Способ получения каротиноидов из гидробионтов
METHOD OF PRODUCING CAROTENOIDS FROM HYDROBIONTS

Изобретение относится к рыбной промышленности, в частности к способам выделения жирорастворимых каротиноидов, и может быть использовано для получения продукта растительный жир сбалансированного жирнокислотного состава с комплексом каротиноидов, который может быть использован в медицине в качестве пищевых добавок с лечебно-профилактическими свойствами, косметологии, в пищевой промышленности для приготовления рыбной продукции, майонеза, соусов, в аквакультуре.
Известен ряд изобретений, предусматривающий использование и/или получение экстрактов биологически активных соединений: сапонинов, фосфолипидов, каротиноидов из морских гидробионтов, таких как кукумария, морские ежи и т.п., для последующего обогащения ими рыбного жира (патенты РФ №№ 2129809, 2215532, 2112527, 2181976, 2050388, заявка на изобретение РФ № 97106885/13).
В соответствии с указанными выше изобретениями экстракты биологически активных веществ (БАВ) получают путем многократного экстрагирования сырья органическими растворителями, такими как этанол, ацетон, спирты, эфиры.
Такой процесс обогащения жира БАВ (в том числе жирорастворимыми) довольно трудоемок и затратен, требует использования дополнительного растворителя, при экстрагировании БАВ утрачивается большая часть нативных качеств сырья, из-за применения химических растворителей способ не экологичен.
Существуют и другие способы обогащения жиров жирорастворимыми БАВ.
Известен способ получения каротиноидов посредством экстракции соевым маслом из ракообразных для использования обогащенного астаксантином масла в качестве добавок в рацион лососевых для ускорения процесса пигментации (Извлечение астаксантина с помощью соевого масла из отходов, образовавшихся в процессе обработки ракообразных (лангусты). / Chen H.M., Meyers S.P.; ЦНИИТЭИРХ. Пер. № 6729. - 20 C. - 8. - J. Food Sci., 1982, v.47, №3, р.892-896).
Известен способ получения каротиноидов из отходов, полученных при переработке головоногих моллюсков, включающий масляную экстракцию и тепловую обработку исходного сырья (патент РФ № 2064476, опубликован 27.07.1996).
Способ предусматривает использование в качестве сырья печени, гонад, остатков желудочно-кишечного тракта или целых головоногих моллюсков и измельчение сырья до размера частиц 1-3 мм.
Измельченную массу подвергают тепловой обработке в два этапа для предотвращения свертывания белка: 1 - при температуре от 18-20°С до 50-60°С; 2 - от 18-20°С до 50-60°С, затем - воздействию температурой 80-85°С в течение 30-50 мин. В результате нагревания происходит коагуляция содержащегося в нем белка и однородная масса разделяется на плотную фракцию и жидкую фракцию, содержащую растворенные в липидах каротиноиды.
На этой стадии осуществляется процесс растворения каротиноидов в липидах сырья. После тепловой обработки полученную массу посредством известных приемов разделяют на жидкую и плотную фракции. Выделение каротиноидов осуществляют из жидкой фракции любым из известных способов: сепарированием или отстоем. Выход красителя из 100 кг сырья составил при сепарировании 16-30 кг, при отстое 5-10 кг (в зависимости от жирности отходов). Краситель может быть использован и как обогатитель БАВ.
Известен способ получения рыбного жира с каротиноидами, который предусматривает измельчение сырья на крупной сетке (20 мм), его термическую обработку в несколько этапов: сначала при температуре от 60 до 85°С в течение 1 часа, затем в течение 20 минут при 80-90°С и далее проведение при температуре не ниже 50°С отделения в сборнике-подогревателе жиросодержащей фракции, а затем при температуре от 80 до 90°С - сепарирование. Готовый продукт - рыбный жир, содержащий природные фосфолипиды и каротиноиды (заявка на изобретение РФ №2000123494/14, дата публикации заявки 27.09.2003).
Для получения капсулированного рыбного жира с биологически активными фосфолипидами и каротиноидами в нативной форме использовано малоценное сырье: калянусные мойва и сельдь, содержащие большое количество жира, т.е. липиды сырья использованы в качестве растворителя для экстракции каротиноидов.
К недостаткам способа можно отнести многоэтапность и длительность процесса.
Рассматриваемые выше изобретения предусматривают использование в качестве сырья только головоногих моллюсков, некоторых ракообразных и/или отходов их переработки.
В качестве ближайшего аналога выбран способ получения комплекса жирорастворимых каротиноидов из асцидии (патент РФ №2339387, опубликован 27.11.2008), включающий разделку асцидии, промывку полученного сырья, измельчение, сушку, экстракцию полярным органическим растворителем и расфасовку, при этом согласно изобретению в качестве сырья используют сырую или высушенную мантию или тунику или мантию и тунику из асцидии при соотношении мантии и туники 1:2, причем сырье сушат при 40°С до влажности 7-10%, экстрагирование проводят 96% этанолом или ацетоном в соотношении сырье : экстрагент 1:1-1:5 в течение 16-24 часов, полученный экстракт фильтруют, соединяют с маслом и водой в соотношении 5:1:10 для сырого сырья и 2:1:4 для сухого сырья соответственно, в темноте в течение 22-24 часов проводят реэкстракцию, отделяют масляный экстракт, промывают его водой, а затем готовый продукт сушат.
Недостатками ближайшего аналога являются недостаточно высокая концентрация каротиноидов в экстракте, длительное время экстракции, неустойчивость каротиноидов в процессе получения и хранения за счет окисления.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа, обеспечивающего повышение содержания каротиноидов и биологической эффективности готового продукта, сокращение времени экстракции и реэкстракции, повышение стабильности каротиноидов в процессе получения и хранения.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи - повышение эффективности извлечения каротиноидов из гидробионтов, сокращение времени экстракции и реэкстракации, повышение стабильности каротиноидов в процессе получения и хранения, снижение трудоемкости.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения каротиноидов из гидробионтов, включающем подготовку сырья, его экстракцию полярным органическим растворителем, далее полученный экстракт фильтруют, соединяют с маслом и проводят реэкстракцию в темноте, отделяют масляный экстракт, промывают его водой, а затем готовый продукт сушат, в качестве гидробионтов используют анадару Броутона и/или мактру китайскую, в качестве экстрагента используют 50% пропиленгликоль, содержащий лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту в соотношении 1000:0,5:0,5 соответственно, экстракцию осуществляют в течение 12 часов при соотношении сырье : экстрагент 1:3-4, полученный экстракт соединяют со смесью соевого масла с подсолнечным или кукурузным при соотношении 57-60:43-40 соответственно, причем соотношение экстракт : смесь масел составляет 1:1-1,5, и реэкстракцию проводят в течение 12 часов при температуре 30-35°С.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «в качестве гидробионтов используют анадару Броутона и/или мактру китайскую» позволяют расширить сырьевую базу для получения обогащенных жиров.
Признак «в качестве экстрагента используют 50% пропиленгликоль» способствует повышению эффективности извлечения каротиноидов из исходного сырья, кроме того пропиленгликоль хорошо растворяется в воде, разрешен к применению в пищевой промышленности и является двухатомным спиртом.
Признак «используют пропиленгликоль, содержащий лимонную кислоту» также обеспечивает повышение эффективности извлечения каротиноидов из исходного сырья, поскольку органическая кислота способствует разрушению каротинопротеиновых комплексов.
Экспериментально доказано, что лимонная кислота увеличивает выход каротиноидов по сравнению с яблочной и янтарной кислотами.
Признак «используют пропиленгликоль, содержащий аскорбиновую кислоту» обеспечивает стабильность каротиноидов в процессе получения и хранения, т.к. аскорбиновая кислота выступает в качестве пищевого антиоксиданта.
Признак «в качестве экстрагента используют 50% пропиленгликоль, содержащий лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту в соотношении 1000:0,5:0,5 соответственно» описывает состав экстрагента.
Признаки «экстракцию осуществляют в течение 12 часов при соотношении сырье : экстрагент 1:3-4» описывают оптимальные режимные характеристики экстракции.
Признак «полученный экстракт соединяют со смесью [масел], причем соотношение экстракт : смесь масел составляет 1:1-1,5» обеспечивает полноту реэкстракции и высокую концентрацию каротиноидов в готовом продукте.
Признак «экстракт соединяют со смесью соевого масла с подсолнечным или кукурузным при соотношении 57-60:43-40 соответственно» обеспечивают сбалансированный жирнокислотный состав готового продукта.
Признаки «реэкстракцию проводят в течение 12 часов при температуре 30-35°С» описывают оптимальные режимные характеристики реэкстракции, умеренный температурный режим позволяет максимально сохранить свойства и устойчивость каротиноидов.
Заявляемый способ осуществляют по стандартной технологии на стандартном оборудовании.
В качестве сырья используют мягкие ткани (мускул, мантия и внутренности) двустворчатых моллюсков - анадары Броутона и мактры китайской.
В качестве сырья могут быть использованы и отходы, полученные при их переработке. Возможно использование иных морских гидробионтов, накапливающих каротиноиды в процессе метаболизма.
Подготовленное сырье измельчают до размера частиц от 0,1 до 0,5 мм, затем дополнительно гомогенизируют.
Так как каротиноиды являются светочувствительными соединениями, на этапе измельчения сырья и его гомогенизации для уменьшения действия кислорода воздуха и понижения температуры, которая повышается при механическом воздействии, дополнительно вносили кусочки сухого льда.
Измельченное сырье помещают в стеклянную емкость и заливают экстрагентом, в качестве которого используют 50% пропиленгликоль, содержащий лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту в соотношении 1000:0,5:0,5 соответственно при соотношении сырье : экстрагент 1:3-4 и герметично укупоривают емкость для предотвращения контакта с кислородом воздуха во избежание окисления каротиноидов.
Экстракцию проводят методом настаивания при температуре 25-27°С в течение 12 часов.
Полученный экстракт фильтруют через газовую ткань или центрифугируют, помещают в делительную воронку, добавляют к нему смесь соевого масла с подсолнечным или кукурузным при соотношении 57-60:43-40 соответственно, причем соотношение экстракт : смесь масел составляет 1:1-1,5.
Реэкстракцию проводят в темном месте в течение 12 часов при постоянной температуре 30-35°С. После ее прохождения масляный экстракт промывают водой при интенсивном механическом перемешивании или встряхивании до удаления следов спирта, а затем сушат известным способом (фильтрация, центрифугирование).
Плотный остаток, который содержит белки, может быть использован в качестве сырья для получения биологически активной добавки (БАД), например, источника свободных аминокислот.
Целевым продуктом является растительный жир, обогащенный комплексом морских каротиноидов.
Готовый продукт в виде масляного экстракта представляет собой прозрачную маслянистую жидкость (цвет от розовато-оранжевого до красного), содержащую сложную смесь каротиноидов в количестве 0,11-0,14 мг/мл, включая фукоксантин 3'-эфир, фукоксантинол 3'-эфир, фукоксантин, фукоксантинол и др.
Отсутствие посторонних примесей позволяет вводить полученный масляный экстракт, например, в жировую фазу майонезов и соусов майонезных без изменения органолептических характеристик готового продукта.
Таблица 1
Органолептические характеристики масляных экстрактов, содержащих каротиноиды
Показатель
Описание
Внешний вид
Маслянистая жидкость
Цвет
От розовато-оранжевого до красного
Вкус и запах
Свойственные, без посторонних привкуса и запаха
Прозрачность при температуре не выше 60°С
Прозрачный
Наличие посторонних примесей
Не допускается
Физико-химические показатели качества масляных экстрактов, содержащих каротиноиды, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физико-химические показатели масляных экстрактов, содержащих каротиноиды
Показатель
Значение показателя
Общее содержание каротиноидов, мг/мл, не менее
0,10
Массовая доля воды и примесей нежирового характера,%, не более
0,5
Массовая доля жира,%, не менее
99,0
Показатели безопасности масляных экстрактов, содержащих каротиноиды, представлены в таблице 3.
Таблица 3
Показатели безопасности масляных экстрактов, содержащих каротиноиды
Показатель
Допустимый уровень содержания
Фактическое значение
Токсичные элементы, мг/кг
не более
Свинец
0,3
0,005
Мышьяк
0,1
0,009
Кадмий
0,05
не обн.
Ртуть
0,05
не обн.
Пестициды, мг/кг
не более
ГХЦГ (α-, β- и γ-изомеры)
0,05
не обн.
ДДТ, ДДД, ДДЕ
0,1
не обн.
Полихлорированные бифенилы, мг/кг
3,0
0,06
Радионуклиды, Бк/кг(л)
не более
Цезий-137
60
не обн.
Стронций-90
80
не обн.
Показатели окислительной порчи, мэкв/кг
не более
Перекисное число
10,0
4,1
Результаты комплексной оценки антирадикальных свойств полученных масляных экстрактов каротиноидов из гидробионтов представлены в таблице 4.
Таблица 4
Антирадикальная активность экстрактов из гидробионтов
Как видно из таблицы 4, экстракты, полученные с использованием 50% пропиленгликоля, обладают более высокой антирадикальной активностью, чем все остальные.
Примеры осуществления способа
Пример 1
Сыромороженую мантию двустворчатого моллюска мактра китайская (Mactra chinensis) массой 1 кг размораживали на воздухе при температуре не выше 20°С до распадения блоков. Промывали в проточной воде, с температурой не выше 20°С, помещали на решета для удаления излишней воды. Продолжительность стекания 20-30 мин. Подготовленное сырье измельчали в электрическом куттере до гомогенной массы с размером частиц от 0,1 до 0,5 мм, затем дополнительно гомогенизировали. Во время процесса измельчения и гомогенизации использовали сухой лед.
Измельченное сырье помещают в стеклянную емкость, заливают смесью 3 л 50% пропиленгликоля, 0,0015 кг пищевой лимонной кислоты и 0,0015 кг аскорбиновой кислоты, и герметично укупоривают емкость для предотвращения контакта с кислородом воздуха. Экстракцию проводят методом настаивания при 25-27°С в течение 12 ч.
Полученный экстракт фильтруют через газовую ткань. Экстракт (3 л) помещают в делительную воронку, добавляют 3 л смеси растительных масел (40% подсолнечного и 60% соевого). Реэкстракцию проводят в темном месте в течение 12 часов при температуре 30°С. После ее прохождения масляный экстракт сливают, промывают водой при постоянном помешивании или встряхивании для удаления следов пропиленгликоля.
Конечный продукт - масляный экстракт сушат. Выход конечного продукта составляет 2,95 л на 1 кг сырого сырья. Концентрация каротиноидов в масляном экстракте составляет 0,14 мг/мл.
Пример 2
Обработку сыромороженных внутренностей мактры китайской проводили аналогично примеру 1. Подготовленное сырье измельчали в электрическом куттере до гомогенной массы с размером частиц от 0,1 до 0,5 мм, затем дополнительно гомогенизировали. Во время процесса измельчения и гомогенизации использовали сухой лед.
Измельченное сырье помещают в стеклянную емкость, заливают смесью 4 л 50%пропиленгликоля, 0,0020 кг пищевой лимонной кислоты и 0,0020 кг аскорбиновой кислоты, и герметично укупоривают емкость для предотвращения контакта с кислородом воздуха. Экстракцию проводят методом настаивания при 25°С в течение 12 ч.
Полученный экстракт фильтруют через газовую ткань. Экстракт (4 л) помещают в делительную воронку, добавляют 6 л смеси растительных масел (43% кукурузного и 57% соевого). Реэкстракцию проводят в темном месте в течение 12 часов при температуре 35°С. После ее прохождения масляный экстракт сливают, промывают водой при постоянном помешивании или встряхивании для удаления следов пропиленгликоля. Конечный продукт - масляный экстракт сушат.
Выход конечного продукта составляет 5,82 л на 1 кг сырого сырья. Концентрация каротиноидов в масляном экстракте составляет 0,11 мг/мл.
Пример 3
Обработку сырья и все операции проводили аналогично примеру 1, но в качестве сырья использовали мантию Анадары Броутона (Anadara broughtoni). Измельченное сырье помещают в стеклянную емкость, заливают смесью 3 л 50% пропиленгликоля, 0,0015 кг пищевой лимонной кислоты и 0,0015 кг аскорбиновой кислоты, и герметично укупоривают емкость для предотвращения контакта с кислородом воздуха. Экстракцию проводят методом настаивания при 25°С в течение 12 ч.
Полученный экстракт фильтруют через газовую ткань. Экстракт (3 л) помещают в делительную воронку, добавляют 3 л смеси растительных масел (40% подсолнечного и 60% соевого). Реэкстракцию проводят в темном месте в течение 12 часов при температуре 35°С. После ее прохождения масляный экстракт сливают, промывают водой при постоянном помешивании или встряхивании для удаления следов пропиленгликоля. Конечный продукт - масляный экстракт сушат.
Получили 2,84 кг масляного экстракта на 1 кг сырого сырья с концентрацией каротиноидов 0,12 мг/мл.
Пример 4
Обработку сырья проводили аналогично примеру 1, но в качестве сырья использовали все мягкие ткани мактры китайской и анадары Броутона в соотношении 1:1.
Измельченное сырье помещают в стеклянную емкость, заливают смесью 3 л 50% пропиленгликоля, 0,0015 кг пищевой лимонной кислоты и 0,0015 кг аскорбиновой кислоты, и герметично укупоривают емкость для предотвращения контакта с кислородом воздуха. Экстракцию проводят методом настаивания при 27°С в течение 12 ч.
Полученный экстракт фильтруют через газовую ткань. Экстракт (3 л) помещают в делительную воронку, добавляют 4,5 л смеси растительных масел (43% кукурузного и 57% соевого). Реэкстракцию проводят в темном месте в течение 12 часов при температуре 35°С. После ее прохождения масляный экстракт сливают, промывают водой при постоянном помешивании или встряхивании для удаления следов пропиленгликоля. Конечный продукт - масляный экстракт сушат.
Выход конечного продукта составляет 4,35 л на 1 кг сырого сырья. Концентрация каротиноидов в масляном экстракте составляет 0,13 мг/мл.
Преимуществами заявляемого способа являются:
- использование в процессе переработки только натуральных продуктов без применения опасных органических растворителей позволяет максимально сохранить нативные качества гидробионта;
- получение продукта с высоким содержанием каротиноидов за счет сочетания экстракции и реэкстракции при умеренном температурном режиме, а также за счет использования лимонной кислоты в качестве разрушающего агента для каротинпротеиновых комплексов;
- повышение стойкости в хранении получаемого масляного экстракта из гидробионтов за счет использования аскорбиновой кислоты в качестве пищевого антиоксиданта;
- повышение биологической эффективности готового продукта и его сбалансированный жирнокислотный состав за счет использования в качестве реэкстрагента смеси растительных масел;
- снижение трудоемкости - способ упрощен, безотходен, его осуществление не требует больших энергозатрат, применения сложного и дорогостоящего оборудования;
Получаемые продукты могут быть успешно использованы в качестве пищевых добавок с лечебно-профилактическими свойствами для жиросодержащих пищевых продуктов, а также как добавки в рацион рыб, в частности лососевых, для ускорения процесса пигментации.