды, липиды перерастворяют в любом менее полярном, чем ацетон органическом растворителе при соотношении 1:1-1:10 соответственно и осаждают фракцию фосфолипидов путем добавления к раствору 2-10 кратного объема ацетона, осадок фосфолипидов собирают на фильтре, фосфолипиды экстрагируют этиловым спиртом при соотношении 1:1-1:50 при температуре 15-75°С в одну или несколько ступеней, кефалиновую фракцию собирают на фильтре, фильтрат охлаждают до температуры 5-10°С и повторно отфильтровывают, затем этанол отгоняют и получают лецитин; фракцию нейтральных липидов перерастворяют в этаноле при соотношении 1:1-1:50, выдерживают в течение 30-60 минут и получают суспензию холестерина в этаноле, холестерин собирают на фильтре и высушивают. Способ обеспечивает целесообразный технологический процесс для получения гаммы биологически активных соединений: лецитина, холестерина, кефалина и биошрота без использования высокотоксичных растворителей с возможностью использования заявляемого способа в полупромышленных и промышленных условиях.
2. 25 кг тестикул крупного рогатого скота измельчают и лиофилизуют. Лиофилизированную ткань в количестве 2,5 кг подвергают гомогенизации и загружают в экстрактор. Экстракцию проводят DME двухступенчатым методом: 6 ч при давлении 1,8-7,4 МПа и температуре минус 34-20°С, а затем 3 ч при давлении 7,4-38,7 МПа и температуре 20-38°С. Выход продукта 6,5% из расчета на сухое сырье. Гидромодуль экстракции составляет 1:120 (масса сухого сырья/объем DME).
3. Высушенная и измельченная масса ромашки обыкновенной (Matricaria recutita L) была смочена предварительно деионизированной водой. Далее увлажненную (или набухшую) массу загружали в экстрактор и осуществляют экстракцию с использованием диметилового эфира при 70°С в течение 6 часов. Экстракцию осуществляют при соотношении растительного сырья и экстрагента 1:10 (на 1 кг 100 г толченого сырья). Анализ полученного экстракта проводили на жидкостном хроматографе. Доля активных веществ в ВЖС (водно-органической смеси) экстракта была представлена 49 соединениями, без каких-либо примесей неприродного характера. Содержание активных веществ составило 0,21%. В экстракте широко представлена терпеноидная фракция (34,8%), представленная циклическими сесквитерпенами b- и а-фарензеном (10,03%); b-кубененом, гермакреном, лепидозеном (0,7%); неофитодиеном, тетрагидроиононом, мюристином, b-сесквифелландреном (0,22%); метокси кумарином (1,6%); нафталиндиолом и спатуленолом (1,74%) и дициклоэфиром (18,58%). Самым высоким, по сравнению с известными остальными экстрактами, было содержание бисаболола (13,9%) и хамазулена (0,3%), причем последний был обнаружен еще только в водно-спиртовом экстракте в количестве 0,29%.