СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛАНОИДНОГО АНТИОКСИДАНТА ИЗ ЛУЗГИ ПОДСОЛНЕЧНИКА
METHOD FOR PRODUCING MELANOID ANTIOXIDANTS FROM SUNFLOWER HUSKS

Предлагаемое техническое решение относится к области получения лекарственных средств из растительного сырья, в частности к препаратам, получаемым из отходов маслоэкстракционного производства - лузги подсолнечника, и может быть использовано для получения лечебно-профилактических препаратов и пищевых добавок, применяемых для нормализации обмена веществ, а также добавок, применяемых для торможения окислительных процессов в пищевой промышленности.
Известен способ получения экстракта, обладающего противоокислительным действием, из околоплодников грецкого ореха, включающий смешение сухих измельченных околоплодников грецкого ореха с 10-50% водным раствором этилового спирта в соотношении 1:10-1:30, настаивание в течение 1-30 суток при температуре 10-50°C, фильтрование (Пат. РФ 2156082, A23L 1/221, 2000).
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся значительная продолжительность процесса, необходимость стадии измельчения, затраты энергии на поддержание повышенной температуры смеси или ее охлаждение.
Известен способ получения меланина - пигмента с высокой антиоксидантной активностью из растительного сырья - лузги гречихи, включающий измельчение лузги гречихи, ее обработку целлюлолитическим ферментом целлюбранин ГЗХ в течение 48 ч, экстракцию раствором щелочи в течение 24 часов, осаждение меланина соляной кислотой, разделение фаз фильтрацией (Пат. РФ 2215761, С09В 61/00, 2003).
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся значительная продолжительность процесса. Кроме того, использование дорогостоящего фермента повышает себестоимость продукта.
Известен способ получения природного антиоксиданта, включающий смешение неизмельченной подсолнечной лузги, полученной после обрушивания семян в технологическом цикле производства подсолнечного масла, с водой в соотношении вода - лузга 10:1, доведение до кипения и кипячение в течение 30-55 минут с последующей фильтрацией, выпаривание воды при кипячении с доведением экстракта до желеобразного состояния (А.С. СССР №502012, А61K 36/28, 1976).
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся невысокий выход антиоксиданта и значительный расход воды, что приводит к повышенным энергозатратам при нагревании, экстракции лузги и упаривании экстракта. Кроме того, антиоксидант, полученный по данному способу, обладает свойством разрушать кровь, то есть является гемолитиком, что нежелательно, так как возможно нанесение ущерба здоровью.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению и выбранным за прототип является способ получения природного меланоидного антиоксиданта, включающий предварительное промывание неизмельченной лузги подсолнечника, ее сушку при температуре 90-110°C до сыпучего состояния, экстракцию водой при кипячении в течение 30-55 минут при соотношении лузги к воде 1:10, фильтрацию, обработку пищевым адсорбентом КСМ №6С, отделение адсорбента, выпаривание воды из антиоксиданта и доведение экстракта до желеобразного состояния (Патент РФ 2281779, А61K 36/28, 2006).
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся невысокий выход антиоксиданта и значительный расход воды, что приводит к повышенным энергозатратам при нагревании, экстракции лузги и упаривании экстракта.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение выхода меланоидного антиоксиданта, повышение его антиоксидантной активности и уменьшение энергозатрат за счет использования экстрагента, обладающего высокой селективной растворяющей способностью, и проведения процесса экстракции в вибрационной экстракционной установке.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности использования сырья за счет увеличения доступности полимерных компонентов антиоксиданта; повышение интенсивности процесса экстракции за счет улучшения массообменных процессов; и увеличение доли меланинового компонента в антиоксиданте за счет лучшей его растворимости в щелочи.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения меланоидного антиоксиданта, включающем промывание неизмельченной лузги подсолнечника, ее сушку при температуре 90-110°C до сыпучего состояния, экстракцию, фильтрацию, обработку пищевым адсорбентом КСМ №6С, упаривание до желеобразного состояния, экстракцию проводят 0,1-0,5 М раствором гидроксида натрия при комнатной температуре 18-22°C в вибрационной экстракционной установке в течение 30-60 мин при массовом соотношении лузга-экстрагент равном 1:(6÷7), полученный отфильтрованный экстракт перед обработкой пищевым адсорбентом КСМ №6С обрабатывают катионитом КУ-2 с доведением рН до 7 и его отделением.
Использование в качестве экстрагента раствора гидроксида натрия повышает растворимость меланоидного компонента антиоксиданта, что позволяет улучшить его качество. Кроме того, при обработке сырья раствором гидроксида натрия происходит расщепление нерастворимого комплекса биополимеров: целлюлоза-лигнин-гемицеллюлозы с выделением водорастворимых полисахаридов. Уменьшение нижнего предела концентрации гидроксида натрия приводит к увеличению продолжительности процесса экстракции и снижению выхода антиоксидантных полимеров. Увеличение верхнего предела концентрации гидроксида натрия не приводит к улучшению наблюдаемого эффекта. Использование в качестве экстрагента растворов гидроксида натрия позволяет вести процесс без нагрева при комнатной температуре 18-22°C.
Проведение процесса экстракции в вибрационной экстракционной установке позволяет улучшить гидродинамические условия в крупных порах сырья и сократить время экстракции. Инициируется конвекция, в результате чего на стадии диффузионно-конвективного экстрагирования значительно возрастает скорость массопереноса. Экспериментально показано, что вибрационные воздействия уменьшают застойные зоны в экстракторах и увеличивают коэффициенты массообмена (Балабудкин М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. - М.: Медицина. - 1983. - 146 с.; Патент РФ №2282636, С08В 37/06, 2006).
Проведение процесса экстракции более 60 минут не приводит к значительному увеличению выхода меланоидного антиоксиданта, а при проведении процесса экстракции менее 30 минут его выход значительно снижается.
Использование экстрагента с высокой селективной растворяющей способностью позволяет снизить соотношение сырье-экстрагент. При этом превышение верхнего предела заявляемого соотношения лузга-экстрагент 1:6 ведет к уменьшению степени извлечения веществ из-за недостатка экстрагента. Уменьшение нижнего предела заявляемого соотношения лузга-экстрагент 1:7 приводит к появлению «застойной зоны» - избытку экстрагента, имеющего малую площадь поверхности соприкосновения с сырьем, и снижению эффекта воздействия вибраций и, как следствие, скорости процесса.
Обработка полученного экстракта катионитом КУ-2 позволяет понизить его щелочность и привести экстракт к нейтральному рН. В связи с тем, что получение меланоидного антиоксиданта осуществляют путем упаривания после очистки адсорбентом, предварительная обработка экстракта катионитом КУ-2 позволяет снизить зольность, что повышает качество полученного антиоксиданта.
Предлагаемый способ включает следующие операции. Неизмельченную лузгу подсолнечника промывают водой, промытую лузгу сушат при температуре 90-110°C до сыпучего состояния, смешивают лузгу с 0,1-0,5 М раствором гидроксида натрия в массовом соотношении лузга-экстрагент, равном 1:(6÷7), экстрагируют смесь в вибрационной экстракционной установке в течение 30-60 минут, после чего фильтруют. В фильтрат добавляют катионит КУ-2, перемешивают и с помощью универсальной индикаторной бумаги контролируют рН. При достижении значения рН 7, фильтрат отделяют от катионита. В полученный жидкий антиоксидант добавляют адсорбент, который после взаимодействия с субстанцией отделяют, растворитель (воду) из антиоксиданта выпаривают кипячением, доводя экстракт до желеобразного состояния.
Полученный меланоидный антиоксидант представляет собой желеобразную субстанцию темно-коричневого цвета, с приятным древесным запахом. Меланоидный характер антиоксиданта подтвержден характерными реакциями с перекисью водорода (обесцвечивание раствора), перманганатом калия (изменение окраски до зеленой, с последующим выпадением осадка и обесцвечиванием раствора), хлоридом железа (III) (выпадение хлопьевидного осадка с последующим его растворением при избытке реактива); УФ- и ЭПР-спектрами (Лях С.П. Микробный меланогенез и его функции. М., 1981. 273 с.; Сушинская Н.В. И др. Получение и физико-химические свойства меланинов из базидиомицетов // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия IV: Химия и технология органических веществ - Вып. XII. - Минск, 2004. - с. 193-196). Антиоксидантную активность определяли по по ингибирующей способности меланинов в реакции гидроксилирования анилина, инициируемой реактивом Фентона (Грачева Н.В. Химическая модификация природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) целью получения высокоактивных антиоксидантов // Диссертация на соискание ученей степени кандидата технических наук, Волгоград, 2014). Изобретение поясняется конкретными примерами, результаты которых обобщены в таблице 1. Эксперименты проводились в вибрационной экстракционной установке с амплитудой колебаний 0,5-1 мм и частотой колебаний 20 Гц.
Предлагаемый способ позволяет увеличить выход меланоидного антиоксиданта на 40-170%, снизить энергозатраты в 27-98 раз. При этом качество меланоидного антиоксиданта улучшается, что выражается в увеличении предельного тормозящего действия, определяемого как отношение скорости реакции без ингибитора к скорости при содержании ингибитора [InH]→∞ на 12-60%, и повышении эффективности торможения, определяемой как концентрация меланинов , при которой происходит инактивация 50% радикальных частиц на 30-60%.