Спосіб розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій на чисті ароматичні компоненти препаративною газовою хроматографією

Реферат: Винахід належить до способу фракціонування ефірних олій та може бути використаний у харчовій, ефіроолійній промисловості та виробництві натуральних ароматизаторів. Спосіб розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій препаративною газовою хроматографію передбачає фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на насадковій колонці. Згідно з винаходом фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на чисті ароматичні компоненти проводять на насадковій колонці з використанням градієнтів розміру зернин твердого носія і кількості нанесення середньополярної нерухомої фази та підвищенням її ефективності до 570600 теоретичних тарілок. Винахід дозволяє виділити ароматичні речовини з вмістом до 5 % у вихідній ефірній олії для встановлення їхньої оптичної активності, органолептичних властивостей, ступеня чистоти та перспективності у створенні вишуканих і оригінальних ароматичних композицій. UA 102171 C2 (12) UA 102171 C2 UA 102171 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до способу фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій та може бути використаний у харчовій, ефіроолійній промисловості, виробництві натуральних ароматизаторів. Відомий спосіб фракціонування ефірних олій імітованою дистиляцією з застосуванням препаративної газової хроматографії передбачає проведення фракціонування в порядку зростання температур кипіння ароматичних речовин на насадковій колонці з використанням градієнтів розміру зернин твердого носія та кількості середньополярної нерухомої фази з наближенням числа теоретичних тарілок до числа теоретичних тарілок ректифікаційної колони (Патент України на винахід № 52811;опубл. 10.09.2010, Бюл. № 17). Недоліком цього способу є складність виділення чистих ароматичних компонентів з низьким вмістом у вихідній ефірній олії, цінних для створення оригінальних і вишуканих ароматичних композицій, та визначення їхньої оптичної активності, органолептичних властивостей, ступеня чистоти та перспективності у виробництві натуральних ароматизаторів. В основу винаходу покладено створення способу розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій з використанням препаративної середньополярної хроматографічної колонки високого ступеня ефективності та селективності щодо терпенових вуглеводнів та кисневмісних сполук. Це дає можливість виділяти ароматичні речовини з низьким вмістом у вихідній ефірній олії (до 5 %) для встановлення їхньої оптичної активності, органолептичних властивостей, ступеня чистоти та перспективності у відтворенні як традиційних ароматів, так і створенні вишуканих і оригінальних ароматичних композицій. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій препаративною газовою хроматографію передбачає фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на насадковій колонці. Згідно з винаходом фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на чисті ароматичні компоненти проводять на насадковій колонці з використанням градієнтів розміру зернин твердого носія і кількості нанесення середньополярної нерухомої фази та підвищенням її ефективності до 570-600 теоретичних тарілок. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими в процесі ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному. Процес розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій забезпечується препаративною градієнтною колонкою високої ефективності (570-600 теоретичних тарілок) для уникнення складності виділення чистих ароматичних компонентів ефірних олій з їх низьким вмістом у ній, цінних для створення оригінальних і вишуканих ароматичних композицій, та визначення їхньої оптичної активності, органолептичних властивостей, ступеня чистоти та перспективності у виробництві натуральних ароматизаторів. Насадка препаративної колонки розділена на чотири секції в порядку спадання розміру зернин твердого носія від 3,00 до 0,56 мм. Нерухома фаза наноситься на секції твердого носія в порядку зменшення її концентрації від 25 до 15 %. Колонка заповнюється секціями насадки у відповідному порядку: на початку - максимальний розмір зерен, в кінці - мінімальний. Градієнтний характер колонки забезпечує необхідну ефективність та селективність колонки по відношенню до основних ароматичних речовин ефірних олій (табл. 1). Таблиця 1 Характеристика препаративної колонки Твердий носій Нерухома фаза Діаметр колонки, мм Довжина колонки, м Ефективність колонки за лімоненом, теоретичні тарілки Висота еквівалентної теоретичної колонки, мм Селективність колонки за лімоненом та карвоном Продуктивність колонки, мл/год. 45 Хромосорб А (з зернінням 0,56…3,00 мм) ПЕГ-6000 з концентрацією нанесення 15… 25 % 10 5 570-600 8,3 3,7 0,9-1,2 Вловлювання чистих ароматичних речовин ефірних олій здійснюється на виході препаративної колонки у збірник, який складається з чотирьох скляних вловлювачів з регульованим чотириходовим краном. Для максимального ступеня конденсації 1 UA 102171 C2 використовується посудина Дьюара з охолоджуючим середовищем, за яке може використовуватися рідкий азот, сухий лід, сіль з водою. Експериментально встановлені умови препаративного газохроматографічного розділення ефірних олій (табл. 2). 5 Таблиця 2 Умови препаративного газохроматографічного розділення ефірних олій 3 Швидкість потоку газу-носія, см /хв інжектора, °С термостата колонки, °С Температура збірника, °C посудини Дьюара, °C детектора, °С 10 15 20 25 30 35 40 85-90 180-250 120-200 180-250 -20-(-15) 250 За встановлених умов проводиться препаративне газохроматографічне розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій з одержанням чистих ароматичних речовин. Спосіб здійснюється наступним чином. Збірник ароматичних речовин підключається на виході з хроматографічної колонки. До збірника приєднуються конусоподібні скляні пробірки вловлювачі фракцій, які занурюються в посудину Дьюара, заповнену сухим льодом з ацетоном. Це забезпечує температуру конденсації ароматичних речовин в межах -20-(-15) °C. Включається хроматограф і встановлюються робочі режими згідно з таблицею 2. В інжектор 3 шприцом вводиться 0,6…0,8 см ефірної олії або вузької фракції ефірної олії. При появі на хроматограмі початку піку ароматичної речовини тумблером відкривається вхід у вловлювач фракцій. Виділення продовжується до кінця піку індивідуальної речовини на хроматограмі, що вказує на закінчення її виходу. Після того вхід до вловлювача фракцій закривається тумблером. Встановлюється час виходу конкретної ароматичної речовини та підбираються межі її відбору. Напрацювання необхідних кількостей ароматичних речовин проводиться шляхом однотипних розгонок ефірних олій або їх вузьких фракцій. Отримання ароматичних речовин високого ступеня чистоти та забезпечення максимального ступеня збагачення цільовим компонентом досягається повторним препаративним газохроматографічним розділенням вузьких фракцій. Приклад 1 Для отримання вузьких фракцій з ефірної олії кропу проводили її вакуумну ректифікацію на першу, другу, третю фракції і кубовий залишок. Першу фракцію виділяють за тиском 2,0-2,4 кПа в кількості 18,1-18,3 мас. %, другу фракцію - за тиском 0,9-1,1 кПа в кількості 11,55-11,65 мас. %, третю фракцію - за тиском 0,9-1,1 кПа в кількості 45,72-45,82 мас. %, кубовий залишок - в кількості 22,27-22,38 мас. %. Одержані вузькі фракції розділяли препаративною хроматографією (ПХ) на чисті ароматичні компоненти наступним чином. Фракціонували 0,6-0,8 мл кожної вузької фракції ефірної олії кропу за встановленими умовами в режимі лінійного програмування температури термостата колонки. Оптимальні умови виділення ароматичних компонентів ефірної олії кропу становлять: температура термостата колонки програмується від 150 до 190 С зі швидкістю 3 °C/хв, температура інжектора - 250 °C, температура в посудині Дьюара - -20 °C. Збірник ароматичних компонентів занурюють в посудину Дьюара, наповнений сумішшю сухого льоду з ацетоном. При оптимальних умовах вдається досягти повноти збору близько 80 %. Встановлено чіткі межі відбору кожної фракції ПХ (чистого ароматичного компонента) ефірної олії кропу та зміну їх аромату залежно від часу відбору, що показано у табл. 3. При звуженні меж відбору ароматичність фракцій має більш виражені відмінності. 2 UA 102171 C2 Таблиця 3 Розділення вузьких фракцій ефірної олії кропу препаративною хроматографією Фракції ВР 1 24,8…29 24,8…27 2 28,0…29,1 3 29,8…31,4 1 28,0…31,2 2 32,5…48,7 3 49,7…52,2 1 54,9…62,3 2 Третя 15,3…16,4 1 Друга 2 3 Перша Інтервал часу виходу, хв 0…8.8 64,8…75,47 Фракції ПХ Четверта Об'єм Кількість Характеристика аромату зразка, мл фракції, мл 0,6 0,25 Насичений хвойний аромат Різкий трав'яний аромат з 0,22 хвойними тонами Насичений лимонний аромат з 0,11 хвойними тонами 0,6 Насичений лимонний аромат з 0,37 трав'янистими й хвойними тонами 0,13 Різкий терпкий аромат Насичений пряний аромат із 0,09 тоном польових квітів 0,6 Насичений пряний аромат з 0,13 терпкими тонами й тонами польових квітів Квітковий аромат з тонами 0,39 конвалії 0,6 Квітковий аромат з тонами 0,09 свіжого кропу Аромат кропу з квітковими 0,08 тонами Насичений аромат свіжого 0,51 кропу Компонентний склад вузьких фракцій ефірної олії кропу вакуумної ректифікації (ВР) та виділених компонентів препаративною хроматографією (ПХ) наведено у табл. 4. 5 Таблиця 4 Компонентний склад вузьких фракцій ефірної олії кропу вакуумної ректифікації (ВР) та виділених компонентів препаративною хроматографією(ПХ) Ідентифіковані Масова частка, Ідентифіковані Масова частка, Фракції ВР Фракції ПХ компоненти % компоненти % 52,1 Перша 100 -пінен -пінен 39,2 Друга 100 -феландрен -феландрен Перша лімонен 7,1 Третя лімонен 81,6 цінеол 1,6 цінеол 18,4 Друга Перша 0,24 0,34 -пінен -пінен 0,44 0,63 -феландрен -феландрен лімонен 69,47 лімонен 99,03 цінеол 17,36 Друга цінеол 100 6,2 Третя 100 -феландрен -феландрен Третя цінеол 3,63 Перша цінеол 40,06 5,43 59,93 -феландрен -феландрен ліналоол 78,62 Друга ліналоол 100 ліналілацетат 11,32 Третя ліналілацетат 63,77 дигідрокарвон 6,43 дигідрокарвон 36,22 Четверта ліналоол 12,40 Перша ліналоол 32,87 ліналілацетат 3,68 ліналілацетат 50,41 дигідрокарвон 1,22 дигідрокарвон 16,72 карвон 92,7 Друга карвон 100 3 UA 102171 C2 5 10 15 Приклад 2 Для отримання вузьких фракцій з ефірної олії кмину проводили її вакуумну ректифікацію (ВР) на першу, другу, третю фракції і кубовий залишок (4). Першу фракцію виділяють за тиском 2,6-2,64 кПа в кількості 3,1-3,5 мас. %, другу фракцію - за тиском 2,6-2,64 кПа в кількості 39,540,2 мас. %, третю фракцію - за тиском 0,89-0,92 кПа в кількості 49,4-50,6 мас. %, кубовий залишок - в кількості 5,57-5,6 мас. %. Одержані вузькі фракції розділяли препаративною хроматографією (ПХ) на чисті ароматичні компоненти наступним чином. Фракціонували 0,6-0,8 мл кожної вузької фракції ефірної олії кмину за встановленими умовами в режимі лінійного програмування температури термостата колонки. Оптимальні умови виділення ароматичних компонентів ефірної олії кропу становлять: температура термостата колонки програмується від 150 до 190 °C зі швидкістю 3 °C/хв, температура інжектора - 250 °C, температура в посудині Дьюара -20 °C. Збірник ароматичних компонентів занурюють в посудину Дьюара, наповнений сумішшю сухого льоду з ацетоном. При оптимальних умовах вдається досягти повноти збору близько 80 %. Встановлено чіткі межі відбору кожної фракції ПХ (чистого ароматичного компонента) ефірної олії кмину та зміну їх аромату залежно від часу відбору, що показано у табл. 5. При звуженні меж відбору ароматичність фракцій має більш виражені відмінності. Таблиця 5 Розділення вузьких фракцій ефірної олії кмину препаративною хроматографією Фракції ВР 1 1 24,8…27 24,8…31 2 32,5…58,7 36…41,4 1 42,2…45,6 2 49,7…52,2 3 20 16,8…20 3 Четверта 3 1 Третя 13,2…14,8 4 Друга 0…12,9 2 Перша 2 Інтервал часу виходу, хв 3 54,9…62,3 1 64,8…75,4 Фракції ПХ Об'єм Кількість Характеристика аромату проби, мл фракції, мл 4 5 6 0,6 Поєднання аромату хвої з 0,06 трав'яними тонами 0,12 Різкий трав'яний аромат Насичений трав'яний аромат з 0,26 цитрусовими тонами Насичений лимонний аромат з 0,14 трав'янистими тонами 0,6 Насичений лимонний аромат з 0,38 трав'янистими тонами Квітковий аромат із тоном 0,П польових квітів Насичений терпко-пряний 0,1 аромат із тоном кмину 0,6 Насичений терпко-пряний 0,1 аромат із тоном камфори Насичений трав'яний аромат з 0,35 пряними й кминними тонами Кминний аромат з терпко0,14 пряними тонами Насичений аромат зрілого 0,6 0,45 насіння кмину Компонентний склад вузьких фракцій ефірних олій кропу вакуумної ректифікації (ВР) та виділених компонентів препаративною хроматографією (ПХ) наведено у табл. 6. 4 UA 102171 C2 Таблиця 6 Компонентний склад вузьких фракцій ефірних олій кмину й кропу вакуумної ректифікації (ВР) та виділених компонентів препаративною хроматографією(ПХ) Ідентифіковані Масова Ідентифіковані Масова Фракції ВР Фракції ПХ компоненти частка, % компоненти частка, % Перша -туйен 5,32 Перша 22,47 -туйен сабінен 10,53 сабінен 75,53 53,72 Друга 100 -мірцен -мірцен р-цимен 13,4 Третя р-цимен 100 лімонен 39,71 Четверта лімонен 100 Друга лімонен 82,88 Перша лімонен 100 ліналоол 3,81 Друга ліналоол 43,71 цитраль 5,85 цитраль 56,29 цисепоксилімонен 7,46 Третя цисепоксилімонен 100 Третя трансепоксилімонен 9,68 Перша трансепоксилімонен 100 70,16 Друга а -терпінеол 100 -терпінеол дигідрокарвон 11,48 Третя дигідрокарвон 52,28 цискарвеол 8,68 цискарвеол 47,72 Четверта карвон 88,68 Перша карвон 100 каріофілен 11,32 каріофілен 100 5 Технічний результат полягає в виділенні ароматичних речовин з вмістом до 5 % у вихідній ефірній олії для встановлення їхньої оптичної активності, органолептичних властивостей ступеня чистоти та перспективності у відтворенні як традиційних ароматів, так і створенні вишуканих і оригінальних ароматичних композицій. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб розділення ефірних олій та їх вузьких фракцій препаративною газовою хроматографію, що передбачає фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на насадковій колонці, який відрізняється тим, що фракціонування ефірних олій та їх вузьких фракцій на чисті ароматичні компоненти проводять на насадковій колонці з використанням градієнтів розміру зернин твердого носія і кількості нанесення середньополярної нерухомої фази та підвищенням її ефективності до 570-600 теоретичних тарілок. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5