Способ получения сухого концентрата водного экстракта шунгита Российский патент 2024 года по МПК C02F1/00 

Изобретение относится к области химической и физической обработки воды и может быть использовано для производства косметических туалетных средств для особого использования, премиксов для животных, а также биологически активных пищевых добавок в форме безалкогольных напитков и сухих составов. Конечный продукт, получаемый в результате реализации предлагаемого способа может также быть использован в медицинских целях для коррекции статуса редкоземельных элементов у пациентов с различными патологиями.

В предложенном техническом решении рассматривается обработка природной воды путем ее настаивания на щебне шунгита Зажогинского месторождения, расположенного в Карелии [ТУ 5714-007-12862296-01 «Дробленые и молотые шунгиты Зажогинского месторождения»]. В Процессе настаивания реакция среды становится кислой и в экстракт переходят водорастворимые вещества, входящие в состав минерала, в частности - редкоземельные элементы (РЗЭ). В дальнейшем для получения сухого концентрата применяется лиофильная сушка.

Известен способ получения шунгитовой воды с нормализацией по рН [Патент RU 2679234]. Изобретение направлено на использование в промышленном водоснабжении для обработки водопроводной воды. Способ включает контакт питьевой воды в течение 14-16 часов с шунгитом, применяемым в виде слоя дробленого минерала шунгита группы IIIA с размером фракции 5-20 мм. При этом ощелачивание проводят водой повышенной жесткости с показателями рН>8,0, находящейся вместе с шунгитом в отношении 1:2-1:5 по объему в герметичной емкости, подключенной к водопроводной сети, без доступа света и воздуха. Дополнительно осуществляют контроль по параметру рН и регулирование качества воды рН-датчиком, установленным в шунгитовом слое и передающим информацию о величине рН в блок контроля, который при рН>7,5 сигнализирует о щелочном составе воды, в зоне от рН>7,3 до рН<7,5 сигнализирует о нормализованной воде, а при рН<7,3 сигнализирует о кислотном составе воды. Забор обработанной воды осуществляют по трубке из шунгитового слоя при открытии крана с автоматическим восполнением от водопроводной сети. По мнению авторов, использование изобретения позволяет получать доочищенную шунгитовую воду, обогащенную набором микроэлементов, нормализованную по рН для использования в качестве столовой минеральной воды.

Однако предлагаемое авторами изобретения время контакта воды с шунгитом (14-16 часов) не может обеспечить достаточное насыщение раствора полезными химическими элементами. Этому дополнительно препятствует искусственное подщелачивание воды. Эти вопросы детально исследованы нами ранее [Пономарев А.П., Тютиков С.Ф., Подколзин И.В., Большаков Д.Б. Оценка химического состава шунгита Зажогинского месторождения для его использования в биотехнологии // Геохимия. - 2022. - Том. 67. - №2. - С. 171-181. -DOI: 10.31857/S0016752522020078]. Таким образом, применение полученного в ходе реализации данного способа раствора малоэффективно для целей косметологии, получения кормов для животных (премиксов) и биологически активных добавок для человека. Неясным также остается вопрос, каким образом получают воду с рН>8,0, необходимую для подщелачивания.

Известен шампунь для мытья волос [Патент RU 2239411], содержащий шунгит, поверхностно-активные вещества, консервант, отдушку, стабилизатор рН, загуститель, натуральную витаминную добавку, умягчитель и воду. По заявлению авторов, шампунь оказывает противовоспалительное, антисеборейное, антисептическое и стимулирующее воздействие на кожу головы, а также стимулирует рост волос. Отличительной особенностью данного состава является наличие в нем шунгита, что, несомненно, является полезным. Тем не менее, положительные эффекты шунгита сводятся на нет присутствием в составе шампуня таких вредных химических соединений как синтетические ПАВ, консервант, отдушка и умягчитель. А присутствие стабилизатора рН несомненно приводит к уменьшению выхода полезных химических элементов в жидкую фазу шампуня. То есть наблюдается тот же отрицательный эффект, как и в предыдущем аналоге.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ, описанный в работе [Пономарев А.П. Горная порода шунгит - физико-химические и биологические свойства [Электронный ресурс]: монография / А.П. Пономарев; Владим. гос. ун-т им. А.Г. и Н.Г. Столетовых. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2020. - 179 с. - ISBN 978-5-9984-1264-6. - Электрон, дан. (8,69 Мб)]. В прототипе детально описаны различные методы получения водного экстракта шунгита (ВЭШ)) [Стр. 23-37],, сопровождаемые периодическим контролем концентрации редкоземельных элементов (РЗЭ) в растворе [Стр. 38-40]. Именно с этими элементами связаны антисептические и стимулирующие процессы регенерации тканей свойства ВЭШ. Учитывая незначительные концентрации РЗЭ в ВЭШ авторами предприняты попытки концентрирования этого жидкого препарата шунгита. Наиболее высокая степень концентрирования по сравнению с исходным ВЭШ в прототипе составляет 40 раз [Стр. 44-49].

Недостатками известного способа являются:

1. Значительные потери РЗЭ при концентрировании в результате применения вакуумного роторного испарителя.

2. Недостаточная степень концентрирования исходного жидкого продукта.

3. Быстрая порча ВЭШ вследствие того, что жидкий препарат в принципе не может долго храниться при обычных условиях без введения в его состав специальных ксенобиотиков-консервантов.

4. Невозможность оперативного приготовления необходимого для конкретных задач (употребление в качестве биологически активной добавки для человека, приготовление премикса для животных или косметического медицинского средства) ВЭШ с заданной концентрацией РЗЭ. Каждый раз необходимо готовить жидкий препарат по полному циклу: промывать щебень шунгита, настаивать несколько суток на родниковой воде, очищать от взвеси и концентрировать..

Технической проблемой на решение которой направлено изобретение является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом является повышение коэффициента концентрирования, за счет перевода жидкой формы в сухое порошкообразное состояние готового продукта, повышение процентного выхода большинства РЗЭ в готовом продукте по сравнения с исходным жидким ВЭШ (уменьшение потерь в процессе концентрирования), достижение возможности быстрого приготовления жидкого продукта из сухого концентрата с повышенной концентрацией РЗЭ.

Технический результат достигается тем, что в заявленном способе получения сухого концентрата водного экстракта шунгита промывают щебень природного минерала шунгита фракции 5-20 мм в бидистиллированной воде, настаивают промытый щебень в емкости с природной родниковой водой в соотношении 200 г на 1 литр при комнатной температуре в течение не менее 3 суток, затем проводят кипячение в той же емкости в течение не менее 15 минут, переводят полученный водный экстракт шунгита в сухой концентрат путем лиофильной сушки.

При этом лиофильную сушку проводят в круглодонных фарфоровых чашках с температурой замораживания не выше -40°С и температурой конденсатора не выше -70°С.

Пример.

Использовали природный минерал шунгит Зажогинского месторождения, расположенного в Карелии по ТУ 5714-007-12862296-01 «Дробленые и молотые шунгиты Зажогинского месторождения» фракции 5-20 мм.

Щебень шунгита 5-20 мм массой 1000 г после предварительной однократной в течение 5 минут промывки в 5 литрах бидистиллированной воды настаивали в 5 литрах родниковой воды (родник «Огуречный-1 вблизи д. Марочково, Петушинского района, Владимирской области) в течение 3 суток. Затем кипятили в течение 15 минут.

От полученных примерно 5 литров ВЭШ отобрали три образца объемом 1 литр для приготовления сухого концентрата. В оставшемся жидком ВЭШ определили концентрацию РЗЭ в трех повторностях.

Из отобранных ранее трех образцов исходного жидкого ВЭШ приготовили сухой концентрат ВЭШ ниже следующим образом. Взяли 3 круглодонных фарфоровых чашки объемом около 150 мл (по числу образцов жидкого ВЭШ). Пронумеровали их. В каждую чашку последовательно наливали около 100 мл жидкого ВЭШ, замораживали до температуры не менее -40°С и сушили в лабораторной лиофильной сушке при температуре конденсатора не менее -70°С. Так повторяли 10 раз до полного высушивания трех образцов ВЭШ по 1 литру каждый. Затем образовавшийся в трех фарфоровых чашках осадок растворили в бидистиллированной воде объемом 10 мл и определили концентрацию РЗЭ.

Таким образом, при концентрировании в 100 раз (растворении сухого концентрата 1 литра ВЭШ в 10 мл бидистиллированной воды) мы получили следующий выход РЗЭ: Sc - 93,0%, Y - 98,4%, La - 97,7%, Се - 97,7%, Pr - 94,3%, Nd - 98,4%, Sm - 98,0%, Eu -98,8%, Gd - 98,3%, Tb - 93,3%, Dy - 92,6%, Ho - 93,3%, Er - 96,4%, Tm - 95,9%, Yb -93,1%, Lu-95,1%.

Приводимые в прототипе данные по концентрированию вакуумным роторным испарителем ВЭШ по эрбию, тулию и лютецию не могут быть признаны достоверными, поскольку масса элемента в концентрате не может быть больше или равной массе в исходном растворе. Потери неизбежны. По всем же остальным РЗЭ предлагаемый нами метод дает гораздо более высокий процент выхода.

Исходя из вышеизложенного, предлагаемый способ получения сухого концентрата водного экстракта шунгита позволяет получить ряд значительных преимуществ по сравнению с прототипом. Это и больший процент выхода РЗЭ (уменьшение потерь при получении), и возможность быстрого приготовления жидкого препарата с заданными концентрационными характеристиками, и возможность получения значительного по концентрации РЗЭ препарата. Последнее существенно при использовании продукта для приготовления премиксов в животноводстве, а также для косметических целей. Особую значимость имеет достигнутая возможность неограниченно долгого хранения препарата без потери качества и, одновременно, быстрого приготовления жидкой формы путем растворения сухого концентрата. Для достижения этого результата достаточно просто подобрать необходимый объем воды при растворении порошкообразного концентрата.

Изобретение относится к области химической и физической обработки воды и может быть использовано для производства косметических туалетных средств особого использования, премиксов для животных, а также биологически активных пищевых добавок в форме безалкогольных напитков и сухих составов. Конечный продукт, получаемый в результате реализации предлагаемого способа, может также быть использован в медицинских целях для коррекции статуса редкоземельных элементов у пациентов с различными патологиями. Щебень природного минерала шунгит фракции 5-20 мм промывают в бидистиллированной воде. Настаивают промытый щебень в природной родниковой воде в соотношении 200 г на 1 л при комнатной температуре в течение 3 суток. После настаивания проводят кипячение в той же емкости в течение 15 минут. Переводят полученный водный экстракт в сухой концентрат путем лиофильной сушки в круглодонных фарфоровых чашках с температурой замораживания не выше -40°С и температурой конденсатора не выше -70°С. Процесс наливания, замораживания и лиофилизации повторяют многократно до полного высушивания. Приготовление жидкого препарата из сухого концентрата осуществляют путем его растворения в необходимом объеме бидистиллированной воды. Технический результат: повышение коэффициента концентрирования, повышение процентного выхода редкоземельных элементов, возможность быстрого приготовления жидкого продукта из концентрата. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

1. Способ получения сухого концентрата водного экстракта шунгита, отличающийся тем, что промывают щебень природного минерала шунгита фракции 5-20 мм в бидистиллированной воде, настаивают промытый щебень в емкости с природной родниковой водой в соотношении 200 г на 1 л при комнатной температуре в течение не менее 3 суток, затем проводят кипячение в той же емкости в течение не менее 15 минут, переводят полученный водный экстракт шунгита в сухой концентрат путем лиофильной сушки.

2. Способ получения сухого концентрата водного экстракта шунгита по п. 1, отличающийся тем, что лиофильную сушку проводят в круглодонных фарфоровых чашках с температурой замораживания не выше -40°С и температурой конденсатора не выше -70°С.