Спосіб одержання натурального b-каротину з водорості dunaliella salina

1. Спосіб одержання натурального каротину з водорості Dunaliella Salina, що включає осадження водорості за допомогою солі металу, екстракцію концентрату з використанням органічного розчинника, кристалізацію каротину при низькій температурі, який відрізняється тим, що осадження і хімічну консервацію водорості проводять з одержанням «залізного концентрату», який збезводнюють, потім проводять його екстракцію протягом 35-45хв у реакторі за допомогою органічного розчинника з одержанням «маткового розчину», який кристалізують у холодильнику протягом 5-6 годин при температурі минус 6,0±0,5°С, після чого «матковий розчин» промивають холодним етиловим спиртом і проводять ліофілізацію кристалів «маткового розчину». 2. Спосіб одержання натурального каротину з водорості Dunaliella Salina за п. 1, який відрізняється тим, що осадження і хімічну консервацію водорості проводять за допомогою трихлористого заліза з розрахунку 1гр. на 1кг ропи. 3. Спосіб одержання натурального каротину з водорості Dunaliella Salina за п. 1, який відрізняється тим, що зневоднювання «залізного концентрату» проводять методом простого отжима, наприклад, за допомогою преса. 4. Спосіб одержання натурального каротину з водорості Dunaliella Salina за п. 1, який відрізняється тим, що зневоднювання «залізного концентрату» проводять за допомогою фільтра Бюхнера. 5. Спосіб одержання натурального каротину з водорості Dunaliella Salina за п. 1, який відрізняється тим, що зневоднювання «залізного концентрату» проводять з центрифугуванням і застосуванням етилового спирту. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до виробництва харчових добавок, а саме, до способів одержання препарату β-каротину, що використовуються в харчовій промисловості, медицині, фармакології й ін. Каротин відноситься до групи жиророзчинених вітамінів. Відомі 2 види вітаміну А: вітамін А1 - з печінки морських і прісноводних риб; вітамін А0, що одержав назву ретинолу чи аксерофтола. Провітаміном А є жовтий пігмент рослин каротин. В організмі каротин під впливом ферменту каротинази перетворюється у вітамін А, що широко розповсюджений. Джерелом вітаміну А для людини і тварин є крано-м’якотні овочі (морква, томати, перець), у яких вітамін А міститься у вигляді провітамінівкаратиноїдів, виділених уперше з моркви. Відомі три типи каротинів: , , - каротини, що відрізняються друг від друга як по хімічному складі, так і по біологічній активності. Найбільшою біологічною активністю володіє βкаротин. Області застосування β-каротину як натурального харчового барвника: - масложирова - виробництво маргарину, олії коров'ячого, жирів, майонезу; - молочна - виробництво морозива; - хлібобулочна і макаронна - виробництво булок, батонів, макаронів, рожок, локшини, чіпсів; - кондитерська - виробництво печива, цукерок; - парфюмерно-косметична - виробництво кремів для рук, обличчя, помад; - сільське господарство - тваринництво, птахівництво; - фармацевтична. Основні корисні властивості β-каротину як харчової добавки: - попереджає розвиток онкологічних захворювань, підвищує імунітет до багатьох інших захворювань; - є антиоксидантом і запобігає процесам старіння в організмі; - є сильним радіопротектором і сприяє виведенню важких металів з організму; - є вітамінами росту, у т.ч. і для наступних поколінь; - сприяє поліпшенню зору. Крім того, β-каротин широко використовується при лікуванні опіків, виразок, для лікування хворих у післяопераційному і посткліматичному періоді, а також при лікуванні колітів, геморою виразкової хвороби шлунка і дванадцятипалої кишки. З природних організмів, що містять каротини, найбільш перспективними є вольвоксові водорості. Dunaliella Salina (Dunaliella солончакова) - галофітна лагунова водорість і являє собою рід вольвоксових водоростей, одноклітинних двужгутикових організмів, покритих тонким перипластом. 17592 4 Клітки жовтувато-рожевий чи цегляно-червоний кольори, містять велику кількість каротиноїдів. Dunaliella Salina - одна з найбільш розповсюджених водоростей водойм із високою концентрацією солей - 285м на 1 літр. Має чудовий баланс мінералів (Са, Mg) і альгінатів, сприяє гарному засвоєнню мінералів. При визначеній концентрації солі і температурних режимів вегетаційні процеси водорості настільки сильні, що додають воді кашоподібний вигляд. Під час масового розвитку Dunaliella Salina викликають «червоне цвітіння» - офарблюють сольовий розчин (ропу) у червоний колір, тому що каротиноїди дуналіелл (0,3%) додають воді пурпурний колір і малиновий запах. Відомий «Спосіб одержання β-каротину» [Патент Російської Федерації №2034835, МПК-6 С07С403/24, бюл. №13, 1995р.] шляхом відбудовної димеризації ретиналя в присутності попередньо отриманої активної форми низьковалентного титана з наступним виділенням і очищенням цільового продукту, при цьому як активну форму низьковалентного титана використовують реакційну масу, отриману електрохімічним розчиненням металевого титана в оцтовій кислоті, що містить не більш 0,5мас.% води. Відомий спосіб відноситься до методів одержання β-каротину, заснованим на використанні різних хімічних реагентів для обробки органічних сполук, що містять похідні вітаміну А. Недоліком відомого способу є неможливість з його допомогою виділення β-каротину з рослинної сировини на основі водорості Dunaliella Salina. Відомий «Спосіб одержання препарату βкаротину, диспергуємого у воді» [Патент Російської Федерації №2024505, МПК-5 С07С403/24, бюл. 23, 1994p.], що передбачає змішування каротиноїду, рідкої харчової олії, стабілізатора, наповнювача і летучого органічного розчинника, причому змішування вихідних компонентів проводять у двох стадіях, на першій з яких каротиноїд змішують з рідкою харчовою олією в співвідношенні 1:0,11÷2,4 і стабілізатором до одержання пастообразної маси, а на другий - пастообразну масу інтенсивно перемішують з наповнювачем, узятим у кількості 6,6 102÷200 102%, і летучим органічним розчинником у кількості 1800-2300% до маси каротиноїду до одержання порошку цільового продукту з наступною його досушкой до вологості 0,2÷0,3%, при цьому в якості наповнювача використовують лактозу, що вводять у суміші з галактозою в співвідношенні 1:1-19. Недоліками відомого способу є високі витрати енергії при невисокому виході готового продукту. Крім того, для реалізації відомого способу необхідне готове джерело каротиноїдів, а сам спосіб вимагає великих матеріальних витрат. При цьому одержуваний готовий продукт - β-каротин - не є жиророзчинним, що значно знижує його цінність. 5 17592 6 Відомий «Спосіб одержання каротину криста50°С, приводить до збільшення ступеню витягненлічного з моркви та гарбуза», який включає екстня каротину (у формі кристалічного) до 95%. ракцію каротину ацетоном при температурі кипіння Кристалізація каротину охолодженням до 5з подальшою кристалізацією при температурі 57°С не дозволяє збільшити ступінь витягнення 7°С у атмосфері інертного газу чи СО2 [Шнайдман каротину більш ніж 20% при використанні у якості Л.О.: Производство витаминов -М.: Пищевая проекстракційного реактиву ацетону. При використанмышленность, 1973. -с.438]. ні у якості екстракційного реактиву суміші ацетону Недоліком способу є необхідність переробки з петролейним ефіром у співвідношенні 10:1-7:1 значної кількості продукту (для вироблення 1кг ступінь витягнення каротину при кристалізації при каротину треба переробити 15т моркви), а також температурі від -1 до -5°С збільшується до 92%. низький загальний вихід каротину, не більш 20%. Інтенсифікація процесу кристалізації каротину ульВідомий також «Спосіб одержання каротину тразвуком частотою 35-46кГц, інтенсивністю 0,5кристалічного з водорості "Dunaliella salina", що 1,5вт/см2 на протязі 5-10с приводить до збільшенвегетує у соляних озерах та басейнах». Спосіб ня ступеню витягнення каротину при кристалізації включає руйнування водорості дезінтегруванням, з 92 до 95%. співосадження каротину з гідроксидами алюмінію Найбільш близьким по технічній сутності і техчи заліза, центрифугування, зневоднення одернічному результаті, що досягається, є «Спосіб жанного каротинового концентрату етиловим одержання каротину кристалічного з водорості, що спиртом та екстракцію каротину ацетоном при тевегетує у соляних озерах та басейнах», який мпературі кипіння останнього з подальшою крисвключає руйнування водорості дією ультразвукоталізацією каротину при температурі 5-7°С [Гемсвих коливань частотою 18-44кГц, інтенсивністю кул Ю.Ф. Технология производства препаратов ≥4вт/см2 протягом ≥3хв., співосадження на колеккаротина из водоросли соленых водоемов торі на основі гідроксиду магнію з інтенсифікацією "Dunaliella salina" для животноводства и пищевой ультразвуком частотою 18-44кГц, інтенсивністю промышленности. -Хим. технология, 1982. -№6. ≥1,5вт/см2 протягом ≥30с, при цьому каротин екстс.40-42). рагують концентратом суміші ацетону з петролейНедоліком способу є невелика ступінь витягним ефіром у співвідношенні 10:1/7:1 при темперанення каротину (у вигляді кристалічного), 20%. турі 45-50°С під дією ультразвукових коливань Крім того, даний спосіб потребує використання частотою 18-46кГц, інтенсивністю 0,5-2,0вт/см2 великої кількості солі заліза чи алюмінію. протягом 2хв. з подальшою кристалізацією кароВідомий «Спосіб одержання концентрату катину охолодженням до температури -1/-5°С при ротину у жирі, чи олії з водорості, що вегетує у інтенсифікації ультразвуком частотою 35-46кГц, 2 соляних озерах та басейнах», який включає руйінтенсивністю 0,5-1,5вт/см протягом 5-10с. нування водорості ультразвуком частотою 18Спосіб за найближчим аналогом здійснюють 44кГц, інтенсивністю >4вт/см2 на протязі >3хв. з таким чином. подальшим співосадженням на колекторі на основі 2000см3 розсолу обробляють ультразвуком гідроксиду магнію з інтенсифікацією ультразвуком частотою 18-44кГц, інтенсивністю ≥4вт/см2 на прочастотою 18-44кГц, інтенсивністю 1,5вт/см на протязі ≥3хв. Далі вводять 10см3 розчину гідроксиду тязі >30с, та екстракцією каротину з одержаного натрію (3моль/дм3), обробляють ультразвуком концентрату олією або жиром при 50-80°С з інтенчастотою 18-44кГц, інтенсивністю ≥1,5вт/см2 на сифікацією ультразвуком частотою 18-44кГц, інтепротязі ≥30с. Дають осаду осісти. Відокремлюють 2 нсивністю 0,5-1,5вт/см на протязі >4хв. [заявка осад сифонуванням та центрифугуванням. Осад №98062845 з рішенням про видачу патенту від двічі промивають дистильованою водою. Після 10.12.98p., МПК-6 С01D03/04]. кожної промивки воду віддаляють центрифугуванНедоліком способу є неспроможність отриням. Осад двічі промивають етиловим спиртом мання каротину у вигляді кристалічного. для зневодження. З одержаного концентрату двічі Якщо, з метою отримання каротину у вигляді екстрагують каротин 10см3 сумішшю ацетону з кристалічного, поєднати обидва останніх способів, петролейним ефіром у співвідношенні 10:1-7:1 при тобто отримати концентрат каротину (по Гемскул температурі 45-50°С під дією ультразвукових коЮ.Ф), а потім провести екстракцію та кристалізаливань частотою 18-46кГц, інтенсивністю від 0,5 цію каротину [по заявці №98062845], то у такому до 2,0вт/см2 на протязі ≥2хв. Далі центрифугують і разі загальний вихід каротину не перевищить 25%. кристалізують каротин охолодженням до темпераЦе пов'язано з невеликою ступінню витягнення тури від -1 до -5°С при інтенсифікації ультразвуком каротину (не більш 18%) при екстракції та його частотою 35-46кГц, інтенсивністю 0,5-1,5вт/см2 на втратами при кристалізації. протязі 5-10с. Після закінчення кристалізації та Ступінь витягнення каротину (у формі кристаосідання кристалів каротину, каротин кристалічний лічного) екстрагуванням з концентрату (отримановідділяють фільтруванням. Отриманий таким чиго після співосадження, промивання та зневодном, каротин запаюють у скляні ампули та зберінення) ацетоном при температурі кипіння, не гають у темному прохолодному місці. Операції перевищує 18%. Введення невеликої кількості пефільтрування та запаювання проводять у атмостролейного ефіру (11:1-7:1) дозволяє збільшити фері аргону або іншого інертного газу. Операцію ступінь витягнення каротину до 40%. Інтенсифікафільтрування та кристалізації каротину проводять ція екстрагування дією ультразвукових коливань ще раз, використовуючи одержаний фільтрат. Зачастотою 18-46кГц, інтенсивністю від 0,5 до гальний вихід каротину становить 95%. 2,0вт/см2 на протязі ≥2хв., при температурі 40Задачею корисної моделі є розробка способу одержання натурального β- каротину з водорості 7 17592 8 Dunaliella Salina з досягненням технічного резуль- зневоднювання «залізного концентрату» тату - спрощення і здешевлення технології отрипроводять методом простого отжима, наприклад, мання кінцевого продукту. за допомогою преса, або за допомогою фільтра Поставлена задача зважується тим, що в Бюхнера чи з центрифугуванням і застосуванням «Способу одержання натурального β-каротину з етилового спирту; водорості Dunaliella Salina», що включає осаджен- екстракцію зневодненого «залізного концентня водорості за допомогою солі металу, екстракрату» проводять в апараті Сосклета, та за допомоцію концентрату з використанням органічного розгою хімічно чистого органічного розчинника, начинника, кристалізацію каротину при низької приклад, ацетону, нагрітого до температури 50°С температурі, осадження і хімічну консервацію вопри співвідношенні «залізний концентрат» - ацедорості проводять з одержанням «залізного контон, рівному 10-15мг: 1мл в атмосфері інертного центрату», який зневоднюють, потім проводять газу, наприклад, вуглекислого газу, при постійному його екстракцію протягом 35-45хв у реакторі за перемішуванні, наприклад, за допомогою магнітної допомогою органічного розчинника з одержанням мішалки; «маткового розчину», який кристалізують у холо- екстракцію зневодненого «залізного концентдильнику протягом 5-6 годин при температурі мірату» проводять на петролейному ефірі; нус 6,0±0,5°С, після чого «матковий розчин» про- ліофілізація «маткового розчину» включає мивають холодним етиловим спиртом і проводять висушування у вакуумі при температурі не вище ліофілізацію кристалів «маткового розчину». Крім 30-40°С. того, осадження і хімічну консервацію водорості Технічний результат, який досягається, поляпроводять за допомогою трихлорістого заліза з гає спрощення і здешевлення технології отриманрозрахунку 1гр. на 1кг ропи, зневоднювання «заліня кінцевого продукту. зного концентрату» проводять методом простого Між суттєвими ознаками пристрою, що заявотжима, наприклад, за допомогою преса, або за ляється, і досягаємого з їхньою допомогою технічдопомогою фільтра Бюхнера чи з центрифугуванним результатом існує наступний причинноням і застосуванням етилового спирту, а екстракнаслідковий зв'язок. цію зневодненого «залізного концентрату» провоДійсно, у способі, який заявляється, спрощендять в апараті Сосклета, або за допомогою хімічно ня і здешевлення технології отримання кінцевого чистого органічного розчинника, наприклад, ацепродукту досягається за рахунок виключення нетону, нагрітого до температури 50°С при співвідобхідності придбання коштовної ультразвукової ношенні «залізний концентрат» - ацетон, рівному апаратури, використовуваної в прототипі, а також 10-15мг: 1мл в атмосфері інертного газу, наприза рахунок багаторазового повторного викорисклад, вуглекислого газу, при постійному перемішутання органічного розчинника - ацетону - для екстванні, наприклад, за допомогою магнітної мішалки, ракції продукту. також екстракцію зневодненого «залізного конценПроведений заявником аналіз рівня техніки, трату» проводять на петролейному ефірі, а ліофіщо включає пошук по патентних і науковолізація «маткового розчину» включає висушування технічних джерелах інформації, з виявленням у вакуумі при температурі не вище 30-40°С. джерел, які містять інформацію про аналоги техніСуттєвими ознаками способу, що заявляється, чного рішення, що заявляється, дозволяє устаноспільними з найближчим аналогом, є: вити, що заявником не виявлені аналоги, які хара- осадження водорості за допомогою солі мектеризуються всією сукупністю ознак, ідентичної талу; всім суттєвим ознакам пристрою, зазначеним у - екстракція концентрату з використанням орформулі корисної моделі, яка заявляється. ганічного розчинника; Тому можна затверджувати, що корисна мо- кристалізація каротину при низькій темперадель, яка заявляється, відповідає умові охоронозтурі. датності за критерієм «новизна». Суттєвими ознаками способу, які відрізняютьКрім того, корисна модель промислово застося від найближчого аналогу, є: совна, тому що спосіб, який заявляється, дозволяє - осадження і хімічну консервацію водорості використовувати його при виробництві препарату проводять з одержанням «залізного концентрату»; β-каротину, який використовується в харчовій - «залізний концентрат» зневоднюють; промисловості, медицині, фармакології і ін. - проводять екстракцію «залізного концентраМожливість здійснення корисної моделі, що ту» протягом 35-45хв. у реакторі за допомогою заявляється, підтверджується описом, що нижче органічного розчинника з одержанням «маткового приводиться, його практичної реалізації. розчину»; Сутність способу, який заявляється, полягає в - «матковий розчин» кристалізують у холодинаступному. льнику протягом 5-6 годин при температурі мінус У корисній моделі, що заявляється, реалізова6,0±0,5°С; на технологія екстрагування каротиноїдів з галофі- «матковий розчин» промивають холодним тної водорості дуналіелли шляхом витягу з натуетиловим спиртом і проводять ліофілізацію крисральної сировини за допомогою різних хімічних талів «маткового розчину». процесів потрібної сировини - β-каротину, LПриватними суттєвими ознаками способу, що каротину, Y-каротину. заявляється, є: Технологія одержання β-каротину з Dunaliella - осадження і хімічну консервацію водорості Salina включає кілька етапів. проводять за допомогою трихлористого заліза з 1 етап. Підготовка сировини. розрахунку 1гр. на 1кг ропи; 9 17592 10 Отриману вологу сировину засинають хлорЕкстрагування ведуть у реакторі з механічною ним залізом (чда, чх) з розрахунку 1гр на 1кг ропи. магнітною мішалкою, що являє собою магніт, який Це процес осадження, при якому відбувається обертається навколо апарата Сосклета, усередині хімічна консервація сировини. якого знаходиться металева пластина. 2 етап. Зневоднювання. При цьому температура реакційного газу в Концентрована ропа з хлорним залізом з висопроцесі екстрагування дорівнює температурі киким змістом дуналіелли зневоднюється за допомопіння цього газу, вільного від домішок кисню (вуггою: лекислий газ, азот), а час екстрагування складає - методом простого отжима (прес і т.д.); 30 хвилин з моменту закисання розчинника. - за допомогою фільтра Бюхнера, колби ВюрВихідні компоненти суміші беруть у кількостях, ца і вакуумного насоса. достатніх для одержання пересиченого розчину За допомогою методів зневоднювання практикаротину в ацетоні (10-15мг/мол). Отриманий ексчно цілком зневоднюють ропу й відфільтровують тракт поміщають на кристалізацію в холодильник непотрібну органіку. на 5-6 годин. Принципово цей процес заснований на ствоВиділення й ідентифікація каротину, як жироренні розрідженого середовища у фільтрі необхідрозчинного вітаміну, представляє визначених труного перетину. днощів. 3 етап. Екстракція. У цьому випадку необхідне екстрагування орРозчинення в органічних розчинниках трохи ганічними розчинниками в апараті Сосклета. відрізняється від розчинення у воді. Але вартість тваринної і рослинної сировини По-перше, якщо йде розчинення в летучих рообмежує виробництво каротину в промислових зчинниках (у нашому випадку - це в ацетоні), необмасштабах. хідно приймати міри, щоб цей розчинник не випаМетою дійсної корисної моделі є одержання βровувався. каротину з практично непридатної сировини - воПо-друге, якщо застосовують безводні роздорості, що засмічує сольові чеки і сольові озера чинники, необхідно попередити влучення в розСиваша. чинник вологи з повітря. З огляду на наявність достатньої сировинної Цей метод називається екстракцією. бази, можливо на протязі року збереження зібраДля цього використовують апарати Сосклета, ної сировини, консервованої хлорним залізом і у якому пари рідини надходять в екстрактор, згунизькотемпературною заморозкою. щаються в холодильнику, а рідина надходить у Таким чином, одержання кінцевого продукту широку частину екстрактора, куди поміщають ексможливо цілий рік, з обліком того, що пік відтвотрагуєму речовину. рення сировини приходиться на квітень-травень і Коли рівень рідини досягає рівня коліна відвівересень-жовтень (з урахуванням погодних умов). дної трубки, рідина по ній іде в колбу. При цьому Крім того, необхідно відзначити, що екстракція відбувається поступове розчинення речовини і можлива на петролейному ефірі. вона разом з розчином надходить у колбу, де її 4 етап. Ліофілізація. накопичується усе більше, при цьому кількість ріОтриманий у процесі екстрагування «матковий дини практично не змінюється. розчин», після кристалізації в холодильнику, проЦе дозволяє обмеженим обсягом розчинника мивають холодним етиловим спиртом і висушують витягти необмежену кількість екстрагуємої речоу вакуумі (розрідженому середовищу) при темпевини, тому що вона увесь час обробляється чисратурі 30-40°С. тим розчинником. Утрати пігменту при цих операціях складають Екстрагування проводять тільки хімічно чисне більш 2-3%. тим розчинником, а не технічним продуктом, тому Вихід продукту складає 25-35% (від 100% рощо в останньому випадку екстрагуєма речовина пи). неминуче забруднюється. Отримані в процесі ліофілізації кристали готові Техніка лабораторного екстрагування досить до упакування в герметичні поліетиленові пакети. розроблена і не представляє проблем - для цього Для одержання масляного розчину кристали необхідно мати якісні реактиви і сировину. розводять при нагріванні в рафінованій олії в потВітамін А традиційно одержують із тваринної рібній концентрації, а потім отриманий розчин збесировини чи з моркви, що обходиться дуже дорорігають у каністрах. го. Отриманий по даному способі β-каротин є наСпосіб, що заявляється, заснований на одертуральним, у зв'язку з чим він заміняє синтетичні жанні каротину з досить дешевої сировини - водобарвники, забезпечуючи широку колірну гаму. рості. Крім того, натуральний β-каротин, отриманий Сировина мається в достатній кількості, а при по даному способі, має тривалий термін зберенаявності двох періодів вегетації (травень-квітень і ження, тому можливо збільшити терміни його реавересень-жовтень) заготівля його цілком рентабелізації. льна за умови консервації за допомогою хлорного Натуральний β-каротин має підвищену біологізаліза і збереженні його в замороженому вигляді, чну і харчову цінність, тому всі основні корисні що дозволяє використовувати сировину цілий рік. властивості β-каротину, зазначені вище і які стоДля одержання кристалічного каротину смолку суються в т.ч. і для синтетичного β-каротину, у чи збезводнений «залізний концентрат», що міснатуральному β-каротині посилені багаторазово. тить каротин, обробляють до повного розчинення З огляду на усе вищевикладене, можна зробигарячим ацетоном. ти висновок, що задача, поставлена в дійсній ко 11 17592 12 рисній моделі - розробка способу одержання натуспрощення и здешевлення технології отримання рального β-каротину з водорості Dunaliella Salina кінцевого продукту. виконується з досягненням технічного результату Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601