способ получения co₂-экстрактов

Формула изобретения

Способ получения СО₂-экстрактов, включающий экстракцию диоксидом углерода (CO₂) подготовленного сырья при повышенных давлении и температуре, отличающийся тем, что СО ₂-экстракцию осуществляют в два этапа: на первом этапе экстракцию осуществляют жидким CO₂ (в субкритическом состоянии) при давлении 10-15 МПа и температуре 10-30°С в течение 15-60 мин, на втором этапе экстракцию осуществляют CO₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 15-40 МПа и температуре 40-50°С в течение 30-60 мин с последующей дистилляцией СО₂, а в качестве сырья используется сырье растительного происхождения, в частности побеги сосны, семена амаранта, так и животного происхождения, при этом размер частиц исходного сырья составляет 0,5-8,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технологии экстракции натурального сырья, а именно к способам получения СО₂ -экстрактов, которые могут быть использованы в пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности.

Известно, что диоксид углерода (СО₂), находящийся в сверхкритическом состоянии (при температуре и давлении превышающие их критические значения), используют в качестве неполярного растворителя с целью получения ценнейших, экологически чистых, незаменимых комплексов биологически активных веществ (БАВ), содержащихся в натуральном сырье: жирорастворимых витаминов и провитаминов, фитонцидов, антиокислителей, бактерицидных и бактериостатических соединений.

Физической основой такой экстракции является высокая растворяющая способность диоксида углерода в сверхкритическом состоянии, обусловленная в основном высокими значениями коэффициента диффузии растворяемого вещества в среде исследуемого объекта, насыщенного диоксидом углерода.

При этом эффективность CO₂-экстракции зависит от оптимального подбора параметров, при которых она осуществляется.

Анализ уровня техники показал, что известны технические решения, касающиеся получения СО₂-экстрактов из растительного сырья.

Так известен способ получения СО₂-экстрактов из растительного сырья путем многократной циркуляции жидкого CO₂ через предварительно подготовленное измельченное сырье, причем перед экстракцией в нижнюю часть экстрактора вводят газообразный СО₂ до достижения в нем давления не менее 50% от равновесного, с последующей подачей жидкого CO₂ снизу до полного достижения его равновесного давления. Это позволяет повысить выход экстрактивного вещества, однако данный способ не позволяет получать экстракт, содержащий широкий спектр БАВ [1].

Известен способ переработки плодов шиповника, который заключается в экстракции измельченных до толщины лепестка плодов шиповника жидким CO₂ при температуре 27°С и давлении 6,7 МПа с получением экстракта, содержащего каротиноиды, токоферолы и др. БАВ [2].

Однако данный способ не обеспечивает полной экстракции из сырья жирорастворимых биологически активных веществ. Кроме того, способ требует сушки и лепесткования плодов шиповника перед экстракцией неполярным растворителем, что усложняет процесс, требует дополнительных экологических затрат, удлиняет процесс переработки сырья и ухудшает его качество за счет разрушения лабильных веществ.

Известен способ получения экстрактов из субтропического и пряно-ароматического растительного сырья, который включает экстракцию сырья смесью жидких CO₂ и аргона при их соотношении 87:13-93:7, при температуре 20-22°С и давлении 4,6-4,9 МПа в течение 20-140 мин, при этом данный способ не обеспечивает высокой степени использования исходного сырья [3].

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного сырья на стадии получения СО₂-экстракта, поэтому данный способ выбран авторами в качестве прототипа.

Получение CO₂ -экстракта осуществляют при давлении его 6,0-60 МПа и температуре 36-60°С в течение 120-300 мин с получением токоферол-каротиноидного комплекса [4].

Однако данный способ позволяет получать экстракты только из растительного сырья, а на стадии СО₂ экстракции экстрагировать не достаточно широкий спектр БАВ.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение выхода БАВ при CO₂-экстракции, выражающееся в получении экстракта, обогащенного широким спектром БАВ при их высокой степени извлечения как из сырья растительного, так и из сырья животного происхождения, а также уменьшение затрат на получение конечного продукта.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения СО₂-экстрактов, включающим экстракцию диоксидом углерода (СО₂) подготовленного сырья при повышенных давлении и температуре, согласно изобретению СО₂-экстракцию осуществляют в два этапа: на первом этапе экстракцию осуществляют жидким CO₂ (в субкритическом состоянии) при давлении 10-15 МПа и температуре 10-30°С в течение 15-60 мин, на втором этапе экстракцию осуществляют СО₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 15-40 МПа и температуре 40-50°С в течение 30-60 мин, с последующей дистилляцией CO₂, а в качестве сырья используется сырье растительного происхождения, в частности побеги сосны, семена амаранта, так и животного происхождения, при этом размер частиц исходного сырья составляет 0,5-8,0 мм.

То, что получение СО₂-экстракта осуществляет в два этапа: на первом этапе экстракцию осуществляют жидким CO₂ (в субкритическом состоянии) при давлении 10-15 МПа и температуре 10-30°С в течение 15-60 мин, на втором этапе экстракцию осуществляют СО₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 15-40 МПа и температуре 40-50°С в течение 30-60 мин, с последующей дистилляцией СО₂ позволяет повысить степень использования сырья, а именно получить СО₂-экстракт, содержащий широкий спектр БАВ, при степени их извлечения ˜95-97%, при этом энергозатраты на 1 кг продукции составляют 180 кВт/час.

Это обусловлено тем, что на первой стадии экстракцию осуществляют CO₂ в субкритическом (жидком) состоянии, что обеспечивает проникновение и смачивание им клеток сырья и выход БАВ в экстрагент, т.к. на этой стадии плотность диоксида углерода выше, чем на второй, осуществление экстракции на второй стадии СО в сверхкритическом (флюидном) состоянии, которое характеризуется низкой вязкостью и высокой скоростью диффузии, обеспечивает глубокое проникновение экстрагента внутрь клетки, что способствует максимальной скорости выхода БАВ при высокой степени их извлечения.

Также на степень извлечения БАВ из сырья при их широком диапозоне влияет размер частиц исходного сырья, при этом предпочтительным является размер частиц 0,5-8,0 мм, т.к. при таком размере частиц не снижается ход диффузионного процесса в его естественном виде, что способствует высокому выходу БАВ из сырья.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

предварительно подготовленное и высушенное сырье измельчают до размера частиц 0,5-0,8 мм, затем измельченное загружают в гильзу экстрактора и проводят непрерывную циркуляцию CO₂ в замкнутой системе пятикратным количеством СО ₂, подаваемым в нижнюю часть экстрактора, при этом на первом этапе СО₂-экстракцию осуществляют СО ₂ в жидком (субкритическом состоянии) при давлении 10-15 МПа и температуре 10-30°С в течение 15-60 мин, а на втором этапе СО₂-экстракцию осуществляют СО₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 15-40 МПа и температуре 40-50°С в течение 30-60 мин, с последующим удалением из мисцеллы CO₂, с предпочтительной регенерацией СО ₂.

Условия процесса экстракции выбраны исходя из решаемой задачи. Размер частиц менее 0,5 мм может затруднить экстракцию, т.к. снижается ход диффузионного процесса в его естественном виде, а при размере частиц более 8,0 мм снижается выход БАВ. Осуществление процесса на первом этапе при давлении менее 10 МПа и температуре менее 10°С, а на втором этапе при давлении менее 15 МПа и температуре менее 40°С приводит к уменьшению растворяющей способности СО₂, что отрицательно сказывается на качестве и количестве целевого продукта, а осуществление процесса на первом этапе при давлении более 15 МПа и температуре более 30°С, а на втором этапе при давлении более 40 МПа и температуре более 50°С заметно снижает извлечение БАВ, что при усложнении процесса делает его экономически невыгодным. Время процесса выбрано с учетом вышеперечисленных параметров, а также связано с максимальным извлечением из сырья БАВ.

В качестве исходного сырья используется как сырье растительного происхождения, в частности побеги сосны, семена амаранта, так и животного происхождения.

Примеры конкретного использования предлагаемого способа.

Пример 1. Способ получения СО₂ экстракта из побегов сосны.

Предварительно подготовленное и высушенное сырье измельчают до размера частиц 0,5-0,8 мм, затем измельченное загружают в гильзу экстрактора и проводят непрерывную циркуляцию СО₂ в замкнутой системе пятикратным количеством СО₂ , подаваемым в нижнюю часть экстрактора, при этом на первом этапе СО₂-экстракцию осуществляют CO₂ в жидком (субкритическом) состоянии при давлении 10 МПа и температуре 10°С в течение 60 мин, а на втором этапе СО₂-экстракцию осуществляют CO₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 15 МПа и температуре 40°С в течение 60 мин, с последующим удалением из мисцеллы СО₂.

Пример 2. Пример 2 осуществляют, как пример 1, только первый этап проводили при давлении СО₂ 15 МПа и температуре 30°С в течение 15 мин, а второй при давлении СО₂ 40 МПа, температуре 50°С в течение 30 мин.

Пример 3. Пример 3 осуществляли, как пример 1, только в качестве сырья использовали семена амаранта.

Пример 4. Пример 4 осуществляли, как пример 2, только в качестве сырья использовали семена амаранта.

Пример 5. Пример 5 осуществляли, как пример 1, только в качестве сырья использовали желтки куриных яиц.

Пример 6. Пример 6 осуществляли, как пример 2, только в качестве сырья использовали желтки куриных яиц.

Данные по содержанию БАВ в полученном СО₂ экстракте и степени их извлечения в примерах 1-6 приведены в таблице, которая будет представлена дополнительно.

Как показали полученные результаты, предлагаемый способ позволяет получать СО₂-экстракты, содержащие широкий спектр БАВ как из сырья растительного, так и животного происхождения, при высокой степени извлечения БАВ, при его низкой энергоемкости.

Источники информации

1. Патент РФ №2041254 на "Способ получения CO₂-экстрактов".

2. Э.А.Шафтан и др. Использование экстрактов из Rosa W. для косметических целей, ж. Растительные ресурсы, 1976, т.XIV, №2, с.208-211.

3. Заявка РФ №99112110/13 от 11.06.1999 на "Способ получения экстрактов из субтропического и пряноароматического растительного сырья".

4. Прототип. Патент РФ №2070053 на "Способ комплексной переработки витаминосодержащего растительного".