Способ получения полифенольных веществ из перегородок ореха грецкого Российский патент 2023 года по МПК A23L33/105 

Изобретение относится к области химической технологии биологически активных веществ из растительного сырья и позволяет получать экстракты полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого, которые могут быть использованы в пищевой или фармацевтической промышленности в качестве биологически активной или функциональной пищевой добавки с антиоксидантными и иммуномодулирующими свойствами.

Орех грецкий (Juglans regia L.) - лекарственное растение, широко применяемое в народной медицине и гомеопатии. В качестве лекарственного сырья используют плоды ореха грецкого в стадии молочно-восковой зрелости, зеленые околоплодники, листья, кору ветвей и корней, а также перегородки ореха [1-3].

Установлено, что ядро ореха грецкого содержит сиреневую, эллаговую кислоты и юглон, которые обнаруживаются также в его перегородках [4-9]. Полифенольные вещества растений являются мощными антиоксидантами и обладают гепато- и радиопротекторной, желчегонной активностью, усиливают регенеративные процессы. Широкий спектр биологических функций полифенольных веществ растительного происхождения реализуется через неспецифические взаимодействия с различными мишенями - от белков до низкомолекулярных веществ и даже ионов [10].

Известен способ получения биологически активных веществ из зеленого ореха грецкого (Патент на изобретение RU 2 442 597 C1 «Способ получения экстракта зеленых грецких орехов, используемых в лечебных, пищевых (БАД) и косметических целях», опубл. 20.02.2012). Техническое решение этого изобретения предполагает получение экстракта, богатого биологически активными веществами, из зеленого ореха грецкого. Плоды ореха дробят и заливают этиловым спиртом в концентрации 95% при соотношении сырья и экстрагента 1:1 по массе. Полученную смесь настаивают в течение не менее одного года, периодически помешивая, с учетом того, что содержание спирта по окончании экстракции должно составлять 50-60 %. Затем продукт фильтруют, плоды зеленого ореха грецкого отжимают, а сам отжатый продукт также фильтруют. Готовый экстракт представляет собой жидкость темно-коричневого цвета с зеленоватым или красноватым оттенком со специфическим запахом. К недостаткам данного способа стоит отнести отсутствие сведений о степени измельчения сырья (дробления плодов зеленого ореха грецкого), продолжительность экстракции, которая определена приблизительно, а также остается неясным, какая часть биомассы плодов ореха грецкого (ядра или скорлупа с ядром) использовалась в качестве сырья.

Известен также способ получения биологически активных веществ фенольной природы из плодов зеленого ореха грецкого с околоплодником молочно-восковой зрелости (патент RU 2 388 483 C1 «Способ получения биологически активной добавки», опубл. 10.05.2010). Измельченное на мелкие фракции с размером частиц от 10 до 20 мм растительное сырье заливают 35-45%-ным раствором этилового спирта при массовом соотношении сырья и экстрагента 1:1. Полученную смесь настаивают в течение 6-7 сут без доступа света при комнатной температуре (не более 20°C) и затем подвергают ультразвуковой обработке в режиме кавитации в течение 30-60 мин при температуре 15-18 °C на ультразвуковой установке УЗУМИ-15 при мощности 550 Вт и частоте ультразвука 38 кГц. Экстракцию повторяют не менее 5-6 раз, причем каждую последующую стадию производят после настаивания смеси в течение 3-4 сут при температуре 10°C. После этого экстракт фильтруют и охлаждают до температуры не более 10°C. К недостаткам вышеизложенного способа можно отнести длительность (5-6 циклов экстракции) и трудоемкость процесса. При этом велик риск контакта извлекаемых полифенольных веществ с кислородом воздуха, что приводит к их окислению. Многократное воздействие ультразвука мощностью 550 Вт неизбежно приводит к термической деструкции полифенольных веществ, поскольку указанная мощность ультразвука вызывает сильный разогрев экстракционной смеси.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения фенольных соединений из скорлупы ореха грецкого, описанный авторами [11]. Одно из технических решений этого способа состоит в том, что измельченную в порошок скорлупу ореха грецкого (размер частиц 0,354-0,150 мм) суспендируют в 50 %-ном этиловом спирте при температуре 25 °C при соотношении растворителя к твердому веществу 20:1. Полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке в течение 15 мин при частоте 22,95 кГц и выходной мощности 500 Вт. Ультразвуковое оборудование включало усилитель, пьезоэлектрический преобразователь с воздушным охлаждением и зонд диаметром 1,9 см, погруженный на глубину 1,0 см в смесь. После ультразвуковой обработки экстракт сразу же центрифугируют при 3000 об/мин в течение 15 мин. К недостатку прототипа можно отнести высокую выходную мощность ультразвука, которая вызывает сильный разогрев суспензии, что приводит к окислению полифенольных соединений.

Техническим результатом заявляемого изобретения является способ получения полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого путем экстракции с использованием ультразвука (УЗ) для повышения выхода полифенольных веществ в экстракты.

Заявляемый способ получения полифенольных веществ заключается в предварительной подготовке сухой биомассы перегородок ореха грецкого путем их измельчения на лабораторной мельнице ЛЗМ-1М (производитель «Вилитек», Россия) в течение 3 мин и просеивании полученного порошка через сита с диаметром отверстий 0,5 мм для получения фракции с размером частиц до 0,5 мм. Подготовленную таким образом биомассу вносят в емкости из термостойкого стекла и заливают 50% водным раствором этанола в соотношении 1:30 по массе, после чего помещают в ультразвуковой диспергатор и обрабатывают УЗ в течение 10 мин при рабочей частоте 20-25 кГц и мощности в диапазоне от 25 до 100 Вт при температуре 20-25°C. Полученные экстракты настаивают в течение 3 суток при комнатной температуре 20-25°C в темном месте в герметично закрытой посуде, после чего шрот отделяют от экстракта декантацией.

В таблице 1 представлена динамика извлечения полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого при варьировании мощности УЗ в диапазоне от 25 до 125 Вт и продолжительности экстракции настаиванием в течение 96 ч.

Таблица 1 - Содержание полифенольных веществ в экстрактах, % Мощность УЗ, Вт Продолжительность экстракции, сут 1 2 3 4 0
(без УЗ-обработки) 3,84±0,03 4,03±0,03 4,17±0,05 4,19±0,04 25 4,01±0,03 4,17±0,05 4,81±0,04 4,83±0,03 50 4,09±0,03 4,37±0,04 4,98±0,04 5,01±0,03 75 4,29±0,04 4,51±0,03 5,05±0,05 5,08±0,05 100 4,37±0,04 4,62±0,05 5,11±0,04 5,14±0,04 125 4,32±0,04 4,43±0,04 4,48±0,03 4,50±0,03

Применяемая мощность УЗ-обработки менее 25 Вт не дает заметного увеличения содержания полифенольных веществ в экстрактах относительно контрольного образца, не подвергавшегося озвучиванию. В то время как увеличение мощности УЗ более 100 Вт приводит к заметному разогреву смеси, что способствует окислению биологически активных веществ, о чем свидетельствуют спектральные характеристики полифенольных веществ полученных экстрактов (фигура 1). Снижение оптической плотности и смещение максимумов поглощения в видимой области спектра указывает на изменение молекулярной структуры фенольных веществ и снижение их содержания в экстрактах.

Cписок литературы

1. Cosmulescu, S.; Trandafir, I.; Nour, V. (2014). Seasonal variation of the main individual phenolics and juglone in walnut (Juglans regia) leaves // Pharm. Biol. 52 (5), 575-580.

2. Горохова С.В. Полезные свойства представителей рода Juglans L. / С.В. Горохова // Вестник ИрГСХА. - 2011. - № 44 (4). - С. 34-40.

3. Васипов В.В. Орех грецкий (Juglans regia L.) - перспективный источник биологически активных веществ / В.В. Васипов, А.А. Вытовтов// Международная научно-практическая конференция «Пища. Экология. Качество». - 2016. - С. 223-228.

4. Kornsteiner, M., Wagner, K. H., and Elmadfa, I. (2006). Tocopherol and total phenolics in 10 different nut types, J. Food Chem., 98, pp. 381-387.

5. Li, L., Tsao, R., Yang, R., Liu, C., Zhu, H., and Young, J.C. (2006). Polyphenolic profiles and antioxidant activities of heartnut (Juglans ailanthifolia var. cordiformis) and Persian walnut (Juglans regia L.), J. Agric. Food Chem., 54, pp. 8033-8040.

6. Jurd, L. (1957). Plant polyphenols II. The benzylation of ellagic acid, J. Am. Chem. Soc.,79, pp. 6043-6047.

7. Fukuda, T., Ito, H., and Yoshida, T. (2003). Antioxidative polyphenols from walnuts (Juglans regia L.), Phytochemistry, 63, pp. 795-801.

8. Cerda, B., Tomas-Barberan, F. A., and Espin, J. C. (2005). Metabolism of chemopreventive and antioxidant ellagitannins from strawberries, raspberries, walnuts and oak- aged wines in humans: Identification of biomarkers and individual variability, J. Agric. Food Chem., 53, pp. 227-235.

9. Colaric, M., Veberic, R., Solar, A., Hudina, M., and Stampar, F. (2005). Phenolic acids, syringaldehyde, and juglone in fruits of different cultivars of Juglans regia L., J. Agric. Food Chem., 53, pp. 6390-6396.

10. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. - М., 1993. - 272 с.

11. Han, H., Wang, S., Rakita, M., Wang, Y., Han, Q. and Xu, Q. (2018). Effect of Ultrasound-Assisted Extraction of Phenolic Compounds on the Characteristics of Walnut Shells. Food and Nutrition Sciences, 9, 1034-1045. DOI: 10.4236/fns.2018.98076.

Изобретение относится к области химической технологии получения биологически активных веществ из растительного сырья и позволяет получать экстракты полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого, которые могут быть использованы в пищевой или фармацевтической промышленности в качестве биологически активной или функциональной пищевой добавки. Предложенный способ получения полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого предусматривает предварительное измельчение перегородок до размера 0,5 мм. Полученное сырье заливают 50% водным раствором этанола в соотношении 1:30 по массе и подвергают смесь обработке ультразвуком при рабочей частоте 20-25 кГц и мощности от 25 до 100 Вт в течение 10 мин. После чего настаивают в течение 3 суток при температуре 20-25°C и отделяют полученный экстракт от шрота декантацией. Изобретение направлено на повышение выхода полифенольных веществ из перегородок в экстракты. 1 ил., 1 табл.

Способ получения полифенольных веществ из сухой биомассы перегородок ореха грецкого, отличающийся тем, что перегородки предварительно измельчают до размера 0,5 мм, полученное сырье заливают 50% водным раствором этанола в соотношении 1:30 по массе и подвергают смесь обработке ультразвуком при рабочей частоте 20-25 кГц и мощности от 25 до 100 Вт в течение 10 мин, после чего настаивают в течение 3 суток при температуре 20-25°C и отделяют полученный экстракт от шрота декантацией.