Способ получения концентрата фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот Российский патент 2023 года по МПК C11B3/00 

Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к способу получения концентрата фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот из погонов дезодорации растительных масел.

Известен способ разделения и очистки фитостеролов, токоферолов и свободных жирных кислот, заключающийся в использовании молекулярной дистилляции [Molecular distillation for Recovering Tocopherol and Fatty Acid Methyl Esters from Rapeseed Oil Deodorizer Distillate Jiang, S. T., P. Shao, L. J. Pan and Y. Y. Zhao.Biosystems Engineering. 2006.93(4): 383–391pp.]. Этот метод основан на переносе молекул с поверхности испаряющейся жидкости к охлаждаемой поверхности конденсатора, находящегося на расстоянии 2–5 см, благодаря использованию глубокого вакуума. Это приводит к понижению температуры кипения и, следовательно, к очень мягким условиям дистилляции. Этот процесс имеет преимущества перед другими методами ввиду отсутствия использования токсичных или легковоспламеняющиеся растворителей в качестве разделяющего агента.

Недостатком данного способа является сложность его реализации, необходимость использования дорогостоящего оборудования.

Известен способ разделения методом кристаллизации растворителями различной полярности [Separation of sterols from deodorizer distillate by crystallization Koseoglu Sefa S., Kuo-Min Lin / Journal of food lipids (2003) Vol. 10 107-127 pp.]. Этот процесс имеет некоторые преимущества: например, не используются высокие температуры, поэтому не происходит окисление токоферолов. Использование температур в диапазоне от 5 до -20 °С и отсутствие создания пониженного давления при проведении процесса может сократить затраты электроэнергии.

Недостатком данного способа является использование токсичных растворителей, таких как ацетон и метанол.

Прототипом изобретения является фракционное разделение погонов дезодорации растительных масел методом колоночной хроматографии [Yan F., Yang H., Wu D., Huo M. and Li J. Recovery of phytosterols from waste residue of soybean oil deodorizer distillate / World's largest science, technology & medicine open access book publisher / Chapter from the book Soybean - Applications and Technology (2011) Vol. 19, 329-340 pp.]. Метод по прототипу заключается в следующем: хроматографическую колонку высотой 60 см наполняли силикагелем, образец погонов дезодорации помещали на верхний уровень колонки, затем его последовательно элюировали петролейным эфиром, этилацетатом и этанолом. Петролейный эфир использовали в качестве экстрагента с низкой полярностью, этилацетат в качестве экстрагента со средней полярностью и этиловый спирт для экстракции полярных соединений. Элюирование проводили до тех пор, пока элюент не станет бесцветным. Образцы каждой фракции: элюирование I, элюирование II и элюирование III получали после выпаривания петролейного эфира, этилацетата и этанола, соответственно. Содержание неполярных компонентов, относящихся к фракции петролейного эфира (элюирование I), составило 88,27 масс. %, содержание компонентов средней полярности (элюирование II), относящихся к фракции этилацетата, составил0 9,74 масс. % и содержание полярных компонентов, относящихся к фракции этилового спирта (элюирование III), составляет 1,99 масс. %. Анализ качественного состава каждой фракции показал, что первая фракция элюирование I состояло преимущественно из эфиров фитостеролов с жирными кислотами, при этом фракция элюирование II не содержит их вовсе. Фракция элюирование III имеет тёмно-коричневый цвет, компоненты, входящие в состав этой фракции, являются наиболее полярными и относятся к азотистым соединениям, имея в своей структуре аминогруппу и нитрильную группу.

Способ по прототипу не позволяет получать большие количества фитостеролов и токоферолов из погонов дезодорации растительных масел за короткое время процесса, а также предусматривает использует применение растворителей трех типов, что увеличивает расход реагентов.

Задачей изобретения является разработка способа получения концентратов фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот из погонов дезодорации растительных масел.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности способа получения концентратов фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот из погонов дезодорации растительных масел, снижение расхода реагентов.

Технический результат достигается тем, что погоны дезодорации растительных масел смешивают с силикагелем и проводят последовательную твёрдофазную экстракцию петролейным эфиром и этиловым спиртом, с последующим удалением растворителей из полученных мисцелл, при этом погоны дезодорации растительных масел смешивают с силикагелем в соотношении 1:1-1:4 с получением суспензии, затем проводят при постоянном перемешивании последовательную твёрдофазную экстракцию с использованием петролейного эфира и этилового спирта таким образом, что для первой экстракции используется соотношение суспензии к растворителю 1:10-1:11, а для второй и последующих экстракций 1:5-1:6. Экстракцию каждым из растворителей проводят до полного извлечения компонентов соответствующим растворителем с получением мисцелл, после завершения экстракции растворители удаляют из мисцелл вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя.

Повышение производительности достигается за счет смешения погонов дезодорации растительных масел с силикагелем на первом этапе процесса с получением суспензии и постоянного ее перемешивания, что приводит к увеличению площади контактирующей с растворителем поверхности и интенсификации процесса твёрдофазной экстракции. Проведение твердофазной экстракции последовательно двумя растворителями (неполярный петролейный эфир и полярный этиловый спирт) ускоряет процесс извлечения целевых компонентов, снижает расход реагентов в сравнении с прототипом. Проведение последовательной твердофазной экстракции в несколько стадий с уменьшающимся соотношением массы суспензии к объёму растворителя позволяет снизить расход растворителя при сохранении оптимальной вязкости мисцелл и эффективном извлечении целевых компонентов из погонов дезодорации.

Заявляемый способ реализуется в три этапа.

На первом этапе смешивают погоны дезодорации растительных масел и силикагель в соотношении масс исходных компонентов 1:1-1:4 до получения однородной суспензии. На втором этапе при постоянном перемешивании проводят последовательную твёрдофазную экстракцию из суспензии неполярным (петролейный эфир) и полярным растворителем (этиловый спирт) с получением мисцелл. Проведение твердофазной экстракции последовательно двумя растворителями (неполярный петролейный эфир и полярный этиловый спирт) позволяет разделять целевые компоненты по их полярности и способности экстрагироваться (элюироваться) указанными растворителями. Целевыми компонентами являются полярные фитостеролы (β-ситостерол, кампестерол, стигмастерол, брассикастерол и др.) и токоферолы (α-токоферол, β-токоферол, γ-токоферол, δ-токоферол), а также неполярные свободные жирные кислоты (олеиновая, пальмитиновая, линолевая, линоленовая и др.). При этом во фракцию петролейного эфира переходят свободные жирные кислоты, а во фракцию этилового спирта переходят фитостеролы и токоферолы. Для полного извлечения каждого целевого компонента из суспензии экстракцию каждым растворителем проводят в несколько стадий. В первую стадию экстракции переходит наибольшее количество компонентов, поэтому для этой стадии используется соотношение массы суспензии к объёму растворителя 1:10-1:11 для уменьшения вязкости полученной мисцеллы (растворителя с извлечёнными компонентами). На второй стадии экстракции извлекаемых целевых компонентов становится меньше, поэтому мисцелла становится менее вязкой, а приоритетным становится экономное использование растворителя. В связи с этим, начиная со второй и последующих стадий экстракции, используется соотношение массы суспензии к объёму растворителя к 1:5-1:6. Стадии экстракции для каждого из двух растворителей повторяют до полного извлечения компонентов соответствующим растворителем.

После извлечения всех целевых компонентов сначала петролейным эфиром, а затем этиловым спиртом, начинается третий этап – концентрирование целевых компонентов путем удаления растворителей из полученных мисцелл вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя. При этом после отгонки петролейного эфира из первой мисцеллы остаются свободные жирные кислоты, а после отгонки этилового спирта из второй мисцеллы - концентрат фитостеролов и токоферолов. Отогнанные растворители можно использовать повторно в предлагаемом процессе.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. На первом этапе 1000 г погонов дезодорации подсолнечного масла смешивают с силикагелем (марка АСКГ) массой 1000 г (соотношение 1:1). На втором этапе проводят первую стадию твёрдофазной экстракции 20000 мл петролейного эфира (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:10). Мисцеллу собирают в отдельную ёмкость. Для второй и последующих стадий экстракций используют 10000 мл растворителя (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:5), полученную мисцеллу собирают в ту же ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения неполярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. Затем аналогично извлекают полярную фракцию из суспензии силикагеля с погонами подсолнечного масла этиловым спиртом. Полученную мисцеллу собирают во вторую ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения полярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. На третьем этапе из неполярной и полярной фракций, которые были собраны в первой и второй ёмкости, соответственно, удаляют растворитель вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя. В результате получают два концентрата: первый – свободные жирные кислоты, второй – концентрат фитостеролов и токоферолов.

Пример 2. На первом этапе 1000 г погонов дезодорации соевого масла смешивают с силикагелем (марка КСКГ) массой 4000 г (соотношение 1:4). На втором этапе проводят первую стадию твёрдофазной экстракции 55000 мл петролейного эфира (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:11). Мисцеллу собирают в отдельную ёмкость и продолжают проводить твёрдофазную экстракцию петролейным эфиром. Для второй и последующих стадий экстракций используют 30000 мл растворителя (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:6), полученную мисцеллу собирают в ту же ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения неполярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. Затем аналогично извлекают полярную фракцию из суспензии силикагеля с погонами подсолнечного масла этиловым спиртом. Полученную мисцеллу собирают во вторую ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения полярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. На третьем этапе из неполярной и полярной фракций, которые были собраны в первой и второй ёмкости, соответственно, удаляют растворитель вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя. В результате получают два концентрата: первый – свободные жирные кислоты, второй – концентрат фитостеролов и токоферолов.

Пример 3. На первом этапе 1000 г погонов дезодорации кукурузного масла смешивают с силикагелем (марка КСКГ) массой 2000 г (соотношение 1:2). На втором этапе проводят первую стадию твёрдофазной экстракции 30000 мл петролейного эфира (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:10). Мисцеллу собирают в отдельную ёмкость и продолжают проводить твёрдофазную экстракцию петролейным эфиром. Для второй и последующих стадий экстракций используют 18000 мл растворителя (соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:6), полученную мисцеллу собирают в ту же ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения неполярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. Затем аналогично извлекают полярную фракцию из суспензии силикагеля с погонами подсолнечного масла этиловым спиртом. Полученную мисцеллу собирают во вторую ёмкость. Экстракцию проводят до полного извлечения полярных компонентов погонов дезодорации подсолнечного масла из суспензии. На третьем этапе из неполярной и полярной фракций, которые были собраны в первой и второй ёмкости, соответственно, удаляют растворитель вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя. В результате получают два концентрата: первый – свободные жирные кислоты, второй – концентрат фитостеролов и токоферолов.

Компонентный анализ полученных концентратов представлен в таблице 1. Анализ данных, представленных в таблице, показал, что заявляемый способ позволяет получить концентрат фитостеролов и токоферолов, жирных кислот из погонов дезодорации растительных масел.

Таблица 1. Результаты анализа полученных концентратов фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот

Номер
примера Наименование
фракции Наименование компонентов Нормативный документ на испытание Результат испытания 1 Неполярная фракция Свободные жирные кислоты ГОСТ 31933-2012 >95% Полярная
фракция Фитостеролы ISO 12228-1:2014 40-45% Токоферолы ГОСТ EN 12822-2014 45-50% 2 Неполярная фракция Свободные жирные кислоты ГОСТ 31933-2012 >95% Полярная
фракция Фитостеролы ISO 12228-1:2014 40-45% Токоферолы ГОСТ EN 12822-2014 45-50% 3 Неполярная фракция Свободные жирные кислоты ГОСТ 31933-2012 >95% Полярная
фракция Фитостеролы ISO 12228-1:2014 40-45% Токоферолы ГОСТ EN 12822-2014 45-50%

Таким образом, совокупность заявляемых существенных признаков, позволяет достичь поставленный технический результат.

Исследования выполнялись с использованием оборудования ЦКП "Исследовательский центр пищевых и химических технологий" КубГТУ (CKP_3111), развитие которого поддерживается Минобрнауки РФ (Соглашение № 075-15-2021-679).

Исследования выполнялись в рамках конкурса «УМНИК-20 (б)» по договору №16308ГУ/2021 (вн. номер 0067509) от 20.05.2021 г.

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ получения концентрата фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот, заключающийся в смешении погонов дезодорации растительных масел с силикагелем и последовательной твёрдофазной экстракции петролейным эфиром и этиловым спиртом, с последующим удалением растворителей из полученных мисцелл. Погоны дезодорации растительных масел смешивают с силикагелем в соотношении масс исходных компонентов 1:1-1:4 с получением суспензии, затем проводят при постоянном перемешивании последовательную твёрдофазную экстракцию с использованием петролейного эфира и этилового спирта таким образом, что для первой экстракции используется соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:10-1:11, а для второй и последующих экстракций 1:5-1:6, при этом экстракцию каждым из растворителей проводят до полного извлечения компонентов соответствующим растворителем с получением мисцелл, после завершения экстракции растворители удаляют из мисцелл вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя. Изобретение позволяет повысить производительность способа получения концентратов фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот из погонов дезодорации растительных масел, а также снизить расход реагентов. 1 табл., 3 пр.

Способ получения концентрата фитостеролов и токоферолов, а также свободных жирных кислот, заключающийся в смешении погонов дезодорации растительных масел с силикагелем и последовательной твёрдофазной экстракции петролейным эфиром и этиловым спиртом, с последующим удалением растворителей из полученных мисцелл, отличающийся тем, что погоны дезодорации растительных масел смешивают с силикагелем в соотношении масс исходных компонентов 1:1-1:4 с получением суспензии, затем проводят при постоянном перемешивании последовательную твёрдофазную экстракцию с использованием петролейного эфира и этилового спирта таким образом, что для первой экстракции используется соотношение массы суспензии к объему растворителя 1:10-1:11, а для второй и последующих экстракций 1:5-1:6, при этом экстракцию каждым из растворителей проводят до полного извлечения компонентов соответствующим растворителем с получением мисцелл, после завершения экстракции растворители удаляют из мисцелл вакуумной отгонкой при температуре кипения растворителя.