RO133507B1

RO133507B1 - Solvent biodegradabil şi netoxic pentru extracţia principiilor naturale liposolubile

Info

Publication number: RO133507B1
Application number: ROA201800938A
Authority: RO
Inventors: Ioan Călinescu; Mircea Vinatoru; Aurel Diacon; Petre Chipurici
Original assignee: Universitatea Politehnica Din Bucureşti
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2023-03-30
Also published as: RO133507A0

Description

Invenția se referă la un procedeu de extracție a β-carotenului și licopenului, la extractul obținut conform procedeului, utilizat ca supliment alimentar și la utilizarea esterilor etilici ai acizilor grași obținuți din ulei de floarea soarelui, ulei de măsline, ulei din semințe de cânepă sau camelină, ca solvenți biodegradabili și netoxici pentru extracția β-carotenului și licopenului din morcovi și tomate.

Extractul obținut conform invenției se poate folosi drept supliment alimentar bogat în acizi grași esențiali, dar și în principii naturale liposolubile.

Scopul invenției este descrierea compoziției unor esteri etilici ai acizilor grași obținuți din uleiuri vegetale cu conținut bogat în acizi grași esențiali și testarea capacității acestor esteri etilici pentru a extrage principii naturale liposolubile din material vegetal.

În industria alimentară, dar mai ales în domeniul suplimentelor alimentare, dezvoltarea de produse ce conțin compuși bioactivi liposolubili este din ce în ce mai răspândită datorită efectelor benefice asupra sănătății și a renumelui câștigat în reducerea riscurilor de apariție a unor boli grave determinate de radicalii liberi (cancer, afecțiuni cardiace, îmbătrânire). Câteva exemple de astfel de compuși liposolubili bioactivi: vitamine liposolubile (A și E, α-tocoferoli sau tocotrienoli), precursori ai vitaminei A β-caroten), acizi grași ω-3, fitosteroli, curcuminoide etc. Încorporarea acestor principii bioactive liposolubile în soluții apoase este dificilă datorită solubilității scăzute, dar mai ales datorită sensibilității la lumină, căldură și oxigen.

Alegerea potrivită a unui solvent este de maximă importanță în realizarea proceselor de extracție și de purificare a produșilor naturali. Solventul trebuie să asigure o solubilizare cât mai bună a produșilor ce urmează a fi extrași, dar în același timp trebuie să nu fie toxic, să nu fie poluant și să fie sigur în utilizare (neinflamabil, stabil termic, inert chimic și necoroziv).

În domeniul extracției principiilor active din plante de tip solid-lichid solvenții utilizați se pot clasifica astfel [Chemat and Strube, Green extraction of natural products: theory and practice (2015)]:

- soluții apoase;

- solvenți organici;

- lichide supercritice;

- lichide ionice.

De regulă în evaluarea calității unui solvent trebuie considerat nu numai procesul de extracție ci și cel de purificare a produsului extras (distilare, cristalizare, extracție, utilizare membrane sau cromatografie etc). Situația în care solventul utilizat pentru extracție, nu trebuie separat de principiul activ ci poate fi folosit ca atare constituie un avantaj. Dacă solventul are și el proprietăți benefice este cu atât mai bine și astfel avem o metoda de punere în valoare atât a solventului cât și a principiului activ.

Esterii etilici ai acizilor grași (FAEE), au fost propuși ca substitut pentru biodieselul clasic (esteri metilici ai acizilor grași) din dorința de a folosi doar materii prime regenerabile pentru obținerea lor [Stamenkovic, Velickovic and Veljkovic, The production of biodiesel from vegetable oils by ethanolysis: Current state and perspectives, Fuel, (2011), 90: 3141-3155].

Succesul lor ca înlocuitori ai biodieselului clasic a fost însă redus datorită prețului sensibil mai mare al etanolului anhidru în comparație cu metanolul.

FAEE au fost însă identificați atât în natură (sunt componenți ai feromonilor albinelor [Calam, Species and Sex-specific Compounds from the Heads of Male Bumblebees (Bombus spp.), Nature, (1969), 221: 856], și al componentelor volatile pentru marcarea teritoriului de către Bombus terrestris și B. lucorum [Calam, Species and Sex-specific 1 Compoundsfrom the Heads of Male Bumblebees (Bombus spp Nature (1969)] cât și în organismul uman (fac parte din lanțul metabolic de degradare neoxidativă a etanolului în 3 organism [Laposata and Lange, Presence of nonoxidative ethanol metabolism în human organs commonly damaged by ethanol abuse Science (1986) 231: 497-499]. 5

FAEE au căpătat utilizări în industria alimentară și cea a suplimentelor alimentare fiind folosiți inclusiv drept înlocuitor al acizilorgrași omega-3 din uleiul de pește [Nordoy, 7 Barstad, Connor and Hatcher, Absorption of the n - 3 eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids as ethyl esters and triglycerides by humans, The American 9

Journal of Clinical Nutrition. (1991). 53: 1185-1190]. FAEE sunt pe lista aditivilor alimentari permiși pentru adăugarea directă în alimentele pentru consumul uman [21CFR 172.515]. 11

Acizii grași nesaturați se găsesc îndeosebi în uleiurile vegetale sau în cele de pește sub formă de trigliceride. Acidul mononesaturat cel mai răspândit este acidul oleic (ω-9), el 13 este un acid ce poate fi sintetizat de mamifere. Acizii polinesaturați, cum ar fi acidul linoleic (ω-6) și linolenic (ω-3) sunt considerați ca fiind acizi grași esențiali, ei nu pot fi sintetizați în 15 organismul mamiferelor și trebuie obținuți dintr-o dietă echilibrată. Funcție de sex și vârstă necesarul zilnic de acizi grași esențiali este de 1-1,8 g/zi pentru ω-3 și de 7-11 g/zi pentru 17 ω-6 [Simopoulos, The Mediterranean Diets în Health and Disease, The American Journal of Clinical Nutrition, (1991), 54: 771-771], adică într-un raport de 6-7: 1 ω-6 la ω-3. 19

CN 106118127 A dezvăluie o metodă de preparare a unui sos de roșii crud, cu conținut scăzut de zahăr și cu vâscozitate scăzută. Folosind roșii proaspete ca materie 21 primă, după curățare și zdrobire în condiții normale de temperatură, se cerne produsul printro sită cu diametrul de 1,0...1,5 mm pentru a separa semințele de coaja de roșii pentru a 23 obține pulpa crudă. Aceasta se încălzește la 50-54°C, valoarea p H-ului pulpei este ajustată la 3,0...4,0 cu acid citric sau acid malic, iar temperatura se menține timp de 2...4 h pentru a 25 obține o soluție care descompune, segregă și reduce vâscozitatea. pulpei crude de roșii, care este trimisă într-o centrifugă cu decantor orizontal sau într-o centrifugă cu filtru sau într- 27 o centrifugă cu descărcare cu racletă sau într-un filtru cu placă și cadru. În condițiile temperaturii de 45...5°C, după separarea sucului de roșii galben cu o fracție de masă de 29 80...85%, se obține un semifabricat din pastă de roșii crud cu conținut scăzut de zahăr și cu vâscozitate scăzută, cu o fracție de masă de 15...20% de culoare roșu-oranj închis. După 31 post-procesarea semifabricatului de pastă de tomate crudă cu conținut scăzut de zahăr și cu vâscozitate scăzută, obținut în etapa 3, se pune într-un recipient opac etanș. Se amestecă 33

20% sare comestibilă și se păstrează într-un loc răcoros, la temperatura camerei, sau se adaugă etanol 95% la pasta de tomate crudă semifabricată, cu conținut scăzut de zahăr și 35 cu vâscozitate scăzută. Metoda de preparare a pastei de roșii brute cu conținut scăzut de zahăr și cu vâscozitate scăzută, în care sucul de rolii galben produs prin fabricarea pastei 37 de roșii brute cu conținut scăzut de zahăr și cu vâscozitate scăzută este concentrat și utilizat ca materie primă alimentară și cosmetică. 39

KR 20080069284 B1 este o metodă pentru prepararea unui extract concentrat de licopen. Pentru a izola licopenul fără distrugere din pepenele verde, cu concentrație mare, 41 randament ridicat și stabilitate se folosește CO₂ supercritic, astfel încât licopenul recuperat poate fi utilizat în diferite tipuri de produse alimentare. 43

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este identificarea și folosirea unui solvent obținut din uleiuri vegetale alimentare, care este permis a fi utilizat în compoziția suplimen- 45 telor alimentare, care are proprietăți benefice datorită conținutului de acizi grași esențiali și care poate fi utilizat și drept solvent pentru obținerea unor extracte de substanțe bioactive 47 liposolubile.

Pentru demonstrarea calităților acestui tip de solvent s-au efectuat experimentări pentru sinteza (din uleiuri vegetale ca esteri ai acizilor grași) și caracterizarea lui precum și pentru extragerea unor principii active liposolubile din substraturi vegetale.

Exemple de obținere și utilizare a FAEE

Exemplul 1

Obținerea FAEE din ulei de floarea soarelui, măsline, cânepă și camelină

Au fost selectate cîteva uleiuri vegetale cu conținut reprezentativ de acizi grași esențiali: uleiul de floarea soarelui, de măsline, de cânepă (Cannabis sativa) și de camelină. Din aceste uleiuri au fost obținuți FAEE prin reacție cu etanol anhidru (de uz farmaceutic). S-a utilizat un raport molar ulei:etanol de 1:6 și o enzimă de tip lipază, respectiv 7,5 ml ulei împreună cu 2,5 ml etanol anhidru și 0,4 g enzimă Lipozyme 435 imobilizată pe suport.

Reacția s-a efectuat la 50°C, timp de 2 h. După reacție amestecul de reacție a fost separat și spălat cu apă acidulată în vederea îndepărtării excesului de etanol și a glicerinei. S-a obținut FAEE care a fost supus analizei cromatografice obținându-se compozițiiile prezentate în tabelul 1.

Compoziție FAEE din ulei de floarea soarelui, măsline, cânepă și camelină

Tabelul 1

Nr. Crt.	Acizi grași	Compoziție (% gr.)
	Nr. atomi de carbon	Nr. duble legături	Denumire	Floarea soarelui	Măsline	Cânepă	Camelină
1	14	0	Miristic	0,08
2	16	0	Palmitic	6,44	10,97	6,88	6,00
3	18	0	Stearic	3,55	2,91	3,16	2,42
4	20	0	Arahic		0,56	0,81	1,42
5	22	0	Behenic	0,70		0,26
6	16	1	Palmitoleic	0,13	0,71	0,12	0,12
7	18	1	Oleic (ω-9)	32,86	72,04	14,06	16,27
8	20	1	Eicosanoic	0,45	0,62	0,47	15,55
9	22	1	Erucic		0,15		3,91
10	18	2	Linoleic (ω -6)	55,46	10,34	58,17	18,27
11	20	2	Eicosadienoic			0,1 3	1,99
12	18	3	Linolenic (ω-3)	0,33	1,70	15,18	33,2
13	18	5	γ-linolenic (ω6)			0,76	0,85

Esterii etilici obținuți din uleiul de floarea sorelui sunt bogați în esterii acizilor grași nesaturați ω-6 și ω-9, dar conținutul de esterii acizilor grași esențiali ω-3 este foarte scăzut.

Esterii etilici obținuți din uleiul de măsline au drept component principal esterul oleic (ω-9) dar au și un conținut scăzut de ester linolenic (ω-3).

Pentru esterii etilici obținuți din semințele de cânepă, se observă că raportul între 1 esterii acizilor polinesaturați:mononesaturați:saturați este de 78:11:11. Conținutul ridicat de esteri ai acizilor polinesaturați face ca acest produs să fie puțin stabil la depozitare, fiind 3 susceptibil la oxidare dar are efecte nutriționale benefice, îndeosebi în prevenirea afecțiunilor cardiace și a cancerului [Oomah, Busson, Godfrey and Drover, Characteristics of hemp 5 (Cannabis sativa L.) seed oil, Food Chemistry, (2002), 76: 33-43] datorită raportului foarte bun între esterii acizilor grași esențiali ω-6:ω-3 egal cu 3:1. 7

Pentru FAEE obținuți din ulei de camelină, conținutul de esteri etilici ai acizilor grași esențiali ω-3 este foarte ridicat, fiind apropiat de conținutul de acizi grași ω-3 din uleiul de 9 pește [Sahena, Zaidul, Jinap, Yazid, Khatib and Norulaini, Fatty acid compositions of fish oil extracted from different parts of Indian mackerel (Rastrelliger kanagurta) using 11 various techniques of supercritical CO₂ extraction, Food Chemistry (2010), 120: 879885]. Vâscozitatea cinematică a esterilor etilici obținuți, determinată la 40°C, a fost de 13 aproximativ 10 ori mai mică decât a uleiurilor din care proveneau încadrându-se în limitele 4,5-5 mm²/s. Această valoare scăzută îi recomandă ca fiind solvenți buni pentru extracția 15 principiilor lipofile din plante.

Exemplul 2 17

Extracția de β-caroten din morcovi în solvenți organici: FAEE, ulei de floarea soarelui și hexan. 19

Obiectivul experimentului a fost dovedirea și stabilirea capacităților extractive pentru β-caroten ale FAEE prin comparație cu un solvent clasic (hexan) și uleiul de floarea soarelui. 21 S-a utilizat FAEE obținut din ulei de floarea soarelui, din ulei de măsline, din ulei obținut din semințe de cânepă sau din cel de camelină (vezi exemplu 1). Diferențele înregistrate în 23 concentrația compusului activ au fost mici, de aproximativ ± 0,2 mg/L.

β-carotenul este un compus puternic hidrofob (cu un coeficient de repartițieîn octanol 25 ridicat (logP octanol/apă ~ 15)), ce este aproape insolubil în medii apoase. β-carotenul este precursorul principal al vitaminei A și acționează în organism ca și antioxidant, protector la 27 UV, inhibitor al degenerării maculare a cristalinului ce conduce la cataracta [Prado, Veggi and Meireles, Extraction Methods for Obtaining Carotenoids from Vegetables - 29 Review, Current Analytical Chemistry, (2014), 10: 29-66].

Substratul folosit pentru extragerea β-carotenului a fost morcovul, mărunțit, uscat 31 blând la 40°C și sitat pentru a separa fracția 315-630 pm. Extracțiile au fost realizate la o temperatură de 60°C, cu utilizarea a 2 g morcov/40 ml solvent. 33

Pentru monitorizarea evoluției procesului de extracție s-a urmărit spectrul de absorbție electronică UV-Viz. Pentru evaluarea corectă a concentrației de β-caroten s-au35 utilizat coeficienții molari de extincție ai β-carotenului. Pentru ulei și în hexan au fost gasiti în literatura [Jeffrey, Beta-beta-carotene (1997)], iar pentru FAEE au fost determinați. S-a37 considerat banda de absorbție de la 453 nm. Extracțiile au fost realizate la o temperatură de 60°C, cu utilizarea a 2 g morcov/40 mL solvent.39

Folosind valorile coeficientul de extincție pentru β-caroten, s-au calculat concentrațiile din extracții efectuate la timpi diferiți folosind ecuația lui Lambert-Beer (A = ε · c · l ), 41 rezultatele fiind prezentate în tabelul 2.

Rezultate obținute la extracția ^-carotenului din morcov în solvenții FAEE, hexan și ulei de floarea soarelui

Tabelul 2

Timp, min	Concentrai	ii β-caroten (mg/L), pentru diferiți solvenți
	FAEE	Hexan	Ulei de floarea soarelui
2	-	11,8	7,2
4,0	16,1	15,0	-
12	-	15,9	8,3
18,0	17,7	16,9	-
30,0	18,6	18,6	10,9
40,0	20,3	18,9	12,2

Analizând datele prezentate în tabelul 2 se observă că FAEE, deși are o vâscozitate mult mai ridicată decât a hexanului reușește să fie un solvent mai bun decât acesta. Uleiul de floarea soarelui determină obținerea celor mai scăzute concentrații de β-caroten.

Exemplul 3

Extracția de β-caroten și licopen din roșii în solvenți organici: FAEE, ulei de floarea soarelui și hexan.

Pielițele de roșii (tomate) sunt cunoscute ca fiind o resursă pentru β-caroten și pentru licopen.

Acesta din urmă are acțiune de prevenție a cancerului de prostată, de vezică, de pancreas și de colon datorită capacității sale de a lega chimic oxigenul singlet (de trei ori mai activ decât β-carotenul [Prado, Veggi and Meireles, Extraction Methods for Obtaining Carotenoids from Vegetables - Review Current Analytical Chemistry (2014) 10: 29-66].

Din analiza datelor prezentate în tabelul 4 se poate observa că și în cazul extracției de principii active liposubile din pielițe de roșii solventul de tip FAEE este mai bun decât solvenții de tip ulei vegetal sau hexan în ceea ce privește carotenul și suficient de bun în ceea ce privește licopenul (este un solvent mai bun decât uleiul vegetal și ceva mai slab decât hexanul).

Substratul folosit pentru extragerea β-carotenului și licopenului au fost pielițele de roșii (mărunțite, uscate blând la 40°C și sitate pentru a separa fracția < 200 pm). Extracțiile au fost realizate la o temperatură de 60°C, cu utilizarea a 2 g pielițe roșii/40 ml solvent.

Pentru calcularea concentrației de licopen și β-caroten s-au utilizat date din literatură [Fish, Refinements of the attending equations for several spectral methods that provide improved quantification of B-carotene and/or lycopene în selected foods, Postbarvest Biology and Technology, (2012), 66: 16-22] ce folosesc pentru calcul următoarele ecuații ce iau în considerare valoarea absorbantei obținute la 450 și 503 nm.

Ecuațiile folosite la determinarea concentrațiilor de licopen și betacaroten, funcție de absorbantele la 503 și 450 nm, pentru diferiți solvenți

Tabelul 3

Hexan	[Licopen] mg = 3,521 A₅₀₃ - 0,587A₄₅₀	[Betacaroten]mg = 4,367A₄₅₀ - 2,947A_m _L □ l — —
FAEE	[Lycopene] mg = 7,507A₅₀₃ - 1,252A₄₅₀	mg [Betacarotene]= 9,311A₄₅₀ - 6,283A₅₀₃
ulei	[Lycopene] mg = 7,153A₅₀₃ - 1,192A₄₅₀	[Betacaroten]mg = 8,871 A₄₅₀ - 5,987A₅₀₃

Rezultate obținute la extracția β-carotenului și licopenului din pielite de roșii în solvenții FAEE, hexan și ulei de floarea soarelui

Tabelul 4

Timp, min	Concentrații obținute (mg/L), pentru diferiți solvenți
	FAEE	Hexan	Ulei vegetal
	licopen	caroten	licopen	caroten	licopen	caroten
2	18,6	6,6	26,4	6,5	18,1	6,2
4	19,5	6,9	28,3	7,1	19,0	6,9
6			29,9	7,8
10	21,1	7,7
15	21,9	8,3	31,0	8,3	20,0	7,8
30	22,9	9,4	32,5	9,7	18,6	7,5
45	23,1	10,2	32,8	10,3	18,5	8,0
60	23,4	11,0	32,7	10,7	17,3	7,4

Bibliografie

Calam, D. H. (1969). Species and Sex-specific Compounds from the Heads of Male Bumblebees (Bombus spp. Nature(221).

Calam, D. H. (1969). Species and Sex-specific Compounds from the Heads of Male Bumblebees (Bombus spp.). Nature 221: 856.

Chemat, F. and J. Strube (2015). Green extraction of natural products: theory and practice, John Wiley & Sons.

Fish, W. W. (2012). Refinements of the attending equations for several spectral methods that provide improved quantification of B-carotene and/or lycopene în selected foods. Postharvest Biology and Technology 66: 16-22.

Jeffrey, S. W. (1997). Beta-beta-carotene. R. F. C. Mantoura and S. W. Wright. Bremerhaven, PANGAEA.

Laposata, E. and L. Lange (1986). Presence of nonoxidative ethanol metabolism în human organs commonly damaged by ethanol abuse. Science 231(4737): 497-499.

Nord0y, A., L Barstad, W. E. Connor and L Hatcher (1991). Absorption of the n - 3 eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids as ethyl esters and triglycerides by humans, The American Journal of Clinical Nutrition, 53(5): 1185-1190.

Oomah D., M. Busson D. Godfrey and J. Drover (2002), Characteristics of hemp (Cannabis sativa L.) seed oil, Food Chemistry 76: 33-43.

Prado J., P. Veggi and A. Meireles (2014), Extraction Methods for Obtaining Carotenoids from Vegetables - Review, Current Analytical Chemistry 10(1): 29-66.

Sahena, F., I. S. M. Zaidul, S. Jinap, A. M. Yazid, A. Khatib and N. A. N. Norulaini (2010), Fatty acid compositions of fish oil extracted from different parts of Indian mackerel (Rastrelliger kanagurta) using various techniques of supercritical C02 extraction, Food Chemistry 120(3): 879-885.

Simopoulos A. P. (1991), The Mediterranean Diets în Health and Disease, The American Journal of Clinical Nutrition, 54(4): 771-771.

Stamenkovic O. S., A. V. Velickovic and V. B. Veljkovic (2011), The production of biodiesel from vegetable oils by ethanolysis: Current state and perspectives, Fuel 90(11): 3141-3155.

Claims

RO 133507 Β1

Revendicări 1

1. Procedeu de extracție a β-carotenului și licopenului utilizând esteri ai acizilorgrași, 3 caracterizat prin aceea că, se usucă la temperatura de 40°C un material vegetal reprezentat de morcov mărunții sau pielițe de tomate, se sitează pentru a separa fracția 5 315...630 pm și se pune în contact cu un solvent reprezentat de esteri etilici ai acizilorgrași obținuți din ulei de floarea soarelui, ulei de măsline, ulei din semințe de cânepă sau 7 camelină, în raport de 1:20, la temperatura de 60°C.
2. Extract obținut conform revendicării 1, utilizat ca supliment alimentar. 9
3. Utilizarea esteriloretilici ai acizilorgrași obținuți din ulei defloarea soarelui, ulei de măsline, ulei din semințe de cânepă sau camelină, ca solvenți biodegradabili și netoxici 11 pentru extracția β-carotenului și licopenului din morcovi și tomate.

Editare și tehnoredactare computerizată - OSIM Tipărit la Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci sub comanda nr. 116/2023