Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции
METHOD FOR PREPARING DRY FORMS OF ANTHOCYANINS USING TWO-STEP EXTRACTION

Изобретение относится к пищевой, фармацевтической и косметологической отраслям промышленности, в частности к способу получения сухих водорастворимых форм антоцианов высокой концентрации при использовании двухступенчатой экстракции.
Антоцианы - растительные гликозиды, обладающие высокой биологической ценностью, помимо применения в фармацевтической отрасли могут быть использованы в качестве натурального красителя в пищевой и косметичкой промышленности. Антоцианы легко растворяются в воде и других полярных растворителях.
В качестве источника антоцианов выступают свежие, сушеные и замороженные шроты и жомы антоциансодержащих ягод, разрешенные для использования в пищевой промышленности.
Важным критерием сухой формы антоцианов является концентрация активного компонента, качество и полнота растворения. При использовании одностадийной экстракции совместно с фракцией антоцианов извлекаются гидрофобные компоненты, которые негативно влияют на качество: растворимость ухудшается, а в некоторых случаях почти утрачивается; срок годности снижается за счет окислительных реакций.
Известен способ получения антоцианов (RU 2672396, С09В 61/00, 14.11.2018). По данному способу осуществлялось экстрагирование антоциансодержащего шрота картофеля фиолетового, полученного после извлечения крахмала смесью водного раствора 70% этилового спирта и 0,5-1% соляной кислоты. Далее осуществлялась трехкратная обработка смеси шрота с экстрагентом в виброкавитационном гомогенизаторе и емкости с ультразвуковым генератором. После трехкратной обработки смесь направляли на фильтрование, шрот удаляли, а очищенный от твердой фазы экстракт направляли на выпаривание под вакуумом. Сгущенный после выпаривания экстракт подвергали сублимационной сушке с получением целевого продукта. Получался порошок с остаточной влажностью не более 5%, содержащий антоцианы с выходом около 1-2%, а также смесь прочих экстрактивных веществ - Сахаров, белков, аминокислот, стеринов, витаминов, флавоноидов, кислот, липидов, микро- и макроэлементов.
Недостатком данной технологии является получение целевого продукта с низким содержанием активного компонента - антоцианов, содержащего в составе балластные вещества, снижающие срок годности и делая его малопригодным для фармацевтической промышленности.
Известен способ получения и состав для сухих форм антоцианов синего цвета (RU 2639291, С09В 61/00, B01J 13/04, A23L 5/43, 04.10.2017), включающий два способа получения сухих форм антоцианов - прототип.
По первому способу осуществлялась переработка антоциансодержащего сырья, в котором содержалось минимальное количество сопутствующих экстрактивных веществ. Экстракцию антоцианов проводили в нейтральной среде смесью дистиллированной воды и этанола в объемном соотношении 70:30. Полученный экстракт отделяли от растительной массы фильтрованием, например, через бумажные фильтры «красная лента» и упаривали. Стадия очистки от сопутствующих экстрактивных веществ не применялась. Далее получали сухие формы антоцианов методом распылительной сушки, используя в качестве матрицы полисахариды, например мальтодекстрин, арабиногалактан.
По второму способу осуществлялась переработка антоциансодержащего сырья, содержащего большое количество сопутствующих балластных веществ, мешающих получению сухих форм. Экстракцию проводили экстрагентом - 0,1 М водным раствором соляной кислоты, полученный экстракт отделяли от растительной массы фильтрованием, например, через бумажные фильтры «красная лента». Проводили сорбционно-десорбционную очистку экстрактов от балластных веществ. Упаривали очищенные экстракты и высушивали методом распылительной сушки, используя в качестве матрицы полисахариды, например мальтодекстрин, арабиногалактан.
Содержание антоцианов в готовых сухих порошках по описанным способам максимально составляло 4,79 г / 100 г сухого порошка.
Главный недостаток выше приведенного решения заключается в том, что получаемые формы антоцианов имеют низкую концентрацию активного компонента - антоцианов, требуют дополнительного технологического оснащения для осуществления сорбционно-десорбционной очистки. Так же в способе не раскрыты технологические параметры осуществления очистки от балластных веществ.
В настоящее время стандартизированным и общепринятым коммерческим продуктом для фармацевтической промышленности России и Европы является сухая форма с содержанием антоцианов 25%, определяемых спектрофотометрическим методом, сроком годности не менее 12 месяцев и обладающей высокой растворимостью в воде. В связи с отсутствием российских производителей концентрированных форм сухих антоцианов в России, закупку таких продуктов отечественные фармацевтические и пищевые предприятия проводят от импортных поставщиков.
При извлечении антоцианов из растительного сырья совместно с ними экстрагируются сопутствующие экстрактивные вещества (углеводы, танины, жирные кислоты, воска, флавоноиды и пр.), которые являются в данном случае балластными, снижающими качество, сроки хранения и не позволяющие создать высококонцентрированный продукт, необходимый для фармацевтической отрасли.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения сухих форм антоцианов с высокой концентрацией активного компонента.
Техническим результатом использования предлагаемого способа является:
- получение сухих форм антоцианов с содержанием активного компонента 25-33%, легко растворимых в воде, путем применения двухступенчатой экстракции для очистки от балластных веществ;
- получение сухих форм антоцианов со сроком годности не менее 12 месяцев.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения сухих форм антоцианов, включающем экстракцию антоциансодержащего жома ягод, фильтрацию, упаривание и распылительную сушку, осуществляют двухступенчатую экстракцию антоциансодержащего жома ягод, причем экстракцию балластных веществ осуществляют органическими неполярными и малополярными растворителями при соотношении сырье: экстрагент от 1:6 до 1:8, полученный экстракт фильтруют и производят удаление растворителя, затем в экстракторе в течение 3-4 часов при температуре 53-60°С проводят вторую экстракцию с извлечением целевых компонентов - антоцианов, при этом в качестве экстрагента используют водный раствор 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье: экстрагент от 1:8 до 1:10, после чего полученный экстракт, содержащий антоциановую фракцию, фильтруют, на вакуум-выпарном оборудовании при температуре 47±2°С производят удаление этанола, а оставшуюся после выпаривания водную антоциановую фракцию направляют на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Способ включает двухступенчатую экстракцию антоциансодержащего жома ягод. Первая экстракция осуществляется органическими неполярными и малополярными растворителями при соотношении сырье: экстрагент от 1:6 до 1:8. Полученный экстракт фильтруют, удаляют растворитель. Вторая экстракция проводится водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье: экстрагент от 1:8 до 1:10 в течение 3-4 часов при температуре 53-60°С. Полученный целевой экстракт фильтруют, при температуре 47±2°С и производят удаление этанола. Получают сухую форму антоцианов методом распылительной сушки с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Для достижения указанного технического результата предложена дополнительная ступень экстракции органическим неполярным растворителем, как стадия очистки экстракта от балластных веществ.
Предлагаемый способ получения сухих форм осуществляют следующим образом. Для получения высокой концентрации антоцианов в сухой форме необходимо вводить технологическую операцию очистки от балластных веществ. Предлагаемый способ включает две стадии экстракции антоциансодержащего сырья: первая, направленная на удаление балластных веществ и вторая целевая экстракция антоцианов.
Первая экстракция балластных веществ осуществляется органическими неполярными и малополярными растворителями, по типу гексан или нефрас, при соотношении сырье: экстрагент от 1:6 до 1:8. Температура экстракции 45-50°С, длительность 8 часов. Отделяют антоциансодержащее сырье, полученный экстракт фильтруют и удаляют растворитель на вакуум-выпарном оборудовании.
Вторая целевая экстракция антоцианов проводится водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье: экстрагент от 1:8 до 1:10 в зависимости от насыпной плотности сырья. Экстракция проводится в экстракторе в течение 3-4 часов при температуре 53-60°С. Полученный экстракт, содержащий антоциановую фракцию фильтруют, на вакуум-выпарном оборудовании при температуре 47±2°С производят удаление этанола. Оставшаяся после выпаривания водная антоциановая фракция направляется на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Технология позволяет получить сухую, хорошо растворимую в воде форму, с содержанием антоцианов 25-33% и сроком годности не менее 12 месяцев.
Пример 1. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:8 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом ягод черники подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем - гек-сан, при соотношении сырье: экстрагент 1:8. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье: экстрагент 1:10 для извлечения целевого компонента. Экстракция проводится в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной при температуре 53-55°С в течение 4 часов. Полученный экстракт отфильтровывают и удаляют этиловый спирт на роторном испарителе. Полученный концентрат направляют на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,60 г или 2,40 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
Пример 2. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:8 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом ягод черники подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем - гек-сан, при соотношении сырье: экстрагент 1:8. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором этилового спирта 60-65% и лимонной кислоты 0,1-0,2% при соотношении сырье:экстрагент 1:9 для извлечения целевого компонента при температуре 56-60°С в течение 4 часов. Получают сухую форму методом распылительной сушкис параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С. Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,58 г или 2,32 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
Пример 3. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:7 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом ягод черники подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем, по типу гексан, при соотношении сырье:экстрагент 1:7. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье:экстрагент 1:8 для извлечения целевого компонента. Экстракция проводится в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной при температуре 53-55°С в течение 4 часов. Полученный экстракт отфильтровывали и удаляли этиловый спирт на роторном испарителе. Полученный концентрат направляют на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,51 г или 2,04 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
Пример 4. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:7 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом ягод черники подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем, по типу гексан, при соотношении сырье:экстрагент 1:7. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье:экстрагент 1:8 для извлечения целевого компонента. Экстракция проводится в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной при температуре 55-60°С в течение 4 часов. Полученный экстракт отфильтровывают, удаляют этиловый спирт на роторном испарителе. Полученный концентрат направляют на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,50 г или 2,00 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
Пример 5. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:6 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом от антоциансодержащих ягод подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем, по типу гексан, при соотношении сырье:экстрагент 1:6. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье:экстрагент 1:8 для извлечения целевого компонента. Экстракция проводится в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной при температуре 53-55°С в течение 4 часов. Полученный экстракт отфильтровывали и удаляли этиловый спирт на роторном испарителе. Полученный концентрат направляется на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,492 г или 1,968 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
Пример 6. Способ получения сухих форм антоцианов с использованием двухступенчатой экстракции при соотношении сырье:экстрагент 1:8 на первой стадии экстракции балластных веществ
Жом ягод черники подвергают экстракции, производимой в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной неполярным растворителем - гексан, при соотношении сырье:экстрагент 1:8. Длительность экстракции 8 часов, температура 45-50°С. По окончанию процесса производится разделение жома и растворителя, содержащего балластные вещества. Далее жом экстрагируют водным раствором 60-65% этилового спирта и 0,1-0,2% лимонной кислоты при соотношении сырье:экстрагент 1:10 для извлечения целевого компонента. Экстракция проводится в экстракторе с мешалкой и с ректификационной колонной при температуре 53-55°С в течение 3 часов. Полученный экстракт отфильтровывают и удаляют этиловый спирт на роторном испарителе. Полученный концентрат направляют на распылительную сушку с параметрами: температура впрыска - 125-130°С, температура на выходе 60-65°С.
Выход чистых антоцианов со 100 граммов жома составил 0,59 г или 2,36 грамма стандартизированной сухой формы антоцианов с содержанием активного компонента 25%.
В таблице указаны качественные характеристики сухих форм антоцианов в зависимости от технологических параметров.
Содержание антоцианов в готовой сухой форме находилось в пределах от 25-33%. Сохранность антоцианов определяли спектрофотометрическим методом по отношению содержания на момент изготовления и содержанию через 12 месяцев. Во всех полученных сухих формах по истечению 12 месяцев сохранность антоцианов составила 95-97%. Растворимость получаемых порошков в воде более 95%.