СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПАРАТА ФЕНОЛЬНОЙ ПРИРОДЫ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к способу получения биологически активных веществ из растительного сырья, к области производства фитопрепаратов из лекарственных растений, но может быть использовано и пищевой промышленностью.

Способ экстракции растительного сырья как способ выделения биологически активных веществ из растительного сырья широко известен в химико-фармацевтической, косметической, пищевой отраслях промышленности и медицине. Растения и растительные организмы служат важным источником активных композиций и соединений, применяемых в медицине. Новые соединения из растительного сырья представляют большой интерес для фитокосметики и фитомедицины. Способы, применяемые при экстракции компонентов из растительного сырья, имеют большое значение не только с точки зрения выхода полученных соединений, но и химической природы тех соединений, которые фактически могут быть получены.

Известен способ извлечения жидких растворимых продуктов из растительного сырья, используемых в качестве фитопрепаратов из лекарственных растений в пищевой промышленности по патенту SU 515518 (опубл. 27.01.1977). Растительное сырье (согласно этому известному способу) помещают в замкнутый объем и нагнетают в него пар растворителя (например, водяной пар), одновременно стравливая воздух из объема. Тем самым твердое тело помещают в пар растворителя. Замещение в порах растворителя вначале происходит посредством нагрева твердого тела и воздуха в его порах и капиллярах паром. Нагретый воздух в твердом теле и само твердое тело расширяются, и так как стенки растительного сырья тверже, чем окружающая среда - пар, воздух из пор частично вытесняется в паровую среду, окружающую сырье, а в поры и капилляры его поступает парообразный растворитель. Однако окружающий сырье (твердое тело) пар растворителя сам создает некоторое давление в объеме, поэтому при простом помещении сырья в пар часть воздуха остается в порах и капиллярах сырья. Для более полного замещения воздуха в порах и капиллярах сырья понижают давление среды, окружающей сырье (твердое тело - растительное сырье). Для этого пар конденсируют, например, впрыскиванием в паровую среду жидкого агента (например, холодной распыленной воды), при этом создается вакуум порядка 400 мм рт.ст. Для практически полного извлечения полезного вещества из твердого тела (до практически полного истощения твердого тела) повышают и понижают давление среды, окружающей сырье, многократно, приблизительно пять раз, т.е. доводят до вскипания жидкий растворитель в порах и капиллярах твердого тела пять раз.

Способ решает задачу интенсификации процесса массообмена, но технологически достаточно сложен и не позволяет достаточно эффективно обеспечить получение экстрактов с повышенным содержанием активных веществ.

Известен способ получения водных экстрактов из растительного сырья с повышенным содержанием извлекаемых активных веществ по патенту №2473356 (опубл. 27.01.2013), заключающийся в последовательном проведении следующих стадий: а) растительное сырье измельченное, высушенное или свежее помещают в напарной сосуд, размещенный в печи-термостате; б) осуществляют нагревание растительного сырья с постепенным повышением температуры от 20°С до 40°С в течение около 2 ч; в) осуществляют последующее нагревание с постепенным повышением температуры до 80-90°С в течение 1-8 ч; г) осуществляют охлаждение напарного сосуда в течение 2-8 ч; д) и при этом перед или после осуществления стадии (в) осуществляют выдержку сырья в напарном сосуде в течение около 1 ч при температуре, до которой осуществлен нагрев сырья на начальной стадии (б) нагрева.

Способ позволяет получить водные экстракты с повышенным содержанием активных веществ, обеспечивает максимальное снижение термодеструкции активных веществ. Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая концентрация активных веществ, нетехнологичность и длительность процесса.

Наиболее близким аналогом является способ получения препарата фенольной природы из растительного сырья по патенту 2233668 (опубл. 10.08.2004), характеризующийся тем, что листья или цветки или листья и цветки персика, или стебель, и/или листья, и/или цветки, и/или корни очанки экстрагируют очищенной водой в соотношении 1:10-1:20 при 95-100°С не менее 1 ч, полученный экстракт сливают, к оставшейся массе добавляют 20-60% воды от первоначального объема, повторно экстрагируют при тех же условиях, экстракты объединяют, концентрируют при нагревании до 95-100°С до уменьшения объема экстракта не менее чем в 2 раза, концентрат отстаивают при 0-10°С 24-48 ч, фильтруют, центрифугируют, отделяют неотфильтровавшийся осадок, повторно концентрируют путем выпаривания на кипящей водяной бане до получения концентрата с содержанием в единице объема фенольных веществ не менее 10%, в процессе концентрирования ведут удаление балластных веществ с поверхности экстракта, концентрат отстаивают не менее суток при 0-10°С, осадок отделяют, а конечный продукт консервируют этиловым спиртом.

Изобретением решается задача повышения качества препарата, снижения качества балластных веществ, снижения токсичности, увеличения концентрации веществ фенольной природы, увеличения выхода полезного продукта, расширения спектра действия. Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая концентрация активных веществ, а именно полифенолов и флавоноидов, высокая температура нагрева при экстракции и концентрировании, нетехнологичность и длительность процесса.

Заявляемым изобретением решается задача упрощения процесса извлечения биологически активных веществ при технологичности и безопасности процесса, а также сокращение длительности процесса получения препарата фенольной природы из растительного сырья.

Техническим результатом является повышение выхода биологически активных веществ из растительного сырья, а именно веществ фенольной природы, который обеспечивается максимальным истощением сырья за короткое время (истощение длится 10-45 мин), увеличение концентрации полифенолов и флавоноидов или других БАВ, расширение спектра действия полученного экстракта.

Для достижения указанного технического результата в способе получения препарата фенольной природы из растительного сырья древесную зелень березы, и/или облепихи, и/или персика экстрагируют водой в соотношении 1:10-1:20 при 30-80°С под давлением 0,1-1,0 кгс/см² 10-45 мин при постоянном перемешивании, полученный экстракт сливают, к оставшейся массе добавляют 20-60% воды от первоначального объема, повторно экстрагируют при тех же условиях, экстракты объединяют, выпаривают жидкую часть экстракта в вакуумно-выпарном аппарате при температуре 30-80°С в вакууме 0,05-0,9 кгс/см², концентрированный экстракт охлаждают до 2-10°C, далее концентрат фильтруют или центрифугируют.

Благодаря наличию этих признаков разработан способ получения водного экстракта извлечения биологически активных веществ, содержащего полифенолы и флавоноиды.

Предлагаемый способ получения препарата фенольной природы из растительного сырья реализуется следующим образом.

Подготовленное сырье укладывают в герметичную емкость, с возможностью нагрева, создания низкого вакуума и механического перемешивания, например, вакуумный экстрактор со встроенным миксером (далее - экстрактор). В качестве растительного сырья может использоваться древесная зелень (листья, молодые ветки и соцветия листьев) березы (род растений Betula), персика (род растений Primus), облепихи (род растений Hippophae) и других лиственных растений и трав. Экстракт может быть получен как из частей одного растения (березы, персика, облепихи и др.), так и в смеси из двух или нескольких растений. Части растения перебирают, удаляют побуревшие, почерневшие листья, измельчают до размеров частиц от 5 до 10 мм. В настоящей технологии в качестве экстрагента применяется вода, которая характеризуется рядом преимуществ: хорошо проникает через клеточные стенки; обладает фармакологической индифферентностью; является универсальным экстрагентом: растворяет многие биологически активные вещества. Воду добавляют из расчета 10-20 л на 1 кг древесной зелени. Процесс экстрагирования является основной стадией получения экстрактов из сырья растительного происхождения. Экстракцию проводят в условиях вакуума 0,05-1,0 кгс/см². Экстракционную массу в герметично закрывающейся емкости с перемешивающим устройством (экстракторе) нагревают до 30-80°С. Частота вращения перемешивающего устройства, например, миксера, 10-1000 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 10-45 мин при перемешивании в указанном режиме.

Известно, что биологически активные вещества в сухом растительном сырье находятся либо в виде раствора внутри клеток, либо на стенках клеток. При экстрагировании высушенного сырья процесс извлечения биологически активных веществ складывается из следующих стадий: проникновение экстрагента в сырье; смачивание веществ, находящихся в клетке; растворение биологически активных веществ в клетке и смыв веществ из разрушенных клеток и открытых пор; массоперенос веществ через пористые перегородки клеточной стенки путем молекулярной диффузии. При предлагаемом способе экстрагирования происходит разрушение целостности (растрескивание) клеточных структур, нагрев необходим, чтобы активизировать диффузию молекул биологически активных веществ, компенсировать падение температуры, вызванное испарением воды. Создание пониженного давления внутри экстрактора и нагрев экстракционной массы позволяет интенсифицировать экстракцию растительного сырья. Уменьшение давления позволяет, с одной стороны, увеличить механическую нагрузку, оказываемую на стенки клеток экстракционной массы, и, с другой стороны, снизить температуру экстракции, увеличив сохранность термолабильных экстрактивных веществ. Время экстракции при пониженном давлении в соответствии с изобретением составляет всего 10-45 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в герметичную емкость с возможностью нагрева, создания низкого вакуума, конденсации паров и удаления конденсата и механического перемешивания, например, в вакуумно-выпарной аппарат (далее - концентратор) для концентрирования. В экстрактор к оставшейся горячей листовой массе добавляют воду в объеме, равном 5-10 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 10-45 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой.

Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в концентраторе при температуре 30-80°С и глубине вакуума 0,05-0,9 кгс/см². Концентрирование продолжается до получения необходимой концентрации полифенолов, флавоноидов или других БАВ, далее концентрат охлаждают до 2-10°С, например, в холодильнике или в реакторе с возможностью охлаждения. Проводят очистку концентрата: концентрат фильтруют с помощью вакуумной фильтрационной установки или центрифугируют с помощью рефрижераторной центрифуги при 3000-10000 об/мин и температуре 2-8°C в течение 5-20 минут. Для получения более концентрированного экстракта возможно повторное выпаривание в концентраторе при тех же условиях. Полученный очищенный концентрат переносят в стерильную емкость и хранят при температуре 2-8°С.

Экстракт может быть подвергнут полной сушке с остаточной влажностью не более 8% и использован в сухом виде. Для использования в производстве лекарственных средств, биологически активных добавок и продуктов диетического и специального назначения возможно объединение экстрактов растений (березы, персика, облепихи и др.) как в равных долях, так и в иных соотношениях. В качестве консерванта могут быть использованы такие добавки:

1. Сорбиновая кислота и ее соли 0,002-0,5%

2. Бензойная кислота и ее соли 0,015-0,5%

3. Этиловый спирт 0,5-10%

4. Сахар, фруктоза и др. сахарозаменители,

а также их комбинации.

В процессе переработки выделяются следующие биологически активные вещества и продукты: концентрированный очищенный экстракт представляющий собой концентрат водорастворимых веществ полифенольной и флавоноидной природы, обладающих широким спектром биологической и фармакологической активности (иммунотропная, противоопухолевая, гипогликемическая, нейротропная, адаптогенная, антиоксидантная, гепатопротекторная, мочегонная, противовоспалительная, противомикробная, противовирусная и др.).

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его.

Пример 1. Древесную зелень березы закладывают в вакуумный экстрактор, добавляют воду, очищенную из расчета 1:10. Экстракционную массу в вакуумном экстракторе нагревают до 75°С в условиях вакуума, 0,3-0,6 кгс/см², и перемешивают миксером с частотой вращения 40 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 15 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся массе добавляют воду в объеме, равном 5 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 15 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 70-80°С и глубине вакуума 0,3-0,6 кгс/см². Концентрат охлаждают в холодильной камере с рабочим режимом 2-8°С и фильтруют с помощью фильтрационной установки. К полученному концентрированному экстракту добавляют в качестве консерванта сорбиновую кислоту в количестве 0,02-0,03%.

Пример 2. Растительное сырье - древесную зелень персика закладывают в вакуумный экстрактор с встроенным миксером, далее экстрактор, добавляют воду из расчета 1:20. Экстракционную массу в экстракторе нагревают до 65-75°С в условиях вакуума 0,2-0,5 кгс/см² и перемешивают миксером с частотой вращения 100 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 20 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся листовой массе добавляют воду в объеме, равном 10 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 20 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 65-75°С и глубине вакуума 0,2-0,5 кгс/см². Концентрат подвергается охлаждению до 2°С в реакторе, в рубашку которого подается хладагент, и очистке способом центрифугирования в рефрижераторной центрифуге при 2°С с частотой вращения 6000 об/мин в течение 15 мин. К полученному концентрированному экстракту добавляют в качестве консерванта сорбиновую кислоту в количестве 0,02-0,03%.

Пример 3. Растительное сырье - древесную зелень облепихи закладывают в вакуумный экстрактор, добавляют воду, очищенную из расчета 1:15. Экстракционную массу в вакуумном экстракторе нагревают до 30°-45°С в условиях вакуума, 0,01-0,1 кгс/см² и перемешивают миксером с частотой вращения 40 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 45 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся листовой массе добавляют воду в объеме, равном 5 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 45 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 30-45°С и глубине вакуума 0,01-0,1 кгс/см². Концентрат охлаждают в холодильной камере с рабочим режимом 2-8°С и фильтруют с помощью фильтрационной установки. Полученный концентрированный экстракт смешивают со вспомогательными веществами (напр., микрокристаллическая целлюлоза), высушивают до остаточной влажности 8%.

Пример 4. Растительное сырье - древесная зелень облепихи и древесная зелень персика закладывают в вакуумный экстрактор с встроенным миксером, далее экстрактор, добавляют воду из расчета 1:20. Экстракционную массу в экстракторе нагревают до 45-65°С в условиях вакуума 0,1-0,2 кгс/см² и перемешивают миксером с частотой вращения 100 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 30 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся листовой массе добавляют воду в объеме, равном 10 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 30 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 45-65°С и глубине вакуума 0,1-0,3 кгс/см². Концентрат подвергается охлаждению до 2°С в реакторе, в рубашку которого подается хладагент, и очистке способом центрифугирования в рефрижераторной центрифуге при 2°С с частотой вращения 6000 об/мин в течение 15 мин. К полученному концентрированному экстракту добавляют в качестве консерванта сорбиновую кислоту в количестве 0,02-0,03% или полученный концентрированный экстракт смешивают со вспомогательными веществами (напр., микрокристаллическая целлюлоза и кремния диоксид коллоидный), высушивают до остаточной влажности 8%, фасуют в капсулы №1, 2.

Пример 5. Растительное сырье - древесная зелень облепихи, древесная зелень персика и древесная зелень березы закладывают в вакуумный экстрактор с встроенным миксером, далее экстрактор, добавляют воду из расчета 1:10. Экстракционную массу в экстракторе нагревают до 75-80°С в условиях вакуума 0,5-1,0 кгс/см² и перемешивают миксером с частотой вращения 100 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 15 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся листовой массе добавляют воду в объеме, равном 5 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 15 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 45-65°С и глубине вакуума 0,1-0,3 кгс/см². Концентрат подвергается охлаждению до 2°С в реакторе, в рубашку которого подается хладагент, и очистке способом центрифугирования в рефрижераторной центрифуге при 2°С с частотой вращения 6000 об/мин в течение 15 мин. Полученный концентрированный экстракт смешивают со вспомогательными веществами (напр., микрокристаллическая целлюлоза и кремния диоксид коллоидный), высушивают до остаточной влажности 8%, фасуют в капсулы №1, 2.

Предлагаемый способ получения препарата фенольной природы из растительного сырья обеспечивает значительное увеличение концентрации веществ фенольной природы, концентрации полифенолов и флавоноидов или других БАВ, расширение спектра действия, уменьшается время получения препарата, а также затраты на энергоресурсы. Кроме того, этап нагревания по данному способу может проводиться при температуре, преимущественно меньшей 70°С, что позволит осуществить экстракцию продуктов, имеющих тенденцию к деградации (распаду) под действием теплоты (термолабильных веществ), при снижении термического воздействия на биомолекулы. В соответствии с изобретением, экстракция осуществляется при механическом перемешивании растительного сырья, такое перемешивание позволяет увеличить взаимодействие сырья с экстрагентом, усилить механическое воздействие на растительное сырье и обогащение вытяжки целевыми биологически активными веществами. Преимуществом этого способа является кратковременность процесса экстракции, сохранение всех свойств биомолекул и повышение выхода БАВ, а именно: веществ фенольной природы. Количество флавоноидов, получаемых из 1 кг растительного сырья, увеличилось на 46-84%, полифенолов - на 40-59%, длительность процесса экстракции и концентрации сократилось в 5,7-6,5 раз. В результате использования способа получен экстракт, обладающий эффективной гипогликемической активностью.

Сравнительную оценку количества выделенных БАВ проводили по содержанию флавоноидных соединений в пересчете на рутин, полифенольных веществ в пересчете на галловую кислоту в готовых продуктах (концентрированные очищенные водные экстракты), полученные по примерам 1, 2, 3, 4, 5, а также приготовленные способом по патенту RU 2233668. Результаты проведенного исследования представлены в таблице 1.

Данные таблицы свидетельствуют об эффективности предлагаемого способа получения экстрактов, содержащих полифенолы и флавоноиды. Так при экстракции и концентрировании экстракта древесной зелени березы время получения очищенного концентрата уменьшилось с 40 до 7 часов (в 5,7 раз), выход флавоноидов увеличился на 84%, полифенолов на 59%, при экстракции древесной зелени персика время получения уменьшилось с 52 до 8 часов (в 6,5 раз), выход флавоноидов увеличился на 46%, полифенолов на 40%, при экстракции древесной зелени облепихи время получения уменьшилось с 47 до 7,5 часов (в 6,3 раз), выход флавоноидов увеличился на 91%, полифенолов на 106%, при экстракции древесной зелени облепихи и древесной зелени персика время получения уменьшилось с 54 до 8,5 часов (в 6,4 раз), выход флавоноидов увеличился на 104%, полифенолов на 106%, при экстракции древесной зелени облепихи, древесной зелени персика и древесной зелени березы время получения уменьшилось с 52 до 8,3 часов (в 6,2 раз), выход флавоноидов увеличился на 80%, полифенолов на 120%.

Предлагаемый способ позволяет получить безвредные препараты с широким спектром действия.

Фармакологические исследования показывают гипогликемическую активность экстракта древесной зелени березы, зарегистрированного Роспотребнадзором в качестве биологически активной добавки к пище «Берегиня», свидетельство о государственной регистрации RU.77.99.11.003.Е.009793.11.13 от 29.11.2013 года, полученного вышеуказанным способом.

Опыты проводились на крысах с аллоксаниндуцированным сахарным диабетом. Полученные данные свидетельствуют об эффективной гипогликемической активности БАД «Берегиня» (концентрированный экстракт древесной зелени березы) у животных, больных сахарным диабетом, на уровне лекарственного препарата - эталона «Метформина» (Табл. 2), вместе с тем экстракт древесной зелени березы не снижает нормальный уровень глюкозы у здоровых животных (Табл. 3).

Клинические наблюдения:

Пациент К.В.С., 55 лет. Уровень глюкозы в крови 7,1 ммоль/л, ожирение, артериальная гипертензия. Диагноз: Сахарный диабет 2 типа. После приема БАД «Берегиня» (концентрированный экстракт древесной зелени березы) в течение 2 месяцев уровень глюкозы в крови снизился до 5,0 ммоль/л.

Пациент Т.А.В., 57 лет. Уровень глюкозы в крови 10,3 ммоль/л. Диагноз: сахарный диабет 2 типа. После приема БАД «Берегиня» (концентрированный экстракт древесной зелени березы) в течение 2 месяцев уровень глюкозы в крови снизился до 6,5 ммоль/л.

Экстракт древесной зелени облепихи в комбинации с экстрактом древесной зелени персика в соотношении 1:1, полученные настоящим способом (Пример №4), зарегистрирован Роспотребнадзором в качестве биологически активной добавки к пище «Флавоперсин», свидетельство о государственной регистрации RU.77.99.11.003.E.005704.04.15 от 16.04.2015 года.

Исследования БАД «Флавоперсин» выявили следующие фармакологические эффекты: иммуномодулирующий эффект (табл. 4).

Клинические исследования выявили гиполипидемическое действие:

М-ва И.В., 53 года. Диагноз: ИБС II ф.к. Дислипидемия. Уровень общего холестерина на начало лечения - 7,2 ммоль/л, после месячного курса БАД «Флавоперсин» - 4,8 ммоль/л.

Клинические исследования выявили гипогликемическое действие:

М-н С.П., 65 лет. Диагноз: Метаболический синдром, сахарный диабет II типа. Уровень глюкозы в крови на начало лечения 8,2 ммоль/л. После курса приема БАД «Флавоперсин» уровень глюкозы снизился до 4,5 ммоль/л.

Исследование влияния экстракта древесной зелени персика и комбинации экстрактов древесной зелени облепихи, древесной зелени персика и древесной зелени березы (пример №5) на индивидуальное поведение лабораторных животных (табл. 5) выявило стимулирующее действие на ориентировочно-исследовательские реакции в тесте «окрытое поле» обоих препаратов относительно контроля, однако эффективность оказалась выше у комбинации экстрактов.

В исследованиях на животных показано, что они малотоксичны, не проявляют иммунотоксичность, аллергенность, канцерогенность, а также препараты обладают широким спектром фармакологических и биологических свойств.