Способ получения экстракта, обладающего антиоксидантной активностью, из растений рода Амарант

Изобретение относится к технологии получения натурального антиоксиданта, используемого в пищевой промышленности.

Амарант является богатейшим источником биологически активных веществ. В листьях амаранта обнаружено высокое содержание пектина (6,3%), аскорбиновой кислоты (120 мг %), каротиноидов (9 мг %), полифенолов (15,7%), из которых 4,21% составляют флавоноиды кверцетин, трефолин и рутин (3%), микроэлементы В, Fe, Ni, Ва. По другим данным, в листьях содержатся полифенолы (до 5,4%), в том числе флавоноиды (2,8%), витамины А, С, Е, бетацианиновые пигменты, липиды (до 10%), пектины (до 6%), микроэлементы. Максимальное содержание биологически активных веществ в листьях амаранта отмечено в фазе бутонизации - начала цветения растений. Содержание витамина С в листьях 10 видов амаранта, используемых на зерно или получение овощной продукции, варьировало от 69 до 288 мг/100 г. Добавка листьев к черному байховому чаю позволяет получить качественно новые чайные продукты с повышенным содержанием флавоноидов, обладающих высокой Р-витаминной и антиоксидантной активностью.

Известны способы использования амаранта как в пищевом производстве: печенье, макароны, хлебцы, хлеб, паста, соуса, произведенные либо с добавками амаранта, либо полностью из амаранта (см. патенты РФ №№2245623, 2349103, 2277337, 2253992, 2211243, 2223652), так и в фармацевтической промышленности (см. патенты РФ №№2232590, 2283124 2161980, 2161980), [«Амарант-перспективное сырье для пищевой и фармацевтической промышленности», Аналитическое обозрение, Chemistry and Computational Simulation. Butlerov Communications. 2001. No. 5. 1. Офицеров Е.Н.].

Недостатком известных решений является невозможность использования их в водных средах, в том числе в рыбной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности является способ экстракции биологически активных веществ из растительного сырья, преимущественно из растений рода Амарант, при котором осуществляют настаивание измельченного растительного сырья с экстрагирующим растительным маслом при атмосферном давлении и повышенной температуре, в качестве растительного сырья используют зеленую массу, семена или их СО₂-экстракт, измельченные до частиц размером не более 5 мм, из которых по меньшей мере 10% измельчены до частиц размером менее 0,5 мм, смешивают его с экстрагирующим растительным маслом в количествах, определяемых из условия получения массового соотношения жидкой и твердой фаз в пределах 1:(10±1), а в качестве экстрагирующего растительного масла используют по меньшей мере одно из группы, включающей льняное, кукурузное и соевое масла, причем настаивание осуществляют при изменении температуры в реакторе от 70±10°С до 25±10°С и перемешивании со скоростью 60±40 об/мин (см. Патент РФ 2195306, МПК A61K 35/78, A61K 7/48).

Недостатком прототипа является использование растительного масла в качестве экстрагента и невозможность его применения в водных средах.

Подавляющая часть применяемых в пищевой промышленности антиоксидантов - жирорастворимые, что напрямую препятствует их использованию для производства рыбной продукции. В свою очередь, растительное сырье - источник водорастворимых антиоксидантов, которые могут быть применены в производстве соленой рыбной продукции, рыбных фаршей, полуфабрикатов высокой степени механической обработки из рыбы.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка способа получения универсального антиоксиданта для всех видов рыбной продукции.

Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, выражается в получении универсального водорастворимого антиоксиданта для всех видов рыбной продукции.

Поставленная задача решается тем, что способ получения экстракта, обладающего антиоксидантной активностью, из растений рода Амарант, включающий настаивание измельченного растительного сырья с экстрагентом, отличается тем, что в качестве растительного сырья используют воздушно-сухую зеленую массу Amarantus albus L (амарант белый) или смеси Amarantus albus L. (амарант белый), Amarantus hypochondriacus L. (амарант красный), Amarantus paniculatus (амарант багряный), взятых в равных долях, которую измельчают до 0,2-0,7 мм, смешивают с экстрагентом в соотношении 1:10, причем в качестве экстрагента используют смесь воды и спирта с содержанием последнего 20-30%, при этом экстрагирование осуществляют при 50-60°С в течение 3-9 часов, после чего отделяют фильтрат, отгоняют из него спирт и обезвоживают лиофильной сушкой. При этом лиофильную сушку ведут при температуре не ниже -60°С.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Использование в качестве исходного сырья «воздушно-сухой зеленой массы амаранта сорта Amarantus albus L.» (амарант белый) обусловлено наибольшей антиоксидантной активностью этого сорта по сравнению с Amarantus hypochondriacus L (амарант красный), Amarantus paniculatus (амарант багряный).

Признак, указывающий, что в качестве исходного сырья используют «или смесь воздушно-сухой зеленой массы амаранта сортов Amarantus albus L. (амарант белый), Amarantus hypochondriacus L. (амарант красный), Amarantus paniculatus (амарант багряный) в равных долях», обусловлен высокой антиоксидантной активностью этих сортов.

Признак, указывающий, что воздушно-сухую зеленую массу Amarantus albus L «измельчают до 0,2-0,7 мм», направлен на полноту извлечения активного компонента.

Признак, указывающий, что измельченную массу «смешивают с экстрагентом в соотношении 1:10», обеспечивает возможность набухания воздушно-сухой зеленой массы амаранта.

Признак, указывающий, что «в качестве экстрагента используют смесь воды и спирта», позволяет отказаться от применяемых в пищевой промышленности жирорастворимых антиоксидантов, которые не используются при производстве рыбной продукции.

Признаки, указывающие, что используется экстрагент «с содержанием спирта 20-30%» и «экстрагирование осуществляют при 50-60°С в течение 3-9 часов», обеспечивают режим, при котором происходит наиболее полное извлечение биологически активного экстракта. Дальнейшее повышение температуры не способствует увеличению полноты экстракции, вызывает разрушение биологически активных веществ (полифенолов, витаминов) и поэтому нецелесообразно.

Признаки «… отделяют фильтрат, отгоняют из него спирт и обезвоживают лиофильной сушкой …» направлены на подготовку биологически активного экстракта к употреблению. Фильтрация - удаление твердого остатка из экстракта; отгонка спирта - для эффективности последующей лиофильной сушки, лиофильная сушка - для более длительного хранения без боязни разрушения экстракта микроорганизмами.

Признак, указывающий, что «лиофильную сушку ведут при температуре не ниже -60°С», обеспечивает оптимальный режим сушки. Дальнейшее повышение температуры не способствует увеличению полноты экстракции, вызывает разрушение биологически активных веществ (полифенолов, витаминов) и поэтому нецелесообразно.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве исходного сырья используют воздушно-сухую зеленую массу амаранта сорта Amarantus albus L. (амарант белый), которую измельчают до 0,2-0,7 мм. В качестве экстрагента используют смесь воды и спирта с содержанием последнего 20-30%, смешивают с исходным сырьем в соотношении 1:10. Экстрагирование осуществляют при 50-60°С в течение 3-9 часов, после чего отделяют фильтрат, отгоняют из него спирт и обезвоживают лиофильной сушкой. Лиофильную сушку ведут при температуре не ниже -60°С.Также в качестве исходного сырья используют смесь воздушно-сухой зеленой массы амаранта сортов Amarantus albus L. (амарант белый), Amarantus hypochondriacus L. (амарант красный), Amarantus paniculatus (амарант багряный) в равных долях.

На фиг. 1 показана зависимость антиоксидантной активности (АОА) экстрактов амаранта от вида растения; на фиг. 2 - зависимость АОА экстрактов амаранта от температуры и времени экстракции; на фиг. 3 - зависимость АОА экстрактов амаранта от концентрации спирта и времени; на фиг 4 - влияние антиоксидантных свойств экстракта амаранта на количество карбонильных соединений, содержащихся в рыбе.

Для определения оптимальных режимных характеристик были последовательно проведены следующие виды исследования.

1. Зависимость антиоксидантной активности (АОА) от вида амаранта

Была исследована АОА амаранта разных видов (см. фиг. 1). Проведены экстракции при гидромодуле 1:10. Были взяты 4 г навески амаранта и 40 г экстрагента - смесь воды и спирта (с содержанием этилового спирта 25%), температура экстрагирования 60°С, время экстракции 3 часа.

Установлено, что наибольшей антиоксидантной активностью обладают экстракты Amarantus albus L. (амарант белый), затем Amarantus hypochondriacus L. (амарант красный), наименьшей активностью обладает экстракт Amarantus paniculatus (амарант багряный). Следовательно, для получения антиокислительного экстракта целесообразнее использовать амарант белый, красный или их смесь. В целом, с учетом статистической погрешности различия в величине АОА трех различных видов амаранта не превышают 10%, что говорит о возможности использования в качестве антиоксиданта всех исследуемых видов растений.

2. Зависимость АОА экстрактов амаранта белого от температуры и времени экстракции

Были исследованы оптимальные параметры экстракции, температура, время. Проведены экстракции при гидромодуле 1:10. При этом гидромодуль варьирует в зависимости от степени набухания сырья и может достигать до 1:15. Были взяты 4 г навески амаранта и 40 г экстрагента с содержанием этилового спирта 25%. Для определения рационального температурного режима извлечения антиокислителя были проведены экстракции при температурах 40, 50, 60°С в течение 3, 6 и 9 часов. Зависимость антиоксидантной активности экстрактов от температуры и времени экстракции представлена на фиг. 2.

Наиболее эффективно, по результатам исследования полученных образцов, экстрагирование проходит при 50-60°С. При исследовании влияния времени экстракции подтверждено оптимальное время - 3 часа.

3. Зависимость АОА экстрактов амаранта от концентрации спирта и времени

Для определения рационального экстрагента для зеленой массы амаранта было проведено экстрагирование спиртом различной концентрации (100%, 50%, 30%, 25%, 20% и 0%). Проведены экстракции при гидромодуле 1:10. Были взяты 4 г навески амаранта и 40 г экстрагента с вышеуказанным содержанием этилового спирта. Зависимость антиоксидантной активности экстрактов амаранта от концентрации спирта в экстрагенте представлено на фиг. 3.

Исследование показало, что чем ниже массовая доля спирта при экстракции, тем более полно происходит извлечение антиокислителя, поэтому выбрано оптимальное содержание спирта в экстрагенте 20-30%.

4. Режим лиофильной сушки

Также была проведена лиофильная сушка экстракта из амаранта. Целесообразность сушки экстракта заключается в том, чтобы уменьшить объем вводимого в продукт препарата, не понижая при этом его концентрации.

Среди различных методов концентрирования лиофилизация является самым щадящим методом при работе с термолабильными веществами.

На роторном испарителе во вращающейся колбе при пониженном давлении (1 кг/см²) производят отгонку спирта из испытуемого экстракта (например, при объеме V=100 мл в течение 5 мин). Далее в противни заливается высушиваемый раствор, так чтобы толщина слоя жидкости составляла не более 5 мм. Высушивание препарата должно происходить при температуре не ниже -60°С, так как при ее понижении теряются антиоксидантные свойства экстракта. При загрузке противней в 200 мл время высушивания составило от 5 до 7 часов.

В результате сушки определено, что 1 мл исходного раствора содержит 2,3 мг сухого вещества. Следовательно, в исходном жидком экстракте содержится около 0,2% сухих веществ. Следует отметить, что исследуемый экстракт заготовлен на сырье (воздушно-сухая зеленая масса), хранимом 8 месяцев.

5. Для определения целесообразности высушивания было проведено сравнение АОА контрольного жидкого экстракта с полученным из него сухим веществом.

На основании полученных данных были сделаны выводы о возможности использования лиофильной сушки, так как величины АОА исходного экстракта и высушенного препарата в эксперименте практически одинаковы.

Лиофилизация экстракта из амаранта:

- позволяет сохранить антиоксидантные свойства экстракта в сухом остатке;

- позволяет уменьшить объем вводимого антиокислительного экстракта в рыбную продукцию;

- упрощает условия его хранения, что достигается удалением воды и спирта из экстракта.

Было протестировано применение полученного экстракта в качестве антиоксиданта на модельных экспериментах на фаршах рыб сельдевых, а также лососевых.

В приготовленные опытные образцы фаршей внесен антиоксидант. Проведены модельные исследования влияния антиокислительного препарата и экстракта амаранта на накопление карбонильных соединений по методике определения окислительной деструкции липидов, основанные на определении количества карбонильных соединений.

Известен метод определения карбонильных соединений в липидах, выделенных по Блаю. Однако выделение липидов может сопровождаться потерей карбонильных соединений при экстракции навески ткани и отстаивании водно-хлороформенного слоя и особенно летучих соединений при упаривании экстракта ткани под вакуумом. Поэтому было проведено количественное определение карбонильных соединений непосредственно в тканях гидробионтов без предварительного выделения липидов.

По данным, полученным в ходе эксперимента, проведенного с целью определения влияния антиоксидантных свойств экстракта амаранта на окисление жиров рыбы, можно сделать вывод о количественном содержании карбонильных соединений в ней (табл. 2, фиг. 4).

Степень замедления окисления = количество карбонильных соединений в мышечной ткани с применением антиоксидантного препарата / количество карбонильных соединений в мышечной ткани без применения антиоксидантного препарата * 100%.

Показана высокая эффективность антиокислительного препарата на модельных системах. Так, в результате проведенного эксперимента установлена степень замедления окисления липидов в рыбной продукции. В случае использования мышечной ткани лососевых степень составляет 28,5%, сельдевых 33,4%.

Исходя из результатов, полученных из экспериментальных данных, можно сделать заключение о перспективности дальнейшего изучения антиоксидантых свойств амаранта и разработки технологии эффективного извлечения веществ из него, обладающих антиоксидантными свойствами, и их применении в производстве рыбной продукции.

Оптимальные условия хранения жидкого экстракта: в герметичной таре в холодильной камере при температуре от +2 до +5°С.

Антиокислительная активность экстракта из воздушно-сухого сырья 8 месяцев хранения - в единицах: ES 50% = 1,64 мл активного вещества в 1 мл вводимого жидкого антиоксиданта.

Результаты модельных экспериментов на системе из рыбных фаршей показали, что экстракт из амаранта проявляет антирадикальную активность и в зависимости от его концентрации, уменьшение окисления может составлять 20-60%.

В лиофилизации определено, что 1 мл исходного раствора содержит 2,3 мг сухого вещества. Следовательно, в исходном жидком экстракте содержится около 0,2% сухих веществ. Антиокислительная активность высушенного экстракта не изменилась: ES 50% = 1,64 мл активного вещества в 1 г вводимого сухого порошка антиоксиданта. Следует отметить, что исследуемый экстракт заготовлен на сырье (воздушно-сухая зеленая масса), хранимом 8 месяцев.

В пределах исследуемого времени выявлена степень уменьшения окисления в рыбном полуфабрикате высокой степени механической обработки. В зависимости от концентрации вводимого препарата она колеблется от 23 до 28%.