Спосіб екстракції барвників каротину з натуральної речовини

1. Способ экстракции красителей каротина, в частности b-каротина, из натурального вещества с помощью жидкого органического экстрагента, отличающийся тем, что исходный материал экстрагируют смесью растворителей, которая содержит сложные эфиры уксусной кислоты С 1-С4-спиртов и 1-25% вес. масла биологического происхождения в расчете на сложные эфиры уксусной кислоты, при температурах, по меньшей мере 30°С. 42758 ны, за счет производства синтетического b-каротина и, c другой стороны, за счет экстракции и последующей кристаллизации b-каротина из естественных источников. При этом потребители, в соответствии со своим, в настоящее время критическим, мировоззрением, однозначно отдают предпочтение натуральному b-каротину по сравнению с синтетическими продуктами. В то время как еще до относительно недавнего времени для экономичных методов обогащения в распоряжении находились исключительно "классические” естественные источники b-каротина, такие как, например, сорт моркови каротель или водоросли, то совсем недавно, благодаря инновационным достижениям биотехнологии, с помощью ферментативных методов удалось открыть естественный источник, обладающий несравнимо лучшей пригодностью. С помощью ферментации определенных, образующих дрожжи, грибов сегодня можно получить концентрацию b-каротина в высушенной ферментационной биомассе до и более 5% вес., таким образом, концентрация b-каротина будет на десятые доли процента выше, чем в имеющихся на сегодняшний день в распоряжении естественных источниках. В частности, также и на основе этих новых биотехнологических разработок, имеется большая заинтересованность промышленности в способах экстракции, которые позволяют осуществлять экономичное экстрагирование натурального b-каротина из комплексной матрицы натурального вещества. Для экстракции b-каротина из твердых натуральных веществ уже известны многочисленные способы. Как, например, описано в патенте США № 2170872, для этой цели матрицу натурального вещества часто обрабатывают щелочным раствором для того, чтобы достичь вскрытия клеток и омыления глицеридов. После этого вскрытые клетки экстрагируют петролейным эфиром, гептаном или аналогичными растворителями. Экстракт, освобожденный от волокнистого материала, подвергают перегонке с водяным паром, после этого водяной остаток экстрагируют растительным маслом, в котором b-каротин имеет сравнительно высокую растворимость. Согласно способу, который описан в изложенном описании изобретения к неакцептованной заявке ФРГ – ДЕ 4342798, каротиноиды на водорослей могут экстрагироваться непосредственно из высококонцентрированной культуры солевого раствора с помощью больших количеств пищевого растительного масла, способствуя массопередаче с помощью коллоидной мельницы. Благодаря рециркуляции загруженного экстрактом масла, может накапливаться ценное вещество, которое может быть либо маслом, содержащим b-каротин, либо b-каротин должен сначала путем кристаллизации выпасть в осадок из масла. Однако, согласно опыту, кристаллизация b-каротина из масла при использовании обусловленных температурой различий в растворимости не может проходить без проблем, так как образование кристаллов осуществляется очень медленно, а масло и при низких температурах все еще обладает относительно высокой остаточной растворимостью для b-каро тина, так что кристаллизационный выход является лишь незначительным. Индукция кристаллизации b-каротина путем добавления растворителей, наоборот, ведет к принципиально более высокому выходу продукта, однако добавление больших количеств растворителей, как, например, описано в патенте США US 1988031 для п-пропанола, является необходимым для получения соответствующего результата выхода готового продукта. При проведении экстракции из натуральных веществ с помощью органических растворителей, как, например, петролейный эфир (ср.: патенты США - US 1967121 и 1998031), возникает одна общая проблема, что изза незначительной растворимости b-каротина и, в частности, в случае высоких концентраций b-каротина, должно быть выбрано чрезвычайно большое количество растворителя, которое опять же четко ухудшит выход по объему и времени готового продукта. Недавно были описаны некоторые способы, в которых экстракция b-каротина из натуральных веществ проводится с помощью надкритической двуокиси углерода при очень высоких давлениях технологического процесса (патент США - US 4400398). Несмотря на хорошие результаты экстракции, просматривается один общий недостаток этих способов газовой экстракции, состоящий в дорогостоящем техническом преобразовании необходимого высокого давления, которое связано, в принципе, с более интенсивными затратами по сравнению со способами, протекающими при нормальном давлении. В рамках унифицирования законодательства по продуктам питания в пределах Европы в январе 1995 года был представлен проект указаний комиссии по установлению специфических критериев чистоты для красителей, которые могут применяться в продуктах питания. При этом для экстракции натуральных каротиноидов предлагаются такие растворители, как ацетон, метил-этилкетон, метанол, этанол, пропан-2-ол, гексан, дихлорметан и двуокись углерода. Однако, за исключением дихлорметана, эти растворители из-за своей незначительной способности растворять, по сравнению с b-каротином, являются малопригодными для проведения экономичной экстракции из натуральных веществ, в которых b-каротин встречается в высоких концентрациях. С другой стороны, следовало бы отказаться от применения дихлорметана в пищевой промышленности, ориентированной на будущее, руководствуясь экологическими аспектами и аспектами, связанными с потребителем. Таким образом, задача настоящего изобретения состояла в разработке, по возможности, экономичного способа получения красителей каротина, в частности b-каротина, из натуральных веществ, в частности, из твердых натуральных продуктов, с помощью жидкого экстрагента, который обходит недостатки известных способов. При этом способ должен обеспечить, после непосредственной экстракции, хороший кристаллизационный выход, прежде всего, b-каротина. В частности, должны находить применение только такие растворители, которые, с уче том экологических и токсико 2 42758 логических точек зрения, классифицируются в качестве обладающих преимуществом. Эта задача была решена с помощью способа экстракции красителей каротина, по которому исходный материал экстрагируется смесью растворителей, которая содержит сложные эфиры уксусной кислоты спиртов С 1-С4 и 1-25% вес. масла, в расчете на сложные эфиры уксусной кислоты при температурах по меньшей мере 30°С. На первый взгляд сложные эфиры уксусной кислоты являются менее пригодными для экстракции красителей каротина, по сравнению с маслом, так как они обладают сравнительно незначительной для подобных соединений способностью к растворению. Неожиданным образом было обнаружено, что они при температуре выше 30°С и, в частности, при температуре между 40° и 125°С, отличнейшим образом пригодны в качестве экстрагентов для красителей каротина. В смеси сложных эфиров уксусной кислоты, с одной стороны, и масла, с другой стороны, растворимость каротина при температуре экстракции меньше 30°С ведет себя, прежде всего, как и ожидалось, а именно: прямо пропорционально доле масла в смеси растворителей: т. е. растворимость каротинов в смеси может быть определена очень просто графически, путем интерполяции растворимости в чистом этиловом ацетате или бутиловом ацетате и масле. Однако с помощью способа согласно изобретению было неожиданным образом установлено, что растворимость красителей каротина, в частности, b-каротина, в сложных эфирах уксусной кислоты при повышенных температурах может сильно повышаться за счет добавления малых количествах масла, чего вообще нельзя было ожидать. В способе согласно изобретению предпочтительным образом используются сложные эфиры уксусной кислоты С 2-С4 спиртов. Особое предпочтение в качестве сложных эфиров уксусной кислоты имеют такие растворители, как этилацетат, бутилацетат и их смеси, которые имеют возможность использования согласно вступившему, между тем, в силу в Европе Положению о растворителях для извлечения масел от 08.11.1991, приложение 1, при изготовлении продуктов питания. Согласно изобретению для настоящего способа особенно пригодными оказались масла биологического происхождения. Возможными растительными маслами являются масло зародышей кукурузы, соевое масло, хлопковое масло, рапсовое масло или же арахисовое масло; пригодными являются также микробные масла из определенных грибов, дрожжей или бактерий, такие как рыбьи жиры, которые могут использоваться для продукта, имеющего качество продукта питания. В исключительных случая х для настоящего изобретения может быть предпочтительным, если естественное содержание масла в исходном материале устанавливается на уровне соответствующи х значений перед началом экстракции, путем соответствующих мер по обезжириванию или посредством добавления масла. С помощью добавления менее чем 5% вес. масла в смесь растворителей уже достигается существенное повышение растворимости красителей. Поэтому, согласно изобретению, масло ис пользуется в смеси растворителей, предпочтительным образом - в виде составной части, равной по меньшей мере 3% вес. и, в частности, от 5 до 10% вес. Если составная часть масла превышает 10 и, прежде всего, 15% вес., то растворимость каротинов в смеси растворителей может еще больше быть повышена, однако решающее преимущество способа, а именно: высокий выход красителей каротина, которые могут быть выделены после экстракции, - может быть потеряно. Правда при более низких концентрациях масла в смеси выход при последующей кристаллизации каротина еще повышается, но для достижения цели экстракции предпочтительным является более высокое содержание масла в растворителе. Для экстракции смесью растворителя и масла особенно пригодными оказались температуры больше или равные 50°С, так как улучшение растворимости, которое может быть достигнуто путем добавления масла, при повышенных температурах выражено еще сильнее; верхней границей температуры процесса является, само собой разумеется, точка кипения соответствующего растворителя (этилацетат: 77°С, бутилацетат: 123°126°С), которая технологически, в общем и целом, является недостижимой. Таким образом, в способе по изобретению диапазон температур, особенно пригодный для экстракции, составляет 50°70°С. На одну весовую часть твердого исходного материала добавляются, предпочтительным образом, 3-5 вес. частей смеси растворителей, после чего эта смесь для экстракции, как правило, подвергается обработке в течение 1-3 часов, что достигается наипростейшим способом - путем перемешивания. После проведения отделения смеси растворителей, например, путем центрифугирования, экстракционный остаток промывается, предпочтительным образом, 0,5-5 вес. частями сложного эфира уксусной кислоты, например, этилацетатом и/или бутилацетатом, что может происходить также и многократно, а количества растворителя после процесса промывки соединяются с количествами растворителя, отделенными от масла. Получение чистого красителя каротина происходит согласно известным способам, путем вытягивания органических растворителей, например, в вакууме или путем приложения температурного градиента, в результате чего каротин выпадает в осадок в виде твердого ве щества. Существенное преимущество нового способа состоит в том, что, с одной стороны, может быть достигнута растворимость красителей каротина, сравнимая с маслом, в результате чего четко улучшаются показатели пространственно-временного выхода готового продукта, так как в общей сложности требуется меньше растворителя а, с другой стороны, благодаря лишь незначительной доле масла в смеси растворителей, становится возможным достижение после экстракции и после удаления смеси растворителей существенно более высокого выхода кристаллического красителя каротина, так как абсолютные потери, вследствие остаточной растворимости каротина в малой доле масла, являются лишь очень малыми. Согласно изобретению, имеющую решающее значение технологическую новизну для экстракции красителей каротина, в частности, b-каротина, из натуральных 3 42758 веществ следуе т усматривать в том, что способ объединяет преимущества чистой экстракции масла, а именно: благоприятные показатели пространственно-временного выхода готового продукта за счет высокой растворимости красителей каротина, в частности, в масле, и преимущества чистой экстракции растворителей, а именно: высокие показатели выхода после кристаллизации. Приведенные ниже примеры должны пояснить преимущества способа по изобретению. Примеры Соответственно, к одной весовой части предварительно обезжиренного и высушенного остатка после ферментации вырабатывающего b -каротин дрожжевого гриба (содержание b-каротина составляет 3,0% вес.) интенсивно примешивали, соот ветственно, 4 весовые части приведенных в таблице растворителей или же смеси растворителей в течение 2 часов при указанных температурах процесса. После этого посредством суконной центрифуги отделяли биомассу и промывали 1 весовой частью нагретого до температуры экстракции растворителя или же смеси растворителей. После того как из объединенных, содержащих каротин, экстракционных растворов в вакууме был удален растворитель (смесь растворителей) в остатке определяли оставшуюся концентрацию b-каротина после сушки и устанавливали экстракционный выход го тового продукта. В качестве компонента масла было использовано масло кукурузных зародышей с качеством пищевого растительного масла. Таблица Пример № 1 (сравн.) 2 3 4 (сравн.) 5 6 (сравн.) 7 8 9 (сравн.) 10 11 (сравн.) 12 Растворитель или смесь растворителей Этилацетат Этилацетат+6% вес. масла Этилацетат+10% вес. масла Этилацетат Этилацетат+6% вес. масла Бутилацетат Бутилацетат+3% вес. масла Бутилацетат+20% вес. масла Бутилацетат Бутилацетат+10% вес. масла 30% вес. этилацетата+70% вес. бутилацетата 30% вес. этилацетата+70% вес. бутилацетата+ +10% вес. масла Температура процесса (°С) 70 70 70 50 50 70 70 70 50 50 70 Экстракционный выход го тового b-каротина (%) 66 95 95 45 80 71 90 95 75 90 68 70 90 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4