PL188533B1 - Sposób wydzielania karotenów z surowca naturalnego - Google Patents

Abstract

Sposób wydzielania karotenów z surowca naturalnego przez ekstrakcję dwutlenkiem węgla, znamienny tym, że suszony lub liofilizowany surowiec miesza się z olejem roślinnym, którego ilość wynosi co najmniej 0,1 części wagowych na 1 część wagową surowca naturalnego, a następnie do otrzymanej zawiesiny wprowadza się dwutlenek węgla w ilości co najmniej 0,5 części wagowych na 1 część wagową zawiesiny, w temperaturze poniżej temperatury rozkładu karotenu i pod ciśnieniem od 5 do 50 MPa, po czym z powstałej mieszaniny oddziela się fazę lekką, z której po rozprężeniu i/lub podgrzaniu wydziela się roztwór karotenów w oleju roślinnym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania karotenów z surowca naturalnego.

Karoteny a szczególnie beta-karoten stosowane są jako barwniki w przemyśle spożywczym lub jako farmaceutyki. Występują w szeregu naturalnych surowcach jak: marchew, dynia, pietruszka, brokuły, cukinia i w wielu innych. Najczęściej stosowaną metodą wydzielania karotenów z surowców naturalnych jest ekstrakcja ciecz-ciecz. Z marchwi lub innego surowca naturalnego bogatego w karoteny wydziela się sok lub surowiec homogenizuje się. Tak przygotowany surowiec zawiera od 60 do 95% wagowych wody. Następnie z cieczy lub zawiesiny rozdrobnionej marchwi karoteny ekstrahuje się organicznymi rozpuszczalnikami jak: heksan, pentan, aceton, oraz inne węglowodory alifatyczne. Frakcja bogata w karoteny jest wydzielana przez oddestylowanie rozpuszczalnika z ekstraktu.

W innej metodzie jako surowiec stosuje się wysuszoną lub liofilizowaną marchew. Taki surowiec zawiera od 5 do 15% wagowych wody. Proces prowadzony jest periodycznie. Przez umieszczoną w ekstraktorze warstwę rozdrobnionej marchwi przepuszczany jest rozpuszczalnik aż do całkowitego wyekstrahowania zawartych w niej karotenów. Jako rozpuszczalniki stosowane są węglowodory i ich pochodne tlenowe (alkohole, ketony, etery) lub rozpuszczalniki w stanie nadkrytycznym jak np. dwutlenek węgla.

Przedstawione wyżej, znane metody posiadają kilka wad. Zawartość karotenów w surowcach naturalnych nie przekracza 0,01 mg/g surowca. Wydzielanie karotenów ze świeżego, zawierającego duże ilości wody, surowca wymaga operowania dużymi masami zarówno surowca jak i rozpuszczalnika. Odparowywanie dużych ilości rozpuszczalnika z ekstraktu jest kosztowne, szczególnie, że ekstrakt stosowany głównie w przemyśle spożywczym i farmaceu188 533 tycznym, praktycznie nie może zawierać rozpuszczalnika. Jednocześnie karoteny są wrażliwe na podwyższoną temperaturę i ulegają degradacji w obecności tlenu z powietrza. Tak więc proces usuwania rozpuszczalnika musi być prowadzony pod obniżonym ciśnieniem, aby zapewnić niską temperaturę oddestylowania rozpuszczalnika, oraz w atmosferze gazu obojętnego, aby zapobiec procesom degradacji pod wpływem tlenu. Procesy wydzielania karotenów z surowców naturalnych po usunięciu z nich wody są periodyczne co znacznie obniża ich efektywność. Występują w nich również analogiczne problemy w operacji usuwania rozpuszczalnika jak w metodach gdzie surowcem jest wodna zawiesina surowca naturalnego. Jedynie w procesie wydzielania karotenów nadkrytycznym dwutlenkiem węgla zapewnione są całkowicie zachowawcze warunki wydzielania karotenów. Jednak proces prowadzony jest w sposób periodyczny i pod wysokim ciśnieniem. Zarówno koszt ciśnieniowej aparatury do procesu periodycznego jak i koszty prowadzenia periodycznego ciśnieniowego procesu są wysokie.

Karoteny stosowane jako środki farmakologiczne konfekcjonowane są przez rozpuszczenie w oleju roślinnym, mieszanie ze stabilizatorami i kapsułkowanie. Sposób wydzielania koncentratu karotenów z surowców naturalnych będący przedmiotem wynalazku nie posiada tych wad.

Sposób według wynalazku wydzielania karotenów z wysuszonego lub liofilizowanego i rozdrobnionego surowca naturalnego, przez ekstrakcję dwutlenkiem węgla, charakteryzuje się tym, że surowiec miesza się z olejem roślinnym a następnie do otrzymanej zawiesiny wprowadza się dwutlenek węgla, w ilości co najmniej 0,5 części wagowych na 1 część wagową zawiesiny surowca naturalnego, w temperaturze poniżej temperatury rozkładu karotenów i pod ciśnieniem od 5 do 50 MPa, po czym z powstałej mieszaniny oddziela się fazę lekką, z której po rozprężeniu i/lub ogrzaniu wydziela się roztwór karotenów w oleju roślinnym.

Jako olej roślinny korzystnie jest zastosować olej słonecznikowy lub takie oleje jak rzepakowy, sojowy, arachidowy, wiesiołkowy, oliwkowy lub ich mieszaniny.

Przed zmieszaniem surowca naturalnego zawierającego karoteny z olejem roślinnym korzystnie jest zmieszać go z surowcem naturalnym zawierającym stabilizatory karotenu na przykład z rozdrobnionymi nasionami wiesiołka lub kiełkami pszenicy. Wtedy uzyskuje się produkt, który można bezpośrednio poddawać kapsułkowamu.

Olej roślinny dodaje się w ilości co najmniej 0,1 części wagowych na 1 część wagową surowca naturalnego zawierającego karoteny. Dla procesu prowadzonego periodycznie, stwierdzono, że korzystne jest dodawanie oleju roślinnego w ilości od 0,1 do 1 części wagowej na 1 część wagową surowca naturalnego. Przy prowadzeniu procesu w sposób ciągły jest korzystne aby olej roślinny dodawać w ilości od 10 do 50 części wagowych na 1 część wagową surowca naturalnego.

Dwutlenek węgla po wydzieleniu z niego koncentratu karotenów w oleju roślinnym może być zawracany do procesu. W procesie prowadzonym w sposób ciągły korzystnie jest zawracać dwutlenek węgla wydzielający się po rozprężeniu wyekstrahowanego surowca.

Olej roślinny można odzyskiwać z zawiesiny wyekstrahowanego surowca przez filtrację, wirowanie, rozpuszczanie lub innymi znanymi sposobami i zawrócić ponownie do procesu.

Sposób według wynalazku posiada szereg zalet. Operowanie zawiesiną umożliwia prowadzenie procesu ekstrakcji ciśnieniowej w sposób ciągły, co poprawia jego efektywność. Otrzymywany sposobem według wynalazku produkt, roztwór karotenów w oleju roślinnym lub roztwór karotenów i substancji stabilizującej karoteny jest gotowym surowcem do produkcji preparatów karotenowych. Proces przebiega w niskich temperaturach i w obecności gazu obojętnego, dwutlenku węgla, co powoduję, że nie zachodzą procesy rozkładu karotenów. A ponadto w obecności oleju roślinnego ekstrakcja karotenów zachodzi szybciej i z większą wydajnością niż samym dwutlenkiem węgla.

Sposób otrzymywania koncentratu karotenów z surowców naturalnych zilustrowano przykładami przedstawionymi poniżej.

Przykład 1. Schemat aparatury przedstawiono na rysunku. Aparatura do ekstrakcji karotenów składa się z ciśnieniowej kolumny ekstrakcyjnej Cl o wysokości 1 metra, zagrzewaczy: surowca El i dwutlenku węgla E2, pompy podającej surowiec Pl i pompy podającej dwutlenek węgla P2, układu wydzielania produktu z fazy wyprowadzanej ze szczytu kolumny zawierającego zawór rozprężający Z1 i separator SI oraz układu wydzielania produktu z fazy

188 533 wyprowadzanej z kuba kolumny zawierającego zawór rozprężający Z2 i separator S2. W skład aparatury wchodzą ponadto układ skraplania dwutlenku węgla SP i zbiorniki: surowca VI, produktów V2 i V3, oraz dwutlenku węgla V4.

Marchew po liofilizacji, zawierającą 13,2% wody, zmielono a następnie zmieszano z rafinowanym olejem słonecznikowym w proporcji 0,1 kg liofilizatu z 10 kg oleju. Tak otrzymany surowiec umieszczono w zbiorniku VI i utrzymywano w temperaturze 313 K i mieszano. Ze zbiornika VI surowiec pobierano pompą Pl i w ilości 0,1 kg/godzinę kierowano przez zagrzewacz El do górnej części kolumny Cl. W kolumnie utrzymywano ciśnienie 20 MPa i temperaturę 333 K. Jednocześnie ze zbiornika V4 pobierano pompą P2 dwutlenek węgla w ilości 3 kg/godzinę i poprzez zagrzewacz E2 kierowano do dolnej sekcji kolumny Cl. Ciśnienie w zbiorniku V4 wynosiło 5 MPa. Ze szczytu kolumny odprowadzano produkt i poprzez zawór rozprężający Z1 kierowano do separatora SL Temperatura w separatorze SI wynosiła 340 K a ciśnienie 5 MPa. W separatorze wydzielał się w tych warunkach produkt ciekły w ilości 0,016 kg/godzinę, stanowiący roztwór karotenów w oleju słonecznikowym, a gazowy dwutlenek węgla po skropleniu kierowany był do zbiornika V4. Z dołu kolumny odprowadzano produkt, który po przejściu przez zawór rozprężający Z2 kierowany był do separatora S2. W separatorze utrzymywano ciśnienie 0,1 MPa i temperaturę 328 K. W separatorze wydzielało się 0,084 kg/godzinę zawiesiny wyekstrahowanej marchwi w oleju słonecznikowym. Z zawiesiny odzyskiwano olej przez filtrację pod próżnią w temperaturze 330 K.

Analizę chromatograficzna produktu odebranego w separatorze SI wykazała, że stopień wydobycia karotenów z marchwi wynosił 97% wagowych.

Przykład 2. W aparaturze jak w przykładzie 1 i stosując surowiec uzyskany przez zmieszanie 0,1 kg liofilizatu marchwi z 5 kg rafinowanego oleju sojowego, przeprowadzono ekstrakcję karotenów dwutlenkiem węgla. Do kolumny wprowadzano 0,1 kg/godzinę surowca i 2 kg/godzinę dwutlenku węgla. Ciśnienie w kolumnie wynosiło 35 MPa a temperatura 328 K. W separatorze SI uzyskiwano 0,02 kg/godzinę produktu. Stopień wydzielenia karotenów wynosił 98 % wagowych.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wydzielania karotenów z surowca naturalnego przez ekstrakcję dwutlenkiem węgla, znamienny tym, że suszony lub liofilizowany surowiec miesza się z olejem roślinnym, którego ilość wynosi co najmniej 0,1 części wagowych na 1 część wagową surowca naturalnego, a następnie do otrzymanej zawiesiny wprowadza się dwutlenek węgla w ilości co najmniej 0,5 części wagowych na 1 część wagową zawiesiny, w temperaturze poniżej temperatury rozkładu karotenu i pod ciśnieniem od 5 do 50 MPa, po czym z powstałej mieszaniny oddziela się fazę lekką, z której po rozprężeniu i/lub podgrzaniu wydziela się roztwór karotenów w oleju roślinnym.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze jako olej roślinny stosuje się olej słonecznikowy, sojowy, rzepakowy, arachidowy, z wiesiołka lub ich mieszaninę.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że surowiec przed zmieszaniem z olejem roślinnym miesza się z rozdrobnionym surowcem naturalnym zawierającym substancje stabilizujące karoteny, korzystnie z nasionami wiesiołka lub kiełkami pszenicy.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że olej miesza się z surowcem naturalnym w stosunku od 1 do 50 części wagowych oleju na 1 część wagową surowca, korzystnie w procesie prowadzonym w sposób periodyczny od 0,1 do 1 części wagowej oleju na 1 część wagową surowca naturalnego, a w procesie prowadzonym w sposób ciągły od 10 do 50 części wagowych oleju na 1 część wagową surowca naturalnego.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dwutlenek węgla po wydzieleniu z niego koncentratu karotenów w oleju roślinnym ponownie zawraca się do procesu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do procesu zawracany jest dwutlenek węgla wydzielający się z zawiesiny surowca w oleju roślinnym po jej rozprężeniu.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że olej roślinny wydziela się z zawiesiny po ekstrakcji i zawraca się do procesu.