Спосіб одержання природного антиоксиданту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к масложировой и может быть использовано для получения природных антиоксидантов, применяемых для стабилизации жиров и масел, а также для производства лечебно-профилактических продуктов и напитков. Учитывая неудовлетворительное состояние окружающей среды, обусловленное повышенным уровнем радиации и техногенным загрязнением, актуальной проблемой является разработка таких способов получения природных антиоксидантов, которые обеспечивали бы придание им как высоких антиокислительных, так и лечебно- профилактических свойств, позволяющих улучшать функцию основных защитных систем организма. Известен способ получения антиоксиданта из листьев розмарина или шалфея путем экстракции спиртом или ацетоном, затем экстрагент отгоняют и к сухому остатку (экстракту) добавляют водный раствор щелочи и далее неполярный органический растворитель, например, гексан. Для извлечения веществ с антиокислительным действием, отделяют гексановый раствор антиоксидантов от водного раствора, который после нейтрализации кислотой вторично обрабатывают гексаном для более полного извлечения полезных веществ [1]. Описанный способ является длительным, трудоемким и достаточно сложным, так как требует двухкратной обработки экстракта неполярным органическим растворителем, промывание органического слоя водой почти до нейтральной реакции, отгонки растворителя и перегонки остатка с паром в связи с токсичностью гексана. Описанный способ предусматривает выделение лишь фенольной составляющей из экстракта и не выделяет органических кислоти аминокислот, являющихся синергистами фенольных соединений, а поэтому не обеспечивает получение антиоксидантов с высокими антиокислительными свойствами. Клиническими экспериментами показано, что водный настой растения розмарин обладает лишь желчегонным и тонизирующим действием [Дудченко Л.Г., Козьяков А.С., Кривенко В.В. Пряно-ароматические и пряно-вкусовые растения. - Киев: "Наукова думка", 1989, с.201]. Придать новые лечебные свойства получаемым антиоксидантам или ощутимо усилить известные лечебные свойства, обусловленные использованием растительного сырья розмарин, не представляется возможным в связи с тем, что способ не позволяет получать антиоксиданты с достаточно высокой их активностью. Известен способ получения природных оксидантов из аналогичного сырья, разработанный в последние годы в США, заключающийся в экстрагированные травы розмарина или шалфея ацетоном в аппарате Сокслета с последующим разбавлением экстракта ацетоном до содержания сухих веществ 5-50%, отстаивании экстракта до выпадения осадка, отделении ацетонового раствора антиоксидантов, с последующим удалением растворителя [2]. По сравнению с описанным данный способ менее сложный в осуществлении, так как экстрагирование осуществляется в один этап одним и тем же растворителем. Однако, как и описанный ранее, данный способ не обеспечивает выделение, наряду с фенольными соединениями, также их синергистов, что отрицательно сказывается на антиоксидантной активности и лечебно-профилактическом действии получаемых антиоксидантов. Наиболее близким техническим решением к изобретению, принятым за прототип является способ получения природного антиоксиданта, включающий экстракцию листьев чая 40-75%-ным водным раствором этанола при комнатной температуре в течение до 24 часов, промывание содержащего экстракт раствора хлороформом для удаления пигментов, смешивание отмытого экстракта с органическим растворителем для перевода его в растворитель, отделение органического растворителя от веществ с антиокислительным действием и концентрирование экстракта [3]. Поскольку в качестве сырья в известном способе используют листья чая стало возможным несколько усилить антиоксидантную активность целевого продукта и его лечебно-профилактическое действие. Это обусловлено тем, что танин чая, который состоит преимущественно из катехинов, относится к полифенольным соединениям, которые обладают свойствами антиоксидантов. Наряду с этим содержащийся в чае танин обладает антивоспалительными свойствами, а кофеин активизирует центральную нервную систему. Однако, как и другие известные способы, данный способ не обеспечивает извлечение из экстракта синергистов фенольных соединений. Проведение процесса экстрагирований водным раствором этанола при комнатной температуре дает возможность извлечь из сырья лишь незначительную часть органических кислот и аминокислот, которые затем на втором этапе при обработке отмытого экстракта органическим растворителем для выделения фенольных веществ, представленных чайным танином, практически полностью удаляются, так как действие выбранного растворителя направлено на извлечение танина, а не синергистов фенольных веществ. Осуществление процессе экстрагирования настойным методом однократной обработкой сырья экстрагентом существенно снижает эффективность процесса, что обуславливает невысокий выход фенольных веществ, который согласно известному способу составляет 30-70%. Невысокая антиоксидантная активность ограничивает лечебно-профилактическое действие продукта. Многоэтапность технологического процесса, наличие операций, требующих использования ручного труда, усложняют способ, увеличивают его длительность, создают трудности при получении антиоксидантов, повышают стоимость их производства. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ получения природного антиоксиданта, в котором выполнение новых технологических режимов экстрагирования позволило бы обеспечить повышение антиоксидантной активности и придание продукту антитоксических свойств и за счет этого повысит стабильность качества жиров при хранении, а также усилить и расширить лечебно-профилактическое действие антиоксидантов, выражающееся в торможении процессов перекисного окисления липидов мембраны клетки организма человека, происходящие под действием токсичных элементов, повышая устойчивость организма к техногенному загрязнению внешней среды, а обеспечение осуществления процесса непрерывно и многократно экстрагирования в новом технологическом режиме позволило бы исключить многоэтапность этого процесса и повысить эффективность экстрагирования и за счет этого упростить и сократить длительность процесса, а также увеличить выход экстрагируемых веществ с антиокислительным действием. Это достигается благодаря тому, что в способе получения природного антиоксиданта, предусматривающем экстракцию растительного сырья водным раствором этанола, концентрирование согласно изобретению в качестве растительного сырья используют траву мать-и-мачехи или траву зверобоя и экстракцию проводят в противоточном экстракторе непрерывного действия 56-80%-ным водным раствором этанола при 55-60 С в течение 4-6 часов, при этом в экстрагент предварительно добавляют хлористый кальций в количестве, обеспечивающем содержание ионов кальция 95-100 шт. - экв/дм3 и экстрагент подкисляют. Использование в качестве экстрагента 56-80%-ного водного раствора этанола, содержащего 95-100 мгэкв/дм3 ионов кальция и проведение экстрагирования полезных веществ при 55-60° С в отличие от прототипа позволяет получать целевой продукт с высоким антиокислительным действием в один этап. Повышение антиоксидантной активности достигается тем, что предложенный режим позволяет извлекать из сырья как фенольные вещества, так и их синергисты (органические кислоты и аминокислоты), причем, в том их количестве, по отношению к фенольным веществам, которое обеспечивает максимально возможную антиоксидантную активность получаемого продукта. Проведение процесса экстракции в противоточном экстракторе непрерывного действия при указанном технологическом режиме позволяет в отличие от прототипа, осуществлять обработку сырья экстрагентом многократно, непрерывно и при том в условиях оптимально массопереноса, чем достигается интенсификация процесса экстрагирования и увеличение выхода экстрактивных веществ, обладающих антиокислительным действием. Как известно, экстракты трав мать-и-мачехи и зверобоя обладают лишь противовоспалительным и желчегонным действием. Обработка этих трав водным раствором этанола в условиях нового технологического режима экстрагирования обеспечивает придание антиоксидам нового свойства антитоксичного, что усиливает расширяет и делает более эффективным их лечебно-профилактическое действие (см. табл.2). Использование в качестве растительного сырья травы мать-и-мачеха или зверобоя позволяет значительно расширить сырьевую базу для получения высокоактивных природных антиоксидантов, сделать способ доступным к использованию в различных регионах страны, так как травы мать-и-мачехи и зверобоя в отличии от трав, используемых в известных способах, являются недефицитными и повсеместно произрастающими. Способ осуществляют следующим образом. В противоточный экстрактор непрерывного действия направляют высушенную и измельченную траву мать-и-мачехи или зверобоя, а противотоком к сырью подают экстрагент, представляющий собой 56-80%-ный водный раствор этанола подкисленный до рН 4-6 и содержащий ионы кальция в количестве 95-100 мг-экв/дм3 и экстракцию проводят при 55-60° С в течение 4-6 часов. Полученный экстракт концентрируют упариванием при пониженном давлении до получения массовой доли сухих веществ не менее 60%. Пример 1. Сухую и измельченную до размеров частиц 3-5 мм траву мать-и-мачехи в количестве 0,9 кг в 1 ч. подавали в шнековый вертикальный противоточный экстрактор непрерывного действия в его нижнюю часть, а предварительно приготовленный экстрагент, представляют подкисленный до рН-4 56%-ный водный раствор этанола, содержащий 95 мг-экв/дм3 ионов кальция, нагретый до 56° С и в количестве 6,62 кг в 1 ч подавали в экстрактор противотоком к сырью. .Экстракцию проводят при указанной температуре в течение 4 часов. Полученный экстракт антиоксиданта в количестве 5,5 кг с массовой долей сухих веществ 4,0% концентрированным упариванием при 0,02 МПа (152 мм рт.ст.) до получения массовой доли сухих веществ 60,5%. Выход экстрактивных веществ с антиоксидантными свойствами составил 95,0%, при этом состав антиоксиданта в процентах от общего содержания сухих веществ следующий; фенольные вещества в пересчете на хлорогеновую кислоту 75,4; органические кислоты в пересчете на яблочную кислоту 7,0; аминокислоты 5,6. Антиоксидантная активность определялась по скорости инициированного окисления стирола в стандартных условиях (концентрация инициатора азо-изо-бутиронитрила - 2·10-3 моль/дм3 · С, температура реакционной среды 344 К) и составила для целевого продукта 0,07 · 10-5 г-моль/дм3 · С. Период индукции перекисного окисления липидов (ПОЛ) составил 60,0 мин. Пример 2. Выполняем аналогично примеру 1, в качестве растительного сырья использовали траву зверобоя, которую в экстрактор подавали в количестве 1.7 кг в 1 ч, экстракцию проводили аналогичным по составу экстрагентом в количестве 13,5 кг в 1 ч при тех же режимных параметрах, что и в примере 1. Получено 11,5 кг екстрагента антиоксиданта, который затем концентрировали. Выход экстрактивных веществ, обладающих антиоксидантными свойствами, составил 95,3%, при этом содержание фенольных веществ в пересчете на хлорогеновую кислоту 75,8% общего содержания сухих веществ; органических кислот в пересчете на яблочную 7,1% общего содержания сухих веществ; аминокислот 5,7% общего содержания сухих веществ. Антиоксидантная активность 0,068 · 10-5 г-моль/дм3 · С. Период индукции ПОЛ 65,0 мин. Пример 3. Выполняем аналогично описанным в качестве растительного сырья использовали траву матьи-мачехи, при этом экстракцию проводили 80%-ным водным раствором этанола, нагретым до 60° С и подкисленным до рН-6, в который предварительно был внесен хлористый кальций в количестве, обеспечивающем содержание в экстрагенте ионов кальция 100 мг-экв/дм3. Длительность экстракции 6 часов. Получено 5,6 кг экстракта антиоксиданта, который затем концентрировали. Выход экстрактивных веществ, обладающих антиоксидантными свойствами, составил 97,0%, при этом состав антиоксиданта в процентах от общего содержания сухих веществ следующий: фенольные вещества в пересчете на хлорогеновую кислоту 76,0%; органические кислоты в пересчете на яблочную кислоту 7,2%; аминокислоты - 5,7%. Антиоксидантная активность - 0,5 · 10-5 г-моль/дм3·С. Период индукции ПОЛ 70,0 мин. Пример 4. Выполняли аналогично описанным, в качестве растительного сырья использовали траву зверобоя. Экстракцию проводили при тех же технологических и режимных параметрах, что и в примере 3. Получено 11,6 кг экстракта антиоксиданта, который затем концентрировали. Выход экстрактивных веществ, обладающих антиоксидантными свойствами, составил 97,5% при этом состав антиоксиданта в процентах от общего содержания сухих веществ следующий: фенольные вещества в пересчете на хлорогеновую кислоту 76,5; органические кислоты в пересчете на яблочную кислоту 7,2; аминокислоты 5,8. Антиоксидантная активность - 0,052 · 10-5 г-моль/дм3·С. Период индукции ПОЛ 69,0 мин. Изучение антиоксидантной активности и других показателей целевого продукте проведено на 12-ти примерах, которые выполнялись аналогично описанным. В табл.1 показаны результаты испытаний и для сравнения антиоксидантная активность - токоферола, широко применяемого в качестве консерванта жиров в пищевой промышленности, а также приведены имеющиеся в описании изобретения, данные испытаний антиоксиданта. полученного известным способом. Из данных таблицы следует, что при использовании в качестве растительного сырья как травы мать-имачехи, так и травы зверобоя предложенные технологические параметры процесса экстрагирования веществ, обладающих антиокислительными свойствами, обеспечивают увеличение выхода экстрактивных веществ от 74,0-82,0% (примеры 14-17) до 95-97,5% (примеры 1-8) или на 15,5- 21,0%, при этом содержание высокоактивных фенольных веществ в экстракте увеличивается от 72% СВ (пример 15) до 75,4-76,3% СВ (примеры 1,8) или на 3,4-4,3% СВ. В отличие от прототипа, наряду с фенольными веществами экстрагируются также и синергисты органические кислоты и аминокислоты, суммарное содержание которых составляет 12,6-12,9% СВ, которые обеспечивают значительное повышение антиокислительных свойств продукта. Для возможности сравнения антиокислительного действия природных антиоксидантов, полученных по изобретению, антиоксидантная активность и период индукции перекисного окисления липидов с использованием этих оксидантов определялись, как и в известном способе, относительно a-токоферола. Антиоксидантная активность антиоксидантов, полученных по изобретению, и a-токоферола определялась по скорости инициированного окисления стирола в стандартных условиях (концентрация инициатора азо-изобутирнитрила - 2·10-3 моль/дм3·С, температура реакционной среды 344 К). При этом, концентрация антиоксидантов в окисляемом продукте составила 0.0003 мас.%, а концентрация -токоферола в 3 раза превышала концентрацию антиоксидантов и составила 0,0009 мас.%. Данные таблицы показывают, что антиоксидантная активность целевого продукта, полученного по изобретению, (примеры 1-8), с учетом концентрации антиоксидантов в окисляемом продукте в 24-34 раза выше активности a-токоферола (0,05-0,07 · 10-5 г/моль/дм3С при 0,0003 мас.% против 0,57 · 10-5 г/моль/дм3С при 0,0009 мас.%. в то время как антиоксидантная активность целевого продукта, согласно известному способу лишь в 10-20 раз превышает активность a-токоферола. Следовательно использование антиоксидантов, полученных по изобретению для стабилизации жиросодержащих пищевых продуктов обеспечивает по сравнению с прототипом снижение скорости окисления стирола более, чем в 2 раза. О высоком антиокислительном действии целевого продукта свидетельствуют и сравнительные показатели длительности периода медленного окисления липидов (период индукции) с использованием антиоксидантов. Как следует из графика, приведенного в описании известного способа, отражающего результаты исследования антиоксидантного действия различных типов антиоксидантов на растительное масло (фиг.2), период индукции окисления масла в присутствии токоферола составляет 10 часов, а при добавлении в окисляемую среду взамен токоферола антиоксиданта из чая период индукции составляет 35 часов, т.е. возрастает в 3,5 раза. Как следует из таблицы 1, период индукции перекисного окисления липидов в присутствии антиоксидантов, полученных по изобретению, по сравнению с a-токоферолом возрастает от 9 мин (пример 13) до 60-70 мин (примеры 1-8) или в 6,7-7,8 раза. Следовательно, антиокислительное действие антиоксидантов, полученных по изобретению, более чем в 2 раза превышает антиокислительное действие антиоксидантов, полученных известным способом. Благодаря тому, что процесс экстракции по изобретению осуществляется методом противотока в одной несложной в работе установке обеспечивает возможность непрерывно и многократно обрабатывать экстрагентами сырье в предложенном режиме, достигается по сравнению с прототипом сокращение длительности процесса от 24 часов до 4-6 часов или в 4-6 раз, упрощение процесса и уменьшение трудоемкости, обусловленной настойным методом экстрагирования, что значительно удешевляет предложенный способ получения природного антиоксигента. Примеры 9-12 свидетельствуют о том, что выход за пределы режимных параметров реализации изобретения приводит к резкому уменьшению выхода целевого продукта и снижению его антиоксидантной активности. Так, уменьшение значений параметров ниже нижнего их предела (примеры 9,10) приводит к резкому снижению антиокислительного действия продукта: антиоксидантная активность уменьшилась в 3,5-4 раза (скорость окисления увеличилась от 0,05-0,07 · 10-5 гмоль/дм3С до 0,24-0,25 · 10-5 г-моль/дм3С). а период индукции перекисного окисления липидов уменьшился в 2,5-2,8 раза (от 60-70 мин до 24-25 мин). При этом выход экстрактивных веществ уменьшился от 95-97,5% до 77-77,5%, т.е. находится на уровне прототипа. Еще ощутимее отрицательно сказывается на анализируемых показателях выход за пределы максимальных значений режимных параметров реализации изобретения. Так. незначительное увеличение значений параметров выше их верхних пределов (примеры 11, 12) значительно ухудшает эффективность способа, так как резко снижается выход наиболее активной составляющей антиоксиданта - фенольных веществ, содержание которых уменьшается практически на 10% относительно их содержания в антиоксиданте, подученном известным способом и составляет порядка 62% (против 72% по прототипу). Значительно ухудшаются показатели, характеризующие антиокислительное действие целевого продукта: скорость окисления стирола возрастает практически в 3-4 раза (от 0,05-0,07 · 10-5 г-моль/дм3С до 0,19-0,20 · 10-5 г-моль/дм3С), а период индукции ПОЛ уменьшился более, чем в 3 раза (от 60-70 мин до 20-22 мин). Решение задачи - придание антиоксидантам, полученным по изобретению, антитоксического свойства подтверждено исследованиями Нижегородского НИИ детской гастроэнтерологии (исследование эффективности действия антиоксидантов растительного происхождения и разработка рекомендаций по их использованию в напитках. - Отчет о НИР НИИ детской гастроэнтерологии. Н.Новгород, 1992). 36 больных, составляющих 2 группы детей, с хронологическими заболеваниями желудочно-кишечного тракта получали антиоксиданты, полученные по изобретению. При этом первая группа больных получала антиоксидант, полученный из травы мать-и-мачехи, а вторая - из травы зверобоя. Курс лечения составил 21 день. Дети получали экстракт 3 раза в день из расчета 1 капля концентрированного экстракта на год жизни. Антитоксические свойства антиоксидантов оценивали по их влиянию: на редокс-систему гмотатиона по активности глютатион пероксидазы в крови больного; на активность перекисного окисления липидов по изменению содержания молонового диальдегида эритроцитов и плазмы; на защитные силы организма по содержанию сульфгидрильных групп. Результаты клинических исследований приведены в табл.2. Из данных табл.2 следует, что после завершения приема антиоксидантов у больных детей отмечалось: - повышение активности гмотатион-пероксидазы на 30% (до лечения 398,9±4-396,5 ±51,3, после лечения 518,6±40,2 - 516,3±48.4), что свидетельствует о стимулирующем влиянии антиоксидантов на редокс-систему глютатиона больного, обеспечивая конъюгацию электрофильных токсинов с глютатионом, нековалентное связывание гидрофобных токсинов, ковалентное связывание сильных электрофильных токсинов в том числе канцерогенов; - снижение уровня молонового диальдегида в крови на 30-37% (до лечения 65,6 ±2,5-91,3 ±3,2, после лечения 45,9±2,0-57,5±2,7). что обеспечивает нейтрализацию активных форм кислорода и перекисей липидов; - повышение содержания сульфгидрильных групп в организме на 13-15% (до лечения 14,4±2-15,2±1,5, после лечение 16.3±2,2-17,5±2,0), что обеспечивает неферментную и ферментную детоксикацию группы электрофильных токсинов. Наличие у антиоксидантов. полученных по изобретению, высокого антиокислительного действия и антитоксических свойств позволяет рекомендовать их к использованию как в качестве добавки к жиросодержащим пищевым продуктам для увеличения длительности их хранения, так и для лечения и профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем радиации и техногенным загрязнением внешней среды.