RU2850786C1

RU2850786C1 - Method of obtaining co2 extract from pantos

Info

Publication number: RU2850786C1
Application number: RU2024128097A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Сергеевич Голохваст; Александр Михайлович Захаренко; Олег Константинович Мотовилов; Елена Валерьевна Бородай
Filing date: 2024-09-23
Publication date: 2025-11-13

Abstract

FIELD: food industry; perfumery and cosmetics; pharmaceutical industry.

SUBSTANCE: invention relates to a method for obtaining CO₂ extract. The method for obtaining CO₂ extract from antlers includes grinding raw antlers to a particle size of 0.5-3 mm, drying by preliminary subcritical extraction with liquid carbon dioxide at a pressure of 50 bar for 30 minutes with a flow rate of 40 l/hour. This is followed by extraction with supercritical fluid CO₂ with the addition of a solvent with a mass fraction of ethanol of 5% at a temperature of 40-55 °C and a pressure of 200-350 bar for 120 minutes with a CO₂ fluid flow rate of 40 l/hour. Next, the mixture is stabilised to room temperature.

EFFECT: obtaining an extract from antlers while preserving the composition of biologically active substances in the finished product; ensuring high extraction efficiency and the absence of difficult-to-dispose-of waste and by-products.

1 cl, 2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности, а именно к способу получения CO₂-экстракта.The invention relates to the food, perfumery, cosmetics and pharmaceutical industries, namely to a method for producing _CO2 extract.

Сверхкритическая экстракция имеет потенциальные преимущества перед обычными процессами экстракции (экстракция аппаратом Сокслета, водно-спиртовая экстракция, выпаривание), например меньшее время экстракции, маленький объем органического растворителя, возможность более селективной экстракции, низкое термическое разрушение и безопасность для пищевых продуктов и биологически активных веществ. Теоретически обосновано, что извлечение ценных компонентов происходит на наноуровне. В основу данной теории положена научная концепция, поясняющая возможность образования безлигандных биокластеров диоксида углерода при газовой агрегации. Из зоны высокого давления CO₂-мисцелла, через отверстие диаметром 0,1-1,0 мм, выходит в зону низкого давления, температура ее резко понижается, что ведет к образованию биокластеров из отдельных молекул.Supercritical extraction offers potential advantages over conventional extraction processes (Soxhlet extraction, aqueous-alcoholic extraction, evaporation), including shorter extraction times, a small volume of organic solvent, the possibility of more selective extraction, low thermal degradation, and safety for food products and biologically active substances. It is theoretically proven that the extraction of valuable components occurs at the nanoscale. This theory is based on a scientific concept explaining the possibility of the formation of ligand-free carbon dioxide bioclusters during gas aggregation. From a high-pressure zone, the _CO2 micelle passes through an orifice with a diameter of 0.1-1.0 mm into a low-pressure zone, where its temperature drops sharply, leading to the formation of bioclusters of individual molecules.

Известен способ получения CO₂-экстракта, включающий подготовку растительного сырья с последующим проведением CO₂-экстракции при давлении 20-40 МПа в течение 120 мин [см. патент РФ №2070053, МПК A61K 35/78, дата публикации 10.12.1996].A method for obtaining _CO2 -extract is known, which includes the preparation of plant raw materials followed by _CO2 -extraction at a pressure of 20-40 MPa for 120 min [see Russian patent No. 2070053, IPC A61K 35/78, publication date 12/10/1996].

Недостатком изобретения является тот факт, что чистый CO₂ является неэффективным растворителем для химических соединений с более высокой полярностью.A disadvantage of the invention is the fact that pure _CO2 is an ineffective solvent for chemical compounds with higher polarity.

Известен способ получения CO₂-экстракта женьшеня, включающий его подготовку с последующим проведением экстракции сверхкритическим флюидным CO₂ с массовой долей этанола 1,7-3,4% в скорости потока жидкости 250 г/мин при температуре 31-70°С и давлении 20-40 МПа в течение 120 мин [см. патент РФ №2679634, МПК A61K 36/258, А61Р 37/00, дата публикации 12.02.2019].A method for obtaining a _CO2 extract of ginseng is known, which includes its preparation followed by extraction with supercritical fluid _CO2 with an ethanol mass fraction of 1.7-3.4% at a liquid flow rate of 250 g/min at a temperature of 31-70°C and a pressure of 20-40 MPa for 120 min [see Russian Federation Patent No. 2679634, IPC A61K 36/258, A61P 37/00, publication date 12.02.2019].

Недостатком являются невысокая массовая доля этанола для извлечения экстракта, а также высокие значения температуры и давления экстракции.The disadvantage is the low mass fraction of ethanol for extracting the extract, as well as the high values of temperature and pressure of extraction.

Прототипом является способ получения CO₂-экстракта ели аянской Pisea ajanensis [см. патент РФ №2793251, МПК A23L 33/105, C11B 9/00, дата публикации 10.02.2023], характеризующийся тем, что растительное сырье в виде хвои ели аянской Pisea ajanensis, измельченной до размера частиц 5-6 мм, подвергают экстракции растворителем с расходом 5-20 кг/кг растительного сырья, в качестве которого используют сверхкритический флюидный CO₂ с массовой долей этанола 5%, при температуре 31-55°С и давлении 50-200 бар в течение 60 мин.The prototype is a method for obtaining a _CO2 extract of Ajan spruce Pisea ajanensis [see Russian patent No. 2793251, IPC A23L 33/105, C11B 9/00, publication date 02/10/2023], characterized in that plant material in the form of needles of Ajan spruce Pisea ajanensis, crushed to a particle size of 5-6 mm, is subjected to extraction with a solvent at a consumption rate of 5-20 kg/kg of plant material, which is supercritical fluid _CO2 with an ethanol mass fraction of 5%, at a temperature of 31-55 °C and a pressure of 50-200 bar for 60 minutes.

Недостатком изобретения является недостаточное измельчение растительного сырья, параметры давления и время экстрагирования.The disadvantage of the invention is the insufficient grinding of plant materials, pressure parameters and extraction time.

В настоящее время проведенными научными исследованиями в пантах оленей установлено наличие разнообразного комплекса биологически активных соединений. Выделены основные группы БАВ: аминокислоты, липиды, минеральные вещества, нуклеиновые кислоты, факторы роста, гормоны, витамины. Панты оленя являются одним из лучших известных стимуляторов умственной и физической деятельности. Их экстракты рекомендуется к употреблению при неврастении, неврозах, половой слабости, климактерических расстройствах, артериальной гипотонии, язвенной болезни желудка, малокровии, для профилактики и лечения спортивных травм, состояний перетренированности.Scientific research has now established the presence of a diverse range of biologically active compounds in deer antlers. Key groups of biologically active substances have been identified: amino acids, lipids, minerals, nucleic acids, growth factors, hormones, and vitamins. Deer antlers are one of the best known stimulants for mental and physical performance. Their extracts are recommended for neurasthenia, neuroses, sexual weakness, menopausal disorders, arterial hypotension, gastric ulcers, anemia, and for the prevention and treatment of sports injuries and overtraining.

Задачей изобретения является разработка способа получения CO₂-экстракта из пантов оленей.The objective of the invention is to develop a method for obtaining _CO2 extract from deer antlers.

Технический результат выражается в получении и сохранении состава биологически активных веществ в готовом продукте; обеспечении высокой эффективности экстракции за счет увеличения массовой доли растворителя, в качестве которого используют доступный, безопасный и легко отделяемый этанол; отсутствии трудноутилизируемых отходов и побочных продуктов.The technical result is expressed in the production and preservation of the composition of biologically active substances in the finished product; ensuring high extraction efficiency due to an increased mass fraction of the solvent, which is used as an accessible, safe and easily separated ethanol; and the absence of difficult-to-dispose waste and by-products.

Поставленная задача решается получением экстракта методом сверхкритической флюидной CO₂-экстракции с добавлением растворителя с массовой долей этанола 5% при температуре 40-55°С и давлении 200-350 бар в течение 120 мин с потоком CO₂ флюида 40 л/час из сырых измельченных и высушенных предварительной докритической экстракцией жидким диоксидом углерода при давлении 50 бар в течение 30 мин с потоком 40 л/час пантов оленей. К использованию допускаются панты по ГОСТ 4227-76 Панты марала и изюбра консервированные. Технические условия и ГОСТ 3573-76 Панты пятнистого оленя консервированные. Технические условия.The problem is solved by obtaining an extract by the method of supercritical fluid _CO2 extraction with the addition of a solvent with a mass fraction of ethanol of 5% at a temperature of 40-55°C and a pressure of 200-350 bar for 120 min with a _CO2 fluid flow of 40 l/hour from raw deer antlers, crushed and dried by preliminary subcritical extraction with liquid carbon dioxide at a pressure of 50 bar for 30 min with a flow of 40 l/hour. Antlers according to GOST 4227-76 "Canned maral and red deer antlers. Specifications" and GOST 3573-76 "Canned sika deer antlers. Specifications".

Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is carried out as follows.

Сырые панты измельчают до размера частиц от 0,5 до 3 мм, затем в стальную емкость экстракционного аппарата сверхкритического давления НА120-50-05-С (Nantong Huaan Supercritical Extraction Co., Ltd.) объемом 5 л, уже нагретую с помощью горячего кожуха, загружают 1,5 кг измельченных пантов. Сушку пантов проводят предварительной докритической экстракцией жидким диоксидом углерода при давлении 50 бар в течение 30 мин с потоком 40 л/час. Далее осуществляют экстракцию сверхкритическим флюидным CO₂ с добавлением растворителя с массовой долей этанола 5% при температуре 40-55°С и давлении 200-350 бар в течение 120 мин с потоком CO₂ флюида 40 л/час. После окончания процесса экстракции сначала останавливают поток газа носителя, затем отключают термостатирование. После стабилизации температуры до комнатной экстракт перемещают в герметичные пластиковые емкости из полипропилена.Raw antlers are ground to a particle size of 0.5 to 3 mm, then 1.5 kg of ground antlers are loaded into a 5-liter steel tank of a supercritical pressure extraction apparatus HA120-50-05-C (Nantong Huaan Supercritical Extraction Co., Ltd.), already heated using a hot jacket. The antlers are dried by preliminary subcritical extraction with liquid carbon dioxide at a pressure of 50 bar for 30 min with a flow rate of 40 l/h. Next, extraction is carried out with supercritical fluid _CO2 with the addition of a solvent with a mass fraction of ethanol of 5% at a temperature of 40-55°C and a pressure of 200-350 bar for 120 min with a _CO2 fluid flow of 40 l/h. After the extraction process is complete, the carrier gas flow is first stopped, then the thermostatting is turned off. After the temperature has stabilized to room temperature, the extract is transferred to sealed plastic containers made of polypropylene.

Режимные характеристики для получения CO₂-экстракта из пантов оленей приведены в таблице 1.The operating characteristics for obtaining _CO2 -extract from deer antlers are given in Table 1.

Как показали исследования, повышение рабочей температуры приводило к понижению плотности жидкости, температура 60°С фактически прекращала улучшение кинетики экстракции. Изменение режимных характеристик как в сторону уменьшения, так и увеличения, приводило к снижению эффективности извлечения биологически активных веществ.Studies have shown that increasing the operating temperature resulted in a decrease in liquid density, and a temperature of 60°C effectively halted the improvement in extraction kinetics. Changing the operating parameters, either upward or downward, resulted in a decrease in the efficiency of extracting biologically active substances.

Выход экстракта составлял от 7 до 12% от массы первоначальной загрузки. Выход сухого остатка после экстракции 46-52% от массы первоначальной загрузки. В процессе сушки уходило 41-42% массовой доли влаги.The extract yield ranged from 7 to 12% of the initial batch weight. The dry residue yield after extraction was 46-52% of the initial batch weight. The drying process removed 41-42% of the moisture content.

С помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с применением масс-спектров был проведен анализ образца экстракта пантов, полученного методом сверхкритической флюидной экстракции, которую проводили на приборе HPLC 1260 Infinity с LC/MC Q-TOF: Funnel 6550 (Agilent Technologies, USA). Результаты анализа ВЭЖХ-МС CO₂-экстракта пантов в режиме положительных ионов представлены в таблице 2 (см. в графич. части), в режиме отрицательных ионов в таблице 3 (см. в графич. части). В основном экстракт представлен различными полиненасыщенными кислотами и производными аминокислот, однако были обнаружены также и другие вторичные метаболиты. Первым пиком таблица 2 (см. в графич. части), фиг. 1 выходит ниацинамид (Niacinamide), обладающий большим спектром биологической активности в том числе является важным компонентом в молекуле фермента кодегидрогеназы I (НАД) и II (НАДФ), участвующей в окислительно-восстановительных биохимических процессах в клетках. В режиме регистрации положительных ионов также был обнаружен дегидротестостерон пропионат-анаболический стероид с более медленным высвобождением и коротким периодом полураспада. Это синтетическое андростановое стероидное производное тестостерона в форме 17β-пропионатного эфира дегидротестостерона (Dihydrotestosterone propionate, таблица 2 (см. в графич. части), фиг. 1, пик 10). Пентадек-10-эноилкарнитин (Pentadec-10-enoylcarnitine, таблица 2 (см. в графич. части), фиг. 1, пик 4) - это ацилкарнитин, который оказывает защитное действие на кишечный барьер [Zhou R, Не D, Xie J, et al. The Synergistic Effects of Polysaccharides and Ginsenosides from American Ginseng (Panax quinquefolius L.) Ameliorating Cyclophosphamide-Induced Intestinal Immune Disorders and Gut Barrier Dysfunctions Based on Microbiome-Metabolomics Analysis. Front Immunol, 2021; 12: 665901. doi: 10.3389/fimmu.2021.665901]. В режиме отрицательных ионов есть также стероид андрост-5-ен-3-он (androst-5-en-3-one, таблица 3 (см. в графич. части), фиг. 2, пик 1).A sample of the antler extract obtained by supercritical fluid extraction was analyzed using high-performance liquid chromatography with mass spectra. The extraction was performed on an HPLC 1260 Infinity instrument with a LC/MS Q-TOF: Funnel 6550 (Agilent Technologies, USA). The results of the HPLC-MS _CO2 analysis of the antler extract in the positive ion mode are presented in Table 2 (see the graphic section) and in the negative ion mode in Table 3 (see the graphic section). The extract is mainly represented by various polyunsaturated acids and amino acid derivatives, but other secondary metabolites were also detected. The first peak is Table 2 (see the graphic section), Fig. 1. Niacinamide, which exhibits a broad spectrum of biological activity, is an important component of the enzyme codehydrogenase I (NAD) and II (NADP), which is involved in cellular oxidation-reduction biochemical processes. In positive ion mode, dihydrotestosterone propionate, an anabolic steroid with a slower release and short half-life, was also detected. This is a synthetic androstane steroid derivative of testosterone in the form of the 17β-propionate ester of dihydrotestosterone (Dihydrotestosterone propionate, Table 2 (see graphic section), Fig. 1, peak 10). Pentadec-10-enoylcarnitine (Table 2 (see in the graphical part), Fig. 1, peak 4) is an acylcarnitine that has a protective effect on the intestinal barrier [Zhou R, He D, Xie J, et al. The Synergistic Effects of Polysaccharides and Ginsenosides from American Ginseng (Panax quinquefolius L.) Ameliorating Cyclophosphamide-Induced Intestinal Immune Disorders and Gut Barrier Dysfunctions Based on Microbiome-Metabolomics Analysis. Front Immunol, 2021; 12: 665901. doi: 10.3389/fimmu.2021.665901]. In the negative ion mode there is also the steroid androst-5-en-3-one (table 3 (see in the graphic part), Fig. 2, peak 1).

Claims

A method for obtaining a _CO2 extract from antlers, including grinding raw antlers to a particle size of 0.5-3 mm, drying by preliminary subcritical extraction with liquid carbon dioxide at a pressure of 50 bar for 30 min with a flow of 40 l/hour, subsequent extraction with supercritical fluid _CO2 with the addition of a solvent with a mass fraction of ethanol of 5% at a temperature of 40-55°C and a pressure of 200-350 bar for 120 min with a flow of _CO2 fluid of 40 l/hour, stabilization to room temperature.