Способ выделения липидов с использованием ультразвука

 

Изобретение относится к способам переработки природного сырья, в частности древесной зелени хвойных пород, и может использоваться для получения липидных продуктов, применяемых в медицине. Выделение липидов осуществляют путем измельчения древесной зелени. Затем проводят омыление измельченного сырья 5-10%-ным раствором щелочи под воздействием ультразвуковых колебаний в течение 10 - 20 мин. Извлечение нейтральных веществ проводят экстракцией петролейным эфиром. Затем подкисляют омыленные липиды водным раствором минеральной кислоты и извлекают кислые компоненты экстракцией диэтиловым эфиром. Способ позволяет увеличить количество выделенных нейтральных веществ липидов. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам переработки природного сырья, в частности древесной зелени хвойных пород (ель, сосна, пихта), и может быть использовано для выделения липидных продуктов (витаминов, лекарственных препаратов и т. д. ) в различных отраслях промышленности: медицинской, химической, лесохимической, а также в сельском хозяйстве.

Известны способы выделения липидов [1-3] экстракцией органическими растворителями (хлороформом, ацетоном, спиртом и др.) из древесной зелени хвойных пород. Использование полярных растворителей имеет свои преимущества - высокий выход экстрактивных веществ (15-30% от абсолютно сухой древесной зелени). Недостатком вышеуказанных способов является трудность выделения из-за токсичности некоторых растворителей и хорошей растворимости в воде. Известен способ выделения липидов [4], где в качестве органического неполярного растворителя используют бензин. Однако этим способом получают небольшой выход липидов от суммы экстрактивных веществ. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ выделения липидов [5]. Древесная зелень хвойных пород (преимущественно еловая) подвергается последовательной обработке - омылению липидов измельченного сырья 5-10%-ным водным раствором щелочи, экстракции органическим растворителем (петролейным эфиром) нейтральных липидов из образовавшейся эмульсии, экстракции диэтиловым эфиром кислых компонентов из водно-щелочного раствора после его подкисления. Известным способом не достигается максимально возможного извлечения липидов и он недостаточно эффективен.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа выделения нейтральных веществ липидов за счет использования ультразвуковых колебаний в процессе омыления. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи c существенными признаками изобретения.

Существенными признаками изобретения являются измельчение древесной зелени, омыление липидов непосредственно обработкой измельченного сырья 5-10%-ным водным раствором щелочи под воздействием ультразвука в течение 10-20 мин, после омыления нейтральные вещества извлекают экстракцией петролейным эфиром из образовавшейся эмульсии липидов в водно-щелочном растворе, кислые липиды извлекают экстракцией диэтиловым эфиром после подкисления водно-щелочного раствора минеральной кислотой до нейтральной реакции.

Суть изобретения состоит в том, что ультразвук способствует разрушению связи липидов с другими соединениями, тем самым освобождая их для выделения. Поскольку извлечение липидов происходит в эмульсии, а ультразвук способствует образованию эмульсии, озвучивание реакционной смеси увеличивает выход липидов. Но при этом необходимо учитывать не только устойчивость образовавшейся эмульсии, но и возможность ее разрушения при экстракции органическим растворителем. Как известно, устойчивость эмульсии зависит от времени ультразвуковой обработки. В этой связи нами исследована зависимость выхода липидов от продолжительности обработки ультразвуком. Древесная зелень была собрана осенью (сентябрь-октябрь) на юге республики Коми (район Сыктывкара). Для выделения готовили хвойную лапку (хвойные побеги размером не более 5 см), которую мы называем древесной зеленью.

Способ осуществляется следующим образом: Пример 1. 68 г древесной зелени ели, содержащей 80-85% хвои с влажностью 48-50%б измельчают на шнековом измельчителе и смешивают с 170 мл 10%-ного водного раствора гидроксида натрия (соотношение древесная зелень:щелочь 1: 0,5) при температуре 20-25^oC. Смесь перемешивают механической мешалкой (150-300 об. /мин) в течение 2 ч при температуре реакционной смеси. Полученную гетерогенную массу разделяют фильтрованием или центрифугированием, отделяют твердую фазу, фильтрат переносят в делительную воронку и экстрагируют петролейным эфиром фракции 70-100^oC (соотношение петролейный эфир: фильтрат 1: 1). Проводят три ступени экстракции. Полученную систему отстаивают в течение 2 ч при температуре 20-25^oC. Для лучшего разделения слоев в качестве деэмульгатора используют этиловый спирт в количестве 7-10% от объема фильтрата. Водно-щелочной слой сливают, раствор нейтральных веществ с петролейным эфиром промывают дистиллированной водой при 10-15-минутном перемешивании и отстаивании в течение 2 ч. Промытый до нейтральной реакции раствор сушат над безводным Na₂SO₄ и полностью отгоняют петролейный эфир на ротационном испарителе. Получают концентрат нейтральных веществ липидов в количестве 0,46 г (1,3% от абсольто сухого сырья (а.с.с.)).

К водно-щелочному раствору добавляют 12%-ный водный раствор серной кислоты до нейтральной реакции. После этого трижды диэтиловым эфиром (соотношение диэтиловый эфир: раствор 1:1) экстрагируют кислые компоненты липидов. Диэтиловый эфир отгоняют и получают концентрат кислых липидов с выходом 2,7-3,2% от а.с.с.

Пример 2. Древесную зелень ели, содержащей 80-85% хвои с влажностью 50%, измельчают на шнековом измельчителе. 46 г измельченной зелени смешивают с 115 мл 10%-ного водного раствора NaOH (соотношение абсолютно сухая древесная зелень :NaOH 1:0,5) при комнатной температуре (20-25^oC). Смесь обрабатывают ультразвуком на приборе УЗДН-А в течение 10 мин при рабочей частоте генератора и излучателя 221,65 кГц (максимальная выходная мощность блока питания на эквиваленте нагрузки 130 Вт). После чего смесь в течение 2 ч перемешивают механической мешалкой (скорость 150-300 об/мин). Полученную систему разделяют фильтрованием или центрифугированием, твердую фазу отделяют от жидкой, представляющей собой эмульсию липидов в водно-щелочном растворе. После разделения жидкую фазу переносят в делительную воронку и добавляют петролейный эфир (фракция 70-100^oC) в соотношении петролейный эфир:раствор 1:1. Проводят три ступени экстракции петролейным эфиром при температуре 20-25^oC. Систему после экстракции отстаивают в течение 3 ч. Для лучшего разделения слоев добавляют этиловый спирт в количестве 7-10% от объема раствора. Водно-щелочной слой сливают, раствор нейтральных веществ с петролейным эфиром промывают дистиллированной водой при 10-15-минутном перемешивании и отстаивании в течение 2 ч. Промытый до нейтральной реакции раствор сушат над безводным Na₂SO₄ и полностью отгоняют петролейный эфир на ротационном испарителе. Получают концентрат нейтральных веществ липидов с выходом 1,7-2,4% от а.с.с.

К водно-щелочному раствору добавляют 12%-ный водный раствор серной кислоты до нейтральной реакции. После этого трижды диэтиловым эфиром (соотношение диэтиловый эфир: раствор 1:1) экстрагируют кислые компоненты липидов. Диэтиловый эфир отгоняют и получают концентрат кислых липидов с выходом 3,8-4,4% от а.с.с.

Пример 3. 42 г измельченной древесной зелени ели, содержащей 80-85% хвои с влажностью 50%, обрабатывают 110 мл 10%-ного водного раствора щелочи. Затем смесь подвергают ультразвуковой обработке на приборе УЗДН-А при рабочей частоте генератора и излучателя 221,65 кГц в течение 20 мин. Далее выделение липидов проводят как в примере 2 и получают: выход нейтральных липидов - 1,6-2,0%, выход кислых липидов - 4,0-4,5% от а.с.с.

Пример 4. 47 г измельченной древесной зелени, содержащей 80-85% хвои с влажностью 50%, обрабатывают 117 мл 10%-ного водного раствора щелочи. Смесь подвергают ультразвуковой обработке на приборе УЗДН-А при рабочей частоте генератора и излучателя 221,65 кГц в течение 60 мин. Далее выделение липидов производят как в примере 2 и получают : выход нейтральных липидов - 1,8-2,1% от а. с.с., выход кислых липидов - 3,9-4,1% от а.с.с. Зависимость выхода липидов от продолжительности обработки ультразвуком представлена в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальным временем озвучивания является интервал от 10 до 20 мин. Увеличение времени обработки смеси ультразвуком не приводит к повышению выхода липидов, что свидетельствует о полноте извлечения за 10-20 мин. Таким образом, выход нейтральных веществ липидов с использованием ультразвука в процессе омыления и образования эмульсии увеличивается до 2,4% от а.с.с., тогда как выход липидов без использования ультразвука составляет 1,3% от а.с.с. Выход кислых компонентов липидов с ультразвуковой обработкой составил 4,5%, без обработки 3,2 от а.с.с.

Постоянные условия выделения: 10%-ный водный раствор NaOH, соотношение а. с. с.:NaOH 1:0,5, время механического перемешивания - 2 ч, дезмульгатор - этанол. Диспергатор ультразвуковой УЗДН-А (рабочая частота генератора и излучателя 221,65 кГц, максимальная выходная мощность блока питания на эквиваленте нагрузки 130 Вт).

Используемая литература: 1. Левин Э. Д. , Репях С.М. Переработка древесной зелени.- М.: Лесная промышленность, 1981, с. 196.

2. Иевинь И. К. , Полис О. Р. Использование древесной зелени. в сб. "Комплексное использование древесного сырья". - Рига, "Зинатне", 1994, с. 152-169.

3. Васильев С.Н., Рощин В.И., Выродов В.А. Состав экстрактивных веществ древесной зелени сосны обыкновенной. Обзор. информ. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991, с.72.

4. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени.- Л. Изд. Ленинградского ун-та, 1981, с. 224.

5. Кучин А.В., Карманова Л.П., Королева А.А. "Способ выделения липидов" заявка N 94017993/ 14(017613). Решение о выдаче патента от 17.06.96.

Формула изобретения

1. Способ выделения липидов, включающий измельчение древесной зелени хвойных пород, омыление липидов обработкой измельченного сырья 5 - 10%-ным раствором щелочи, извлечение нейтральных веществ липидов экстракцией петролейным эфиром, подкислением водно-щелочного раствора водным раствором минеральной кислоты и извлечение кислых компонентов липидов экстракцией диэтиловым эфиром, отличающийся тем, что омыление липидов проводят под воздействием ультразвуковых колебаний в течение 10 - 20 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесной зелени хвойных пород используют древесную зелень ели.

РИСУНКИ

Рисунок 1