Способ извлечения гликоалкалоидов из очищенной кожуры картофеля при производстве картофелепродуктов для использования в качестве инсектицида и подавления патогенной микрофлоры при вегетации сельскохозяйственных растений Российский патент 2022 года по МПК B01D11/02 B01D1/00 A01N31/06 A01P7/04 

Изобретение относится к способу извлечения гликоалкалоидов из очищенной кожуры картофеля при производстве картофелепродуктов и мезги картофеля при производстве картофельного крахмала и использованию нереализуемого побочного продукта производства картофелепродуктов и картофельного крахмала для изготовления инсектицида растительного происхождения, способствующего подавлению патогенной микрофлоры при вегетации сельскохозяйственных растений, и возможности дальнейшего применения картофельной кожуры в качестве кормопродукта.

В связи с ростом объемов производства картофелепродуктов значительно увеличивается количество отходов и встает вопрос об актуальности организации рационального использования вторичного сырья. Основная масса отходов на подготовительных операциях образуется при очистке картофеля. Количество их зависит от качества сырья и применяемого способа очистки (механический, термический). Как и многие растения, картофель содержит вещества, которые защищают его от животных и насекомых. Два основных, которые нас волнуют по причине своей особой токсичности, – альфа-соланин и альфа-чаконин. Наибольшая концентрация гликоалкалоидов – в кожуре (в пределах 1 мм от поверхности клубня). В процессе очистки картофеля при производстве картофелепродуктов удается удалить до 80% гликоалкалоидов, вследствие чего картофельные очистки могут быть токсичными, если их используют в качестве кормопродукта в животноводстве.

Проблема может быть решена извлечением гликоалкалоидов из картофельной кожуры и использованием этого экстракта для защиты растений от насекомых и патогенных микроорганизмов.

Известно, что гликоалкалоиды картофеля оказывают инсектицидное действие по отношению к насекомым-вредителям и могут составить основу для создания новых средств защиты (М.В. Воронкова Исследование состава запасных и вторичных метаболитов картофеля в связи с устойчивостью к колорадскому жуку. (Leptinotarsa decemlineata Say. Автореф. дис. Орел-2009).

Гликоалкалоиды – это биологически активные вторичные метаболиты, которые появились в ходе эволюции Solanum, как компонент защитного механизма от патогенных микроорганизмов и насекомых-вредителей. При высокой концентрации гликоалкалоиды картофеля отпугивают, вызывают гибель и подавляют размножение личинок картофельной тли, Macrosiphum euphorbiae, переносчика PVA, PVM, PVY (potato virus A, M, Y) и других вирусов картофеля. Установлена устойчивость картофеля, связанная с высокой массовой долей гликоалкалоидов, к таким вредителям, как картофельная блошка, зеленая персиковая тля, картофельная тля, картофельная цикадка. Гликоалкалоиды ингибируют рост грибного патогена Alternaria brassicicola. В ряде исследований подтверждена связь устойчивости растений картофеля к личинкам и взрослым формам колорадского жука с содержанием в них различных гликоалкалоидов (К.А. Иванова, С.В. Герасимова, Е.К. Хлесткина. Регуляция биосинтеза стероидных гликоалкалоидов картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):25-34).

Известен способ экстракции гликоалкалоидов из картофельной кожуры водноспиртовым раствором (Alma Fernanda Sanchez Maldonado, Elizabeth M. Mudge et al. Extraction and fractionation of phenolic acids and glycoalkaloids from potato peels using acidified water/ethanol-based solvents. Food Research International, 2014, V.65, Part A, pp. 27-34). Известен способ извлечения гликоалкалоидов от картофельного белка (EP 2 083 635 B1 Glycoalkaloid removal Natives kartoffelproteinisolat. Bulletin 2009/32. 05.08.2009) в соответствии с которым картофельный сок предварительно обрабатывают катионом двухвалентного металла (Ca^2+.) при рН 7-9, предпочтительно 7,0-7,5, с последующим отделением осадка центрифугированием.

Недостатком этого способа экстракции гликоалкалоидов является то, что каждая последующая порция картофельной кожуры или картофельного сока обрабатывается новым водноспиртовым раствором или катионом двухвалентного металла (Ca²⁺). Закупка и хранение этилового спирта, используемого на производственные цели, подпадает под понятие оборота этилового спирта, содержащееся в статье 2 Закона от 22.11.1995 № 171-ФЗ.

Пунктом 1 статьи 14 Закона от 22.11.1995 № 171-ФЗ установлено, что организации, осуществляющие производство, закупку и поставки этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей пищевой продукции, а также спиртосодержащей непищевой продукции с содержанием этилового спирта более 25 процентов объема готовой продукции, обязаны осуществлять учет и декларирование объема их производства и оборота. Это значительно усложняет осуществление технологического процесса.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Гликоалкалоиды экстрагируют из картофельной кожуры, полученной в результате очистки мытого картофеля механическим или термическим методом. Экстракцию осуществляют разбавленными минеральными кислотами: могут быть использованы 0,01-5%-ные соляная, серная, азотная, ортофосфорная или метафосфорная кислоты; и органические, например, 0,1-7%-ная уксусная кислота, при продолжительности процесса экстракции 0,1-6 ч при температуре 10-50°С при соотношении кожура: растворитель от 1:1 до 1:10, предпочтительнее 1:2,5. Полученный экстракт, содержащий гликоалкалоиды, повторно используют для экстракции с новой массой мезги. Кратность использования одного экстракта на новых массах мезги составляет от 1 до 10 раз. Полученный экстракт нейтрализуют раствором щелочи до рН 5,5-7,5 и концентрируют экстракт под вакуумом или при атмосферном давлении или используют без концентрирования. Кожура, после отделения гликоалкалоидов, нейтрализуется до рН 6-7 и может быть использована в качестве компонентов кормов для животных.

Пример 1.

Для исследований выбран сорт картофеля Накра. Кожуру картофеля отделяют на бытовой картофелечистке «FIRST» Austria.

Экстракцию гликоалкалоидов проводят 5%-ным раствором уксусной кислоты при соотношении кожура: растворитель 1:2,5. Полученную смесь гомогенизируют в течение 3 минут на бытовом блендере. Экстракцию проводят в течение 30 минут при постоянном перемешивании, после чего смесь нейтрализуют раствором щелочи до pH 6,5. Экстракт отделяют от кожуры центрифугированием на лабораторной центрифуге ОС-6М в течение 15 мин при 5000 об/мин с последующим фильтрованием. Полученный экстракт повторно используют на новой массе кожуры.

В результате первой экстракции получено 716 мг гликоалкалоидов на кг кожуры картофеля, при второй экстракции – 1387 мг/кг кожуры.

Пример 2.

Для исследований выбран сорт картофеля Накра. Кожура картофеля отделялась на бытовой картофелечистке «FIRST» Austria.

Экстракцию гликоалкалоидов проводят 0,5%-ным раствором серной кислоты при соотношении кожура: растворитель 1:2,5. Смесь гомогенизируют в течение 3 минут на бытовом блендере. Экстракцию проводят в течение 30 минут при постоянном перемешивании, после чего смесь нейтрализуют раствором щелочи до pH 6,5. Экстракт отделяют от кожуры центрифугированием на лабораторной центрифуге ОС-6М в течение 15 мин при 5000 об/мин с последующим фильтрованием. Полученный экстракт повторно используют на новой массе кожуры.

В результате первой экстракции получено 954 мг гликоалкалоидов на кг кожуры картофеля, при второй экстракции – 894 мг/кг кожуры картофеля.

Пример 3.

Для исследований выбран сорт картофеля Комета. Кожуру картофеля отделяют на бытовой картофелечистке «FIRST» Austria.

Экстракцию гликоалкалоидов проводят 5%-ным раствором уксусной кислоты при соотношении кожура: растворитель 1:2,5. Полученную смесь гомогенизируют в течение 3 минут на бытовом блендере. Экстракцию проводят в течение 30 минут при постоянном перемешивании, после чего смесь нейтрализуют раствором щелочи до pH 6,5. Экстракт отделяют от кожуры центрифугированием на лабораторной центрифуге ОС-6М в течение 15 мин при 5000 об/мин с последующим фильтрованием.

Полученный экстракт концентрацией 5% СВ сгущают до концентрации 10% СВ.

В результате экстракции получено 347 мг на кг кожуры картофеля, при сгущении экстракта в два раза – 1006 мг/кг кожуры.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области получения веществ, пригодных для обработки растений. Способ извлечения гликоалкалоидов из очищенной кожуры мытого картофеля при производстве картофелепродуктов для использования в качестве инсектицида и подавления патогенной микрофлоры при вегетации сельскохозяйственных растений предусматривает экстракцию гликоалкалоидов минеральной или органической кислотой концентрацией от 0,01 до 7,0% при продолжительности процесса экстракции 0,1-6 ч при температуре 10-50°С при соотношении кожура : растворитель от 1:1 до 1:10, нейтрализацию смеси раствором щелочи до рН 5,5-7,5, отделение экстракта от экстрагируемой кожуры и концентрирование экстракта гликоалкалоидов выпариванием. Полученный экстракт используют для экстракции с новой массой кожуры от 2 до 10 раз. Предлагаемый способ извлечения гликоалкалоидов из очищенной кожуры мытого картофеля является эффективным и доступным, а кроме того, обеспечивает утилизацию отходов производства картофелепродуктов. 3 пр.

Способ извлечения гликоалкалоидов из очищенной кожуры мытого картофеля при производстве картофелепродуктов для использования в качестве инсектицида и подавления патогенной микрофлоры при вегетации сельскохозяйственных растений, предусматривающий экстракцию гликоалкалоидов минеральной или органической кислотой концентрацией от 0,01 до 7,0% при продолжительности процесса экстракции 0,1-6 ч при температуре 10-50°C при соотношении кожура : растворитель от 1:1 до 1:10, нейтрализацию смеси раствором щелочи до рН 5,5-7,5, отделение экстракта от экстрагируемой кожуры и концентрирование экстракта гликоалкалоидов выпариванием, при этом полученный экстракт используют от 2 до 10 раз для экстракции с новой массой кожуры.