Способ получения полисахарида арабиногалактана

Изобретение относится к пищевой и медицинской промышленности и касается способа получения из древесины лиственницы арабиногалактана (АГ), являющегося сырьем для производства медицинских препаратов, биологически активных добавок к пище, производстве продуктов питания и в сельском хозяйстве. Арабиногалактан (АГ) представляет собой водорастворимый природный полисахарид, обладающий высокой биологической активностью и используемый как растворимое пищевое волокно, обладающее свойствами пребиотика и иммуномодулятора.

Большинство ранее известных способов получения арабиногалактана основано на двух фазах переработке сырья:

- на первом этапе из древесины лиственницы органическим растворителем экстрагируют дигидрокверцетин (ДКВ);

- на втором этапе водой экстрагируют арабиногалактан и проводят очистку его от фенольных примесей.

Известен способ (патент RU №2256668, кл. С08В 37/00 от 21.07.2003 г.), согласно которому арабиногалактан извлекают из измельченной технологической щепы лиственницы водной экстракцией при температуре 80-90°С в режиме непрерывной циркуляции в течение 2 ч после удаления из щепы основного фенольного экстрактивного вещества дигидрокверцетина органическим растворителем и сушки щепы в щадящем режиме. Водный экстракт, не охлаждая, обрабатывают при перемешивании водным раствором флокулянта, фильтруют, концентрирование экстракта осуществляют методом ультрафильтрации с использованием ацетатцеллюлозных мембран, а выделение из концентрата порошкообразного целевого продукта - распылительной сушкой.

Этот способ имеет ряд недостатков:

1. Значительное загрязнение экстракта фенольными и смолистыми веществами, экстрагируемыми из древесины при нагревании, и вследствие этого быстрое загрязнение и невысокая эффективность работы ацетатцеллюлозных мембран.

2. Высокие энергозатраты на получение экстракта арабиногалактана при температуре 80-90°C и времени экстракции 2 часа.

3. Необходимость использования высокого гидромодуля (1:7) для эффективной пропитки щепы.

4. Привязка технологии к производству дигидрокверцетина, так как используется сырье после удаления из него веществ, растворимых в органическом растворителе.

Наиболее близким к заявляемому является способ (патент RU №2413432, кл. A23L 1/30, С08В 37/00 от 21.05.2008 г.), выбранный в качестве прототипа, согласно которому арабиногалактан извлекают из измельченной технологической щепы лиственницы водной экстракцией водой в режиме непрерывного перемешивания в течение 30 минут при температуре 20-25°C. Полученный концентрат обрабатывают при перемешивании водным раствором флокулянта, расход которого составляет 0,03 г/л, и очищают раствор от механических примесей микрофильтрацией. Распылительной сушкой выделяют из концентрата целевой продукт, который содержит не менее 99% арабиногалактана и не более 1% дигидрокверцетина. Предложенный способ позволяет получить арабиногалактан с незначительным количеством примесей.

Недостатком данного способа является необходимость применения флокулянта, концентрируют экстракт методом ультрафильтрации с использованием ацетатцеллюлозных мембран, концентрированный раствор обрабатывают при перемешивании водным раствором флокулянта и очищают раствор от механических примесей микрофильтрацией. Получение концентрата методом ультрафильтрации с использованием ацетатцеллюлозных мембран - сложный процесс и требует частой очистки мембран, что приводит к потере АГ. Осаждение АГ из экстракта не проводится, следовательно, процесс сушки требует дополнительных затрат.

Задача настоящего изобретения - разработка способа получения арабиногалактана, отвечающего требованиям к добавкам к пище (СанПиН 2.3.2.1078-01, «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.») с определенно-заданной молекулярной массой и содержанием полифенольных примесей (в основном ДКВ), с использованием в качестве сырья измельченной древесины лиственницы - технологической щепы (отходов деревоперерабатывающих производств), без предварительного отделения ДКВ путем экстракции органическим растворителем.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения полисахарида арабиногалактана, включающем экстракцию измельченной древесины лиственницы холодной водой, фильтрацию и концентрирование экстракта, согласно изобретению, экстракцию арабиногалактана проводят в течение 30-40 мин в ультразвуковой установке с частотой 27-42 кГц при температуре 20-30°C с гидромодулем 1:3-7 к сухой массе сырья, затем экстракт фильтруют, диспергируют методом ультразвукового распыления и концентрируют в приемнике до концентрации сухого вещества в пределах 20-40%, концентрат осаждают в органическом растворителе, смешивающемся с водой, в соотношении 1:4, осажденный арабиногалактан промывают в этом же растворителе, сушат и измельчают.

Поставленная задача решается также тем, что экстракцию арабиногалактана проводят без предварительной экстракции дигидрокверцитина.

Поставленная задача решается также тем, что для получения арабиногалактана с заданной молекулярной массой, экстракт арабиногалактана конденсируют в последовательно соединенных сосудах.

Поставленная задача решается также тем, что после осаждения арабиногалактана и его промывки, экстрагент фильтруют, подвергают перегонке и вновь включают в процесс производства арабиногалактана.

Способ осуществляют следующим образом: измельченную до технологической шипы лиственницу экстрагируют водой с модулем 1:3-7 к массе естественно сухого сырья при температуре 20-25°C в ультразвуковой установке с частотой 27-42 кГц. Водный экстракт сливают через фильтр. Следующий этап заключается в распылении полученного экстракта в ультразвуковом (УЗ) фонтане. Распыление жидкости в УЗ фонтане зависит от развития как волновых, так и кавитационных явлений в ней. На интенсивность последних, в свою очередь, значительное влияние оказывает наличие в распыляемой жидкости поверхностно-активных веществ. Внесение в жидкость поверхностно-активных веществ приводит не только к снижению величины ее поверхностного натяжения, но и к значительному возрастанию величины поверхностной вязкости. Пропуская аэрозоль через последовательно соединенные сосуды, арабиногалактан с различной молекулярной массой последовательно осаждается на стенках сосудов. Экстракт каждой полученной фракции концентрируют в вакуумно-ротационном испарителе, до концентрации сухого вещества в экстракте в пределах 20-40%. Затем полученные экстракты каждой фракции осаждают в органическом растворителе в соотношении 1:4. Осажденный арабиногалактан промывают в органическом растворителе, сушат и измельчают. Растворитель, оставшийся после осаждения арабиногалактана и его промывки, фильтруют, и подвергают перегонке до первоначальной концентрации и вновь включают в процесс экстракции.

Полученный таким образом целевой продукт содержит не менее 96-99% арабиногалактана и не более 1% сопутствующих полифенольных соединений (в основном дигидрокверцетина).

Предлагаемый способ характеризуется следующими преимуществами по сравнению с прототипом:

1. В предлагаемой технологии исключается стадия предварительного обессмоливания и извлечения ДКВ из исходного сырья - измельченной древесины лиственницы (экстракция органическим растворителем), исключена стадия сушки сырья от остатков органического растворителя.

2. Весь технологический режим получения АГ проходит в условиях комнатной температуры и не требует дополнительных энергетических затрат на нагрев воды и получение концентрата.

3. Время процесса экстракции определяется диффузией раствора арабиногалактана. Кавитационный эффект ультразвука позволяет из технологической щепы лиственницы извлекать АГ практически полностью за 30-40 мин, в то время как в прототипах для полного извлечения его из щепы требуется гораздо больше времени (от 4 часов до нескольких суток).

4. Извлечение АГ водной экстракцией при комнатной температуре (20-30°C) сокращает выделение примесей (флавоноидов, лигнина, смолистых веществ) в готовый продукт, что значительно упрощает процесс очистки АГ.

5. Предлагаемый процесс позволяет осуществить замкнутый цикл, что приводит к снижению расхода растворителя и воды и значительному сокращению количества сточных вод.

Контролем являлся технологический процесс по способу получения АГ (патент RU №2413432, кл. A23L 1/30, С08В 37/00 от 21.05.2008 г.), согласно которому арабиногалактан извлекали из измельченной технологической щепы лиственницы водной экстракцией в режиме непрерывного перемешивания в течение 30 минут при температуре 20-25°C. К полученному экстракту при перемешивании добавляли 40 мл 0.1%-ного водного раствора катионного флокулянта Praestol 851 BS и оставляли на 10 мин. Расход последнего составлял 0,03 г/л, и очищали раствор от механических примесей микрофильтрацией.

Сравнительные данные в зависимости от времени воздействия ультразвука на технологический раствор (щепа + вода) и контрольном способе экстракции приведены в таблице 1.

Пример №1. 400 г технологической щепы помещали в ультразвуковую камеру с частотой волны 42 кГц. Гидромодуль составлял 1:5 к массе сухого сырья. Температура воды находилась в интервале +20 - +30°C. Время экстракции составило 20 мин. Экстракт сливали, фильтровали от остатков мелких фракций щепы. Методом ультразвукового распыления с цикличным осаждением аэрозоля в последовательно соединенных сосудах осаждали АГ четырехкратным объемом этилового спирта. Декантацией выделяют твердую фазу, промывают ее спиртом, высушивают и измельчают. После осаждения АГ и его промывки спирт фильтровали, подвергали перегонке и использовали вторично.

Пример №2. Технологический процесс проводили аналогично примеру №1, срок экстрагирования был увеличен до 30 мин.

Пример №3. Технологический процесс проводили аналогично примеру №1, срок экстрагирования был увеличен до 45 мин.

Результат выхода АГ и ДКВ при различных методах представлен в табл. 1.

Из полученных данных видно, что экстракция более 40 мин не дает значительного увеличения выхода АГ в раствор, экстракция сырья менее 30 мин приводит к понижению молекулярной массы экстрагированного АГ. Следовательно, оптимальное время экстрагирования составляет 30-40 мин.

Определение подлинности АГ на соответствие фармакопейной статьи ФСП 000905-190914 представлено в таблице 2.

Заключение: Арабиногалактан, субстанция, пример №3 соответствует требованиям ФС 000905-190814.

На хроматограмме (рис. 1), полученной методом гель-хроматографии, не отмечено каких-либо различий полученного препарата от контроля.

Использованные источники

Бабкин В.А., Колзунова Л.Г., Медведева Е.Н., Малков Ю.А., Остроухова Л.А. / Способ получения арабиногалактана / Патент РФ №2256668. Опубл. 20.07.2005.

Бабкин Д.В. Угренинов А.А. / Способ получения арабиногалактана / Патент РФ №2413432. Опубл. 10.03.2011.

Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Медведева С.А., Бабкин Д.В., Малков Ю.А., Александрова Г.П., Антонова Л.И. / Способ получения высокочистого арабиногалактана / Патент РФ №2143437. Опубл. 27.12.1999.

Кислицын А.Н., Жукова И.П., Пузанова В.Ю., Трофимов А.Н., Гнина Н.В., Рыжова Е.С., Поворов А.А., Савельев С.П. / Способ получения арабиногалактана / Патент РФ 2002756. Опубл. 15.11.1993.

Мальчиков Е.Л. / Способ получения арабиногалактана / Патент РФ 2384587. Опубл. 20.03.2010.

Малков Ю.А., Медведева Е.Н., Бабкин В.А. / Способ получения высокочистого арабиногалактана / Патент РФ 2447086. Опубл. 10.04.2012.

Малков Ю.А., Медведева Е.Н., Бабкин В.А. / Способ получения арабиногалактана / Патент РФ 2454429. Опубл. 27.06.2012.

Васильева Н.Ю., Кузнецов Б.Н., Скворцова Г.П., Кузнецова СА. / Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана / Патент РФ 2466143. Опубл. 10.11.2012.

Васильева Н.Ю., Скворцова Г.П., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н., Королькова И.В., Казаченко А.С. / Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана / Патент РФ 2521649. Опубл. 10.07.2014.

Костыро Я.А., Станкевич В.К., Трофимов Б.А. / Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана, обладающих антикоагулянтной и гиполипидемической активностью / Патент РФ 2532915. Опубл. 20.11.2014.