Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТА ИЗ СОФОРЫ ЯПОНСКОЙ

Настоящее изобретение относится к фармацевтической, химической, медицинской, пищевой промышленности и используется для проведения и интенсификации процессов экстрагирования. В экстракционной камере цилиндрической формы измельченное сырье до размера 5 мм экстрагируют водой при соотношении сырье-экстрагент 1:13 под воздействием импульсного электрического поля высокой напряженности длительностью 0,2 мкс, с фронтом 10⋅10^-8 с, частотой 5 имп/с и амплитудой напряжения 25 кВ. Из полученного экстракта выпаривают воду и оценивают суммарный выход биологически активных соединений. Технический результат: интенсификация процесса водного экстрагирования, сокращение продолжительности процесса и энергетических затрат, снижение вероятности появления металлических примесей.

Известен способ получения фитосредства из плодов софоры японской (Патент РФ 2029555). Недостатками данного способа является загрязнение биологически активных веществ примесями металла, эродировавшего с электродов в экстракт под действием плазмы канала разряда.

Технической задачей изобретения является увеличение выхода биологически активных соединений, сокращение длительности процесса, повышение эффективности процесса, снижение вероятности появления примесей металла.

Данная задача решается за счет того, что экстракт из софоры японской получают при помощи устройства позволяющего осуществлять экстрактацию под воздействием импульсного электрического поля высокой напряженности, состоящего из экстракционной камеры цилиндрической формы с электродами коаксиального исполнения, отличающийся тем, что корпус аппарата и центральный электрод изготовлены из пищевой нержавеющей стали, боковые изоляционные стенки - из полиэтилена, соотношение диаметров аппарата и высоковольтного электрода не допускает формирования разряда по поверхности раздела изолятор-жидкость и обеспечивает напряженность электрического поля 10⁶ В/м необходимую для осуществления процесса при соответствующих технологических параметрах: длительность импульса 0,2 мкс, частота 5 имп/с, амплитуда напряжения 25 кВ, соотношении фаз 1:13; предложенное техническое решение безразрядного экстрагирования исключает вероятность появления примесей металлов, воздействие поля позволяет снизить содержание микроорганизмов, не вызывая образования токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ.

На фиг. 1 изображена конструкция экстракционной камеры, в которую помещали навеску сырья и заливали водой при определенном соотношении фаз. Днище аппарата (1) и верхняя крышка (4), в которой имеется отверстие (7), изготовлены из полиэтилена, а заземленный стальной корпус (2) и высоковольтный электрод (5) из нержавеющей стали 09Х18Н10Т. Граница раздела между жидкостью и верхней крышкой (L_пр) имеет наименьшее напряжение пробоя, вероятность которого возрастает из-за возможной адсорбции на поверхности крышки пузырьков воздуха, облегчающих процесс формирования разряда. Для удаления пузырьков, вращающийся высоковольтный электрод снабжен щеткой из фторопласта (6).

Для межэлектродного промежутка (соотношение диаметров аппарата и высоковольтного электрода) представлено неравенство, при котором исключается развитие разряда по поверхности раздела изолятор-жидкость:

где d_эл - диаметр электрода; D_вн - внутренний диаметр корпуса экстрактора; U_{пр.смеси} - пробивное напряжение смеси; U_пов - напряжение перекрытия по поверхности (L_пр) изолятор-жидкость.

Данная конструкция экстракционного аппарата обеспечивает достаточную напряженность электрического поля для технологического процесса экстрагирования. В основе ускорения процесса экстрагирования лежит кулоновская силы взаимодействия между заряженными частицами, направленной в сторону убывания диэлектрической проницаемости. Действуя на растяжение и разрыв пористой частицы (ε_в>ε_т), эти силы разрушают оболочки растительных клеток и облегчают проникновение экстрагирующей жидкости внутрь структуры сырья.

В экстрагенте, находящемся в импульсном электрическом поле высокой напряженности, при каждом импульсе происходит поляризация молекул воды, в результате чего рвутся водородные связи, что приводит к снижению сил поверхностного натяжения. Это улучшает смачиваемость, растворимость содержимого клетки, ускоряет внутренний массоперенос и в целом увеличивает скорость извлечения целевых компонентов.

На фиг. 2 - фиг. 4 приведены данные по обоснованию выбора технологических параметров.

При сокращении длительности импульса в 2,5 раза количество извлеченных веществ из растительного сырья в процентном отношении возросло с 7% до 27-27,5% (фиг. 2). Максимальное количество извлекаемых веществ достигается при длительности импульса 0,2 мкс. При такой частотной характеристике импульса глубина проникновения поля в частички сырья, соответствует их размерам, что в свою очередь увеличивает объем, подверженный воздействию поля высокой напряженности.

Выход экстрактивных веществ зависит от соотношения фаз G/L (фиг. 3). Увеличение параметра G/L в два раза (от 1/26 до 1/13) приводит к увеличению выхода веществ на 9%. Оптимальным соотношением фаз следует считать соотношение 1:13, так как при этом соотношении наблюдается максимальный выход извлекаемых компонентов, а относительное уменьшение экстрагирующей жидкости, в отличие от других соотношений, позволит повысить экономическую эффективность процесса приготовления сгущенных экстрактов и порошков за счет снижения затрат энергии на выпаривание жидкой фазы.

Зависимость выхода экстрактивных веществ при различной амплитуде импульса напряжения представлена на фиг. 4. При увеличении амплитуды импульса напряжения от 21 кВ до 27 кВ количество извлекаемых веществ возрастает на 10%. Наибольший выход экстрактивных веществ наблюдается при величине напряжения 25-27 кВ.

Определение содержания примесей металлов в экстракте проведено согласно методике Государственной Фармакопеи (ГФ XI, Т. 2. с. 161). В анализируемых экстрактах, полученных при экстрагировании сырья с применением импульсного электрического поля высокой напряженности, примесей металлов не обнаруживается.

Количество энергии, затраченное в процессе экстрагирования, определяли расчетным путем по формуле:

где С - разрядная емкость; U - амплитуда напряжения импульса; f -частота;

t - время экстрагирования.

Энергия в одном импульсе на порядок ниже, чем при электроразрядном экстрагировании.

Таким образом, способ получения экстракта при помощи устройства для водного экстрагирования позволяет увеличить выход биологически активных компонентов свободных от примесей, повысить эффективность процесса, существенно сократить время экстрагирования при относительно низких энергетических затратах за счет воздействия импульсного электрического поля высокой напряженности.