Способ получения водорастворимых полисахаридов из scorzonera hispanica l.
Владельцы патента RU 2393869:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пятигорская Государственная фармацевтическая академия" (RU)
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности. Экстракцию проводят водой в электроимпульсной экстракционной камере при гидромодуле 1:15 и воздействии ударных волн, генерируемых импульсами напряжения электрических разрядов длительностью 1,2 мкс, с фронтом 5 нс. Количество импульсов в серии 1600, их амплитуда 20-24 кВ. Экстракцию проводят трижды водой по 8 мин. Экстракты объединяют, концентрируют при пониженном давлении, водорастворимые полисахариды осаждают трехкратным объемом 96%-ного этанола. Осадок промывают, сушат. Изобретение позволяет повысить выход продукта, сократить время проведения процесса и повысить эффективность экстрагирования. 6 табл., 3 ил.
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности (использование водорастворимых полисахаридов (ВРПС) в качестве ингредиентов «функциональных продуктов питания» и биологически активных добавок предбиотического действия).
Использование: в медицине, а именно химико-фармацевтической и пищевой промышленности, и касается способа получения водорастворимых полисахаридов (инулина, пектина и др.) из корней Scorzonera hispanica L. сорта «Maxima» методом электроимпульсной экстракции.
Измельченные корни Scorzonera hispanica L. сорта «Maxima» экстрагируют водой в электроимпульсной экстракционной камере при гидромодуле 1:15 (установлен экспериментальным путем) и воздействии генерируемых ударных волн под воздействием импульсов напряжения (фиг.1а, фиг.1б) длительностью 1,2 мкс, с фронтом 5 нс (5·10-9 с), при разрядной емкости 0,4 мкФ, разрядном токе порядка 3÷4 кА, обеспечивающем оптимальный режим экстрагирования (табл.1).
Количество импульсов 1600 в серии, их амплитуда 20-24 кВ, экстракцию проводят трижды водой по 8 мин. Экстракты объединяют, концентрируют под пониженным давлением, обрабатывают трехкратным объемом спирта 95%-ного этанола в соотношении экстрагент:этанол (1:3) с целью осаждения водорастворимых полисахаридов. Осадок отделяют, промывают, сушат. Изобретение позволяет повысить выход продукта, сократить время проведения процесса, упростить способ и повысить его эффективность.
Известен способ получения водорастворимых полисахаридов методом дробной мацерации (фиг.2).
Дробная мацерация является многоступенчатым прямоточным статическим способом экстрагирования (Понамарев В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья. - М.: Медицина, 1976, - 202 с.).
Метод заключается в следующем: измельченные корни в количестве 20 г заливают 400 мл воды, нагретой до 90°С, в круглодонной колбе на 500 мл. Далее проводят экстракцию при температуре 80°С в течение 2 часов. Затем извлечения фильтруют. Экстракцию проводят 3 раза до истощения сырья.
Полученное объединенное извлечение в объеме 1200 мл упаривают до 40 мл при температуре 60-65°С. К полученному концентрированному извлечению добавляют 3-кратный объем 96% этанола.
Полученный осадок полисахаридов отделяют от раствора центрифугированием.
Влажный осадок сушат в сушильном шкафу при температуре 50-60°С.
Недостатком указанного способа является его продолжительность и трудоемкость, а также потери ВРПС (водорастворимых полисахаридов) в процессе экстракции.
Близким к предлагаемому является следующий способ получения ВРПС из корней растений по методике Н.К.Кочеткова (Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А. и др. Химия углеводов. - М., 1967. - 672 с.), основанной на водной экстракции сухого измельченного сырья с последующим осаждением водорастворимых полисахаридов 3-кратным объемом 96% этанола. Раствор декантировали, осадок центрифугировали, высушивали, затем взвешивали. Получали фракцию водорастворимых полисахаридов. Для выделения пектиновых фракций из остатка сырья скорцонера использовали 0,5% раствор оксалата аммония, а из остатка корней лопуха - 0,5% раствор хлористоводородной кислоты. После осаждения 95% этанолом пектиновых веществ остатки сырья обоих видов экстрагировали 10% водным раствором гидроксида натрия и определяли содержание гемицеллюлоз А и В.
Недостатком этого способа является невысокий выход целевого продукта и длительность способа.
Задача изобретения - упрощение способа получения ВРПС, сокращение его длительности, повышение выхода ВРПС, увеличение антибактериальной активности ВРПС, снижение микрообсемененности продукта, получаемого данным методом.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения ВРПС, включающем экстракцию, осуществляют в электроимпульсной экстракционной камере водой при гидромодуле 1:15 и воздействии ударных волн от импульсных электрических разрядов при пробивном напряжении 23,6 ~ 24 кВ длительностью 1,2 мкс с фронтом 5 нс, в камере устанавливается межэлектродный промежуток 1,75 мм (МЭП), обработка сырья проводится трехкратно, в серии по 1600 импульсов, каждая в течение 8 минут.
При обработке сырья с применением импульсных электрических разрядов, при каждом разряде происходит измельчение сырья до частиц различных размеров в зависимости от степени измельченности первоначального сырья, что определялось гранулометрическим анализом. Обработанное сырье просеивалось с помощью стандартного набора сит, затем взвешиванием на аналитических весах определялась масса фракции до обработки и после (табл.2).
Кавитация и ударные волны, инициируемые разрядом в жидкости, способствуют разрыву клеток, увеличению поверхности сырья, контактирующего с экстрагентом, скорости перемешивания и также способствуют интенсификации процесса извлечения биологически активных веществ из растительных пор-капилляров (фиг.3. Эектроповреждение клеточных мембран).
Этот способ наиболее эффективен не только для экстракции «каркасных» («структурных») веществ-пектинов, но и для повышения выхода водорастворимых поли- и олигосахаридов.
Экстрагирование проводится в экстракционной камере, изготовленной из полиэтилена низкого давления, объемом 500 мл с регулируемым межэлектродным промежутком.
На электроды экстракционной камеры подавалась серия импульсов напряжением прямоугольной формы в диапазоне от 20 до 24 кВ с энергией в импульсе от 20 до Дж 57 соответственно.
Энергия импульса напряжения рассчитывается по формуле (1) и выбирается из соотношения Дж≤W≤Дж
где Un - пробивное напряжение; С - емкость генератора в ударе.
Увеличение времени обработки сырья приводит к переизмельчению сырья, ухудшая качество экстракта. Наибольший выход экстрактивных веществ наблюдается при Un=24 кВ и обработке сырья в течение 24 минут (3 серии по 1600 импульсов).
Выход целевого продукта повышается, когда кривая процентного содержания ВРПС в экстракте выходит на насыщение при 1600 импульсах.
В табл.3 приведены данные по выходу ВРПС при обработке без смены реагента (серия А) и при трехкратной обработке со сменой реагента (серия В - II серия; С - III серия после смены реагента).
Количество выделяемых ВРПС в большей степени зависит от величины МЭП и в исследованном диапазоне растет пропорционально его величине за счет увеличения объема смеси, подвергшейся воздействию ударных волн. Ограничение МЭП связано с параметрами высоковольтного генератора импульсов, т.е. если его величина достигнет значения, когда отсутствует пробой МЭП, процесс перестает быть эффективным. С ростом МЭП увеличиваются протяженность канала разряда в среде и объем обрабатываемого сырья, подвергшегося воздействию импульсных нагрузок, что характеризуется более высокой энергией, т.к. протекает при возросшем значении пробивного напряжения. Наиболее продуктивно процесс экстракции протекает при пробое МЭП с напряженностью электрического поля Е≈135 кВ/см.
Оптимальное значение межэлектродного промежутка (МЭП), характерное для данного вида сырья, составляет d=1,75 мм, табл.4.
Электроды располагаются непосредственно в рабочей камере. При обработке происходит эрозионный износ электронных систем, в результате чего полученные экстракты могут содержать примеси металла. Введение металла в экстракт является регулируемым. Известно, что пектины при взаимодействии с медью образуют пектинаты, обладающие более выраженным антимикробным действием, чем пектины. Поэтому при получении пектинов и пектинатов использовались медные электроды (перед проведением исследований электроды взвешивались на аналитических весах; после проведения опытов проводилось контрольное взвешивание, и определялась масса эрозировавшего металла; зная число импульсов, затраченных на обработку сырья, рассчитывалась величина эрозии металла - мг/имп., табл.5).
Таким образом, присутствие определенного количества эрозировавшей с электродов меди способствует усилению антимикробных свойств целевого продукта.
Кроме того, электромагнитное излучение, сопровождающее развитие разряда, способствует обеззараживанию, стерилизации и обеспложиванию продукта, получаемого данным способом.
Сравнительное изучение микробной обсемененности полученных по заявленному способу ВРПС и известному показало, что содержание Pseudobacterium erythoglocum. Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus и др. одинаково. Если по видовому составу бактерий и грибов не было различий, то в количественном отношении были существенные различия.
ВРПС, полученный заявленным способом, обсеменен бактериями и грибами меньше, чем полученный традиционным способом, что свидетельствует о стерилизации экстракционной смеси электромагнитным излучением в заявленном способе.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. 10 г сухого сырья загружают в экстракционную камеру (материал электродов - медь), приливают 150 мл воды t=20°C и проводят трехкратную экстракцию со сменой реагента по 8 мин при гидромодуле 1:15 и воздействии ударных волн от импульсных электрических разрядов длительностью 1,2 мкс с фронтом 5 нс, при величине пробивного напряжения 24 кВ, межэлектродном промежутке 1,75 мм, количестве импульсов 1600 в серии с частой следования 5 имп /с, трехкратно по 8 мин, а осаждение полисахаридов ведут 95%-ным этанолом. Масса ВРПС осадка составляет 7,4740 г.
Пример 2. 10 г сухого сырья загружают в экстракционную камеру, приливают 150 мл комнатной температуры и подвергают обработке импульсными разрядами длительностью 1,2 мкс с фронтом 5 нс; пробивное напряжение 24 кВ, количество импульсов 1400 в серии, межэлектродный промежуток 2,00 мм. Осаждение полисахаридов ведут 95%-ным этанолом. Масса ВРПС осадка составляет 7,249 г.
Пример 3. 10 г сухого сырья загружают в экстракционную камеру, приливают 150 мл воды комнатной температуры и подвергают обработке импульсными разрядами длительностью 1,2 мкс с фронтом 5 нс, пробивное напряжение 24 кВ, количество импульсов 2000 в серии, межэлектродный промежуток 1,75 мм. После однократной экстракции в течение 8 мин, водный экстракт выпаривают, осаждают этанолом, фильтруют, подвергают сушке. Масса ВРПС осадка составляет 7,3018 г.
Биологическое изучение водорастворимого полисахаридного комплекса из скорцонера методом «колодцев» позволило установить его высокую антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus 20% раствор, St.aureus (Макаров) и др.
Толстый слой агара в чашке Петри засевали 1-2 мл взвеси испытуемого микроба. Излишек взвеси полностью удаляли, подсушивали в течение 30 минут. Затем сверлом (диаметром 6 мм) делали 4-6 отверстий ("колодцев") на расстоянии 2,5 см от центра и на одинаковом расстоянии друг от друга. "Колодцы" заполняли исследуемым веществом. Чашки оставляли при комнатной температуре в течение 30 минут. Затем чашки ставили в термостат, не переворачивая, строго горизонтально, чтобы получить круглые зоны. Через 16-18 часов измеряли диаметр зон угнетения. Результаты приведены в таблице 6.
Заключение: таким образом, исследованный препарат обладает выраженным антимикробным действием.
Таким образом, предлагаемый способ получения водорастворимых полисахаридов из корней Scorzonera hispanica L. сорта «Maxima» отличается от прототипа более высоким выходом биологически активных веществ в конечном продукте за счет использования электроимпульсной обработки сырья, меньшей обсемененностью полученного препарата, его высокой антимикробной активностью и значительным сокращением времени переработки сырья.
| Таблица 1 | ||||||
| № | Масса сырья, г | Масса ВРПС, г, полученных после электроимпульсной обработки | Содержание ВРПС, % |
|
|
Метрологические характеристики |
| 1. | 10,0090 | 7,3018 | 79,41 | -0,25 | 0,0625 |
|
| 2. | 10,0215 | 7,2045 | 78,59 | -1,07 | 1,445 |
|
| 3. | 10,0090 | 7,3919 | 80,19 | 0,53 | 0,281 |
|
| 4. | 10,0215 | 7,4704 | 80,94 | 1,28 | 1,638 | Δx=0,928 |
| 5. | 9,9954 | 7,3506 | 79,85 | 0,19 | 0,036 | ∈=1,165% |
| 6. | 9,9652 | 7,2495 | 78,99 | -0,67 | 0,449 |
| Таблица 2 | |||
| Номер сита | Диаметр отверстия сита d, мм | Масса фракции, г | |
| до обработки | после обработки | ||
| 0,5 | 0,5 | 0,15 | 0,4 |
| 10 | 1 | 0,2 | 0,55 |
| 20 | 2 | 0,95 | 1,25 |
| 30 | 3 | 3,25 | 2,55 |
| 40 | 4 | 0,45 | 0,25 |
| Таблица 3 | |||
| N/100, имп | Выход полисахаридов z, г | ||
| Серия А | Серия В | Серия С | |
| 0,1 | 2,566 | 1,534 | 1,022 |
| 0,2 | 4,13 | 2,478 | 1,652 |
| 0,6 | 6,615 | 3,007 | 2,433 |
| 1 | 7,106 | 4,005 | 3,263 |
| 1,4 | 7,249 | 4,175 | 3,229 |
| 1,6 | 7,470 | 4,376 | 3,350 |
| 2,2 | 7,204 | 4,087 | 3,220 |
| 2,6 | 7,008 | 4,065 | 3,178 |
| 3 | 7,211 | 4,277 | 3,189 |
| 3,3 | 7,200 | 4,187 | 3,165 |
| Таблица 4 | ||
| Корень Scorzonera hispanica L. сорта «Maxima» | Межэлектродный промежуток d, мм | Количество ВРСП z, г |
| Коллекционный питомник в окрестностях станицы Бекешевской (осенний сбор) N=1600·3 | 0,25 | 7,3018 |
| 0,5 | 7,2045 | |
| 0,75 | 7,3919 | |
| 1 | 7,2009 | |
| 1,25 | 7,3506 | |
| 1,5 | 7,2357 | |
| 1,75 | 7,4704 | |
| 2 | 7,3018 | |
| 2,25 | 7,3919 | |
| 2,5 | 7,2045 |
| Таблица 5 | ||||
| Удельная величина эрозии металла | ||||
| Материал электрода | Медь | Нержавеющая сталь | Молибден | Вольфрам |
| Удельная величина эрозии металла, мг/ипм | 0,0116 | 0,0091 | 0,0082 | 0,0056 |
| Таблица 6 | |||||||||||||
| Антимикробное действие ВРСП | |||||||||||||
| № п/п | Вещество | Тест - культуры | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
| 1. | ВРПС из S.hispanica, сорта «Maxima», полученный заявленным способом | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ± | - | ± |
| 2. | ВРПС из S.hispanica сорта «Maxima», полученный традиционным способом | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ± | - | |
| 3. | Контроль 3,% | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
Способ получения водорастворимых полисахаридов из Scorzonera hispanica, включающий трехкратную экстракцию растительного сырья водой, объединение экстрактов, их концентрацию под вакуумом, обработку трехкратным объемом 96%-ного этанола в соотношении экстрагент:этанол 1:3 с последующей фильтрацией и сушкой целевого продукта, отличающийся тем, что экстракцию проводят водой в электроимпульсной экстракционной камере при гидромодуле 1:15 и воздействии ударных волн, генерируемых электрическими разрядами, инициируемыми импульсами напряжения длительностью 1,2 мкс, с фронтом 5 нс, количество импульсов 1600 в серии, их амплитуда 20-24 кВ, экстракцию проводят трижды водой по 8 мин.
