ОБОГАЩЕННАЯ ПОЛИФЕНОЛАМИ КОМПОЗИЦИЯ, ЭКСТРАГИРОВАННАЯ ИЗ ШЕЛУХИ КАКАО-БОБОВ
POLYPHENOL-ENRICHED COMPOSITION EXTRACTED FROM COCOA BEAN POD

Настоящее изобретение относится к способу экстракции шелухи какао-бобов для получения обогащенной теобромином фракции или композиции и обогащенной полифенолами фракции или композиции.
Известно, что существующие в природе полифенолы, полученные из растений или растительных материалов (например, чая, какао-бобов и тому подобное), обладают антиокислительными свойствами и другими свойствами, приносящими также другую потенциальную пользу здоровью. Поэтому в последние годы были проведены значительные исследования в отношении способов получения таких полифенолов, в том числе полифенолов какао-бобов, а также способов их применения.
В патенте США 5554645 (10 сентября 1996) предложен способ экстракции полифенолов из порошка обрушенных, обезжиренных, высушенных сублимацией (вымораживанием) какао-бобов с использованием растворителя из смеси 70:30 ацетон:вода. Экстракт затем очищали, используя гель-проникающую хроматографию или высокоэффективную жидкостную хроматографию, для получения полифенолов, состоящих по существу из олигомеров с числом звеньев от 3 до 12.
В публикации Международной патентной заявки WO 00/45769 (10 августа 2000) и соответствующем патенте США 6576275 (10 июня 2003) предложен способ экстракции полифенолов из какао-бобов и других растительных материалов для получения полифенольного вещества, имеющего пониженное содержание пурина. Исходные материалы какао, включающие, например, свежие какао-бобы, обезжиренные твердые вещества какао, какао-порошок, материалы - отходы производства какао или другое, содержащее какао сырье, предпочтительно размалывают до размера частиц меньше, чем 250:m. Размолотый материал какао-бобов затем экстрагируют гидроксильным растворителем (например, водой, низшими спиртами и их смесями). Образовавшийся экстракт затем наносят на адсорбирующий материал, имеющий высокое отношение адсорбции полифенол/пурин, по меньшей мере, приблизительно 5/1. Подходящие адсорбенты включают поливинилполипирролидон и хитозан, а также их производные, продукты модификации и смеси. Полифенолы затем удаляют из адсорбирующего материала, используя растворитель для десорбции, такой как вода, смешиваемый с водой спирт, смеси воды и смешиваемого с водой спирта и смеси воды и смешиваемого с водой кетона. Содержащее полифенол вещество можно затем концентрировать выпариванием растворителя для десорбции. Хотя этот способ снижает относительные количества пуринов (т.е. теобромина и кофеина), значительные количества пуринов остаются в собранных содержащих полифенолы веществах.
В патенте США 6159451 (12 декабря 2000) предложен способ получения фракции оболочки какао-бобов, обладающей активностью против глюкозилтрансферазы при профилактике кариеса зубов. По этому способу 4-10 частей 50% водного раствора ацетона добавляли к 1 части высушенной оболочки какао-бобов, смесь перемешивали при кипячении с обратным холодильником при 40-80°С в течение 4-6 часов для получения экстракта. Эту процедуру повторяли два раза. Экстракт затем концентрировали и сушили с применением вакуумных методик. Образовавшийся экстракт затем добавляли к адсорбционной смоле на основе стирола, промывали 1-2 частями 20-процентного этанола с последующим добавлением 1-2 частей 50-процентного этанола. Фракции, элюированные 50-процентным этанолом, собирали и концентрировали при пониженном давлении и 40-50°С, получая при этом нужную фракцию, имеющую активность против глюкозилтрансферазы.
В публикации Международной патентной заявки WO 00/62631 (26 октября 2000) предложен способ получения экстракта какао-бобов, содержащего диетическое волокно (особенно нерастворимое диетическое волокно), которое, как указывается, является полезным при лечении диабета. Подвергнутые тепловой обработке оболочки какао-бобов экстрагируют этанолом, затем центрифугируют и фракционируют на супернатант и остаток. Указывается, что фракция остатка является полезной при лечении диабета. Сообщается, что супернатант содержит полифенолы и может быть использован в напитках.
В заявке на Европейский патент ЕР 1304047 (опубликована 23 апреля 2003) предложен способ получения экстракта какао-бобов или оболочек какао-бобов, который, как описано, ингибирует подавление взаимодействия межклеточных щелевых контактов и синтез ДНК раковых клеток. После удаления какао-масла оболочки какао-бобов экстрагируют 50% ацетоном в течение 5 часов при 60°С при кипячении с обратным холодильником. Экстракт центрифугируют и супернатант собирают, фильтруют, концентрируют и сушат вымораживанием. Образовавшуюся фракцию оболочек какао-бобов адсорбируют на полистирольной гидрофобной адсорбционной смоле и фракционируют с использованием смесей вода/ацетон или вода/метанол, получая при этом активное вещество.
В заявке на Европейский патент ЕР 1346640 (опубликована 24 сентября 2003) предложен способ получения экстракта какао-бобов с низким содержанием жира, имеющего высокий уровень вкусовых и ароматических веществ какао и/или предшественников вкусовых и ароматических веществ какао и высокий уровень антиоксидантов (например, полифенолов). Этот способ включает помещение какао-бобов в раствор уксусной кислоты, нагревание смеси, удаление бобов и концентрирование растворенных твердых веществ из раствора.
В патенте США 6627232 (30 сентября 2003) предложен способ селективной экстракции тетрамеров, пентамеров и процианидиновых олигомеров какао-бобов с более высокой молекулярной массой из частично обезжиренных или полностью обезжиренных твердых веществ какао, полученных из какао-бобов, которые не были обжарены, В одном варианте осуществления этот способ включает стадии (а) экстракции твердых веществ какао-бобов этилацетатом; (b) выделения экстрагированных твердых веществ какао-бобов; (с) экстракции выделенных экстрагированных твердых веществ какао-бобов растворителем, выбранным из группы, состоящей из ацетона, этанола и их смесей с содержанием воды до 50 об.%; и (d) отделения твердых веществ какао-бобов от экстракта какао-бобов со стадии (с) для получения процианидинового экстракта.
В публикации патента США 2004/0096566 (20 мая 2004) предложен способ получения полифенолов из какао-бобов. Свежие бобы (которые не были предварительно обработаны или обезжирены) обрабатывают для удаления шелухи и пульпы, размалывают в присутствии растворителей, настаивают с растворителем в течение от нескольких часов до нескольких дней, фильтруют, промывают тем же растворителем и растворитель удаляют перегонкой в вакууме, получая при этом требуемый остаток.
Хотя эти способы обычно позволяют получать полифенолы из различных частей какао-бобов, все же желательно иметь способы, которыми можно получить фракцию, обогащенную полифенолами, и фракцию, обогащенную теобромином, так чтобы можно было использовать больше компонентов. Кроме того, желательно получать такие фракции с использованием материала, который обычно считают отходами производства (а именно, шелухи какао-бобов). Настоящее изобретение предлагает такие способы.
Настоящее изобретение относится к способу получения композиции, обогащенной теобромином, и композиции, обогащенной полифенолами, где указанный способ включает
(1) обеспечение обезжиренной шелухи какао-бобов;
(2) экстракцию обезжиренной шелухи какао-бобов водным раствором ацетона, содержащим от приблизительно 30 до приблизительно 80 процентов ацетона, для получения вещества жидкого экстракта шелухи какао-бобов;
(3) обработку вещества экстракта шелухи какао-бобов для удаления суспендированных твердых веществ и получения вещества обработанного жидкого экстракта шелухи какао-бобов;
(4) удаление ацетона из вещества обработанного жидкого экстракта шелухи какао-бобов для получения вещества водного экстракта шелухи какао-бобов;
(5) концентрирование вещества водного экстракта до содержания твердых веществ от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 процентов для получения вещества концентрированного экстракта;
(6) введение вещества концентрированного экстракта в колонку гель-фильтрования, содержащую среду для гель-фильтрования, подходящую для отделения теобромина от полифенолов;
(7) промывание колонки гель-фильтрования водой для сбора фракции, обогащенной теобромином;
(8) элюирование промытой водой колонки гель-фильтрования полярным органическим растворителем с низкой молекулярной массой для сбора фракции, обогащенной полифенолами, где фракция, обогащенная полифенолами, по существу не содержит фитостерины и теобромин;
(9) концентрирование фракции, обогащенной теобромином, для получения обогащенной теобромином композиции и
ТМ
ТМ
(10) концентрирование фракции, обогащенной полифенолами, для получения обогащенной полифенолами композиции. Предпочтительная среда для гель-фильтрования для применения в данном изобретении включает среду для гель-фильтрования типа сефадекс от Amersham Biosciencea (часть GH Healthcare); особенно предпочтительным является сефадекс LH-20. Полярным органическим растворителем с низкой молекулярной массой предпочтительно является метанол. Шелуху какао, используемую в настоящем изобретении, можно получить из обжаренных или необжаренных какао-бобов и/или из ферментированных или неферментированных какао-бобов.
На фиг.1 представлена схема технологического процесса, иллюстрирующая настоящее изобретение.
На фиг.2 представлена схема технологического процесса, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.
ТМ
ТМ
Как представлено на фиг.1, получают шелуху какао-бобов. Шелуху какао-бобов можно получить из ферментрованных или неферментированных бобов, любые из которых могут быть необжаренными или обжаренными; шелуха, используемая в способе экстракции данного изобретения, может быть целой, разломанной, измельченной или их комбинацией. Такую обезжиренную шелуху какао-бобов можно получить с применением общепринятых методик; например шелуху какао-бобов можно обезжирить экстракцией, используя гексан или другой имеющий низкую молекулярную массу неполярный или слабополярный растворитель (например, пентан, этиловый простой эфир, петролейный эфир и тому подобное); обычно предпочтительным неполярным растворителем является гексан. Не желая ограничиваться теорией, считают, что обезжиривание шелухи какао-бобов помогает удалить фитостерины перед следующей стадией экстракции, а также обеспечить лучшее разделение на более поздних стадиях способа. Обезжиренную шелуху какао-бобов экстрагируют водным раствором ацетона. Этот водный раствор ацетона обычно содержит от приблизительно 30 до приблизительно 80 процентов ацетона, предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 60 процентов ацетона, и более предпочтительно приблизительно 50 процентов ацетона. Суспендированные твердые вещества затем удаляют из экстрагированного водным ацетоном вещества, используя общепринятые методы (например, фильтрования, декантации, центрифугирования и тому подобное). По меньшей мере, часть ацетона (обычно приблизительно 80 процентов или больше, предпочтительно от приблизительно 95 до по существу 100 процентов) удаляют, используя общепринятые методы (например, перегонки, перегонки в вакууме и тому подобное), с получением вещества водного экстракта. Образовавшееся вещество водного экстракта затем подвергают гель-фильтрованию с использованием среды для гель-фильтрования, подходящей для выделения как теобромина, так и полифенолов. Предпочтительная среда для гель-фильтрования для применения в данном изобретении включает среду для гель-фильтрования типа сефадекс (обычно получаемую из трехмерного сшитого полисахарида декстрана) от Amersham Biosciencea (часть GH Healthcare); особенно предпочтительным является сефадекс LH-20. Колонку для гель-фильтрования, содержащую вещество водного экстракта, сначала промывают водой для удаления обогащенной теобромином фракции; обогащенную теобромином фракцию собирают. Колонку для гель-фильтрования затем элюируют полярным органическим растворителем с низкой молекулярной массой для удаления обогащенной полифенолом фракции; затем фракцию, обогащенную органическим растворителем, собирают. Подходящие полярные органические растворители с низкой молекулярной массой включают, например, метанол, этанол, этилацетат, ацетон и тому подобное, обычно предпочтительным является метанол.
Обогащенная полифенолами фракция по существу не содержит фитостерины и теобромин. Для целей данного изобретения выражение «по существу не содержит фитостерины и теобромин» предназначается для включения в нее обогащенных полифенолами композиций, из которых было удалено, по меньшей мере, приблизительно 90 процентов, предпочтительно приблизительно 95 и наиболее предпочтительно по существу 100 процентов (т.е. остаются только следы) фитостеринов, присутствующих в исходной шелухе какао-бобов. Таким же образом для целей данного изобретения выражение «по существу не содержит теобромин» предназначается для включения в него обогащенных полифенолами композиций, из которых было удалено, по меньшей мере, приблизительно 90 процентов, предпочтительно приблизительно 95, и наиболее предпочтительно по существу 100 процентов (т.е. остаются только следы) теобромина, присутствующего в исходной шелухе какао-бобов.
Как указано выше, шелуху какао-бобов, используемую в настоящем изобретении, можно получать из обжаренных или необжаренных какао-бобов и/или из ферментированных или неферментированных какао-бобов. Обычно более высокие выходы полифенолов ожидаются из неферментированной шелухи по сравнению с ферментированной шелухой, а также из обжаренной шелухи по сравнению с необжаренной шелухой.
ТМ
ТМ
Фиг.2 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления обезжиренную шелуху какао-бобов экстрагируют много раз водным раствором ацетона. Этот водный раствор ацетона обычно содержит от 30 до приблизительно 80 процентов ацетона, предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 60 процентов ацетона и более предпочтительно приблизительно 50 процентов ацетона. Для целей данного изобретения выражение «много раз» предназначается для обозначения, по меньшей мере, двух экстракций, предпочтительно, приблизительно 2-6 экстракций и более предпочтительно приблизительно 2-3 экстракции. Предпочтительно каждую экстракцию проводят свежим водным раствором ацетона (т.е. раствором, который ранее не использовался для экстракции). Жидкие экстракты предпочтительно объединяют и затем обрабатывают для удаления суспендированных твердых веществ, используя общепринятые методы (например, фильтрования, декантации с центрифугированием или без и тому подобное). По меньшей мере, часть ацетона (обычно приблизительно 80 процентов или больше, предпочтительно от приблизительно 95 до по существу 100 процентов) удаляют, используя общепринятые методы (например, перегонки, перегонки в вакууме и тому подобное), с получением вещества водного экстракта. Образовавшееся вещество водного экстракта затем подвергают гель-фильтрованию с использованием среды для гель-фильтрования, подходящей для отделения как теобромина, так и полифенолов. Предпочтительная среда для гель-фильтрования для применения в данном изобретении включает среду для гель-фильтрования типа сефадекс (обычно получаемую из трехмерного сшитого полисахарида декстрана) от Amersham Biosciencea (часть GH Healthcare); особенно предпочтительным является сефадекс LH-20. Колонку для гель-фильтрования, содержащую вещество водной экстракции, сначала промывают водой для удаления обогащенной теобромином фракции; фракцию, обогащенную теобромином, собирают. Колонку для гель-фильтрования затем элюируют полярным органическим растворителем с низкой молекулярной массой, предпочтительно метанолом, для удаления обогащенной полифенолами фракции; фракцию, обогащенную полифенолами, затем собирают.
Собранную фракцию, обогащенную теобромином, можно использовать в качестве обогащенной теобромином композиции или, если необходимо, концентрировать ее для получения обогащенной теобромином композиции. Такое концентрирование можно проводить, используя общепринятые методы, такие как, например, сушка вымораживанием, термическая сушка, кристаллизация, методы жидкостного распределения с использованием хлороформа или метиленхлорида и тому подобное; обычно предпочтительной является сушка вымораживанием.
Собранную обогащенную полифенолами фракцию можно использовать в качестве обогащенной полифенолами композиции или, если необходимо, концентрировать ее для получения обогащенной полифенолами композиции. Такое концентрирование можно проводить сначала удалением, по меньшей мере, части метанола, используя общепринятые методы (например, упаривания, перегонки в вакууме и тому подобное), с последующим удалением, по меньшей мере, части воды общепринятыми методами (например, сушкой вымораживанием, термической сушкой, кристаллизацией, жидкостным распределением и тому подобное), где предпочтительной является сушка вымораживанием.
Изобретение теперь будет проиллюстрировано конкретными примерами, которые описывают предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Они не предназначены для ограничения объема изобретения. Если не оговорено особо, все отношения и проценты во всем описании данного изобретения являются массовыми. Все обсуждаемые патенты и другие публикации, таким образом, включены в данное описание посредством ссылки.
Пример 1.
Данный пример иллюстрирует выделение обогащенной полифенолами фракции и обогащенной теобромином фракции из шелухи какао-бобов. Шелуху какао-бобов получают из необжаренных ферментированных какао-бобов обычным способом. При желании обжаренную или необжаренную шелуху какао-бобов из ферментированных или неферментированных какао-бобов можно использовать таким же способом. Шелуху какао-бобов (60 г) экстрагируют гексаном (200 мл) в течение 6 часов в экстракторе Сокслета. После сушки в вакууме обезжиренную шелуху суспендируют в 50-процентном водном ацетоне (350 мл) при 70°С в течение 45 минут в колбе, снабженной холодильником. После центрифугирования и декантации экстракта остаток дополнительно экстрагируют 50% раствором ацетона (200 мл); процедуру экстракция/отделение повторяют до 4 раз. Экстракты объединяют и концентрируют до приблизительно 2× на роторном испарителе. Образовавшийся концентрированный водный раствор сушат вымораживанием. Содержания полифенолов измеряют методом Follin-Clocalteu (см., например, Singleton et al., Am. J. Enol. Vit., 37, 144-158 (1965)). Получают следующие результаты:
<b>Число экстракций</b>
<b>Относительное содержание полифенолов (%) экстракта</b>
1
49
2
28
3
9
4
7
5
7
Высушенный замораживанием концентрированный экстракт, полученный комбинацией всех пяти экстракций, добавляют в колонку с проницаемым гелем сефадекс LH-20 (диаметр 4,5 см, длина 30 см). Колонку промывают водой, получая обогащенную теобромином фракцию, которую в сухом виде получают сушкой вымораживанием. Затем используют метанол для элюирования обогащенной полифенолами фракции, которую затем сушат выпариванием метанола и сушкой вымораживанием для получения твердой, обогащенной полифенолами композиции или остатка.
Получают следующие результаты:
<b>Фракция</b>
<b>Масса (г/100 г шелухи)</b>
<b>Полифенолы</b>
<b>Теобромин (мг/100 г шелухи)</b>
<b>Кофеин (мг/100 г шелухи)</b>
<b>(% фракции)</b>
<b>(г/100 г шелухи)</b>
50% ацетон
15,0
12,7
1,90
680
65
Элюат воды
12,7
6,9
0,75
665
60
Элюат МеОН
1,37
56,3
0,77
2
2
Данный пример явно демонстрирует, что обогащенная теобромином фракция (т.е. элюат воды) и обогащенная полифенолами фракция (т.е. элюат метанола) могут быть получены из шелухи какао-бобов с применением настоящего изобретения. Кроме того, данный пример демонстрирует также, что обогащенная полифенолами фракция по существу не содержит теобромина (а также кофеина). После элюирования метанолом полифенолы остаются на колонке (приблизительно 1,90-0,75-0,77=0,38 г/100 г шелухи); при желании можно получить дополнительно полифенолы дополнительным элюированием колонки метанолом и обработкой элюата, как указано выше.
Антиокислительную способность обогащенной полифенолами фракции метанола измеряли с применением метода ТЕАС (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity) (Re et al., Free Radical Biology & Medicine, 26, 1231-1237 (1999)). Была обнаружена антиокислительная способность 1,8 мкмоль тролокса/мг. Такая антиокислительная способность значительно выше, чем обычно находят для коммерческих образцов экстрактов розмарина, винограда и ягод бузины (0,83, 0,76 и 0,42 мкмоль тролокса/мг, соответственно).
Пример 2
. Данный пример иллюстрирует модификацию методики, используемой в примере 1. Использовали по существу такую же методику, как в примере 1, за исключением того, что после промывания водой колонку элюировали 50% водным метанолом с последующим элюированием чистым метанолом. Элюаты сушили, как описано в примере 1.
Получили следующие результаты:
<b>Фракция</b>
<b>Выход (г/100 г шелухи)</b>
<b>Полифенолы (% фракции)</b>
Элюат воды
12,7
5,31
Элюат 50% МеОН
0,98
39,2
Элюат 100% МеОН
0,32
54,4
Пример 3.
Данный пример иллюстрирует выделение твердого препарата с высоким содержанием теобромина из фракции, обогащенной теобромином. Обогащенную теобромином фракцию получают, как в примере 1. Фракцию промывания водой собирают и ее объем уменьшают (до точки, когда помутнение становится очевидным). Добавляют небольшое количество активированного угля и смесь фильтруют. Через остаток пропускают горячую воду, промывные воды собирают и добавляют к фильтрату. Объем раствора уменьшают до 100 мл и выливают в делительную воронку. Добавляют промывные воды из стакана и метиленхлорид (50 мл), смесь встряхивают (3-4 раза), дают ей возможность отстояться и низшую фазу (хлорированный растворитель) выгружают. Стадии добавления метиленхлорида, встряхивания, отстаивания и разделения повторяют три раза. Для удаления метиленхлорида фазу метиленхлорида затем сушат над сульфатом натрия, последний удаляют фильтрованием и фазу упаривают на роторном испарителе, получая обогащенный теобромином продукт. Содержание теобромина твердого препарата, определяемого ВЭЖХ, составляло приблизительно 84 процента. Препарат похожей твердой композиции, полученный с использованием хлороформа вместо метиленхлорида в качестве растворителя, содержал приблизительно 64 процента теобромина.