Результат интеллектуальной деятельности: Способ выделения эфирного масла из плодов аниса обыкновенного

Способ выделения эфирного масла из плодов аниса обыкновенного

Изобретение относится к эфиромасличной, пищевой и химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано для выделения эфирного масла из плодов аниса обыкновенного (Pimpinella anisum L.), семейства зонтичных- Apiaceae (Umbelliferae).

На данный момент известно несколько различных способов выделения эфирного масла из данного растительного сырья: гидродистилляция - выделение эфирных масел с помощью водяного пара; экстракция с помощью микроволновой перегонки и экстракция с помощью сжиженных газов [Технология натуральных эфирных масел и синтетических душистых веществ / Сидоров И.И., Турышева Н.А., Фалеева Л.П., Яснюкевич Е.И. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 368 с. ; Vilcu R., Mocan M., Gainar I. Anise essential oil extraction by supercritical CO2 // Analele Universitatii din Bucuresti - Chimie, Anul XII (serie noua), vol. I-II, pag. 297-302 ].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ выделения эфирных масел описанный в патенте US 2004/0105899, публ. 03.06.2004, в котором проводят экстракцию плодов аниса обыкновенного в специальной установке в течение 2 часов, с помощью сжиженного газа хладона 227 еа при температуре 50°С и давлении 15 атм. При этом, достигается выход маслянистого продукта 5,77% (ГХ-МС анализ показал содержание анетола в смеси летучих компонентов этого маслянистого продукта - 97,87%). Описанный способ принят нами за прототип изобретения.

К основным недостаткам данного способа относятся: необходимость применения специального оборудования работающего под давлением, которое в пятнадцать раз превышает атмосферное, а также необходимость затраты энергии на операции упаривания экстракта и на операции конденсации паров растворителя в холодильной установке.

Технической задачей изобретения является разработка более эффективного экологически чистого способа выделения эфирного масла из плодов аниса обыкновенного, простого в исполнении при котором не требуется специальное и сложное оборудование.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа выделения эфирного масла из плодов аниса обыкновенного (Pimpinella anisum L.), включающего измельчение плодов аниса обыкновенного, экстрагирование измельчённого сырья органическим растворителем в аппарате «Сокслет», упаривание растворителя, причем, в качестве органического растворителя используют легко кипящую жидкость - метиловый эфир перфторбутана (далее Novec 7100 [https://www.sigmaaldrich.com]) при соотношении сырьё/растворитель 1:4,5-9,0 масс/масс, экстрагирование сырья осуществляют в течение 1-5 часов, полученный экстракт упаривают с конденсацией экстрагента до получения масляного экстракта, который обрабатывают этанолом 96% об/об, при соотношении масляный экстракт/этанол 1:2 об/об, затем смесь масляного экстракта и этанола центрифугируют для отделения раствора эфирного масла в этаноле, который упаривают под вакуумом при 40°°С, до получения очищенного эфирного масла. Сырье, не извлекая из экстрактора, нагревают до 65°С, продувают воздухом до полного удаления и конденсации экстрагента. Регенерированный экстрагент объединяют с основной массой экстрагента и используют повторно для экстракции новой партии сырья.

Диапазон соотношения сырьё/растворитель 1:4,5-9,0 масс/масс, обеспечивает эффективное извлечение компонентов эфирного масла из растительного сырья и является экономически целесообразным. Нижнее предельное значение 1:4,5 масс/масс, обусловлено тем, что данное количество экстрагента позволяет покрыть насыпной объем растительного сырья в экстракторе с небольшим избытком экстрагента необходимого для возможности осуществления процесса его циркуляции в экстракционном аппарате. Увеличение соотношения сырьё/растворитель более 1:9,0 масс/масс, не приводит к увеличению выхода компонентов эфирного масла и требует неоправданно высоких энергозатрат и экстрагента.

Заявленный интервал времени экстракции 1-5 часов обеспечивает исчерпывающее извлечение компонентов эфирного масла из сырья. Уменьшение времени экстракции приводит к значительному недоизвлечению эфирного масла. Увеличение времени экстракции является не целесообразным с экономической точки зрения, а также энергозатрат, поскольку не приводит к значительному повышению выхода эфирного масла.

Экспериментально было определено, что эффективной концентрацией этанола для очищения первичного масляного экстракта от компонентов жирного масла является 96 % об/об этанол при соотношении масляный экстракт/этанол 1:2 об/об. При данных условиях наблюдается максимальное растворение эфирного масла в этаноле и происходит отделение его от компонентов жирного масла, которые при центрифугировании в течение 30 минут при 3000 об/мин отделяются от раствора эфирного масла в этаноле.

Количественный анализ транс-анетола в экстрактах проводили с помощью обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием хроматографа фирмы «Agilent Technologies», серии «Agilent 1200 Infinity», производства США, при следующих условиях: подвижная фаза (А) - 1% водный раствор муравьиной кислоты, подвижная фаза (B) - этанол в линейном градиентном режиме подачи; хроматографическая колонка - Supelco Ascentis express C18, размеры колонки 100 мм × 4,6 мм, размер частиц 2,7 мкм; скорость подвижной фазы - 0,5 мл/мин; температура хроматографической колонки +35°С; объем образца - 1 мкл. Перед количественным анализом точную навеску первичного экстракта смешивали с точно взвешенным этанолом 70 % об., и центрифугировали при 13000 об/мин в течение 5 мин. Этанольный раствор сливали и анализировали.

Качественный анализ экстрактов проводили с помощью газожидкостной хроматографии с использованием метода внутренней нормировки по сумме площадей. ГЖХ анализ проводили на приборе хромато-масс-спектрометр модели GCMS-QP2010 Ultra, фирма-изготовитель «Shimadzu», Япония. Разделение проводили на колонке: Zebron ZB-5MS 30 mL × 0,25 mm ID × 0,25 μm df; жидкая фаза: 5%-polysilarylene-95polydimethylsiloxane; температурные пределы: от 70°С до 325/350 °С. Условия хроматографирования: газ-носитель - гелий с постоянным потоком - 3,0 мл/мин; анализ осуществлялся в изотермическом режиме. Температура колонки - 70 С° (изотерма 2 мин) - 200 С° (изотрема 5 мин), скорость подъёма температуры 5 град/мин. Температура испарителя - 210 С°; температура ионного источника - 250 С°; температура интерфейса - 250 С°; режим ввода пробы - без деления потока - 1 мин; напряжение на детекторе - 0,84 кВ; поток эмиссии - 60 μА; объём вводимой пробы - 1 μl. Детектирование осуществляли в режиме полного ионного тока (SCAN) в диапазоне m/z 30 -500 Da, со скоростью сканирования 1000 и результирующим временем 0,5 сек. Перед анализом первичный экстракт растворяли в н-гексане и при необходимости фильтровали через фильтр с размером пор 0,45 мкм.

Пример 1.

Навеску измельченных плодов аниса обыкновенного массой 5,00 г, помещают в циркуляционный экстрактор типа «Сокслет». Заливают сырье экстрагентом 1:7,6 масс/масс, 37,9 г (25,0 мл) и начинают процесс циркуляционной экстракции в течение 2 часов. Полученный экстракт упаривают под вакуумом до получения маслянистого продукта, а экстрагент конденсируют.

Полученный первичный маслянистый экстракт для выделения из него транс-анетола растворяют в этаноле 96 % об/об, при соотношении 1:2 об/об, центрифугируют при 3000 об/мин в течение 30 мин. Отделенный этанольный раствор упаривают под вакуумом при 40°С до получения очищенного эфирного масла.

Сырье не извлекая из экстрактора, нагревают до 65°С, продувают воздухом до полного удаления и конденсации экстрагента. Регенерированный экстрагент объединяют с основной массой экстрагента и используют повторно для экстракции новой партии сырья.

Некоторые физико-химические, экологические и токсические показатели фреона 227еа и жидкости Novec 7100 для сравнения приведены в табл.1.

Таблица 1. Основные физико-химические, экологические и токсические показатели фреона 227еа и жидкости Novec 7100.

Как видно из данных табл. 1, легкокипящая жидкость Novec 7100 имеет ряд преимуществ при прочих равных условиях по сравнению с аналогичными показателями фреона 227еа, а именно температура кипения Novec 7100 равна 61°С, т.е. при обычных условиях это жидкость, теплота испарения на 16 % меньше по сравнению с фреоном 227 еа (112<133 кДж/кг), потенциал глобального потепления в 10 раз меньше фреона 227 еа (320<3300 GWP).

Результаты сравнения по основным признакам прототипа и новой технологии приведены в табл.2.

Таблица 2. Результаты сравнения по основным признакам прототипа и новой технологии.

Как видно из данных табл. 2, результаты сравнения новой технологии перед технологией прототипа демонстрирует ее преимущества, а именно: отсутствие специального оборудования работающего под давлением, рабочее давление составляет 1 атм., температура конденсатора 20-30°С, отсутствие затрат электроэнергии на конденсацию паров экстрагента, меньшее соотношение ЛРС : экстрагент 1:7,6 масс/масс, при этом достигается выход из растительного сырья для очищенного транс-анетола на уровне 90 %.

Потери экстрагента составляют 1,5±0,2 г (1,0±0,1 мл), что эквивалентно 4 % от его первоначального количества.

Состав первичного экстракта полученного с помощью Novec 7100 приведен на рис. 1 и табл. 3.

Таблица 3. Состав легколетучей фракции экстракта полученного с помощью Novec 7100

Пример 2.

Навеску измельченных плодов аниса обыкновенного массой 5,02 г, помещают в циркуляционный экстрактор «Сокслет». Заливают сырье экстрагентом 1:4,5 масс/масс, 22,4 г (14,9 мл) и начинают процесс экстракции в течение 60 минут. Полученный экстракт упаривают под вакуумом до получения маслянистого продукта, а экстрагент конденсируют.

Полученный первичный маслянистый экстракт для выделения из него анетола экстрагируется этанолом 96 % об в соотношении 1:2 об/об, центрифугируют при 3000 об./мин в течение 30 минут и упаривают под вакуумом при 40°С до получения очищенного эфирного масла обогащенного анетолом.

Выход липофильных веществ по отношению к весу ЛРС - 4,6±0,3 %.

Выход очищенного анетола по отношению к весу ЛРС - 1,20±0,05 %.

Выход очищенного анетола - 59±3 %.

Пример 3.

Навеску измельченных плодов аниса обыкновенного массой 5,01 г, помещают в циркуляционный экстрактор «Сокслет». Заливают сырье экстрагентом 1:9,0 масс/масс 45,1 г (29,9 мл) и начинают процесс экстракции в течение 300 минут. Полученный экстракт упаривают под вакуумом до получения маслянистого продукта, а экстрагент конденсируют.

Полученный первичный маслянистый экстракт для выделения из него анетола экстрагируется этанолом 96 % об в соотношении 1:2 об/об, центрифугируют при 3000 об/мин в течение 30 минут и упаривают под вакуумом при 40°С до получения очищенного эфирного масла обогащенного анетолом.

Выход липофильных веществ по отношению к весу ЛРС - 4,9±0,4 %.

Выход очищенного анетола по отношению к весу ЛРС - 1,82±0,05 %.

Выход очищенного анетола - 91±4 %.

Техническим результатом является эффективный и экологически чистый способ выделения эфирного масла обогащенного транс-анетолом из плодов аниса обыкновенного простой в исполнении при обычных условиях, без специального и сложного оборудования.

Изобретение позволяет выделить эфирное масло, которое обогащено транс-анетолом из плодов аниса обыкновенного с помощью метилового эфира перфторбутана (Novec 7100) при минимальных энергозатратах, обычном давлении, с использованием стандартного оборудования характерного для химико-фармацевтических и/или эфиромасличных предприятий.