Тэг: экстракция

Переработка лекарственных растений

Травяные материалы представляют собой части растений, такие как корни, корневища, кора, семена, плоды и листья, цветы и стебли. Ценность растительных материалов связана с содержанием активных ингредиентов в растительных препаратах. Подходящие методы обработки используются для поддержания качества продукции. В переработке растительных продуктов участвуют как фермы, так и перерабатывающие предприятия. Основные этапы обработки травы включают сушку, измельчение и просеивание. Вторичная обработка включает экстракцию с помощью подходящих растворителей, концентрирование и сушку с целью производства густых экстрактов, сухих экстрактов и СО2-экстрактов.

Сушка лекарственных растений

Сушка является наиболее распространенным и основным методом послеуборочной консервации лекарственных растений, поскольку позволяет быстро и несложным образом сохранить лекарственные свойства растительного сырья. Уже около 4000 лет назад в Древнем Египте было проведено качественное различие между лекарственными растениями, высушенными на солнце, и растениями, высушенными в тени. Однако в наше время при сушке лекарственных растений необходимо учитывать такие факторы, как масштабы производства, наличие новых технологий и фармацевтических стандартов качества. Естественная сушка, т.е. сушка без вспомогательной энергии в поле или в сараях, должна рассматриваться только для сушки небольших количеств лекарственных трав. В случае массового производства требуется применение промышленных сушилок лекарственного сырья и выполнение особых правил. Для сохранения активных ингредиентов лекарственного растительного сырья, рекомендуются низкие температуры сушки и быстрое проведение процесса сушки. Так как сушку приходится от 15 до 50 % общих затрат при производстве сушеных лекарственных растений, крайне важно использовать сушилку с низким потреблением энергии. В настоящее время потребность в энергии для сушки представляет собой значительный фактор затрат, особенно с учетом роста цен на электроэнергию и ископаемое топливо. Во многом это связано с высоким содержанием влаги в высушиваемых цветах, листьях или корнях лекарственного сырья. Например, при сушке растительного материала с влажностью 80 % потребуется 4 кг удаления воды, чтобы получить 1 кг высушенного материала с хранимой влажностью 11 %.

Таким образом, энергетические затраты на сушку значительны и представляют собой основные затраты в процедуре сушки, которая уже является самой большой стоимостью при переработке лекарственных растений. Более того, эффективность сушки оказывает решающее влияние на качество продукта и, следовательно, на его стоимость. Оптимальное сочетание конструкции сушилки, способа эксплуатации, энергопотребления и поддержания качества продукта требует ответственных управленческих решений.

Температура сушки лекарственных растений

Ранее высокая производительность сушилок зачастую достигалась с помощью повышения температуры сушки. Но сегодня, когда требования к качеству сушеных лекарственных растений высоки, для достижения повышенной производительности сушилки температуру сушки следует тщательно планировать, чтобы добиться желаемого объема переработки без снижения качества продукта. Максимально допустимые температуры зависят главным образом от химического состава действующих веществ рассматриваемых видов лекарственных растений. Для гликозидов рекомендуется максимальная температура 100°C, для слизи 65°C и для эфиромасличных видов от 35 до 45°C. Из-за высокой гетерогенности видов лекарственных растений эти глобальные рекомендации могут служить лишь приблизительным ориентиром. В целом, чем ниже температура сушки лекарственных растений, тем лучше.

Цвет высушенных лекарственных растений

Поскольку многие виды лекарственных растений используются в качестве ингредиентов для чайных напитков, цвет является важным критерием качества, поскольку он сразу заметен для потребителей.

Влияние температуры сушильного воздуха на окраску лекарственных растений очевидна. Для обеспечения сохранности цвета лучше всего вести процесс сушки при температуре не выше 45°С. Возможно внедрение организационно-технологических мероприятий с постепенным снижением температуры сушки после этапа предварительной сушки и перед этапом досушки. Чтобы отличной добиться сохранности цвета лекарственных растений рекомендуется применение энергоэффективной холодной атмосферной сублимационной сушилки. Для достижения хорошей сохранности цвета подойдет универсальная ленточная сушилка с температурным зонированием.

Экстракция лекарственных растений

Из лекарственных растений получают различные экстракты. Содержание биологически активных веществ в экстрактах тем выше, чем ниже была температура на всех этапах технологической обработки сырья. Для проведения процессов экстракции более предпочтительно использование лекарственных растений в свежем виде или высушенных с помощью процессов холодной сушки в низкотемпературных сушилках или сушилках с температурным зонированием.

Основные виды экстрактов лекарственных растений

• жидкие экстракты;
• сухие экстракты;
• водорастворимые экстракты;
• жирорастворимые экстракты;
• водные экстракты;
• водно-спиртовые экстракты;
• пропиленгликолевые экстракты;
• глицериновые экстракты;
• масляные экстракты.

Для производства водных, водно-спиртовых, пропиленгликолевых и глицериновых густых и сухих экстрактов рекомендуется использование линии экстракции, концентрирования и сушки.

Если вы хотите производить жирорастворимые углекислотные экстракты, тогда рекомендуем использование установки сверхкритической СО2-экстракции.

Купить оборудование для бережной низкотемпературной сушки и экстракции лекарственных растений: +7-906-968-1922

Абрикосовое масло

Абрикос - Primus armeniaca L, - представляет собой дерево из семейства миндальных (Amygdalaceae), ниже средней высоты, но в отдельных случаях достигающее 10 м в высоту. Сортов абрикоса очень много как диких, так и культурных. 

Листья абрикоса сердцевидные или треугольные, кверху заостренные, блестящие, гладкие, с равномерно зазубренными краями.

Цветет абрикос до распускания листьев. Цветы крупные, белые, одиночные, на коротких цветоножках. Плод обыкновенный, желтого цвета, с румянцем, круглый, но часто приплюснутый или яйцевидный, диаметром около 5 см. Он снабжен более или менее глубокой бороздкой и верхушечной точкой, которая находится то на поверхности плода, то в углублении. Кожица плода гладкая или покрыта пушком, и на ней разбросаны бородавки и пятна.

Плод состоит из кожицы, толстой мякоти и косточки. В среднем плод содержит около 7,3% кожицы, около 85% мякоти и около 7,7% косточки.

Разводятся абрикосы или свободно растущими деревьями, или же в виде шпалер, пирамид и ваз. Среднее количество деревьев на 1 га - около 400 шт. Размножаются абрикосы семенами или прививкой. В последнем случае подвоем служат сеянцы дикого абрикоса. Начало плодоношения абрикосовых деревьев на 3-4-м году.

Абрикос менее требователен к почве, чем к климату. Особенно боится абрикос утренников. Наиболее пригодны для него почвы, богатые известью, глубокие и рыхлые, преимущественно на западных и восточных склонах. Время созревания абрикосов - первая половина июля, в более жарком климате - начало июня.  

Сбор плодов абрикоса производится за несколько времени до полной зрелости, часто ручным способом, с лестниц. Урожай плодов доходит до 320 кг с дерева, нормально составлял около 80 кг с дерева, или около 32 т с га, что в переводе на косточку дает около 2500 кг с га. 

Родиной абрикоса считается Китай; по другим данным - Армения. Также абрикос культивируется в Среднеазиатских странах, на Украине, в Крыму и па Кавказе. 

Семена абрикоса

Косточка абрикоса твердая, гладкая, состоит из скорлупы, ядра и покрывающей его пленки. Ядро (семя) абрикоса бывает горькое и сладкое. Горькое ядро содержит амигдалин (до 8,8%) и эмульсин.

Амигдалин представляет собой глюкозид, состава C20H27NO11, кристаллическое нейтральное вещество со слегла горьким вкусом, растворимое в воде и спирте, нерастворимое в эфире. Он является водорастворимым витамином группы B, по некоторым данным проявляет антираковые свойства.

Эмульсин, иначе синаптаз (синаптаза), представляет собой энзим-аморфное вещество, содержащее серу, нерастворимое в спирте. Под действием эмульсина в присутствии воды амигдалин разлагается, образуя бензальдегид, синильную кислоту и глюкозу. При этом часто синильная кислота соединяется с бензальдегидом, образуя бензальдегид-циангидрин.

Как сладкое, так и горькое абрикосовое семя содержит фермент - лактазу.

Средний состав семени абрикоса, по имеющимся данным, следующий, %:

• Влага – 7
• Протеин - 25
• Жир - 40
• Клетчатка - 25
• Зола - 3

Содержание жира в отдельных сортах колеблется от 35 до 45%. Как выше было указано, косточка составляет в среднем 7,7% от веса свежих плодов, доходя до 13,0% в отдельных сортах; к весу сушеных плодов косточка составляет около 35-40%.

Ядро составляет 20-33% от веса косточки, в среднем около 30%. Косточки абрикоса являются отходом при консервировании абрикосов сушкой и стерилизацией, а также при изготовлении абрикосового пюре и варенья. 

Производство абрикосового масла

Сладкие семена абрикоса используются частично непосредственно для кондитерских целей (вместо сладкого миндаля), частично же перерабатываются на масло вместе с горькими семенами или отдельно от них. Последнее более целесообразно, так как горькие семеиа дают масло худшего качества, чем сладкие.

В период заготовки абрикосов и их переработки косточки собираются и складываются в штабеля для подсушки. Первой операцией при переработке косточек является отделение скорлупы. Для этого косточки пропускаются через тяжелые железные вальцы, устанавливаемые так, что косточка раздробляется без повреждения ядра. Расколотые косточки поступают в бак с раствором соли (обычно удельный вес 1,15), причем скорлупа падает на дно, а ядра всплывают. Их счерпывают, промывают тщательно водой для удаления соли и высушивают.

Высушенные семена пропускают через обыкновенные зерноочистительные машины для удаления пленки, мелких частиц скорлупы и осколков семян. Окончательная отборка примесей и заплесневелых семян производится ручным способом на ленточном инспекционном транспортере. Выход очищенных семян составляет обычно 22—25%.

Масло из очищенных семян абрикоса извлекается обычно прессованием, но возможна и сверхкритическая СО2-экстракция (углекислотная CO2-экстракция). Для извлечения масла прессованием семена измельчаются, подогреваются примерно до 85°С н прессуются в шнековых маслопрессах или в гидравлических прессах закрытого типа. Пресса непрерывного действия дают менее прозрачное масло, но обслуживание их проще и стоимость переработки меньше. Жмых после первого прессования измельчается и подвергается вторичному прессованию в обыкновенных гидравлических прессах под давлением в 230 кг*с/см2. Выход масла составляет около 35%. Полученное масло имеет темный цвет, высокую кислотность и содержит механические примеси. Его подвергают фильтрованию, а затем обычной рафинации, состоящей из нейтрализации (обычно углекислым натрием), отбелки отбельными глинами и дезодорации.

В среднем из 1 тыс. кг сырых абрикосовых косточек получается 85 кг или 92,5 л масла.

Свойства масла абрикоса

Физико-химические показатели абрикосового масла:

• Удельный вес при 15°С – 0,915-0,921
• Температура плавления – 22-24°С
• Температура застывания – от -4 °С

Физико-химические показатели масла сладких н горьких семян, как и выделенных из них жирных кислот, одинаковые.

Свежее абрикосовое масло прозрачное, почти бесцветное, при хранении желтеет, а затем темнеет. Запах я вкус свежего масла мягкий, приятный, напоминающий запах я вкус горького миндаля. Если при переработке семян в масло перешло немного синильной кислоты, ее удаляют слабым раствором соли. Масло содержит около 0,4%—1,2% неомыляемых. Кислотность масла колеблется в пределах от 0,15 до 5,3. Критическая температура растворения масла в ледяной уксусной кислоте 92—114°С. Масло абрикоса - не высыхающее, весьма сходное с миндальным. Часто оно смешано с очень близким к нему персиковым маслом. Для отличия абрикосового масла от миндального служат его специфические реакции, в особенности пробы с HNO3.

Жирные кислоты масла содержат (%) кислот:

• Пальмитиновая – 2,03
• Олеиновая – 79,39
• Линолевая – 18,53

В присутствии воздуха и света абрикосовое масло в течение 20 дней обесцвечивается, постепенно густеет и прогоркает. Через 5 месяцев масло приобретает вазелинообразную консистенцию. При правильном храпении масло тоже постепенно прогоркает, в течение 1 года приобретает неприятный запах и вкус.

Рафинированное абрикосовое масло применяется наравне с миндальным в косметике и парфюмерном производстве, а также для пищевых целей, в частности для консервного производства.

Жмых семян абрикоса

Жмых абрикосовых семян светло-желтого цвета с приятным запахом и вкусом горького миндаля. Он иногда используется непосредственно в корм птице и для ликерного производства, но главным образом подвергается переработке для получения горькоминдального  эфирного масла.

Для этого намельченный жмых смешивается с примерно десятикратным количеством воды и подогревается для извлечения амигдалина. Затем добавляется приблизительно 10% свежих жмыхов, и смесь подвергается пиролизу в течение 1 часа при 50°С. Затем из массы отгоняется с водяным паром бензойный альдегид, улетучивающийся при 81°С. Продукты отгонки охлаждаются и собираются в закрытом приемнике. Здесь необходима большая осторожность, так как вместе с бензойным альдегидом и водяным паром улетучивается синильная кислота.

Горькоминдальное масло отделяется от воды и очищается от синильной кислоты (содержание ее в эфирном масле составляет в среднем 3%) обработкой кислым сернистокислым натрием и повторной перегонкой. Применяется эфирное масло в парфюмерии и в ликерном производстве. Выход масла составляет около 1,2%.

При использовании жмыхов вместо семян количество получаемого горькоминдального масла повышается приблизительно па 50%, потому что концентрация амигдалина в жмыхах значительно выше, чем в семенах. Остаток после отгонки горькоминдального эфирного масла высушивается и применяется для пищевых и кормовых целей.

Побочными продуктами при переработке абрикоса являются скорлупа и пленка. Скорлупа подвергается сухой перегонке и дает уголь с высокой поглотительной способностью.

Получение растительных экстрактов

Растительные экстракты – это натуральные продукты растительного происхождения, полученные методом экстракции. Экстракция считается главным этапом получения растительных экстрактов, поскольку она влияет на конечный результат. Экстракция - это стандартная процедура, при которой биологически активные соединения тканей растений (и животных) извлекаются с использованием селективных растворителей.

Натуральные продукты, такие как экстракты растительного сырья, открывают новые горизонты для многих ноу-хау, которые приводят к огромным изменениям в области медицины и здоровья человека. Биоактивные соединения считаются главными производными растительного сырья. Они вырабатываются в виде вторичных метаболитов. Растения эволюционировали в течение миллионов лет, чтобы противостоять бактериям, насекомым, грибам и суровой погоде, которая привела к образованию различных вторичных метаболитов. По данным Всемирной организации здравоохранения, 80% людей все еще зависят от традиционной медицины на основе растений. С развитием науки эти соединения выделяют и используют в лекарствах, и для этого активные соединения следует экстрагировать (извлекать) из растительного материала. Следовательно, экстракция и отделение от соэкстракционных соединений имеют важное значение.

История экстракции

Использование растительных материалов так же старо, как зарождение человечества. Раньше растения использовались из-за их питательной ценности, но позже открытие лечебных свойств растений привело к улучшению здоровья человека наряду с научными исследованиями.

История экстракции начинается с открытие огня. Методы экстракции и дистилляции были изобретены для производства парфюмерии, косметики и некоторых продуктов питания. С тех пор эволюция экстракции началась с развитием технологий. Основными традиционными методами экстракции являются экстракция по Сокслету, мацерация и гидродистилляция. В течение последнего века метод Сокслета был наиболее часто используемым традиционным методом среди других. Традиционные методы экстракции в основном зависят от типа растворителя. Кроме того, процесс нагрева/ перемешивания увеличивает эффективность традиционных методов. Однако некоторые серьезные недостатки, такие как затраты времени, высокая потребность в растворителе и меньший выход экстракции, сделали традиционные методы менее популярными среди отраслевых производителей и исследователей. Следовательно, замена традиционных методов экстракции методами зеленой экстракции открыла новый подход к развитию альтернативных способов извлечения лекарственных веществ из растительного и животного сырья.

Новые методы экстракции

Большинство новых методов экстракции называются «методами зеленой экстракции», которые в основном сосредоточены на снижении потребности в энергии и использовании неопасных альтернативных растворителей при обеспечении высококачественных экстрактов. Экстракция с помощью ультразвука, экстракция жидкостью под давлением, экстракция с помощью микроволнового излучения, экстракция с помощью ферментов, экстракция импульсным электрическим полем - вот лишь несколько примеров методов зеленой экстракции не получивших широкого применения из-за слабой изученности процесса и высокой себестоимости получаемых экстрактов. Наиболее популярными методами зеленой экстракции в настоящее время являются метод экстракции сверхкритическим газом и метод вакуумно-импульсной экстракции. Эти технологии зеленой экстракции считаются инновационным подходом к улучшению результатов и качества добычи, а также общепризнаными в отрасли из-за отсутвия существенных ограничений, а также экономичности и надежности процесса извлечения БАВ, доказанных на практике рядом целого ряда действующих предприятий отрасли.

Коммерческое произвосдтво лецитина  

Лецитины представляют собой полярные органические соединения, состоящие из глюкозидов на фосфатидной основе, и в основном используются в качестве эмульгаторов в пищевой промышленности.
Коммерческий или сырой лецитин представляет собой сложную смесь фосфатидов, триглицеридов, фитогликолипидов, токоферолов и жирных кислот и производится как побочный продукт процесса рафинирования сырого масла. Этот процесс осуществляют путем механического перемешивания сырого масла с водой, в результате чего фракция полярного лецитина переходит в водную фазу. Сырой лецитин получают промывкой водой и сушкой гидратированной массы. Чистый лецитин получают из этой натуральной смеси нейтральных и полярных липидов как растительного, так и животного происхождения. Полярные липиды, такие как гликолипиды и фосфолипиды, в отличие от нейтральных липидов, практически нерастворимы в ацетоне. Нейтральные липиды в основном представляют собой триглицериды, тогда как полярные липиды состоят из гликолипидов (сахаросодержащих липидов) и фосфолипидов (фосфорсодержащих липидов). Сырые растительные масла могут содержать до 20% полярных липидов или веществ, нерастворимых в ацетоне.

Из чего делают лецитин?

В настоящее время чистый лецитин коммерчески производится из неочищенного или коммерческого лецитина, полученного из неочищенного соевого, рапсового, хлопкового, кукурузного, подсолнечного и оливкового масел. С научной точки зрения чистый лецитин относится к фосфатидилхолину Лецитин с высоким содержанием фосфатидхолина обладает лучшей эмульгирующей способностью, чем смесь фосфолипидов, и, следовательно, необходимо обогащать, очищать или фракционировать полярные липиды или фосфолипиды из обезжиренных хлопьев/семян или из сырого лецитина. Неочищенный лецитин содержит около 35% нейтральных липидов, которые должны быть снижены до менее чем 2% в рафинированном или чистом лецитине для использования в пищевой и фармацевтической промышленности в качестве эмульгатора, поверхностно-активного вещества или антиоксиданта.
Обычный процесс разделения нейтральных и полярных липидов включает две стадии, а именно загрузку смеси неочищенного лецитина и избытка ацетона в резервуар для разделения и затем удаление нерастворимого полярного липидного материала, который затем высушивают в форме гранул. Полученный обезжиренный лецитин представляет собой светло-желтое твердое вещество. В другом процессе гексановый раствор сырого лецитина пропускают через колонку с диоксидом кремния, когда происходит адсорбция нейтральных липидов, тогда как фосфолипиды проходят через нее, образуя агрегаты в неполярном растворителе, таком как гексан.

СО2 экстракция лецитина

Альтернативно, СКФ-CO2 при температуре примерно 40°C и давлении примерно 300 бар можно использовать для экстракции нейтральных липидов из сырой смеси лецитина, оставляя полярные липиды в виде рафината. Недостатком способа является то, что при удалении масла вязкость резко возрастает, и дальнейшая экстракция затруднена, что затрудняет проведение непрерывного процесса. Чтобы преодолеть эту трудность, для снижения вязкости обезжиренного лецитина использовали смесь пропана и диоксида углерода. Нейтральный маслом насыщенный газ, богатый СО2, выводится из верхней части противоточной колонны экстракции, а жидкий раствор обезжиренного лецитина, богатый пропаном, удаляется из нижней части. Хотя этот процесс превосходит метод обработки ацетоном, к сожалению, невоспламеняющиеся и экологические преимущества метода СКФ-CO2 не проявляются при смешивании с ним пропана. Для решения проблемы повышения вязкости при извлечении масла из лецитина было разработано распылительное устройство и применен процесс извлечения из высоковязких сред в турбулентном двухфазном потоке. Когда предварительно нагретый неочищенный лецитин закачивается в распылительное устройство и диспергируется с помощью прямоточного высокотурбулентного СО2, высокая скорость СО2 используется для создания расширенной площади поверхности капель за счет уменьшения размеров капель. Образовавшаяся двухфазная зона стекает по короткому пути, когда происходит экстракция. Более тяжелые частицы обезжиренного лецитина падают в виде порошкообразного продукта в сборный сосуд. Содержащийся в масле CO2 сбрасывается в сепараторе, где масло отделяется при более низком давлении.

Биологически активные вещества растений

Биологически активные вещества - это вторичные метаболиты растений, которые вызывают токсикологические и фармакологические эффекты как у животных, так и у человека. Выработка этих вторичных метаболитов в растениях происходит в результате первичных метаболических и биосинтетических реакций, связанных с ростом и развитием растения, поэтому они считаются побочными продуктами метаболизма растительных клеток. Эти биоактивные соединения являются хорошо известными благодаря своей значительной функциональности в растениях, например:

• во время фотосинтеза флавоноиды действуют как поглотители свободных радикалов;
• терпеноиды могут привлекать опылителей или диспергаторов семян;
• алкалоиды отпугивают насекомых или травоядных животных и т.д.

Биологически активные вещества (БАВ) также обладают антиоксидантной активностью, которая снижает вредное воздействие веществ с высоким окислительным потенциалом. Это антиоксидантное свойство в основном связано с их окислительно-восстановительным потенциалом, который позволяет им работать в качестве восстанавливающих агентов. Таким образом, извлечение (экстракция) биохимических молекул из природных растительных источников представляет большой интерес для исследователей.

Группы биологически активных веществ

Классификация биоактивных молекул растений зависит от разных критериев. Они могут быть представлены клинически, токсикологически, фармакологически или ботанически. Предпочтительно классифицировать их по химическим классам и биохимическим путям на следующие группы:

терпены и терпеноиды (примерно 25000 соединений);

алкалоиды (примерно 12000 соединений)

Терпены

Среди натуральных продуктов наибольшую группу занимали терпеноиды, которые также используются в ряде промышленных секторов в качестве специй и ароматизаторов, также используемых в косметической и парфюмерной промышленности. Идентифицированы огромные типы терпеноидов, то есть 25 000. Эти соединения играют важную роль в защите от биотических и абиотических факторов, а также служат источником привлечения насекомых-опылителей. Терпены - это соединения на углеводородной основе, которые содержат структуру, полученную из изопрена, которая дает начало другой структуре, которая также может быть разделена на изопентановые звенья.­

Запахи и привкусы терпеноидов сильные. Эти соединения имеют широкий спектр действия, который используется в лечебных травах. Среди этих вариантов частными примерами являются антибактериальные, противоопухолевые, противовирусные эффекты наряду с метаболической стимуляцией, которые очень важны. Токсичность этих соединений связана с их концентрированной формой в виде летучих масел. Терпеноиды в основном принадлежат к семейству Lamiaceae (семейство тимьяновых), но могут присутствовать и в других подобных семействах.

В парфюмерной промышленности монотерпеноиды являются основным компонентом различных эфирных масел, в то время как другие ациклические соединения - гераниол, линалоол и мирцен, камфора, ментол, лимонен и пинен представляют собой циклические структуры. Из-за более высокой температуры кипения дитерпены не обладают характеристиками эфирных масел и считаются компонентом растительных смол. Терпеноиды, включая сквитерпены, соединения с тремя изопреновыми звеньями, в основном присутствуют в алифатических би- и трициклических формах. Фарнезол, алифатическая бициклическая форма, является важным промежуточным продуктом в синтезе терпеноидов. Arteether, извлекаемый из Artemisia annua, представляет собой сесквитерпеновый лактон, полученный из артемизинина и в настоящее время используемый в качестве противомалярийного препарата. Тритерпены (C30) в основном состоят из шести структур изопрена и образуются из сквалена во время биосинтеза. Такие соединения имеют более высокие температуры плавления, бесцветны. Стероиды, сапонины и сердечные гликозиды производятся из тритерпеноидов, которые являются фармакологически активными.

Растительные стероиды, гидроксилированные в положении C3, классифицируются как стерины. Стероиды представляют собой измененные формы тритерпенов, и у животных действуют как необходимые гормоны, например эстрогены, такие как прогестерон, и андрогены, такие как тестостерон, коферменты и провитамины. Диосгенин является важным источником большого количества прогестерона, получаемого полусинтетическим путем. Важными препаратами на основе сапонинов являются солодка (Glycerrhiza glabra), корень примулы (Primula), и листья плюща (Hedera).

Алкалоиды

Алкалоиды обладают сильным действием и горьким вкусом. Это гетероциклические соединения, содержащие азот. В более чем 150 семействах в растениях присутствует 12 000 типов этих соединений. Papaveraceae, Apocynaceae, Ranunculaceae, Fabaceae, Rubiaceae, Solanaceae и Rutaceae - важные семейства алкалоидов, в то время как менее распространенные низшие растения и грибы (алкалоиды спорыньи) также содержат эти соединения. Алкалоиды присутствуют в растениях в изомерных формах в виде солей органических кислот, таких как яблочная, щавелевая, молочная, лимонная, дубильная, винная и другие кислоты. С другой стороны, несколько слабых основных алкалоидов (таких как никотин) свободно присутствуют в растительных системах. Некоторые представители алкалоидов также находятся в гликозидной форме с галактозой, глюкозой и рамнозой, такой как соланин. Также они встречаются в форме амидов (пиперина).

Растения содержат алкалоиды в различных частях, например, большое количество этих соединений присутствует в семенах (nux vomica, Areca), стеблевой коре (хинный и гранатовый) и корнях (аконит и красавка). В двудольных растениях больше алкалоидов, чем в однодольных. Алкалоиды используются в качестве наркотиков, стимуляторов, ядов и фармацевтических препаратов из-за их высокой активности. Некоторые из наиболее распространенных примеров используемых алкалоидов: противораковое средство - винбластин, миорелаксант - тубокурарин, анальгетики - кодеин и морфин, антиаритмический агент - аймалицин, средство для подавления подагры - колхицин, седативное средство - скополамин, антибиотик - сангвинарин. Кофеин в кофе и чае вместе с никотин используются во всех препаратах, таких как таблетки, жвачки, сигареты и т. д. У разных групп алкалоидов обнаруживаются разные клинические свойства. Например, тропановые алкалоиды в большом количестве встречаются в семействе Solanaceae, например, в Atropa belladonna, Datura spp. И Hyoscyamus niger. Соединения этих групп алкалоидов обладают антихолинергическим действием для уменьшения спазмов гладких мышц, боли и гиперсекреции; следовательно, эти соединения чрезвычайно важны с медицинской точки зрения. Asteraceae (семейство маргариток), особенно Boraginaceae (семейство огуречников) и Senecio spp. (рябина) - хороший источник пирролизидиновых алкалоидов. Изохинолиновые алкалоиды присутствуют в Berberidaceae (семейство барбарисовых) и Papaveraceae (семейство маковых). Такие соединения обладают широким спектром биохимических эффектов у людей, контролируя различные болезненные состояния (раковые клетки, бактерии, и боль) наряду с улучшением лейкоцитов костного мозга и сократительной способности миокарда. Coffea arabica (кофе) и Theobroma cacao (какао) являются основными источниками метилксантиновых алкалоидов, которые оказывают важное влияние на неврологические системы людей и животных. Точно так же другая группа алкалоидов, псевдоалкалоидов, которые химически близки к алкалоидам, влияют на центральную нервную систему. Эти соединения синтезируются видами Apiaceae (семейство моркови), например, Cicuta virosa и Conium maculatum (болиголов).

Полифенолы

Полифенолы широко распространены в природе. Это второстепенные соединения растительного мира. Идентифицировано почти 8000 типов фенольных соединений и классифицируется на различные подгруппы в зависимости от количества присутствующих фенольных колец и структурных элементов, которые связывают такие кольца друг с другом. Эти классы включают фенольные кислоты (гидроксикоричные кислоты и гидроксибензойные кислоты), флавоноиды (флавонолы, флаванолы, флаваноны, флавоны, проантоцианидины и изофлавоны), дубильные вещества, стильбены и лигнаны. Эти классы полифенолов присутствуют в растениях и в различных пищевых продуктах растительного происхождения. Простые фенольные соединения имеют по крайней мере одну ОН-группу, связанную с ароматическим кольцом, такую ​​как катехол, в то время как большинство соединений содержат углеродный скелет C6C1, имеющий связанную карбонильную группу к ароматическому кольцу.

В основном, фенольные соединения образуются посредством шикиматного пути, но иногда некоторые фенольные соединения, например орцинолы и хиноны, синтезируются посредством поликетидного пути. Фенолы, синтезируемые любым путем, имеют общую структуру, такую ​​как флавоноиды, стильбены, пироны и ксантоны. Большинство фенольных соединений присутствует в листьях, древесных частях растений, таких как кора, стебли, ткани цветков и т. Фенольные соединения добавляют вкус и цвет фруктам.

Флавоноиды состоят из двух фенольных колец, соединенных через пираниды и проантоцианидины, полимеры флавоноидных единиц, оба из которых находятся в гликозидных формах. Любое соединение, содержащее фенольную группу, действует как антиоксидант. Другие действия включают уменьшение воспаления и канцерогенности. Изофлавоны также известны как фитоэстрогены. В растениях присутствует широкий спектр пигментов, например флавоноиды и проантоцианидины. Fabaeceae (семейство бобовых) - основной источник изофлавонов.­

Танины бывают двух типов: конденсированные и гидролизуемые, в зависимости от их структурной сложности. Конденсированные танины представляют собой большие олигомеры флавоноидных единиц, тогда как гидролизуемые танины состоят из гликозидного центра (обычно глюкозы) с несколькими производными катехина / фенольной кислоты. Растворимость дубильных веществ снижается с увеличением размера молекулы. Танины могут быть антипитательными, поскольку они могут связываться с белками и минералами, в то время как более крупные танины служат вяжущими средствами при различных заболеваниях (диарее, транссудате и кожных кровотечениях). Эти соединения широко представлены в растительном мире. Fagaceae (семейство буковых) и Polygonaceae (семейство спорышей) - несколько примеров растений, содержащих дубильные вещества.­­

Лигнаны содержат разные функциональные группы и состоят из двух фенилпропаноидных единиц, образующих 18-углеродный скелет. Эти соединения присутствуют в клеточной мембране и выполняют специфические функции, поскольку обладают липофильными свойствами. Лигнаны присутствуют в разных концентрациях у разных видов растений, но более высокие количества обнаружены в масличных семенах. Фитоэстрогенные, слабительные или противоопухолевые эффекты связаны с лигнанами.

Белки и пептиды

Белки играют чрезвычайно важную роль в пище и кормах. Компоненты белков всасываются в кровь из тканей кишечника и являются строительными блоками белков организма. Помимо них, многие белки также действуют как биоактивные молекулы. Эти биоактивные белки не могут гидролизоваться в ЖКТ,  не всасываться в кровь и выполнять свою особую функцию в организме. Такие белки продуцируются молочайными (семейство молочай) и Ricinus communis (клещевина). Например, рицин препятствует синтезу белков и оказывает постепенное воздействие на животных и людей. Эти белки в незначительном количестве присутствуют в семенах нескольких видов Fabaceae (семейство бобовых). Симптомы, связанные с коликами и другими нарушениями обмена веществ, могут появиться, если семена не подвергаются термической обработке для инактивации лектина.

Гликозиды

Гликозиды могут происходить из различных типов вторичных метаболитов, которые связаны с моносахаридом, олигосахаридом или уроновой кислотой. Следовательно, он содержит две группы, первая - это глицин (часть сахарида или уроновой кислоты), а оставшаяся часть известна как агликон. Цианогенные гликозиды, сердечные гликозиды, антрахиноновые гликозиды, сапонины и глюкозинолаты являются некоторыми основными группами гликозидов. Флавоноиды также встречаются в виде гликозидов. После приема гликозидов он гидролизуется в толстой кишке, в то время как более гидрофобные гликозиды (агликон) могут абсорбироваться.

Стероидная структура присутствует в агликонах сердечных гликозидов. Они ингибируют насосы Na + / K +, действующие в клеточных мембранах. Агликоны цианогенных гликозидов происходят из аминокислот. Гипотиреоз может возникнуть, поскольку эти соединения могут мешать утилизации йода. Сульфосодержащие аминокислоты присутствуют в агликонах, полученных из аминокислот, которые имеют резкий запах. В различных клетках эти соединения оказывают комплексное действие на цитохром (изоформы P450) и, следовательно, снижают биоактивацию в печени проканцерогенов окружающей среды. Большинство сапонинов (мылообразующие соединения) представлены в виде гликозидов. Эмульгирующие свойства связаны с гликозидами сапонина, которые представляют собой сравнительно большие молекулы, имеющие гидрофильные и гидрофобные агликоновые части.

Экстракция биологически активных веществ (БАВ)

Биоактивные соединения растений и их экстракты содержат пул молекул, обладающих широким разнообразием функций и структур, которые играют важную роль в производстве пищевых добавок, функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков. Распределение биологически активных соединений в растениях варьируется в зависимости от их концентрации, некоторые из них присутствуют в низком уровне, тогда как некоторые соединения, такие как полифенолы, могут быть обнаружены в более высоких концентрациях.

В настоящее время несколько российских предприятий занимаются экстракцией биоактивных соединений из природных источников для профилактики и лечения различных заболеваний человека и для удовлетворения других потребностей. Эффективность этих соединений во взаимодействии с различными биологическими молекулами, включая ДНК и белки, для получения желаемого результата позволяет полностью использовать их при разработке терапевтических агентов, полученных из натуральных продуктов. Для этой цели экстрагируются биоактивные молекулы из растительных источников. Получаемые жирные, а также водорастворимые густые и сухие экстракты используются в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности нашей страны.

Ознакомиться с описанием оборудования для произвоства экстрактов  можно в Каталоге товаров нашего сайта.

Экстракция ценных растительных масел

К ценным можно отнести растительные масла, содержащие полиненасыщенные (ПНЖК) и мононенасыщенные (МНЖК) жирные кислоты, которые являются структурными элементами клеточных мембран, а также участвуют в регулировании уровня «вредного» холестерина. Гамма-линоленовая кислота (ГЛК) является очень полезным ингредиентом из-за ее эффективности в профилактике и лечении ряда заболеваний человека. Она используется для лечения кожных заболеваний, например, атопической экземы, в качестве пищевой добавки или при лечении предменструального напряжения. Это также жизнеспособный источник энергии и предшественник простагландинов, которые влияют на нервную систему и кровообращение, регулируют гормоны и обмен веществ и подавляют выработку желудочного сока.

Масло примулы вечерней

Наиболее распространенным источником ГЛК являются масла семян примулы вечерней (Oenothera blennis и O. lamariciana), масло семян черной смородины. Оно также обнаружено в грибах Mortierella. Содержание Y-линоленовой кислоты (ГЛК) в полиненасыщенных жирных кислотах (ПНЖК), полученных гидролизом масла из обоих источников масла, составляет около 10% от массы ПНЖК. Масло содержит более 80% ПНЖК. Сверхкритический CO2 с или без азеотропообразователя (сорастворителя), такого как этанол, можно использовать для извлечения нейтрального масла при 300 бар и 58–60°C с помощью 10% об. спирта. Клетки необходимо чтобы при экстракции высвободилась большаю часть масла. Масло, экстрагированное СКФ-CO2, имеет значительно меньшее содержание фосфора, чем масло, экстрагированное гексаном (15 против 800 частей на миллион). Максимальный выход масла примулы вечерней составляет около 21% по массе при экстракции в режиме 50°С и 300 бар.

Масло огуречника

Масло, извлеченное из семян огуречника с помощью СКФ-CO2, содержит около 80% моно- и полиненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой и линоленовой) в виде триглицеридов, в которых содержание ГЛК составляет от 18 до 19%, что значительно увеличивает лечебное значение масла. Экстракция семян огуречника СО2 при 250 бар и 35°С приводит к выходу масла 24%, что составляет 80% от всего доступного масла.

Масло чайного семени

Масло чайного семени известно своей высокой терапевтической ценностью и отличается от масла чайного дерева. Масло чайного семени богато мононенасыщенными жирными кислотами (МНЖК), такими как оливковое масло или масло канолы, и рекомендуется для поддержания низкого уровня холестерина в крови. Его также используют в качестве салата или масла для жарки. Оно имеет важные фармацевтические применения в качестве носителя для инъекций длительного действия, таких как противомалярийные инъекции, содержащие смесь масла чайного семени и артемизинина. Он коммерчески производится из Camellia sasanqua в Китае и широко используется в Европе и Азии. Масло чайного семени может быть получено из Camellia sinensis. Виды sasanqua содержат от 45 до 50% масла, тогда как другие виды, sinensis, содержат гораздо меньшее количество (от 20 до 25%) нелетучих масел. Масло чайного семени можно экстрагировать и разделить на три фракции, а именно триглицериды с низкой, средней и высокой молекулярной массой. Также известно о фракционировании пальмового масла на три фракции с низкой, средней и высокой молекулярной массой

Масло шиповника

Красновато-оранжевые плоды шиповника (Rosa canina) обычно используются в качестве естественного источника витамина С, помимо пектина, флавоноидов, токоферолов, каротиноидов и масла мононенасыщенных жирных кислот (МНЖК). Таким образом, шиповник используется в качестве добавки к чаю, джему, сиропу или безалкогольным напиткам. Анализ экстрагированных масел шиповника показывает, что наибольшее содержание биологически активных компонентов, таких как каротиноиды (ликопин, лютеин, в-каротин) и токоферолы (а, в и формы Y), содержится в кожуре плодов, а наименьшее – в семенах.

Масло жожоба

Жожоба (Simmondsia california) в настоящее время привлек внимание всего мира благодаря своему разнообразному коммерческому потенциалу. Он также известен как Simmondsia chinensis. Семена жожоба содержат от 45 до 55% масла, которое по своим химическим свойствам сходно с китовым жиром. Это масло не является триглицеридом, а состоит в основном из сложных эфиров мононенасыщенных жирных кислот C20-C22 (MUFA) и мононенасыщенных спиртов с длинной цепью. Это не жир, а жидкий воск (температура плавления: 7°C). Масло обладает высокой термической стабильностью (до 315°C) и находит широкое применение, например, в косметике, смазочных материалах, фармацевтике, дезинфицирующих средствах, поверхностно-активных веществах, средствах личной гигиены и т. д. Натуральное масло жожоба может использоваться в качестве основы в «безмасляной» косметике. Ежегодно производится более 2000 тонн масла жожоба для использования в различных химических продуктах, продаваемых по всему миру, из которых 750 тонн используются в косметике. Общий потенциал мирового рынка масла жожоба оценивается в 64 000 т/год. Растворимость масла резко возрастает при давлении свыше 300 бар. Например, при 80°С растворимость масла жожоба в СКФ-СО2 увеличивается с 1,8 до 5,0% по весу при увеличении давления от 300 до 500 бар Выход высококачественного масла при 330 бар и 60°-  около 45%.

Масло малины, ежевики и смородины

Известно, что семена малины, ежевики и (черной и красной) смородины содержат жирные масла, богатые линолевой и линоленовой кислотами, помимо токоферола и каротиноидов. СКФ-CO2-экстракция семян малины при 300 бар и 35°C дает 10,7% масла; семена ежевики - 10,3%; и семена черной/красной смородины - 6,9% масла. Анализ масла семян черной смородины, показывает, что масло богато линолевой и линоленовой кислотами, которые лучше извлекаются при экстракции СКФ-CO2.

Выход эфирного масла из растительного сырья

Извлечение эфирных масел из их растительных источников может осуществляться с помощью различных как старых, так и новых процессов, таких как перегонка с водяным паром, гидродиффузия, мацерация, механическое (холодное) прессование, экстракция растворителем и сверхкритическая флюидная экстракция. Необработанные эфирные масла, полученные любым из этих методов, могут потребовать дальнейшей очистки или обработки либо с помощью подходящей комбинации вышеперечисленных процессов, либо путем повторной дистилляции, фракционирования, хроматографии, кристаллизации, химической обработки и т. д., в зависимости от природы сырья.

Выход экстрактов при различных способах экстракции

Выход натуральных экстрактов (эфирных масел) из эфирно-масличного сырья при экстракции различными способами можно посмотреть в Таблице 1.  

Таблица 1 - Выход экстракта (эфирного масла, конкрета) из растительных источников натуральных ароматизаторов

Эффективность экстракции

Выход растительных экстрактов при экстракции органическим или сверхкритическим СО2 всегда будет выше выхода экстрактов, полученных методом паровой дистилляции, так как в дистиллятах остутствуют нелетучие вещества.

Сравнение экстракции, например, петролейного эфира и бензола, со сверхкритическим CO2 показывает, что СКФ-СО2 дает более высокое качество экстрактов за счет селективного обогащения их ключевыми компонентами, чем любой другой растворитель. Но, надо учитывать, что сверхкритический углекислый газ обычно используется для производства жирных, не растворимых в воде экстрактов. Для производства водорастворимых экстрактов применяется линия водно-этанольной экстракции.

СО2 экстракция

Большинство недостатков, встречающихся в традиционных процессах извлечения эфирных масел можно обойти за счет использования сверхкритического СО2 в качестве экстрагента.

Преимущества СО2-экстракции

К преимуществам этого относительно нового метода относятся:

• Отсутствие остаточных токсичных растворителей и значительно уменьшенное количество пестицидов;
• Отсутствие потери верхних и нижних нот;
• Отсутствие термической деградации из-за рабочей температуры, близкой к температуре окружающей среды, и инертной среды CO2;
• Идеально подходит для термолабильных, чувствительных к теплу ароматических компонентов;
• Экономия энергии при регенерации растворителя;
• Увеличенный срок хранения благодаря совместной экстракции антиоксидантов и удалению растворенного кислорода;
• Высокая чистота и индивидуальные характеристики продукта благодаря простому управлению селективностью разделения;
• Полностью натуральный, светлый, прозрачный и блестящий экстракт;
• Негорючий растворитель, не опасный для окружающей среды;
• Безопасный процесс;
• Широкий спектр физических свойств может быть получен с одним растворителе за счет небольших вариаций параметров процесса, таких как давление и температура, или азеотропообразователя, что делает его гибким, универсальным и многоцелевым растворителем;­
• Более быстрая экстракция и высокий выход экстрактов;
• Отличные характеристики смешивания экстрактов.

Из всех доступных для экстракции летучих растворителей сверхкритический диоксид углерода (СК СО2) придает экстрактам наиболее естественный запах и вкус, наиболее близкий к исходному материалу. Некоторые ароматизаторы требуют использования углеводородного или хлорсодержащего растворителя, чтобы сначала экстрагировать сырье, а затем очистить полученный экстракт с помощью SC CO2. Однако эта практика не очень хороша из-за потери верхних нот и термической деградации, хотя стоимость экстракционного оборудования может быть в некоторой степени снижена. Масла, экстрагированные CO2, как правило, более концентрированы, чем масла, полученные паровой дистилляцией или обычной экстракцией растворителем из того же исходного материала. Это связано с присутсвием более низких уровней монотерпеновых углеводородов, поскольку не образуются дополнительные монотерпены, как при перегонке с водяным паром. Эти терпены имеют тенденцию разбавлять активные ароматические компоненты и не вносят существенного вклада в профиль запаха. Сорастворители имеют увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Этанол является наиболее приемлемыми «естественным» анестетиком для пищевых экстрактов, хотя другие органические растворители показывают, что первый метод не имеет большого экономического преимущества перед вторым. Энтрейнеры имеют то преимущество, что увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Экстракты содержат некоторые следы насыщенных и ненасыщенных липидов, которые не влияют на вкус, однако они могут улучшить растворимость и, следовательно, свойства смешивания некоторых продуктов. При составлении ароматов эти триглицериды могут даже выступать в качестве природного фиксатора.

Вкус и аромат СО2 экстрактов

Вкус и аромат сверхкритических СО2-экстрактов значительно отличаются от их обычных эквивалентов. Их следует рассматривать как новые продукты, а не как прямую замену традиционным экстрактам. Они уже хорошо зарекомендовали себя как коммерческие продукты и производятся в США, Европе, Японии, Китае и Австралии, Росиии.

Иногда покупатели установок сверхкритической СО2-экстракции опасаются по поводу высоких капитальных затрат на экстракционное оборудование высокого давления, которые добавляются к высокой стоимости технологии. Тем не менее, затраты на энергию в этом процессе ниже, чем затраты на паровую дистилляцию и экстракцию растворителем, что более чем компенсирует высокие капитальные затраты, связанные с процессом экстракции СКФ-CO2. Оборудование для сверхкртитической СО2 экстракции может стоить на 50% дороже, чем оборудование для субкритической или жидкой экстракции CO2. Опять же, более высокие затраты на оборудование для экстракции СКФ-CO2 часто компенсируются более полной экстракцией и возможностью фракционирования экстракта на ряд продуктов. Для достижения желаемых свойств аромата, вкуса, цвета и срока годности необходимо тщательно выбирать источники сырья, параметры экстракции и фракционирования, а также сорастворитель. Из примерно 350 000 различных видов, которые были идентифицированы, около 5% (т.е. 17 500) являются ароматическими растениями, и что около 300 различных видов растений используются для производства эфирных масел для пищевых продуктов и ароматизаторов. Ежегодное мировое производство летучих масел оценивается в сумму более 1 миллиарда долларов.

Из нескольких методов производства эфирных масел в целом выходы при СО2 экстракции и этанолом выше, чем при дистилляции с водяным паром. Эти различия в основном связаны с тем, что экстракты содержат нелетучие остатки. Другие способы дают еще более низкие урожаи. Субкритическая экстракция CO2 дает выходы, близкие к выходу паровой дистилляции, в то время как выходы СКФ-CO2-экстракции более или менее совпадают с выходами селективных органических растворителей. Субкритические CO2-экстракты превосходят экстракты, полученные путем перегонки с водяным паром, поскольку первые наиболее близки к естественному запаху растительного сырья. Соэкстракты со сверхкритическим CO2 содержат определенные липидные антиоксиданты с относительно более высокой молекулярной массой, которые увеличивают срок годности экстрактов.

Около 80% годового производства и использования парфюмерно-ароматических материалов приходится на духи, а остальные ароматизаторы для пищевых, стоматологических и фармацевтических продуктов. Но только 20% отдушек и ароматизаторов натуральные. Благодаря постоянному развитию технологии сверхкритической экстракции и огромному запасу растительных компонентов, производство высококачественных натуральных ароматизаторов ежегодно растет.  

Сверхкритический флюид в экстракции

Когда газ сжимается до достаточно высокого давления, он становится жидким. Если, с другой стороны, газ нагрет выше определенной температуры, никакое сжатие горячего газа не заставит его стать жидкостью. Эта температура называется критической температурой, а соответствующее давление пара называется критическим давлением. Эти значения температуры и давления определяют критическую точку, уникальную для данного вещества. Состояние вещества называется сверхкритическим флюидом (СКФ), когда и температура, и давление превышают значения критической точки. Эта «жидкость» теперь приобретает многие свойства, как газа, так и жидкости. Это область, где максимальная растворяющая способность и самые большие изменения свойств растворителя могут быть достигнуты при небольших изменениях температуры и давления.

Свойства

Сверхкритический флюид обладает очень привлекательными экстракционными характеристиками благодаря хорошей диффузионной способности, вязкости, поверхностному натяжению и другим физическим свойствам. Его диффузионная способность на один-два порядка выше, чем у других жидкостей, что способствует быстрому массопереносу и более быстрому завершению экстракции по сравнению с обычными жидкостями.­

Его низкая вязкость и поверхностное натяжение позволяют ему легко проникать в растительный материал, из которого необходимо извлечь активный компонент. Газоподобные характеристики СКФ обеспечивают идеальные условия для извлечения растворенных веществ, обеспечивая высокую степень извлечения за короткий период времени. Однако он также обладает превосходными растворяющими свойствами жидкого растворителя. Он также может избирательно извлекать целевые соединения из сложной смеси. Иногда целевое соединение представляет собой интересующий активный ингредиент. В других случаях это может быть нежелательный компонент, который необходимо удалить из конечного продукта. Сильная зависимость растворимости некоторых растворенных веществ в сверхкритическом флюидном растворителе от давления и температуры (или плотности) является наиболее важным явлением, используемым в сверхкритической флюидной экстракции. Многие из тех качеств, которые делают сверхкритические флюидные растворители идеальными для экстракции, также делают их хорошими кандидатами для использования в качестве превосходной среды для химических реакций, обеспечивающих повышенную скорость реакции и предпочтительную селективность преобразования. После завершения такой реакции жидкий растворитель сбрасывают для осаждения продукта реакции.

Углекислый газ (СО2)

На сегодняшний день популярным в Европе растворителем для экстракции натуральных продуктов для пищевых продуктов и лекарств является углекислый газ (СО2). Это инертный, недорогой, легкодоступный растворитель без запаха и вкуса, безвредный для окружающей среды. Кроме того, при экстракции с помощью СО2 в экстракте не остается остатков растворителя, так как в условиях окружающей среды он представляет собой газ. Кроме того, его критическая температура, близкая к температуре окружающей среды (31,1°C), делает его идеально подходящим для термолабильных натуральных продуктов. Из-за низкой скрытой теплоты парообразования для системы разделения экстрактов требуется мало энергии, что позволяет получить экстракты с наиболее естественным запахом и натуральным вкусом. Кроме того, энергия, необходимая для достижения сверхкритического (СК) состояния СО2, часто меньше энергии, связанной с перегонкой обычного органического растворителя.

Извлекаемые вещества

В целом, экстрагируемость соединений сверхкритическим СО2 зависит от наличия в этих соединениях отдельных функциональных групп, их молекулярной массы и полярности. Например, углеводороды и другие органические соединения относительно низкой полярности, например сложные эфиры, простые эфиры, альдегиды, кетоны, лактоны и эпоксиды, извлекаются в СК СО2 при более низком давлении в диапазоне от 75 до 100 бар, тогда как умеренно полярные вещества, такие как производные бензола с одной карбоксильной и двумя гидроксильными группами, умеренно растворимы. Высокополярные соединения, такие как соединения с одной карбоксильной и тремя и более гидроксильными группами, малорастворимы. Для экстракции определенного класса продуктов в СКФ CO2 часто вводят сорастворитель или азеотроп, чтобы повысить его полярность и, следовательно, его растворяющую способность: этанол, этилацетат и т.д.

Экстракция растительного сырья

Экстракция растительного сырья – это извлечение белков, жиров, углеводов и других ценных компонентов (биологически активные вещества, ароматизаторы, красители и т.д.) из всех или отдельных морфологических частей растений с помощью сил давления или растворителя.

Экстракция широко используются в пищевой промышленности для производства соков, вина, сахара и растительного масла. Этот метод также часто применяется при извлечения различных целевых соединений, таких как красители, антиоксиданты, эфирные масла и ароматизаторы, из растительного сырья. Экстракция горячей водой и органическими растворителями — давно зарекомендовавшие себя процессы, обладающие превосходной эффективностью при применении в оптимальных условиях. Эти виды экстракции можно проводить одновременно, но чаще они дополняют друг друга и технологически сочетаются (например, экстракция сахара горячей водой из сахарной свеклы сочетается с последующим прессованием мезги; прессование семян масличных культур сочетается с последующей экстракцией масла растворителем из жмыха; прессование яблок или винограда можно сочетать с последующей экстракцией биологически активных веществ (БАВ) из мезги растворителем). Выход экстрагированных соединений может быть очень высоким в оптимальных условиях. К сожалению, качество растворов и экстрагированных продуктов (например, чистота, мутность, цвет, вкус текстура и питательные вещества) может ухудшиться в ходе обработки сырья, необходимой для увеличения выхода (измельчение, нагревание, добавление химикатов/ферментов). Кроме того, значительное количество отходов часто образуется при очистке экстракционных растворов, когда происходят нежелательные потери растворителей и других добавок.

Метод экстракции

В последние десятилетия наблюдается растущий интерес к альтернативным пищевым технологиям, позволяющим нетермическое или мягкое термическое сохранение пищевых продуктов. Несколько новых технологий являются заметными и представляют большой интерес для пищевой промышленности, в частности, импульсные электрические поля, мощный ультразвук, микроволны, импульсный свет, омический нагрев, облучение, радиочастотный нагрев, обработка высоким давлением, электрические разряды высокого напряжения, вакуумно-импульсная экстракция.

Эти виды обработки эффективны для улучшения экстракции растворенных веществ (скорость и полнота извлечения). Например, активное использование ведущими производителями экстрактов технологии вакуумно-импульсной экстракции уже привело к замене процессов экстракции горячей водой или органическими растворителями на холодную или мягкую термическую экстракцию, водную экстракцию или водно-этанольную экстракцию. Более того, альтернативные физические методы оказались менее инвазивными методами обработки растительной пищи, что позволяет избежать многих нежелательных изменений в продуктах, пигментах, витаминах и ароматизаторах, типичных для других методов экстракции, включая термические, химические и ферментативные методы. Все эти новые технологии остаются в значительной степени на исследовательской арене, в то время как другие находятся на грани коммерциализации или в активной фазе применения (например, вакуумно-импульсная экстракция).

Вакуумно-импульсная экстракция

Вакуумно-импульсная экстракция – это передовая технология быстрой и полной жидкостной экстракции, применяемая российскими переработчиками лекарственного сырья и ягод для получения пищевых, косметических и фармацевтических экстрактов.

Вакуумно-импульсная экстракция обычно применяется в процессах водно-спиртового извлечения сухих веществ, в том числе биологически активных, ароматических и красящих веществ, из листьев, цветков, коры, корней, корневищ, луковиц, клубней, клубнелуковиц, плодов, семян, почек лекарственных растений.

Движущей силой вакуумно-импульсного процесса экстракции является резкое изменение давления (импульс) в условиях глубокого вакуума в экстракторе, в котором находится экстрагируемое сырье, погруженное в растворитель.

В настоящее время вакуумно-импульсная экстракции является самой популярной технологией производства густых и сухих экстрактов на предприятиях Алтайского края и Кемеровской области.

Импульсная экстракция с помощью электрического поля

Обработка импульсным электрическим полем — это метод, при котором сырье помещают между двумя электродами в камеру периодической или непрерывной обработки и подвергают воздействию импульсного напряжения (обычно 15–80 кВ/см с несколькими импульсами по 1–5 мс для уничтожения микроорганизмов и 0,1-5 кВ/см с импульсами 50-1000 мс для электропорации растительных клеток и нетермической экстракции из твердых пищевых продуктов). Для генерации таких коротких импульсов используются различные схемы формирования импульсов, основными компонентами которых являются источник питания на выбранном напряжении, одна или несколько конденсаторных батарей, катушки индуктивности и/или резисторы

Экстракция с омическим нагревом

Обработка омическим нагревом представляет собой метод, при котором сырье помещают между двумя электродами в камеру периодической или непрерывной обработки и подвергают воздействию постоянного, переменного или импульсного напряжения (обычно 20–80 В см-1) для нагревания пищевого продукта и убивают любые микроорганизмы. Генераторы омического нагрева, в которых используются электрические поля переменного тока и высокой частоты, позволяют уменьшить электролиз и загрязнение продукта по сравнению с конструкциями постоянного тока.

Основным принципом ОН является рассеивание электрической энергии в виде тепла, что приводит к генерации внутренней энергии.

Обработка OH в настоящее время коммерциализирована для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов.

Экстракция с помощью высоковольтных электрических разрядов

Экстракция с помощью высоковольтных электрических разрядов - это метод, при котором твердые частицы помещаются в диэлектрическую жидкость (обычно водопроводную воду) внутри камеры, содержащей высоковольтный игольчатый электрод и заземленный электрод с покрытием, и подвергаются воздействию импульсных ударных волн (обычно 40-60 кВ/см, 2-5 мс) для пробоя жидкости и фрагментации частиц.

Механизмы этого метода очень сложны и еще недостаточно изучены. Явление основано на электрическом пробое воды. В этом явлении участвуют и ускоряют пузырьки воздуха, которые уже присутствуют в воде или образовались в результате локального нагрева.

Эту технологию пробовали использовать для ускорения экстракции растворенных веществ из соевых бобов, картофеля, листьев чая, торфа и укропа, а также из других пищевых материалов.

Применение технологии теоретически может улучшить водную экстракцию масла из семян масличных культур, виноградных выжимок. В настоящее время технология не является коммерчески используемой и находится на этапе изучения.

Ультразвуковая экстракция в пищевой промышленности

В настоящее время хорошо известно, что мощный ультразвук с частотами от 20 кГц до 1 МГц оказывает существенное влияние на скорость различных физических и химических процессов. Очистка и растворение являются его более развитыми приложениями, и существует большое количество ультразвуковых ванн для использования в химических лабораториях. Воздействие ультразвуковых волн на твердые образцы иногда используется для извлечения ароматов из растительного сырья или металлических примесей из почв. Дегазация и отгонка широко используются для анализа вкуса, а также в исследованиях окружающей среды и полимеров. Другие интересные применения ультразвука включают гомогенизацию, эмульгирование, просеивание, фильтрацию и кристаллизацию.

Наиболее интересным эффектом операционных блоков на основе ультразвука является сокращение времени обработки и повышение качества продукции. Все эти эффекты объясняются акустической кавитацией: при облучении жидкости ультразвуком образуются микропузырьки, которые чрезвычайно быстро растут и колеблются и в конечном итоге мощно схлопываются (если акустическое давление достаточно велико). Когда размер этих пузырьков достигает критической точки, они схлопываются во время цикла сжатия и высвобождают большое количество энергии. Температура и давление в момент коллапса оцениваются в 5000 К и 5000 атмосфер. Это создает горячие точки, способные резко ускорить химическую реакцию в среде. Ультразвуковая экстракция оправдывает себя при использовании в лабораторных масштабах, когда объем экстракционного сосуда немногим больше объема рабочего органа УЗ-излучателя.

Промышленный процесс ультразвуковой экстракции малопроизводительный, энергозатратный и потому имеет сомнительную эффективность. Также ультразвуковые экстракты должны тщательно изучаться на безопасность, так как этот метод экстракции является агрессивным и может приводить к образованию вредных соединений.

Экстракция с помощью микроволн

Микроволны — это электромагнитные волны с частотным диапазоном от 100 МГц до 3 ГГц, которые содержат компоненты электрического и магнитного поля и, таким образом, представляют собой распространяющуюся электромагнитную энергию. Эта энергия действует как неионизирующее излучение, которое вызывает молекулярное движение ионов и вращение диполей, но не влияет на молекулярную структуру. Когда диэлектрические материалы, содержащие либо постоянные, либо индуцированные диполи, помещаются в поле СВЧ, вращение диполей в переменном поле производит тепло. Точнее, приложенное поле СВЧ заставляет молекулы в среднем тратить немного больше времени, ориентируясь в направлении электрического поля, а не в других направлениях. Когда электрическое поле снимается, тепловое возбуждение возвращает молекулы в неупорядоченное состояние за время релаксации, и выделяется тепловая энергия. Таким образом, СВЧ нагрев возникает в результате рассеяния электромагнитных волн в облучаемой среде. Величина рассеиваемой в среде мощности зависит от комплексной диэлектрической проницаемости материала и локальной усредненной по времени напряженности электрического поля.

При обычном нагреве тепло передается от нагревающей среды внутрь образца, тогда как при СВЧ-нагреве тепло рассеивается объемно внутри облучаемой среды, и, таким образом, происходит передача тепла от образца к более холодной среде. Это вызывает существенную разницу между обычным и микроволновым нагревом. При обычном нагреве теплопередача зависит от теплопроводности, от разницы температур в образце. В результате повышение температуры часто происходит довольно медленно. Напротив, эффект объемного нагрева при СВЧ-нагреве позволяет получить гораздо более быстрое повышение температуры в зависимости от мощности СВЧ и коэффициента диэлектрических потерь облучаемого материала.

В настоящее время возможно использование широкого спектра сосудов и приборов при работе с микроволнами в зависимости от целевого назначения и извлекаемых аналитов. Существуют микроволновые реакторы, разработанные специально для экстракции растворителем в лаборатории (от 0,1 до 1 л). В промышленных масштабах экстракция с микроволновым нагревом не получила широкого распространения.