Эмульсионный экстракт древесной зелени сосны и способ его получения Российский патент 2023 года по МПК A61K36/15 A61K8/9767 

Изобретение относится к технологии переработки растительного сырья, а именно древесной зелени сосны и может быть использовано при комплексной переработке древесного сырья с получением ряда ценных продуктов для медицины, сельского хозяйства, косметической и пищевой промышленности.

Основным технологическим приемом, используемым для выделения биологически активных веществ из растительного сырья, является процесс экстракции. Чаще всего извлечение компонентов проводят органическими растворителями (этанол, ацетон, этилацетат и др.) в различных условиях [R. Slimestad, ‘Flavonoids in buds and young needles of Picea, Pinus and Abies’, Biochem. Syst. Ecol., 2003, 31(11), 1247-1255. https://doi.org/10.1016/S0305-1978(03)00018-8; A.M. Manninen, S. Tarharnen, M. Vuorinen, P. Kainulainen, ‘Comparing the variation of needle and wood terpenoids in scots pine provenances’, J. Chem. Ecol., 2002, 28, 211-228. https://doi.org/10.1023/A:1013579222600].

Известен способ (RU 2525264, A23L 1/30 (2006.01), 2013) получения биологически активных веществ из древесной зелени сосны экстракцией дистиллированной водой, взятой в соотношении 10 частей воды к 1 части сырья по массе, при температуре 65 ± 2°С в течение 15 мин при интенсивном перемешивании. Выход экстрактивных веществ составляет 2,7% от массы сухого сырья.

Недостатком известного способа является низкий выход экстрактивных веществ, извлечение только гидрофильных компонентов.

Известен способ (RU №2045196, МПИ А23К 1/00, опубл. 1995, №28) экстракции древесной зелени пропаном, бутаном или их смесью при гидромодуле 1:6-1:9, при температуре 20-26°С, давлении 0,7-1,5 МПа в течение 3-8 ч. Недостатком известного способа является использование пожароопасных органических растворителей, сложность и длительность процесса экстракции.

Известен способ (RU №2238291, МПК C09F 1/00, С11В 1/10, опубл. 20.10.2004) экстракции древесной зелени сосны гексаном в течение 4 ч. при температуре 70°С. Выход экстрактивных веществ составляет 14,1% от массы сухого сырья.

К недостаткам способа относится высокая температура, ведущая к деструкции биологически активных веществ, длительность процесса, извлечение только гидрофобных соединений, использование токсичных органических растворителей.

Таким образом, известные способы не позволяют получать продукты одновременно с максимальным разнообразием биологически активных веществ и их высоким выходом.

Наиболее близким к предлагаемому эмульсионному экстракту и способу получения по совокупности существенных признаков является способ выделения липидов из древесной зелени хвойных пород (ель, пихта, сосна) по патенту RU 2117487, включающий последовательную обработку измельченного сырья 5-10%-ным водным раствором щелочи, введение в состав реакционной смеси петролейного эфира при объемном соотношении 1:0,1 - 1:0,5, обработку ультразвуком в течение 10 мин и перемешиванием в течение 2 час. В приведенном аналоге в примерах при использовании 10%-ного раствора щелочи выход нейтральных веществ составляет от 2,1 до 4,0% от массы сухого сырья, кислых – 4,4-5,5%. Из описания наиболее близкого аналога следует, что экстракт древесной зелени получают в виде двухфазной системы, состоящий из двух несмешивающихся жидкостей, в которой дисперсная фаза представляет собой липофильную фракцию нейтральных компонентов древесной зелени, дисперсионная среда – водно-щелочной раствор с водорастворимыми кислыми компонентами.

В описанных примерах прототипа не уточняется, какая хвойная порода деревьев была использована для переработки. Однако древесная зелень хвойных пород различается как по анатомическому строению, так и по химическому составу экстрактивных веществ (В.И. Ягодин "Основы химии и технологии переработки древесной зелени". Ленинград: изд-во ЛГУ, 1981). Экспериментальные исследования показали, что способ-аналог недостаточно эффективен для извлечения экстрактивных веществ из древесной зелени сосны и не позволяет достичь качественных показателей экстракта в эмульсионном состоянии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация извлечения экстрактивных веществ из древесной зелени сосны эмульсионным способом.

Полученный экстракт имеет улучшенные качественные характеристики эмульсии из древесной зелени сосны со средним размером капель масла в водно-щелочном растворе до 2,5 мкм. Способ позволяет оптимизировать эмульсионный способ выделения экстрактивных веществ из древесной зелени сосны без использования добавки в реакционную смесь петролейного эфира, а также в 2 раза сократить время обработки сырья, уменьшить концентрацию водно-щелочного раствора с 10% до 3-5%, по сравнению с аналогом.

Технический результат достигается тем, что экстракт древесной зелени сосны обыкновенной в виде двухфазной системы, состоящий из двух несмешивающихся жидкостей, в которой дисперсная фаза стабилизирована природными поверхностно-активными веществами и представляет собой липофильную фракцию нейтральных компонентов древесной зелени, дисперсионная среда – водно-щелочной раствор с водорастворимыми кислыми компонентами, согласно изобретения, экстракт получают из древесной зелени сосны в виде эмульсии с равномерным распределением нейтральных компонентов в дисперсионной среде концентрации 3-5% с размерами капель от 0,4 до 10 мкм, при следующем соотношении, масс. %:

нейтральные компоненты - 1,2 - 2,2;

кислые компоненты - 5,6 – 7,3;

водно-щелочной раствор - остальное.

Технический результат способа достигается тем, что способ получения эмульсионного экстракта, включающий обработку измельченной древесной зелени водным раствором щелочи, согласно изобретения, в качестве сырья используют древесную зелень сосны, обработку ведут водно-щелочным раствором с концентрацией 3-5% при гидромодуле 1:8 в течение 30-90 мин при температуре 50°С. В частном случае, обработку ведут с добавлением поверхностно-активного вещества или дополнительно проводят ультразвуковую обработку.

Для оценки качества полученной эмульсии проводится определение дисперсности эмульсионных экстрактов методом оптической микроскопии.

Использование водно-щелочного раствора различной концентрации при разных соотношениях сухого сырья и экстрагента (гидромодуля) и длительности процесса экстракции, дает возможность увеличения выхода экстрактивных веществ с получением экстрактов, содержащих жиро- и водорастворимые вещества.

Способ осуществляют следующим образом:

Пример 1. Древесную зелень сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L) влажностью 50% измельчают на шнековом измельчителе, 100 г сырья смешивают с 400 мл 3%-ного водного раствора гидроксида натрия (гидромодуль 1:8). Смесь перемешивают механической мешалкой (скорость 1000 об/мин) 30 мин. при температуре реакционной смеси 50°С.

Для анализа эмульсии полученную смесь отбирают в эппендорф (1,5 мл) и отделяют экстракт от твердых частиц сырья при помощи центрифуги (10 мин (14,5 rpm)). Для определения морфологии и размеров капель масла в экстракте проводят микроскопические исследования с использованием оптического микроскопа при увеличении 1000Х. Отбирают микропипеткой надосадочную жидкость и наносят на предметное стекло, сверху накрывают тонким покровным стеклом и капают каплю иммерсионного масла. Количество фиксируемых объектов не менее 100, что достаточно для получения воспроизводимых результатов при точечном методе анализа.

Анализ изображений экстракта (фиг.1), позволяет установить, что полученный экстракт представляет собой неоднородную эмульсию, которая содержит капли масла сферической формы больших и средних размеров, а водно-щелочной раствор является непрерывной дисперсионной средой.

Для определения размера капель масла проводится статистическая обработка результатов в программе ImageJ. Средний размер (диаметр) капель рассчитывается по формуле:

,

где d_i– диаметр капли в интервале числа капель n;

n – общее число подсчитанных капель.

В результате установлено, что размеры капель дисперсной фазы в образующейся эмульсии находятся в пределах 0,9-4,9 мкм, средний размер капель – 2,5 мкм.

Для определения выхода экстрактивных веществ оставшуюся после микроскопического анализа гетерогенную массу разделяют фильтрованием, фильтрат переносят в делительную воронку и экстрагируют петролейным эфиром. Экстракт промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции, сушат над безводным сульфатом натрия и отгоняют растворитель на ротационном испарителе. Выход нейтральных веществ составляет 2,2% от массы сухого сырья.

К водно-щелочному раствору добавляют 12%-ный водный раствор серной кислоты до pH=2-3, диэтиловым эфиром экстрагируют кислые компоненты. Выход кислых веществ составляет 7,3% от массы сухого сырья.

Пример 2. 100 г измельченной древесной зелени сосны влажностью 50% смешивают с 5%-ным водным раствором гидроксида натрия (гидромодуль 1:8). Смесь перемешивают механической мешалкой (скорость 1000 об/мин) 30 мин. при температуре реакционной смеси 50°С.

При микроскопическом анализе полученного экстракта установлено, что в эмульсии содержатся отдельные мелкие капли сферической формы и структурированные крупные агломераты слипшихся капель масла (фиг.2). Размеры капель дисперсной фазы в образующейся эмульсии находится в пределах 0,4-10 мкм. Средний размер капель – 2,5 мкм.

Выделение нейтральных и кислых веществ проводят также, как в примере 1. Выход нейтральных веществ составил 2,5% от массы сухого сырья, кислых – 6,3%.

Пример 3. 100 г измельченной древесной зелени сосны влажностью 50% смешивают с 3%-ным водным раствором гидроксида натрия (гидромодуль 1:8). Смесь настаивают при температуре 50°С в течение 60 мин., затем перемешивают механической мешалкой (скорость 1000 об/мин) 30 мин.

При микроскопическом анализе в полученном экстракте наблюдаются отдельные капли масла разного размера и слипшиеся крупные капли (фиг.3), с течением времени наблюдается сливание отдельных капель в крупные агломераты. Размеры капель дисперсной фазы в образующейся эмульсии находятся в пределах 0,8-5,9 мкм. Средний размер капель – 1,8 мкм.

Выделение нейтральных и кислых веществ проводят также, как в примере 1. Выход нейтральных веществ составил 1,5% от массы сухого сырья, кислых – 6,7%.

Пример 4. 100 г измельченной древесной зелени сосны влажностью 50% смешивают с 3%-ным водным раствором гидроксида натрия (гидромодуль 1:8) с добавлением ПАВ полиэтиленгликоль ПЭГ 20000 (0.5% от объема экстрагента). Смесь настаивают при температуре 50°С в течение 60 мин., затем перемешивают механической мешалкой (скорость 1000 об/мин) 30 мин.

При микроскопическом анализе в полученном экстракте наблюдается полидисперсная эмульсия с равномерной сферической формой капель масла в водно-щелочном растворе (фиг.4). С течением времени большая часть капель не сливается, что доказывает устойчивость эмульсии. Размеры капель дисперсной фазы в образующейся эмульсии находятся в пределах 0,4-2,9 мкм. Средний размер капель – 1,2 мкм.

Выделение нейтральных и кислых веществ проводят также, как в примере 1. Выход нейтральных веществ составил 1,2% от массы сухого сырья, кислых – 5,6%.

Пример 5. 100 г измельченной древесной зелени сосны влажностью 50% смешивают с 3%-ным водным раствором гидроксида натрия (гидромодуль 1:8) при комнатной температуре. Смесь обрабатывают ультразвуком на приборе УЗДН-А в течении 5 мин. при рабочей частоте генератора и излучателя 22 кГц. Смесь перемешивают механической мешалкой (скорость 1000 об/мин) в течение 60 мин. при температуре реакционной смеси 50°С.

При микроскопическом анализе в полученном экстракте наблюдаются капли масла сферической формы, находящиеся в большом разбросе друг от друга (фиг.5). Размеры капель дисперсной фазы в образующейся эмульсии находится в пределах 0,6-5,2 мкм. Средний размер капель – 1,9 мкм.

Выделение нейтральных и кислых веществ проводят также, как в примере 1. Выход нейтральных веществ составил 1,4% от массы сухого сырья, кислых – 6,5%.

Таким образом, при обработке древесной сосны 3%-ным водным раствором щелочи при гидромодуле 1/8 в течение 30-90 мин экстракт представляет собой двухфазную систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, в которой дисперсная фаза, стабилизированная природными поверхностно-активными веществами, распределена по всему объему дисперсионной среды. Частицы дисперсной фазы представляет собой липофильную фракцию нейтральных компонентов древесной зелени сосны, дисперсионная среда – водно-щелочной раствор с водорастворимыми компонентами растительного сырья. Выход экстрактивных веществ (сумма нейтральных и кислых компонентов) в этих условиях составляет от 6,8 до 9,5% от массы сухого сырья.

Описанный способ позволяет оптимизировать эмульсионный способ выделения экстрактивных веществ из древесной зелени сосны без использования добавки в реакционную смесь петролейного эфира, а также в 2 раза сократить время обработки сырья, уменьшить концентрацию водно-щелочного раствора с 10% до 3-5%, по сравнению с аналогом.

Полученный эмульсионный раствор экстрактивных веществ древесной зелени сосны содержит биологически активные компоненты и может применяться для медицины, сельского хозяйства, косметической и пищевой промышленности.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен экстракт древесной зелени хвойных пород деревьев в виде эмульсии с распределением нейтральных компонентов в дисперсионной среде концентрации 3-5% с размерами капель от 0,4 до 10 мкм при заданном соотношении компонентов и способ его получения. Способ включает обработку измельченной древесной зелени сосны водно-щелочным раствором с концентрацией 3-5% при гидромодуле 1:8 в течение 30-90 мин при температуре 50°С. Изобретения обеспечивают расширение арсенала способов переработки древесной зелени сосны и увеличение выхода экстрактивных веществ, содержащих жиро- и водорастворимые вещества, для использования в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр.

1. Экстракт древесной зелени хвойных пород деревьев в виде двухфазной системы, состоящий из двух несмешивающихся жидкостей, в которой дисперсная фаза стабилизирована природными поверхностно-активными веществами и представляет собой липофильную фракцию нейтральных компонентов древесной зелени, дисперсионная среда – водно-щелочной раствор с водорастворимыми кислыми компонентами, отличающийся тем, что экстракт получают из древесной зелени сосны в виде эмульсии с распределением нейтральных компонентов в дисперсионной среде концентрации 3-5% с размерами капель от 0,4 до 10 мкм, при следующем соотношении, мас.%:

нейтральные компоненты 1,2-2,2 кислые компоненты 5,6-7,3 водно-щелочной раствор остальное

2. Способ получения экстракта древесной зелени хвойных пород деревьев по п. 1, включающий обработку измельченной древесной зелени водным раствором щелочи, отличающийся тем, что в качестве сырья используют древесную зелень сосны, обработку ведут водно-щелочным раствором с концентрацией 3-5% при гидромодуле 1:8 в течение 30-90 мин при температуре 50°С.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при обработке измельченной древесной зелени сосны водным раствором щелочи дополнительно добавляют ПАВ полиэтиленгликоль ПЭГ 20000 в количестве 0,5% от объема экстрагента.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при обработке измельченной древесной зелени сосны водным раствором щелочи дополнительно проводят обработку ультразвуком на приборе УЗДН-А в течение 5 мин при рабочей частоте генератора и излучателя 22 кГц.