Способ экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья

 

Изобретение относится к фармацевтической, косметической, пищевой промышленности, медицине. Способ включает обработку водных суспензий этого сырья высоковольтными импульсными разрядами в промежутке между электродами. Обработку ведут импульсными разрядами при отношении энергии импульса к длине межэлектродного промежутка в пределах: 30 Дж/мм ≤W_o/L≤80 Дж/мм, где W_о - энергия импульса, L - длина межэлектродного промежутка, мм, при этом удельное число импульсов выбирают в пределах: 100 имп/л ≤N/V≤300 имп/л, где N - число импульсов, V - объем водной суспензии, л. Это позволяет увеличить производительность процесса экстракции водорастворимых веществ, а также увеличить степень сохранности извлекаемых компонентов при использовании электрических разрядов. 3 ил., 1 табл.

Способ экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья относится к фармацевтической, пищевой промышленности, медицине, в частности к способам переработки растительного сырья, а именно к получению экстрактов.

Известен способ получения экстракта из растительного сырья (патент РФ по з-ке N 93048830/14, МПК А 61 К 35/78, приор. 25.10.93), при котором сок алоэ подвергают двухступенчатому охлаждению при температурах от - 5^oС до - 25^oС, затем обрабатывают горячей водой с интервалами между сливами 1,5-2,4 часа и далее обрабатывают смесью этилового спирта (60-80%) и воды при соотношении (0:5-2):1.

Недостатками данного способа являются многоступенчатость и длительность процесса, что приводит к большим затратам энергии, и узкая сфера его практического применения.

Известен также способ получения комплекса биологически активных водорастворимых веществ из растительного сырья (А.С. СССР 1568310, МПК А 61 К 35/38, приор. 20.06.88) путем последовательной экстракции измельченного растительного сырья ацетоном в две стадии (100% и 90% с водой) при соотношении сырье-экстракт ~ 1:3, а перед сгущением гидрофильную фракцию очищают смесью этилацетат - этанол (9:1) при соотношении 3:1-2:1. При этом в качестве сырья используются плоды перца стручкового однолетнего.

Недостатком данного способа является также многоступенчатость, длительность, узкая сфера практического применения, а также использование специальных органических реагентов, что существенно увеличивает стоимость процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный нами за прототип способ экстрагирования полезных компонентов из растительного сырья с использованием электрических импульсных разрядов (Молчанов Г.И. Интенсивная обработка лекарственного сырья. М.: Медицина, 1981, с. 108-122). По этому способу экстракция водорастворимых веществ из растительного сырья проводится с использованием электрических импульсных разрядов, сформированных в суспензии с параметрами импульса ≈10 кДж и удельным числом поданных импульсов 500-1000 имп/л, что позволяет эффективно диспергировать сырье и улучшить условия диффузии.

Недостатки прототипа связаны с тем, что использование таких параметров и режимов приводит к значительным затратам энергии (~10-15 кВтч/г), а также к потерям свойств (до 100%) веществ за счет их интенсивного окисления, особенно оксидантов, окисление которых происходит за счет активных форм кислорода, образующегося в суспензии при высокой энергии импульса и длительной обработке электрическими разрядами сырья.

Основной технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат, увеличение производительности процесса экстракции водорастворимых веществ, а также увеличение степени сохранности извлекаемых комопонентов при использовании электрических разрядов. Уменьшение энергии и количества импульсов по сравнению с прототипом позволяет снизить уд. энергозатраты в ~2 раза, уменьшить производительность на ~50% при высокой степени сохранности извлекаемых компонентов (см. пример конкретного выполнения).

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья путем обработки водных суспензий этого сырья высоковольтными импульсными разрядами в промежутке между электродами, согласно предложенному нами решению обработку ведут импульсными разрядами при отношении энергии импульса к длине межэлектродного промежутка в пределах 30 Дж/мм≤W_о/L≤80 Дж/мм, где W_о - энергия импульса, Дж; L - длина межэлектродного промежутка, мм, при этом удельное число импульсов выбирают в пределах: 100 имп/л≤N/V≤300 имп/л, где N - число импульсов, V - объем водной суспензии, л.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявляемого способа, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример конкретного выполнения.

На фиг.1 изображена рабочая камера для обработки размещенной в ней суспензии растительного сырья, на фиг.2 - зависимость удельной энергоемкости и производительности от соотношения энергии избыточного импульса и длины рабочего промежутка, на фиг. 3 - зависимость удельных энергозатрат и удельной производительности от количества поданных импульсов на длину объема.

Камера (фиг.1) состоит из корпуса 1, высоковольтного электрода 2, заземленного электрода 3. К высоковольтному электроду 2 через катушку индуктивности L подключен генератор импульсов, имеющий конденсаторную батарею 4 и шаровой разрядник 5. Заземленный электрод 3 и шаровой разрядник 5 соединены друг с другом и заземлены.

Рабочая камера работает следующим образом. Обрабатываемая суспензия с определенным соотношением твердого к жидкому (см. таблицу) помещается в рабочую камеру. Устанавливается длина рабочего промежутка между высоковольтным 2 и заземленным электродом 3, включается генератор импульсов (4, 5) и на суспензию через электродную систему подается определенное количество импульсов. В процессе зарядки конденсаторной батареи 4 по обрабатываемому объему суспензии протекает ток зарядки, который, воздействуя на клеточные структуры, увеличивает их пропускную способность. При пробое шарового промежутка 5 высоковольтный импульс подается на высоковольтный электрод 2, с которого начинают развиваться плазменные образования. В течение времени, пока эти образования замкнут рабочий промежуток, в рабочем объеме протекает импульсный предпробивной ток, который оказывает такое же влияние на клеточную структуру, как и зарядный ток, подготавливая пленочную структуру сырья к экстракции. Когда промежуток замыкается плазменным каналом, происходит его ударный разогрев, взрывное расширение, и канал разряда генерирует ударную волну, за фронтом которой образует кавитационные процессы, которые развиваются во всем объеме суспензии и, схлопываясь, разрушают растительное сырье. Затем канал разряда вырождается в пульсирующую парогазовую полость, которая создает мощные турбулентные потоки жидкости в рабочем объеме, обеспечивая интенсивный диффузионный процесс между клеткой и водной фазой суспензии. Описанные выше процессы сопровождают каждый поданный импульс и в процессе обработки многократно повторяются, обеспечивают высокую степень экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья.

В рабочей камере объемом 10 л по предлагаемому способу обрабатывали водную суспензию курильского чая при изменении рабочего промежутка, энергии и количества поданных импульсов. В процессе работы анализировали выход водорастворимых веществ, производительность и энергоемкость процесса.

Представленные результаты (фиг.2 и фиг.3) показывают, что с целью достижения минимальных затрат энергии при высокой степени извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья, целесообразно работать в диапазоне плотности энергии в рабочем промежутке от 30 до 80 Дж/мм, а удельное число поданных импульсов должно находиться от 100 до 300 имп/л, при этих параметрах удельные затраты энергии составили ~2 кВтч/г, удельная производительность 0,9 мг/имп при уровне извлечения водорастворимых веществ 92%.

В таблице представлены результаты извлечения водорастворимых веществ (ВРВ) и энергетические показатели процесса при различных соотношениях твердого и жидкого (Т:Ж).

Как видно из таблицы, для водной суспензии курильского чая наиболее целесообразным является использование соотношения Т:Ж=1:10. Для других видов суспензий оптимальное соотношение Т:Ж необходимо определять также экспериментально.

Аналогичные результаты получены при обработке по предложенному нами способу пихтовой лапки, торфа и др. аналогичного сырья, торфа и др.

Формула изобретения

Способ экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья путем обработки водных суспензий этого сырья высоковольтными импульсными разрядами в промежутке между электродами, отличающийся тем, что обработку ведут импульсными разрядами при отношении энергии импульса к длине межэлектродного промежутка в пределах 30 Дж/мм≤W_о/L≤80 Дж/мм,
где W_о - энергия импульса, Дж;
L - длина межэлектродного промежутка, мм,
при этом удельное число импульсов варьирует в пределах
100 имп/л≤N/V≤300 имп/л,
где N - число импульсов;
V - объем водной суспензии, л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4