Спосіб виділення рослинних стеролів і токоферолів з дезодорованих дистилятів

1. Спосіб виділення рослинних стеролів і токоферолів з дезодорованих дистилятів, що утворюються в процесі хімічної чи фізичної рафінації рослинних олій шляхом дистиляції чи омилення присутніх компонентів, який відрізняється тим, що: 1) вільні жирні кислоти видаляють з дезодорованого дистиляту вакуумною перегонкою чи безупинним омиленням у середовищі розчинника, 2) після видалення вільних жирних кислот отримана сировина, основними компонентами якої є стероли, токофероли, вуглеводні, моно-, ди- і тригліцериди, піддають реакції з ангідридом ароматичної карбонової кислоти, що має щонайменше 7 атомів вуглецю, при температурі 50150°С при зниженому тиску протягом 0,5-2 годин, 3) після обробки ангідридом токофероли видаляють із суміші шляхом молекулярної перегонки, 4) кристалічні вільні стероли витягають з кубового залишку від дистиляції, що містить складні ефіри стеролів, ди- і тригліцериди, шляхом трансетерифікації. C2 2 UA 1 3 78066 4 найбільш важливі з яких представлені в наступній Найчастіше рослинні олії очищають, викоритаблиці: стовуючи способи хімічного чи фізичного очищення. На останній стадії обох способів олію піддають перегонці у вакуумі з водяною парою, для того щоб видалити смакові і пахучі речовини, а також вільні жирні кислоти, і поліпшити стійкість олії до окислювання. Дезодорацію здійснюють звичайно при температурі 210-270°С при зниженому тиску (1-8мбар); дезодорований дистилят одержують конденсацією парів, що утворюються під час цього процесу. Крім основних компонентів, у дезодорованому дистиляті є різні інші летучі речовини, склад яких може бути охарактеризований у такий спосіб: вільні жирні кислоти 30-85% неомилюючі речовини 7-35% токофероли 1-8% вільні стероли 2-15% складні ефіри стеролів 0-5% гліцериди 5-30% інші 0-5% * % значення відносяться до мас.% Описано численні способи видалення стеролів і токоферолів з дезодорованих дистилятів. У деяких патентах дистиляцію (перегонку) використовують переважно для видалення жирних кислот чи метилових ефірів жирних кислот [ЕР 0333472, US 5424457, USP 5627289, US 4454329]. Спосіб омилення для видалення вільних жирних кислот запропонований у наступних патентах: [US 3335154, US 4550183 і WO 99/42471]. Згідно [US 5512691], перед дистиляцією жирДієтологічні дослідження підтвердили, що росних кислот вільні стероли піддають етерифікації линні стероли зменшують рівень холестерину в жирними кислотами, що присутні у дезодорованосироватці крові і позитивно впливають на му дистиляті. Перевага цієї стадії полягає в тому, співвідношення рівня холестерину ЛПНЩ (ліпощо температури кипіння складних ефірів стеролів, протеїну низької щільності) і ЛПВЩ (ліпопротеїну що утворюються, набагато вище, ніж температури високої щільності) [estrate JA, Meijer GW. Plant кипіння токоферолів, які не прореагували, що sterol-enriched margarines and reduction of plasma спрощує поділ двох гр уп сполук при використанні total- and LDL-cholesterol concentrations in normoмолекулярної перегонки. cholesterolaemic and mildly hypercholesterolaemic Згідно [US 5487817] кристалічні вільні стероли subjects. European Journal of Clinical Nutrition 1998 можуть бути видалені зі складних ефірів стеролів, 52:334-43; Miettinen ТА, Puska P, Gylling H, et al. сконцентрованих у кубовому залишку від дистиReduction of serum cholesterol with sitostanol-ester ляції. margarine in a mildly hypercholesterolaemic populaЕтерифікація вільних стеролів вільними жирtion. New Engl. Journal of Medicine 1995; 333:1308ними кислотами, які присутні у дезодорованому 1312]. Рослинні стероли використовують переваждистиляті, вимагає щодо високої температури но в харчовій, фармацевтичній і косметичній про(150-250°С) тривалого часу реакції (1-12 годин) і мисловості. зниженого тиску (менше ніж 50мбар), у деяких виТокофероли і токотриєноли (взагалі сполуки падках необхідне застосування каталізатора китокола) мають активність вітаміну Е, причому найслотного типу. Внаслідок несприятливих умов (вивищий рівень активності демонструє a-токоферол. сока температура, тривалий час реакції), мають Токофероли відіграють важливу роль в органімісце небажані побічні реакції, такі як розпад тозмі людини: завдяки своїм антиоксидантним власкоферолів, перетворення стеролів у вуглеводні в тивостям вони діють як акцептори вільних радикарезультаті втрати функціональної групи -ОН і атолів, а також зв'язують молекулярний кисень ма Н у вигляді води, і підвищене утворення смоли. [A.Kamal-Eldin and L.A. Appleqvist: The Chemistry Спосіб виділення рослинних стеролів і токоand Antioxidant properties of Tocopherols and феролів з дезодорованих дистилятів, що утворюTocotrienols. Lipids 31. (1996) 671-701]. ються в процесі хімічної чи фізичної рафінації росКонцентрація стеролів і токоферолів у рослинних олій, шляхом дистиляції чи омилення линних оліях занадто низька, для того щоб здійсприсутніх компонентів, по даному винаходу можна нювати їхню промислову утилізацію економічним охарактеризувати наступними стадіями: способом. У промисловому масштабі природні 1) вільні жирні кислоти видаляють з дезодоростероли і токофероли одержують з так званого ваного дистиляту вакуумною перегонкою чи безудезодорованого дистиляту, що утворюється в пинним омиленням у середовищі розчинника, процесі рафінації рослинних олій. 5 78066 6 2) після видалення вільних жирних кислот отбільш 50мас.% (звичайно 60-85мас.%). Видаляючи римана сировина, основними компонентами якої є спочатку вільні жирні кислоти з дезодорованого стероли, токофероли, вуглеводні, моно-, ді- і дистиляту, автори винаходу змогли зменшити тригліцериди, піддають реакції з ангідридом арокількість сировини щонайменше наполовину. У матичної карбонової кислоти, що має щонайменрезультаті, автори винаходу змогли зменшити гаше 7 атомів вуглецю, при температурі 50-150°С барити устатк ування, необхідного для наступної при зниженому тиску протягом 0,5-2 годин, реакційної стадії. 3) після обробки ангідридом токофероли виФракція стеролів переважно складається з надаляють із суміші шляхом молекулярної перегонступних сполук: b-сітостерол, кампестерол, ки, стігмастерол, брасікастерол (тільки у випадку рап4) кристалічні вільні стероли видаляють з кусового походження), і авенастерол. Фракція бового залишку від дистиляції, що містить складні вільних жирних кислот включає С14-С24 насичені і ефіри стеролів, ді- і тригліцериди, шляхом трансененасичені жирні кислоти (серед інших насичені: терифікації. мірістинова, пальмітинова, стеаринова, Сировиною для способу є дезодорований дисарахідонова, бегенова і лігноцеринова, і ненаситилят, одержаний у процесі рафінації (очищення) чені: тетрадеценова, пальмітолеїнова, олеїнова, соняшникової, рапсової, соєвої чи кукурудзяної лінолева, ліноленова, гадолеїнова й ацетерукова олії, але дезодоровані дистиляти інших олій також кислота). Крім вищевказаних компонентів дезодоможуть бути використані. Вільні жирні кислоти вировані дистиляти містять моно-, ди- і тригліцериди, даляють у дистиляційній колоні чи в плівковому а також токофероли (1-8мас.%), токотриєноли, випарнику при тиску 0,1-8мбар і температурі 180вуглеводні, складні ефіри стеролів і деякі інші 250°С. мінорні компоненти. Як альтернативу, вільні жирні кислоти можна Спосіб за винаходом представлений на Фігуомилити у середовищі неполярного і/чи полярного рі 1. розчинника при 10-40°С протягом 0,5-5 хвилин, Перша стадія способу являє собою видалення використовуючи невеликий надлишок лугу, потім більшої частини вільних жирних кислот, що є у жирні кислоти видаляють у ви гляді мил, відокремдезодорованому дистиляті (М0), для то го, щоб люючи полярну фазу. зменшити кількість реакційної суміші. Ступінь конДля етерифікації дезодорованого дистиляту, центрування варіює від 1,5 до 5,0 в залежності від звільненого від жирних кислот, автори винаходу складу вільних жирних кислот і використовуваних застосовують ангідриди карбонових кислот, такі як параметрів дистиляції. Вільні жирні кислоти разом ангідрид бензойної, бензилової, феноксіоцтової, з низькокипячими компонентами неомилюючого фталевої, заміщеної фталевої кислоти. матеріалу переганяють у дистиляційній колоні чи Ангідриди додають у невеликому надлишку плівковому випарнику при тиску 0,1-8мбар і тем(максимум 5мол.%) щодо кількості вільних степературі 180-250°С. ролів, обумовленого газохроматографічним метоІснує можливість поділу парів частковою кондом. денсацією чи виборчою конденсацією парів. Після етерифікації здійснюють молекулярну Фракція попереднього відділення, у якій сконценперегонку токоферолів при тиску 0,01-0,1бар при тровані коротколанцюгові жирні кислоти і продукти температурах, що варіюють від 200 до 260°С. розпаду жирних кислот, містить в основному леСтероли видаляють з кубового залишку від тючі сполуки. Основна фракція дистиляту (S1-A) дистиляції токоферолів, що містить 20-60мас.% складається головним чином з різних жирних кискладних ефірів стеролів, використовуючи переслот і містить у невеликій кількості (1-9мас.%) деетерифікацію в метанольному середовищі, переякі інші сполуки, такі як моногліцериди, вуглеводні, важно в присутності каталізатора метилата натрію. сліди токоферолів і стеролів. Під час трансетерифікації складних ефірів Кубовий залишок від дистиляції вільних жирстеролів кубовий залишок від дистиляції, що міних кислот (M1-А) містить стероли, токофероли, стить складні ефіри стеролів, вводять переважно вуглеводні, моно-, ди- і тригліцериди, а також деякі безупинно в киплячий розчин метилата натрію, і інші сполуки з високою температурою кипіння. реакцію завершують протягом 2-4 годин. Втрата при розпаді і випарюванні стеролів і токоКристалічні рослинні стероли, отдержані феролів складає менше 1,0%. відповідно до винаходу, використовують для цілей Як альтернативу, вільні жирні кислоти можуть фармацевтичної, косметичної чи харчової промибути видалені з дезодорованого дистиляту луж словості. В особливих випадках стероли можуть ною нейтралізацією в середовищі, що складається бути додатково очищені перед використанням. з полярних і неполярних розчинників. Реакція проУ способі, докладно описаному тут, сировина тікає в м'яких умовах: низька температура (10являє собою побічний продукт рафінації (дезодо40°С), короткий період контакту з лугом (0,5-5хв), рації) рослинних олій, широко відомий як дезодоневеликий надлишок лугу чи зовсім без нього (0рований дистилят, що може бути отриманий пере20%). гонкою соняшникової, рапсової, соєвої чи Після омилення жирних кислот компоненти кукурудзяної олії у вакуумі з водяною парою. Дедезодорованого дистиляту, розчинні в неполярнозодорований дистилят містить 2-15мас.% стеролів му розчиннику, можуть бути відділені від мил проі 30-85 мас.% вільних жирних кислот. Коли дезостою декантацією. Як неполярний розчинник модорований дистилят являє собою побічний прожуть бути використані звичайні розчинники жирів, дукт фізичної рафінації рослинних олій, вміст такі як гексан. Що стосується полярного розчиннивільних жирних кислот у цій сировині складає ка, то використовують коротколанцюговий спирт, 7 78066 8 такий як метанол, етанол, пропанол чи ізозалежності від застосовуваного ангідриду і вільних пропанол. Луг (гідроксид натрію чи гідроксид стеролів. Наприкінці реакції каталізатор метилат калію) використовують у вигляді розчину 40-300г/л натрію нейтралізують оцтовою кислотою. води. Після повного вивільнення стеролів реакційну Після омилення в середовищі розчинників, у суміш прохолоджують до кімнатної температури процесі декантації утворюються дві фази, при (15-25°С) при перемішуванні, кристали стеролів, цьому неполярна фаза містить тригліцериди і нещо утворилися потім, відфільтровують на фільтрі омилюючі речовини, а полярна фаза містить розчи фільтр-пресі, переважно в центрифузі. чинені мила. Обидві фази повинні бути ретельно Відфільтровані стероли повинні бути промиті спопромиті через взаємну розчинність розчинників. чатку метанолом (2-3 рази), потім гексаном (також Полярну фазу промивають неполярним розчинни2-3 рази), для того, щоб позбутися від барвних ком, щоб поліпшити вихід, неполярну фазу промиречовин і інших домішок (включення, забрудненвають полярним розчинником, щоб видалити заня). лишкові мила і сліди лугу. Описаним способом може бути досягнута чисНа закінчення, розчинник випарюють з непотота стеролів 85мас.%, що необхідна для застосулярної фази, одержуючи продукт (M1-В), що мівання в якості фармацевтичної сировини. Для стить менше 0,5мас.% вільних жирних кислот. У харчових цілей потрібно вміст стеролів вище результаті майже повного видалення вільних жир98мас.%. них кислот, теоретичний ступінь концентрування У тому випадку, коли вимагаються кристалічні для стеролів, складних ефірів стеролів і токофестероли з більш високою чистотою, кількість викоролів може досягати від 1,5 до 5. ристовуваного розчинника на окремих стадіях Жирні кислоти можуть бути витягнуті з полярпромивання і/чи час відмивання між окремими ної фази шля хом розщеплення мил у місцелє з стадіями фільтрації повинні бути збільшені. При використанням сильної мінеральної кислоти, такої необхідності, здійснюють перекристалізацію, комяк сірчана чи соляна кислота, при помірному рН і біновану зі знебарвленням активованим вугіллям. температурі навколишнього середовища. ЗвичайДовголанцюгові углеводні (гексан і його гомологи з но автори винаходу використовують сірчану кибільш високою молекулярною масою) і спирти (нслоту, рН доводять до 1-5. Жирно-кислотну фазу октанол і його гомологи з більш високою темперавідокремлюють шляхом відстоювання під дією турою кипіння), а також їхні суміші можуть застосили ваги, потім жирні кислоти відмивають до нейсовува тися як розчинники на стадії перекритрального рН водою, і розчинники, зрештою, випасталізації. рюють. Вміст вільних жирних кислот в отриманій Перша маткова рідина (S3) складається пересировині (S1-B) складає щонайменше 95мас.%. важно з метилових ефірів жирних кислот, метилоРеакційну суміш, звільнену від жирних кислот вих ефірів інши х кислот і надлишку метанолу і мівідповідно до винаходу (М1-А чи М1-В), оброблястить солі натрію, що у невеликих кількостях ють ангідридами кислот, такими як ангідрид бенутворюються з каталізатора. Для витягу корисних зойної, бензилової, феноксіоцтової, фталевої, заречовин метанол відганяють із суміші, потім водяміщеної фталевої кислоти, для перетворення ним промиванням видаляють солі натрію і вільних стеролів у відповідні складні ефіри стегліцерин і, зрештою, одержують чисті метилові ролів. Реакцію проводять при температурі 50ефіри за допомогою сушіння і вакуумної перегон150°С при зниженому тиску (50-100мбар) при доки. даванні 0-5мас.% надлишку ангідриду і протягом Друга маткова рідина містить метанол як осприблизно 0,5-2 годин. Після реакції проводять новний компонент, що витягають дистиляцією. газохроматографічний аналіз. Третя маткова рідина складається звичайно з Токофероли можуть бути легко відділені від гексана, який витягають дистиляцією. складних ефірів стеролів шля хом дистиляції, заБілі кристали стеролів сушать у придатній суснованої на розходженні в їхній летючості. Токошарці в умовах середнього вакууму (50-100мбар) фероли видаляють за допомогою дистиляції в при температурі від 60 до 120°С. молекулярному дистиляторі (0,01-0,1мбар; 200Кристалічний продукт (М4), одержаний таким 245°С), і одержують концентрат, збагачений токочином, містить щонайменше 92мас.% вільних стеферолами (18-25мас.%), у вигляді дистиляту (S2) і ролів і практично не містить токофероли і розчинкубовий залишок (М3) з високим вмістом складних ники. ефірів стеролів (20-60мас.%). Типовий кристалічний продукт стеролу, одерНаступна стадія способу по винаходу являє жаний цим способом, містить у собі наступні комсобою витяг вільних стеролів зі складних ефірів поненти: стеролів. Кубовий залишок від молекулярної переb-Сітостерол 40-65% гонки (М3), що містить переважно складні ефіри Кампестерол 10-35% стеролів, ди- і тригліцериди, безупинно додають Стігмастерол 2-25% до розчину метанолу і каталізатора метилата наБрасікастерол 0-25% трію протягом 1-1,5 годин, нагріваючи реакційну А5-Авенастерол 0-3% суміш зі зворотнім холодильником. ТрансетеІнші стероли 0-9% рифікація завершується через 2-4 години. Мети* % значення відносяться до мас.% лові ефіри жирних кислот одержують зі складних Переваги способу по дійсному винаході можна ефірів стеролів, що є присутніми спочатку у виузагальнити в такий спосіб: гляді складних ефірів жирних кислот, і з гліцеридів, Особливо корисним є витяг стеролів з дезодоа також метилових ефірів карбонових кислот, в рованих дистилятів після фізичної рафінації, при 9 78066 10 цьому вміст стеролів складає звичайно менше Таблиці І. Аналізи проводили відповідно до ме4мас.%, а вміст вільних жирних кислот варіює від тодів, що представлені нижче: 60 до 85мас.%. Зменшення кількості реакційної Токофероли і вільні стероли: AOCS Се 7-87 суміші сприяє зменшенню розміру необхідних регазохроматографічний (ГХ) метод; акторів. Зменшення температури обробки поВільні жирні кислоти (СЖК): ISO 660:1996 титліпшує ви хід токоферолів, зменшує утворення рометричний метод; смоли і, крім того, значно поліпшує якість кінцевого Інші компоненти (складні ефіри стеролів, кристалічного стеролового продукту. Кількість вигліцериди, сквален): спеціально розроблений ГХ користовуваного розчинника в цьому способі таметод (капілярний стовпчик НР-1 зі зшитим метилкож зменшується. Немає необхідності використосилоксаном: вувати каталізатор для етерифікації стеролів; 30м/0,2мм/0,11мкм, внутрішній стандарт: геквтрата, викликана дегідратацією стеролів менше, сатриаконтан 1мг/мол, температура печі запроунаслідок відмовлення від застосування високої грамована: підвищення температури від 170 до температури реакції і високого вакууму. Тривалість 320°С по 5°С у хвилину, від 320 до 355°С по 4°С у процесу витягу стеролів може бути скорочена, хвилину, утримання 10хв, температура інжектора: висока концентрація стеролів і висока реактивність 350°С, температура детектора: 355°С, газ-носій: ангідридів, порівнянні з такими для вільних жирних водень). кислот, дозволяють перетворити періодичний проСхема способу представлена на Фігурі 1. Децес у безупинний. зодорований дистилят (1000м М0) піддавали переСпосіб за даним винаходом додатково прогонці при 1мбар і 180°С у плівковому випарнику ілюстрований наступними прикладами. (0,075м 2), постаченому дозуючою лійкою з двома Приклад 1 сорочками і керованим голчастим клапаном. У Змішаний дезодорований дистилят (рапс і сорезультаті одержували 594м перегнаних жирних няшник, після процесу фізичної і хімічної кислот (S1-A) і 396м кубового залишку (M1-А). рафінації) використовували як вихідну сировину. Склад цих продуктів дистиляції приведений у ТабСполука вихідної суміші (М0) о характеризована у лиці І. нолу), щоб видалити залишкові мила. Полярні і неполярні фази потім поєднували відповідно. Сліди лужних речовин видаляли з об'єднаної полярної фази промиванням 7мас.%-вим розчином лимонної кислоти (100мол), потім сліди лимонної кислоти і солей, що утворилися, видаляли промиванням дистильованою водою (100мол). Після випарювання розчинників з неполярної фази одержували 148м продукту (М1-В) із залишковим вмістом вільних жирних кислот менше 0,5мас.%. Склад продукту представлений в Таблиці II. Приклад 2 Такий же дезодорований дистилят (М0), як у Прикладі 1, використовували як вихідну речовину в реакції безупинного омилення в присутності розчинників. Сировину (400г) розчиняли в 2400мол гексану. Лужний розчин виготовляли з 300мол гідроксиду натрію (концентрація 125г/л), 400мол води і 800мол етанолу. Цей лужний розчин потім додавали до дезодорованого дистиляту (розчину в гексані), і цю суміш енергійно перемішували протягом 5хв при кімнатній температурі. Потім усю суміш переносили в розділову лійку і піддавали декантації доти, поки не утворювалися дві фази з чіткою межею розділу фаз (4 години). Ці дві фази потім розділяли. Верхня неполярна фаза містила гліцериди і неомилюючі речовини, нижня полярна фаза містила розчинені мила. Обидві фази повинні бути промиті через взаємну розчинність розчинників. Полярну фазу промивали неполярним розчинником (3´100мол гексану), щоб поліпшити вихід, неполярну фазу промивали полярним розчинником (3´100мол ета Приклад 3 Кубовий залишок від першої дистиляції дезодорованого дистиляту (250м M1-А) обробляли 11м ангідриду бензойної кислоти (90%, технічний, Aldrich). Вільні стероли одержували зі складних ефірів стеролів у такий спосіб. Спочатку кубовий залишок від дистиляції нагрівали до 120°С, і потім цю температуру підтримували протягом 1 години при залишковому тиску 10мбар, для того, щоб видалити сліди вологи. Потім суміш прохолоджували до 80°С і додавали ангідрид бензойної кислоти. Реакцію етерифікації здійснювали при температурі 150°С при залишко 11 78066 12 вому тиску 100мбар протягом 2 годин. Після цієї ляції (100м М3) нагрівали до 60°С, потім по крапреакції проводили газохроматографічний (ГХ) лях додавали до киплячого розчину метилата аналіз. У результаті одержували 261м реакційної натрію протягом 1 години. Після завершення досуміші (М2). Склад продукту представлений в Табдавання суміш перемішували при температурі лиці III. кипіння протягом 1 години. Після цієї реакції проводили газхроматографічний (ГХ) аналіз. Наприкінці реакції до суміші додавали 5мол крижаної оцтової кислоти, для того, щоб нейтралізувати каталізатор метилат натрію. Після 5 хвилин перемішування суміш прохолоджували до температури навколишнього середовища (20°С). Кристали, що утворилися, відфільтровували і промивали метанолом (3´30мол), потім гексаном (3´30мол) доти, поки не одержували білі кристали стеролів. Відфільтровані, промиті кристали сушили в сушильній печі при 80°С. Склад отриманих 17м кристалічних стеролів (М4) представлений у Таблиці V. Приклад 4 Перша маткова рідина складається переважно Етерифіційну суміш (250м М2) обробляли в з метилових ефірів і надлишку метанолу і містить молекулярному дистиляторі (0,075м 2), що містить залишки каталізатора, гліцерин та інші домішки у дозуючу лійку з нагрівальною сорочкою і керованевеликих кількостях. ним голчастим клапаном. Після випарювання розчинника із суміші одерВ результаті одержували другий дистилят жували 77м проміжного продукту і маткового роз(44м S2) і другий кубовий залишок від дистиляції чину, збагаченого метиловими ефірами (S3), (199м М3). Дистилят, отриманий на цій стадії, явсклад якого представлений у Таблиці V. ляє собою концентрат токоферолів. Склад продуктів дистиляції охарактеризований у Таблиці IV. Приклад 5. Для трансетерифікації складних ефірів стеролів, отриманих на стадії молекулярної перегонки, спочатку готували розчин, що складається з 100мол метанолу (вміст води менше 0,02мас.%) і 10мол метилата натрію (30%, вага/вага), потім цей розчин нагрівали до температури кипіння і кип'ятили зі зворотнім холодильником при перемішуванні. Др угий кубовий залишок від дисти Для подальшого очищення метилових ефірів спочатку видаляли сліди каталізатора і гліцерину, а також інших водорозчинних компонентів, промиванням водою, потім промиту сировину сушили і чисті метилові ефіри одержували вакуумною перегонкою. 13 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 78066 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601