Способ получения жирорастворимых витаминов А и D из рыбного сырья Российский патент 2023 года по МПК C11B1/16 

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности, предлагает использовать малоотходные технологии и получить сумму жирорастворимых витаминов А и D.

Известны способы получения рыбного жира, витаминизированного концентрата этиловых эфиров полиненасыщенных высших жирных кислот из рыбного жира (патент РФ 2614587), получения кислот рыбного жира (заявка на изобретение 95106191), обогащенного рыбного жира (патент РФ 2039793), способ выделения и концентрирования жирорастворимых витаминов и провитаминов, касающийся в том числе и рыбьего жира, и жира печени трески (заявка на изобретение 2004108053) и др.

Эти изобретения предлагают технологии получение жира, обогащенного полиненасыщенными жирными кислотами, жирорастворимых витаминов и провитаминов, в том числе не только из продуктов и отходов рыбной промышленности.

Шнайдман Л.О. («Производство витаминов», 1973 г. с. 411) описывает технологию получения витамина А. Автор приводит качественную подготовку печени рыб для последующего извлечения витамина А в жировой фазе методом мягкого двуступенчатого щелочного гидролиза с применением 50% раствора натрия гидроксида. Для повышения стабильности при хранении витамина А предложено добавлять или масло зародышей пшеницы или соевое масло (содержащие натуральный токоферол). В технологической схеме применяется и хлористый метилен.

Недостатком данного метода является применение раствора щелочи 50% концентрации, что не является щадящим. Применение хлористого

Целью изобретения является получение суммы витаминов А и D из объектов рыбной промышленности с применением малоотходных технологий.

Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что в способе, включающем измельчение сырья, применяют деструкцию белковой части с применением непрерывного ступенчатого нагрева в установке с микроволновым излучением, (печь лабораторная микроволновая для пробоподготовки: технические данные: напряжение питающей сети - 220±10%, 50 Гц; мощность, потребляемая от сети - 1900 Вт; диапазон регулирования скорости набора давления 10-500 кПА/мин; максимальный уровень давления - 1 300 кПА/мин). Кроме этого, добавляют этиловый спирт 96%, антиоксидант – кислоту аскорбиновую, калия гидроксид, что ускоряется гидролиз белка, и жировая фаза отделяется от гидролизата, содержащего полипептиды, аминокислоты, минеральные вещества, эфиры жирных кислот (мыла).

Режимы щелочного гидролиза определяются следующими условиями:

- температурным режимом;

- количеством добавляемого спирта;

- количеством добавляемой воды;

- количеством добавляемой щелочи;

- воздействием на гидролизуемую массу микроволн;

- воздействием на гидролизуемую массу избыточного давления.

Количественный выход суммы витаминов А и D напрямую зависит от подготовки перерабатываемого сырья и соблюдения представленных показателей, характеризующих гидролиз. При избытке щелочи происходит адсорбция жирорастворимых витаминов образовавшимся мылом и увеличиваются потери при рафинации жировой фракции гидролизата. Недостаток же щелочи не обеспечивает полного процесса гидролиза.

Способ осуществляется следующим образом.

Сырьем получения суммы жирорастворимых витаминов А и D является: культивируемые виды рыб (кета, горбуша, кижуч, форель, камбала, скумбрия), а также неперерабатываемые отходы рыбного производства. Данный метод рассчитан на полное истощение сырья и неперерабатываемых отходов. Расчет всех компонентов производится исходя из массы загруженного сырья в реактор.

Охлажденное сырье измельчают в среде инертного газа. Инертную среду обеспечивают в процессе измельчения непрерывной подачей в емкость азота. Измельчение проводят с помощью высокопроизводительного диспергатора IKA с электронной регулировкой скорости и постоянным контролем температуры обрабатываемого объекта исследования. Частота вращения диспергирующего элемента поддерживается в интервале 8000-8200 об/мин в течение 15 мин. при температуре 20-24°С, что обеспечивает в том числе и гомогенизацию продукта.

Из гомогенизированного измельченного фарша рыбы отбирают навеску массой 10,0 г во фторопластовый стакан-лайнер микроволновой системы пробоподготовки классического камерного типа, снабженную датчиками для контроля давления и температуры. К навеске добавляют 3,4 мл раствора калия гидроксида 12,5%, 3,4 г кислоты аскорбиновой и 134 мл спирта этилового 96%. Деструкция белка проводится ступенчато непрерывно в течение 30 минут. Установленный режим проведения минерализации характеризует плавное повышение температуры и давления. Минерализацию начинают при малой мощности микроволнового излучения 400 Вт, постепенно увеличивая ее до максимального значения 1000 Вт, в три стадии. Диапазон температур составляет 20-90°С с шагом 30°С. Повышение температуры производят каждые 10 минут. Давление в системе составляет не менее 3 атмосфер постоянно с первой минуты нагрева. На протяжении всего цикла разложения белка кислород воздуха замещают инертным газом.

После завершения нагрева, по истечении 30 минут, останавливают подачу микроволнового излучения и сбрасывают давление внутри стакана-лайнера. Охлаждают в закрытом состоянии, не вынимая из установки для минерализации, до комнатной температуры. Среднее время охлаждения пробы составляет 30-40 минут.

После охлаждения реакционные сосуды извлекают из удерживающего устройства и помещают на аппарат для встряхивания на 15 минут. Процесс перемешивания на орбитальном шейкере позволяет равномерно распределить в гидролизуемой массе объект и активные компоненты и более эффективно завершить стадию деструкции белка.

Гидролизированный раствор разбавляют 67 мл спирта этилового 96% и деионизированной водой в количестве 300 мл. Полученный раствор переносят в делительную воронку.

Жирорастворимые витамины экстрагируют петролейным эфиром или н-гексаном в течение 2 мин. После процедуры экстрагирования смесь в делительной воронке оставляют в покое на 30 мин до появления четкой границы фаз. Далее фазы разделяют в разные емкости, органическая фаза содержит конечный продукт - сумма витаминов А и D, а гидролизат подвергают повторному экстрагированию.

Экстракцию повторяют трижды порциями экстрагента по 100 мл. Объединенное извлечение отмывают от щелочи порциями ионизированной воды по 150 мл до полного исчезновения щелочной реакции промывных вод.

Для удаления остаточных количеств воды полученное извлечение в органическом растворителе фильтруют через фильтр с 5,0 г безводного натрия сульфата. Далее растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре не выше 50°С.

Полученный экстракт растворяют в изопропиловом спирте и переносят в сосуд-накопитель из темного стекла. Сосуд-накопитель продувают порцией инертного газа (азот) и передают на хранение.

Полученный продукт - сумму жирорастворимых витаминов А и D - подвергают контрольному анализу на содержание витаминов А и D методом ВЭЖХ с применением спектрофотометрического детектора, при длине волн 326 нм и 265 нм соответственно.

При финальном эксперименте по определению суммы витаминов А и D были исследованы две опытные серии. Каждая серия испытаний включала в себя 10 исследуемых образцов. Аналитический контроль проводился методом параллельного анализа (всего 40 измерений) в соответствии с требованиями РМГ 61-2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки». Результаты представлены в таблице 1.

Использование в данном методе раствора калия гидроксида в концентрации 12,5% является оптимальным. Визуальное отсутствие стойкой омыленной фракции говорит об оптимальном соотношении количества калия гидроксида и исходного сырья. Невозможность технологически разделить омыленную фракцию от жировой позволило предположить об отсутствии ее влияния на технологический процесс. Выход получаемого продукта в совокупности с количеством применяемых компонентов и проведением гидролиза под воздействием микроволн максимальный.

Пример 1.

Охлажденное сырье измельчают в среде инертного газа. Инертную среду обеспечивают в процессе диспергирования непрерывной подачей в реакционную емкость инертного газа. Измельчение проводят с помощью высокопроизводительного диспергатора IKA с электронной регулировкой скорости и постоянным контролем температуры обрабатываемого объекта исследования. Частоту вращения диспергирующего элемента поддерживают в интервале 8000-8200 об/мин в течение 15 мин. при температуре 20-24°С.

Из гомогенизированного измельченного фарша рыбы отбирают навеску массой 3,0 г во фторопластовый стакан-лайнер микроволновой системы. К навеске добавляют 1 мл раствора КОН в концентрации 60,0%, 1,0 г кислоты аскорбиновой и 40 мл спирта этилового 96%. Деструкцию белка проводят ступенчато и непрерывно в течение 30 минут. Установленный режим проведения минерализации характеризуется плавным повышением температуры и давления. Минерализацию начинают при малой мощности микроволнового излучения, постепенно увеличивая ее до максимального значения в три стадии. Диапазон температур составляет 20-90°С с шагом 30°С. Повышение температуры производят каждые 10 минут. Давление в системе составляет не менее 3 атмосфер постоянно с первой минуты нагрева. На протяжении всего цикла разложения белка кислород воздуха замещают инертным газом. Нагнетание инертного газа в стакан-лайнер осуществляют непрерывно через колонку распределитель.

После завершения нагрева, по истечении 30 минут, сбрасывают давление внутри стакана-лайнера. Охлаждают в закрытом состоянии, не вынимая из установки для минерализации, до температуры близкой к комнатной. Среднее время охлаждения пробы составляет 30-40 минут.

После охлаждения реакционные сосуды извлекают из удерживающего устройства и помещают на аппарат для встряхивания на 15 минут. Процесс перемешивания на орбитальном шейкере позволяет равномерно распределить в гидролизуемой массе объект и активные компоненты и более эффективно завершить стадию деструкции белка.

Гидролизированный раствор разбавляют деионизированной водой в количестве 80 мл и переносят в делительную воронку.

Жирорастворимые витамины экстрагируют петролейным эфиром или н-гексаном в течение 2 мин. После процедуры экстрагирования смесь в делительной воронке оставляют в покое на 30 мин. до появления четкой границы фаз. Далее фазы разделяют в разные емкости, органическая фаза содержит конечный продукт - сумму витаминов А и D, а гидролизат идет на повторное экстрагирование.

Экстракцию повторяют три раза порциями экстрагента по 100 мл. Объединенное извлечение отмывают от щелочи три-четыре раза порциями ионизированной воды по 150 мл до полного исчезновения щелочной реакции промывных вод.

Для удаления остаточных количеств воды полученное извлечение в органическом растворителе фильтруют через фильтр с 5,0 г безводного натрия сульфата. Далее растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре не выше 50°С.

Полученный экстракт растворяют в изопропиловом спирте и переносят в сосуд-накопитель из темного стекла. Сосуд-накопитель продувают порцией инертного газа (азот) и передают на хранение.

Таким образом, выход витаминов А и D при использовании в данном способе раствора калия гидроксида в концентрации 60,0% является допустимым. Однако наличие омыленной фракции говорит о присутствии избыточного количества калия гидроксида. Большое количество омыленной фракции приводит к сорбции витамина и повышает его потери, что несомненно является технологическим недостатком данного способа.

При финальном эксперименте по определению суммы витаминов А и D были исследованы две опытные серии. Каждая серия испытаний включала в себя 10 исследуемых образцов. Аналитический контроль проводился методом параллельного анализа (всего 80 измерений с учетом анализа омыленной фракции) в соответствии с требованиями РМГ 61-2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки.». Результаты представлены в таблице 2.

Пример 2.

Способ аналогичен примеру 1, за исключением того, что на этапе гидролиза используется раствор калия гидроксида с концентрацией 50,0%.

Выход витаминов А и D при снижении концентрации раствора калия гидроксида до 50,0% остается на том же уровне. Однако у метода имеются недостатки в виде использования высокой концентрации щелочного раствора, что приводит к повышенному омылению жировой фракции и к сорбции витамина, повышаются его потери.

Аналогично примеру 1 выход витаминов А и D при использовании в данном способе раствора калия гидроксида в концентрации 50,0% является допустимым. Однако снижение концентрации щелочи на 10% не привело к значительному снижению омыленной фракции, что позволило также говорить о присутствии избыточного количества гидроксида калия. Образовавшееся количество омыленной фракции при использовании 50% раствора калия гидроксида не поменяло количественное содержание витаминов А и D в жировой фракции. Это позволило предположить, что содержание основного реактива находится за пределами его необходимого технологического количества.

Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Пример 3.

Способ аналогичен примеру 1, за исключением того, что на этапе гидролиза используется раствор калия гидроксида в концентрации 25,0%.

Аналогично примерам 1 и 2 выход витаминов А и D является допустимым. Существенное снижение концентрации щелочи привело к незначительному снижению омыленной фракции. Образовавшееся количество омыленной фракции при использовании 25% раствора калия гидроксида не привело к устранению эффекта сорбции витаминов А и D.

Результаты эксперимента представлены в таблице 4.

Таким образом, предлагается способ получения жирорастворимых витаминов А и D из объектов рыбной промышленности, который может стать основой малоотходной и экономически выгодной технологии.

Таблица 1 - Результаты измерений содержания суммы витаминов А и D при гидролизе 12,5% раствором гидроксида калия № серии испытания Концентрация КОН, % Количество витамина А в жировой фракции, мг%** Количество витамина D в жировой фракции, мг%** 1 12,5 0,0224±0,0011 0,4965±0,0248 2 12,5 0,0227±0,0011 0,4912±0,0246

Таблица 2. Результаты измерений содержания суммы витаминов А и D при гидролизе 60,0% раствором гидроксида калия № серии испытания Концентрация КОН, % Количество витамина А в жировой фракции, мг%** Количество витамина D в жировой фракции, мг%** 1 60,0 0,0226±0,0011 0,4965±0,0205 2 60,0 0,0226±0,0011 0,5019±0,0208

Таблица 3 - Результаты измерений содержания суммы витаминов А и D при гидролизе 50,0% раствором гидроксида калия № серии испытания Концентрация КОН, % Количество витамина А в жировой фракции, мг%** Количество витамина D в жировой фракции, мг%** 1 50,0 0,0225±0,0011 0,4953±0,0203 2 50,0 0,0226±0,0011 0,5037±0,0206

Таблица 4 - Результаты измерений содержания суммы витаминов А и D при гидролизе 25,0% раствором гидроксида калия № серии испытания Концентрация КОН, % Количество витамина А в жировой фракции, мг%** Количество витамина D в жировой фракции, мг%** 1 25,0 0,0226±0,0011 0,4955±0,0207 2 25,0 0,0225±0,0011 0,5016±0,0209

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности. Способ получения жирорастворимых витаминов А и D из рыбного сырья, характеризующийся тем, что в качестве исходного сырья используют культивируемые виды рыб и неперерабатываемые отходы рыбного производства, при этом исходное охлажденное сырье измельчают в среде инертного газа путем непрерывной подачи в емкость азота, измельчение проводят диспергатором с частотой вращения диспергирующего элемента 8000-8200 об/мин в течение 15 мин при температуре 20-24°С с получением гомогенизированного измельченного фарша рыбы, отбирают навеску массой 10,0 г во фторопластовый стакан, затем к навеске добавляют 3,4 мл 12,5% раствора калия гидроксида, 3,4 г кислоты аскорбиновой и 134 мл спирта этилового 96%, осуществляют деструкцию белка ступенчато непрерывно в течение 30 минут, затем осуществляют минерализацию при мощности микроволнового излучения 400 Вт, постепенно увеличивая её до максимального значения 1000 Вт, в три стадии при температуре 20-90°C с шагом 30°С и давлении не менее 3 атмосфер в среде с инертным газом, при этом повышение температуры производят каждые 10 минут, после завершения нагрева, по истечении 30 минут, останавливают подачу микроволнового излучения и сбрасывают давление внутри стакана, осуществляют охлаждение в закрытом состоянии, не вынимая из установки для минерализации, до комнатной температуры в течение 30-40 минут, после охлаждения стакан извлекают из удерживающего устройства и помещают на аппарат для встряхивания на 15 минут, полученный гидролизированный раствор разбавляют 67 мл спирта этилового 96% и деионизированной водой в количестве 300 мл, полученный раствор переносят в делительную воронку, жирорастворимые витамины экстрагируют петролейным эфиром или н-гексаном в течение 2 мин, затем смесь оставляют в делительной воронке в покое на 30 мин до появления четкой границы фаз, далее фазы разделяют в разные емкости, органическая фаза содержит конечный продукт - витамины А и D, а гидролизат подвергают повторному экстрагированию, которое повторяют трижды порциями экстрагента по 100 мл, затем объединенное извлечение отмывают от щелочи порциями ионизированной воды по 150 мл до полного исчезновения щелочной реакции промывных вод, а далее полученное извлечение в органическом растворителе фильтруют через фильтр с 5,0 г безводного натрия сульфата, далее растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре не выше 50°С, полученный экстракт растворяют в изопропиловом спирте. Изобретение позволяет максимально полно выделить витамины А и D из рыбного сырья. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

1. Способ получения жирорастворимых витаминов А и D из рыбного сырья, характеризующийся тем, что в качестве исходного сырья используют культивируемые виды рыб и неперерабатываемые отходы рыбного производства, при этом исходное охлажденное сырье измельчают в среде инертного газа путем непрерывной подачи в емкость азота, измельчение проводят диспергатором с частотой вращения диспергирующего элемента 8000-8200 об/мин в течение 15 мин при температуре 20-24°С с получением гомогенизированного измельченного фарша рыбы, отбирают навеску массой 10,0 г во фторопластовый стакан, затем к навеске добавляют 3,4 мл 12,5% раствора калия гидроксида, 3,4 г кислоты аскорбиновой и 134 мл спирта этилового 96%, осуществляют деструкцию белка ступенчато непрерывно в течение 30 минут, затем осуществляют минерализацию при мощности микроволнового излучения 400 Вт, постепенно увеличивая её до максимального значения 1000 Вт, в три стадии при температуре 20-90°C с шагом 30°С и давлении не менее 3 атмосфер в среде с инертным газом, при этом повышение температуры производят каждые 10 минут, после завершения нагрева, по истечении 30 минут, останавливают подачу микроволнового излучения и сбрасывают давление внутри стакана, осуществляют охлаждение в закрытом состоянии, не вынимая из установки для минерализации, до комнатной температуры в течение 30-40 минут, после охлаждения стакан извлекают из удерживающего устройства и помещают на аппарат для встряхивания на 15 минут, полученный гидролизированный раствор разбавляют 67 мл спирта этилового 96% и деионизированной водой в количестве 300 мл, полученный раствор переносят в делительную воронку, жирорастворимые витамины экстрагируют петролейным эфиром или н-гексаном в течение 2 мин, затем смесь оставляют в делительной воронке в покое на 30 мин до появления четкой границы фаз, далее фазы разделяют в разные емкости, органическая фаза содержит конечный продукт - витамины А и D, а гидролизат подвергают повторному экстрагированию, которое повторяют трижды порциями экстрагента по 100 мл, затем объединенное извлечение отмывают от щелочи порциями ионизированной воды по 150 мл до полного исчезновения щелочной реакции промывных вод, а далее полученное извлечение в органическом растворителе фильтруют через фильтр с 5,0 г безводного натрия сульфата, далее растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре не выше 50°С, полученный экстракт растворяют в изопропиловом спирте.

2. Способ получения жирорастворимых витаминов А и D из рыбного сырья по п.1, отличающийся тем, что в качестве культивируемых видов рыб используют кету, или горбушу, или кижуч, или форель, или камбалу, или скумбрию.