способ получения мальтола из древесной зелени пихты

Формула изобретения

1. Способ получения мальтола из древесной зелени пихты путем ее экстрагирования углекислотой, отстаивания экстракта, отделения кристаллической части от проэкстрагированной древесной зелени, возгонки и последующей переработки проэкстрагированной зелени на кормовую муку, отличающийся тем, что отстаивание экстракта осуществляют при температуре 0-25^oС в течение 20-24 ч, кристаллическую часть после отделения промывают малополярным органическим растворителем при соотношении вещество : растворитель, равном по меньшей мере 1: 4, затем от кристаллической части отгоняют малополярный органический растворитель и возгонкой при 93-105^oС при пониженном атмосферном давлении выделяют кристаллы мальтола.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выход мальтола составляет 98-99,9%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лесной промышленности, в частности к переработке отходов лесозаготовительной промышленности - пихтовой древесной зелени, и может найти применение в косметической, пищевой, фармацевтической, медицинской отраслях промышленности.

Древесная зелень различных видов пихт, произрастающих на территории России, используется для промышленной переработки с получением на пихтоваренных установках пихтового масла, водного экстракта, кормовой муки, углекислотного экстракта. Известно, что экстракты из различных частей пихты содержат биологически активные соединения и, в частности, мальтол, который может найти применение в различных отраслях промышленности. Мальтол может быть использован в пищевой промышленности для уничтожения горечи, улучшении вкуса и запаха пищевых продуктов.

Выделение мальтола затруднено тем, что он растворим в полярных растворителях и легко перегоняется при температуре ниже 100^oС в нормальных условиях, т.е. при температурах близких к температурам кипения растворителя.

Известен способ получения мальтола (RU 2047608, C 07 D 309/40, приоритет от 18.11.93 г.). Он позволяет получить мальтол из отходов производства углекислотного экстракта лапки Abies Sibirca. Сущность способа заключается в том, что лапку Abies Sibirca измельчают, эстрагируют мисцеллы, фильтруют. Остаток после фильтрации смешивают с силикагелем в массовом соотношении 1: (1: 2) и сублимируют в потоке воздуха при 140-160^oС в течение 6-7 часов. Недостатком способа является то, что имеются потери мальтола, что влияет на выход мальтола.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в дальнейшем усовершенствовании способа получения мальтола с высоким выходом продукта.

Поставленная задача решена следующим образом.

Способ получения мальтола из древесной зелени пихты включает ее экстрагирование углекислотой, отстаивание экстракта, отделение кристаллической части от проэкстрагированной древесной зелени с последующей переработкой последней на кормовую муку и отличается тем, что отстаивание экстракта осуществляют при температуре 0-25^oС в течение 20-24 часов, кристаллическую часть после отделения промывают малополярным органическим растворителем при соотношении вещество : растворитель, равном по меньшей мере 1:4, затем от кристаллической части отгоняют малополярный органический растворитель и возгонкой при 93-105^oС при пониженном атмосферном давлении выделяют кристаллы мальтола. Экстрагирование древесной зелени пихты производят жидкой двуокисью углерода. Выход мальтола составляет 98-99,9%.

При осуществлении предлагаемого способа из пихтовой зелени можно получить следующие продукты: мальтол, углекислотный экстракт, кормовую муку или компост из проэкстрагированной древесной зелени.

Экстракцию древесной зелени проводят в аппарате проточного типа при температуре окружающей среды и соответствующем давлении, при котором углекислота находится в жидком состоянии. При температуре помещения 18-25^oС давление углекислоты (диоксида углерода) составляет 52-60 атм. Проэкстрагированные углекислотой экстрактивные вещества из экстрактора направляют в сборник экстрактивных веществ. Сборник оборудован рубашкой для подачи глухого пара или теплой воды. Температура в сборнике экстрактивных веществ должна быть достаточной для перехода жидкого диоксида углерода в газообразное состояние и при вышеуказанных условиях составляет 40-50^oС. Повышение температуры выше точки перехода в газообразное состояние диоксида углерода желательно из-за воздействия температуры на биологически активные и летучие вещества экстракта, расхода теплоносителя, необходимости создавать большое давление или значительно понижать температуру при переходе диоксида углерода из газообразного в жидкое состояние, т.е. создавать дополнительные затраты. Газообразный диоксид углерода охлаждается и конденсируется в конденсаторе-холодильнике. При указанных условиях температура охлаждающей воды для подачи в конденсатор-холодильник составляет +(5-15^oС). При более низких температурах охлаждения (более высокая температура в сборнике экстракта или окружающей среды, низком давлении углекислоты) требуется применение охлаждающих агентов (растворы солей) и установки для их охлаждения.

После окончания экстракции (время экстракции 3-8 часов) экстрактор и сборник экстракта отделяют от линий газообразного и жидкого диоксида углерода. Полученный экстракт "передавливается" и освобождается от диоксида углерода в приемнике экстракта. Экстрактор освобождают от проэкстрагированной пихтовой древесной зелени и далее перерабатывают на кормовую муку известным способом.

Полученная кормовая мука из проэкстрагированной древесной зелени пихты обладает более высоким качеством по сравнению с кормовой мукой, полученной при переработке древесной зелени другими способами, и приближается к показателям витаминной муки из свежей древесной зелени (см. табл. 1).

Более высокое содержание каротина и хлорофилла объясняется экстрагирующими особенностями жидкого диоксида углерода по сравнению с другими органическими растворителями, применяемыми для экстракции древесной зелени (бензин, спирты, гексан и т.п.). При такой экстракции из древесной зелени выделяются водорастворимые компоненты (сахара, аминокислоты, водорастворимые белки), часть компонентов древесной зелени денатурируется от воздействия высокой температуры (белки), что понижает кормовую ценность полученной муки из проэкстрагированной древесной зелени. Паровая отгонка эфирных масел из пихтовой древесной зелени также отрицательно влияет на качество кормовой муки. Из-за высоких температур процесса неизвлекаемые паром каротин и хлорофилл изменяются (разрушаются), белки денатурируются, а углеводы извлекаются водой или карамелизируются.

Полученный углекислотный экстракт отстаивают при температуре 0-25^oС в течение 20-24 часов. Предпочтительной температурой отстаивания является температура окружающей среды, т. к. при температуре выше окружающей среды необходимо нагревание смеси, что повлияет на содержание биологически активных веществ в экстракте, т.е. увеличит растворимость мальтола и энергетические затраты. Снижение температуры отстаивания ниже 0^oС также потребует затрат энергии, понизит вязкость экстракта и, соответственно, увеличит время седиментации кристаллов, а также дополнительного загрязнения кристаллов мальтола другими соединениями (полярными кислотами, воскообразными соединениями). Снижение времени отстаивания менее 20 часов приводит к уменьшению выхода кристаллов мальтола, а увеличение времени отстаивания более 24 часов незначительно увеличивает выход кристаллов. Отстаивание экстрактов при температуре 2 и 22^oС в течение 48 часов увеличивает выход кристаллов на 8 и 13%, а в течение 72 часов на 12 и 15% соответственно по сравнению с отстаиванием экстракта в течение 24 часов при тех же температурах.

Отделение кристаллической части экстракта можно проводить сифонированием, декантацией, сливом экстракта через выпускные устройства, расположенные в отстойнике над кристаллами или фильтрацией с отсосом жидкой части экстракта. Последний способ является более предпочтительным из-за простоты выполнения операции и аппаратурного оформления, более полного отделения кристаллической от жидкой части экстракта, возможности промывки кристаллической части на фильтре.

Кристаллическую часть экстракта промывают малополярным растворителем, не растворяющим или частично растворяющим мальтол растворителем с низкой температурой кипения.

Лучшим для промывки кристаллов мальтола растворителем является экстракционный бензин, петролейный эфир, пентан, гексан, нефрасы. Температура растворителя для промывки и метод промывки (проточная или порциями промывка на фильтре, декантация после перемешивания или настаивания) практически значения не имеют. Количество растворителя, необходимое для промывки, к объему промываемой кристаллической части должно быть не ниже 4:1. Уменьшение объема растворителя, взятого на промывку кристаллов, снижает степень их очистки от сопутствующих веществ, что сказывается на снижении выхода кристаллов мальтола на следующей стадии - возгонке мальтола. Из-за низкой растворимости мальтола в водородном растворителе увеличение объема последнего, взятого на промывку (например, 60: 1), на выход мальтола не сказывается. Проведение промывки перед возгонкой кристаллической части экстракта обязательно. Труднолетучие, сопутствующие мальтолу вещества снижают его выход, а легколетучие вещества (эфирные масла, компоненты скипидара) уменьшают его степень очистки из-за совместного выделения при возгонке мальтола. Влияние некоторых факторов на степень очистки кристаллической части экстракта и выход мальтола приведены в табл. 2, 3.

Из данных табл. 2 и 3 следует, что соотношение вещество : растворитель 1: 4 позволяет извлечь только около половины всех примесей, имеющихся в кристаллической части. Увеличение соотношения вещество : растворитель от 1:8 до 1: 60 практического значения не имеет для извлечения примесей из кристаллической части. Также не оказывает существенного значения способ промывки и температура растворителя, взятого на промывку кристаллической части экстракта.

Температура возгонки кристаллов мальтола составляет 93^oС. С целью интенсификации процесса предпочтительной температурой возгонки является 93-105^oС. При более высокой температуре процесса происходит "осмоление" продукта и снижение выхода мальтола вероятно из-за его высокой реакционной способности. Понижение атмосферного давления (возгонка под вакуумом) позволяет несколько увеличить выход мальтола благодаря снижению температурного воздействия.

Пример. Измельченную древесную зелень пихты сибирской в количестве 7,0 кг экстрагировали жидким диоксидом углерода при температуре воздуха 24^oС и давлении 56 атм в течение 5 часов.

Полученный в отделителе экстракт передавливали в отстойник и отстаивали в течение 24 часов. Образовавшуюся кристаллическую часть отделяли на фильтре от жидкой части экстракта, в конце фильтрации остатки экстракта отсасывали под пониженным давлением 600 мм рт.ст. (68 кПа) в течение 10 минут. Выделенные кристаллы промывали теплым (40^oС) петролейным эфиром (пределы кипения 40-70^o) в соотношении вещество : растворитель 1:10. В конце промывки также создали пониженное давление (68 кПа). Петролейный эфир от экстрагированной части отгоняли, получили 235 от кристаллической части нелетучего остатка. Выход кристаллов после промывки составил 64,5% от кристаллической части.

Промытые петролейным эфиром кристаллы переносили в камеру для возгонки мальтола. Емкость с кристаллами обогревали до температуры 105^oС, в установку подавали слабый ток воздуха, направляемый на охлаждаемую поверхность с температурой 15^oС.

Выделенные кристаллы снимали с охлаждающей поверхности. Кристаллы имели т.пл. 160^oС.

Изобретение найдет применение в лесоперерабатывающей, пищевой, медицинской отраслях промышленности, там, где необходимо получать и применять мальтол.