Инкапсуляция экстракта в пористые частицы
Настоящее изобретение относится к пищевой промышленности. Способ извлечения экстракта предусматривает контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества с пористыми частицами, при этом пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы, изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта для заполнения экстрактом, отделяющимся от газообразного экстракционного флюида, пор пористых частиц, отделение газообразного экстракционного флюида от пористых частиц и удаление пористых частиц, заполненных экстрактом летучего вещества, из вмещающего объема. Экстракционным флюидом может являться сверхкритический диоксид углерода. Изобретение позволяет улучшить извлечение экстракта, его сохранность и целостность. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 9 табл., 4 пр.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей патентной заявке испрашивается приоритет по патентной заявке США № 61/478261, поданной 22 апреля 2011, содержание которой введено здесь ссылкой.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу извлечения экстракта, полученного в процессе экстракции, в частности, в процессе сверхкритической флюидной экстракции. В частности, настоящее изобретение относится к способу, в котором экстракт, в частности, экстракт летучего вещества, и как правило, пищевой экстракт извлекают способом экстракции, таким как извлечение способом сверхкритической флюидной экстракции с заполнением пор пористых частиц экстрактом. Во многих случаях полученные в результате пористые частицы подходят для непосредственного применения в качестве пищевой добавки (такой как ароматическая добавка или ароматизатор) или в качестве нутрицевтика.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ
Экстракция является широко используемой элементарной операцией для селективного удаления одного из материалов из твердого вещества или жидкости. Одним из типичных примеров является экстракция вкусовых или ароматических составляющих из натуральных продуктов при использовании органических растворителей.
Сверхкритическая флюидная экстракция (SFE) является еще одним способом экстракции, в котором используют сверхкритический флюид для селективного экстрагирования одного из материалов из твердого вещества или жидкости. Сверхкритический флюид представляет жидкость или газ при нормальных атмосферных условиях, но существует как гомогенная текучая фаза при температуре выше критической (Tc) и давлении выше критического (Pc) (известные как область сверхкритического флюида). Используемый здесь термин «сверхкритический флюид» относится, как к чистому веществу, так и к смеси двух или более веществ.
Сверхкритические флюиды обладают значительной способностью растворять вещества. Способность сверхкритического флюида селективно растворять вещество в процессе экстракции определяется специфическими условиями давления и температуры в области сверхкритического флюида, при которых проводят экстракцию, и конкретных физических и химических свойств целевого экстрагирующего вещества. Действительно, повышенный интерес к SFE, как инструменту разделения, вызывает именно такая чувствительность растворимости к малозначительным изменениям в температуре и давлении.
Другим аспектом, вызывающим повышенный интерес к SFE, является то, что за счет выбора сверхкритического растворителя с должной критической температурой (Tc) процесс экстракции может проводиться при относительно низкой температуре, таким образом, минимизируя и возможно позволяя избежать денатурации или разложения нетермостойких соединений и потери летучих компонентов. В результате сверхкритическая флюидная экстракция представляет технологию, которая получила распространение для экстракции натуральных продуктов, в частности, продуктов для использования в качестве пищевых добавок или в качестве нутрицевтиков.
Как правило, процесс SFE состоит из двух основных стадий: экстракции компонента (экстракт) из вещества и отделения экстракта от сверхкритического флюида.
Как правило, экстрагируемое вещество помещают в емкость для экстракции, и оно контактирует со сверхкритическим флюидом при определенных условиях давления и температуры в области сверхкритического флюида. Для твердых веществ экстракцию, как правило, проводят периодически; для жидких веществ экстракция также может быть проведена периодически, но в качестве альтернативы может быть непрерывной.
После экстракции сверхкритический флюид, теперь уже содержащий экстрагированный из вещества материал (экстракт), пропускают через сепаратор, и при приложении пониженного давления и/или изменения температуры способность флюида удерживать экстракт в растворе снижается, и происходит разделение экстракционного флюида и экстракта. Таким образом, в большинстве случаев увеличение в объеме любого флюида, используемого для экстракции, проводят в газообразном состоянии для отделения его от эктрагированного продукта, который, как правило, остается в жидком состоянии. В виду возможности удалить по существу весь экстракционный флюид из эктрагированного материала (экстракт), в пищевом продукте или нутрицевтическом продукте SFE часто является предпочтительной альтернативой жидкостным экстракциям с использованием органических растворителей.
Экстракцию растворителем, включая сверхкритическую флюидную экстракцию, использовали для извлечения множества пищевых составляющих, включая ароматические вещества, ароматизаторы, витамины, антиоксиданты, кофеин, липиды и аналогичное им, из натуральных источников, таких как ткани растений и животных (растительные материалы и животные материалы). Используемый в описании и формуле изобретения термин «растительные материалы и животные материалы» включает в объем понятия любые материалы, которые получены из них или извлечены из них, как напрямую, так и косвенно, из растительного или животного источника. Такие материалы в качестве неограничивающих примеров могут включать семена, листья, корни, кору и плоды в обоих видах, как в виде сырьевого материала, так и в виде прошедшего любую обработку, наряду с материалами, полученными из таких материалов, такими как масло для приготовления пищи и другие побочные продукты. Аналогично, животные материалы в качестве неограничивающих примеров могут включать ткани, включая органы и скелетные компоненты в обоих видах, как в виде сырьевого материала, так в виде прошедшего любую обработку, наряду с материалами, полученными из таких материалов, такими как масло для приготовления пищи и другие побочные продукты. Потенциальные проблемы, связанные с использованием таких способов экстракции, включая сверхкритическую флюидную экстракцию, заключаются в необходимости постэкстракционной технологической обработки для извлечения экстракта и сложностях, возникающих при последующем хранении и транспортировке экстракта. Такая технологическая обработка и последующее хранение и транспортировка часто могут вызвать постэкстракционную деградацию экстрактов, в частности, чувствительных вкусовых и ароматических летучих веществ и биоактивных соединений.
Действительно, проблему представляет стабильность при извлечении и хранении экстрактов летучих веществ. Экстракты летучих веществ представляют экстракты, подверженные испарению (в виду их высокой летучести), или порче (часто из-за их подверженности окислению даже при малейших изменениях температуры), происходящим в более короткий период времени по сравнению со временем, проходящим до их использования за счет времени, затраченного на транспортировку и хранение.
Общая процедура использования диоксида углерода в сверхкритическом состоянии в области пищевой промышленности описана Raventos, et al., in 2002 (M. Raventos, et al., Application and Possibilities of Supercritical C02 Extraction in Food Processing Industry: An Overview, Food Sci Tech Int. Vol. 8 (5) (2002) 269- 284), содержание которой введено здесь ссылкой в полном объеме.
В патенте US 4198432 описывается применение сверхкритической флюидной экстракции для экстрагирования вкусовых и ароматических составляющих натуральных специй, таких как черный перец, гвоздика, корица и ваниль.
В патенте US 4640841 описывается способ экстракции потенциальных горьких смол из хмеля при использовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии с абсорбцией экстрагированных смол на абсорбенте, таком как бентонит в танке с последующим удалением насыщенного абсорбента из танка.
В патенте US 5961835 описывается способ, в котором отделение вещества проводят сначала в экстракторе со сверхкритическим флюидом, затем содержащий соединения сверхкритический флюид, выходящий из экстрактора, подвергают нанофильтрации с получением потока пермеата, содержащего легкие соединения, и потока ретентата, содержащего более тяжелые соединения.
В патенте US 6506304 описывается способ извлечения сверхкритического флюида из смеси, содержащей сверхкритический флюид и растворенный компонент (экстракт), включающий контактирование смеси с мембраной типа молекулярного сита при температуре и давлении в критической области сверхкритического флюида и близко к критической точке сверхкритического флюида с получением, таким образом, перемеата, богатого сверхкритическим флюидом, и ретентата с повышенной концентрацией растворенного в сверхкритическом флюиде компонента.
Sanganwar, Ganesh P., and Gupta, Ram B., «Dissolution-Rate enhancement of fenofibrate by adsorption onto silica using supercritical carbon dioxide» International Journal of Pharmaceutics, Vol, 360 (2008), pp. 213-218 описывают применение сверхкритической экстракции, как способа наполнения, то есть, адсорбции плохо растворимых в воде лекарственных средств, то есть фенофибрата, на носитель с большой площадью поверхности, то есть не пористое кварцевое стекло. При использовании сверхкритической экстракции в качестве способа растворения лекарственного средства можно избежать проблемы контаминации остаточным экстракционным растворителем конечного продукта.
Наконец, в находящейся на рассмотрении патентной заявке США серийный номер 12/723100, озаглавленной Anti-Caking Agent for Flavored Products, поданной 12 марта 2010, описывается применение частиц мезопористого диоксида кремния в способе ароматизации пищевых продуктов, где ароматизатор заполняет поры частиц диоксида кремния. Полное описание этой заявки также введено здесь ссылкой в полном объеме.
Настоящее изобретение относится к улучшенному способу извлечения экстрактов, в частности, экстрактов летучих веществ и по существу пищевых экстрактов, полученных способом экстракции, в частности способом сверхкритической флюидной экстракции и получению продукта, подходящего для непосредственного применения в качестве пищевой добавки, такой как ароматизатор, усилитель ароматизатора, усилитель вкуса, ароматическое вещество, усилитель аромата или другой функциональный ингредиент или в качестве нутрицевтика. Способ также позволяет улучшить сохранность и целостность экстракта. Этот результат по существу важен для экстрактов летучих веществ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится способу извлечения экстракта, в частности экстракта летучего вещества, и по существу пищевого экстракта из смеси экстракционного флюида и экстракта, включающему:
a. контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта с пористыми частицами, вмещающими объем, подходящими для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы, и
b. изменение свойств экстракционного флюида для заполнения экстрактом пор пористых частиц.
В частности, способ применяется для извлечения экстрактов летучих веществ и пищевых экстрактов.
В по существу предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения настоящее изобретение относится к способу извлечения экстракта летучего вещества из смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества, где смесь извлекают при повышенном давлении из сверхкритического флюида, полученного при экстракции, включающему:
a. контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества с пористыми частицами, вмещающими объем, подходящими для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества в пористые частицы,
b. изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества, отделяющимся от газообразного экстракционного флюида, пор пористых частиц;
b. изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта для заполнения экстрактом, пор пористых частиц;
c. отделение газообразного экстракционного флюида от пористых частиц, и
d. удаление пористых частиц, заполненных экстрактом летучего вещества из вмещающего объема.
Указанный выше способ применяется в частности для извлечения пищевых экстрактов.
Также настоящее изобретение относится к пористым частицам, содержащим уловленный экстракт в порах частиц, как продукту, полученному при различных вариантах воплощения способа по настоящему изобретению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фигура 1 - технологическая схема способа по настоящему изобретению, более детально описанного ниже.
Фигура 2 - другая технологическая схема способа по настоящему изобретению, более детально описанного ниже.
Фигура 3 - технологическая схема экспериментальной процедуры сверхкритической экстракции диоксидом углерода, использованной в Примерах 3 и 4.
Фигура 4 - технологическая схема экспериментальной процедуры сверхкритической экстракции диоксидом углерода, использованной в Примере 3.
Фигура 5- технологическая схема экспериментальной процедуры сверхкритической экстракции диоксидом углерода, использованной в Примерах 3 и 4.
Фигура 6 - технологическая схема экспериментальной процедуры сверхкритической экстракции диоксидом углерода, использованной в Примерах 3 и 4.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
Сверхкритическая флюидная экстракция широко применяется для извлечения множества составляющих летучих веществ, таких как ароматические вещества, ароматизаторы, усилители ароматизаторов, усилители ароматических веществ, усилители вкуса, антиоксиданты, витамины, биологически активные вещества, функциональные ингредиенты, нутрицевтики, фитохимические вещества, тастанты и натуральные красители, и аналогичное им, из натуральных источников, таких как растительные и морские источники, и ткани животных. Пищевой экстракт или составляющее представляет таковой безопасный для потребления животными, включая человека.
По существу подходящими для использования в настоящем изобретении флюидами в качестве экстракционных растворителей являются считающиеся безвредные для вкуса, здоровья и химической композиции. Не ограничивающий список потенциальных экстракционных флюидов включает диоксид углерода, воду, этан, пропан, оксид азота, этилен, трифторметан и тетрафторэтан. Выбор диоксида углерода в качестве флюида обусловлен отсутствием токсичности, низкой взрывоопасностью, легкодоступностью при низкой стоимости и высокой растворяющей способностью в сверхкритическом состоянии.
Также настоящее изобретение относится к применению сорастворителей (также указанных здесь, как азеотропообразователи), таких как вода, этанол и пропиленгликоль для повышения растворимости целевого экстракта (например, для усиления селективности) при экстракции флюидом, и в частности, сверхкритической флюидной экстракции. Опять же, подходящими для использования в настоящем изобретении в качестве сорастворителей являются считающиеся безвредными для вкуса, здоровья и химической композиции.
Сверхкритические флюиды, в частности, необязательно в смеси с сорастворителями или азеотропообразователями, указанными выше, как правило, обладают способностью экстрагировать целевые компоненты из различных веществ, как правило, натуральных композиций, таких как растительные материалы, морские источники и животные ткани, ограничивая или избегая при этом химические изменения в экстракте в результате экстракции. Это является существенным преимуществом для экстрактов летучих веществ и пищевых экстрактов.
Критической точкой для диоксида углерода является давление 7,38 мПа при температуре 304,7°K (около 31°C). Соответствующая информация, касающаяся критической точки для других флюидов, подходящих для применения в процессах экстракции при проведении экстракции в условиях сверхкритического флюида по настоящему изобретению, легко может быть найдена в научной литературе. Следует отметить, что в случае выбора диоксида углерода в качестве флюида и проведения SFE диоксидом углерода, как правило, процесс осуществляют под давлением от его Pc до 35 мПа и при температуре от его Tc до 120°C. Как правило, процесс экстракции при использовании сверхкритической флюидной экстракции проводят под давлением выше 10 мПа.
В самых широких аспектах настоящее изобретение не ограничивается природой процесса экстракции. Скорее процесс экстракции просто представляет процесс, при котором получают смесь экстракционного флюида и экстракта. Как результат, в самых широких аспектах настоящее изобретение не ограничивается какими-либо конкретными устройствами или конкретными процедурами проведения флюидной экстракции, включая сверхкритическую флюидную экстракцию, которая может быть проведена любым удобным и подходящим способом, как периодически, так и непрерывно.
Несмотря на это, применение сверхкритической экстракции, в частности, в комбинации с другими аспектами способа по настоящему изобретению является существенным преимуществом; поскольку способ сверхкритической экстракции представляет уникальное слияние между начальным отделением экстракта от первоначального источника и последующим заполнением экстрактом пор пористых частиц, как более детально описано здесь далее.
В контексте сверхкритической экстракции, в частности, в патенте US 7648635, например, описывается способ и соответствующее устройство для проведения сверхкритической флюидной экстракции, содержание которого введено здесь ссылкой в полном объеме.
В системе периодического получения вещество, подвергаемое экстракции, и экстракционный флюид, такой как сверхкритический флюид. может быть просто добавлен в экстрактор, то есть, как правило, емкость под высоким давлением, необязательно снабженную каким-либо средством для перемешивания содержимого, смесь выдерживают до достижения равновесия экстрагируемого материала (экстракт) в экстракционном флюиде, таком как сверхкритический флюид. Для твердых веществ материалу, как правило, придают экстрагируемую форму измельчением, дроблением, вальцеванием или при использовании другой подходящей технологии уменьшения размера. Затем экстракционный флюид, содержащий экстракт, отделяют от остатков подвергаемого экстракции вещества. При непрерывном процессе экстракция экстракционным флюидом может быть проведена в контакте с жидким веществом при обработке, как встречным, так и параллельным потоком.
Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что если давление, температура и время выдержки для проведения экстракции, в частности, сверхкритической флюидной экстракции какого-либо конкретного вещества не известны, то они легко могут быть определены проведением рутинных экспериментов. Аналогично давлению и температуре, при которых проводят процесс экстракции, если соотношение при обработке между экстракционным флюидом и обрабатываемым им веществом также не известно, то оно также может быть легко определено проведением рутинных экспериментов.
Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что проведение экстракции при низких температурах является предпочтительным, как способ минимизации любых потерь или минимизации деградации экстрактов летучих веществ, включая потенциально термически чувствительные экстракты. Как результат, множество экстракций может быть проведено при температуре 30°C до 100°C и предпочтительно от 40°C до 60°C. Опять же, в самых широких аспектах настоящее изобретение не ограничивается какой-либо конкретной процедурой проведения начальной экстракции, включая сверхкритическую флюидную экстракцию, которая может быть проведена любым удобным и подходящим способом, как периодически, так и непрерывно.
После начальной экстракции, такой как сверхкритическая флюидная экстракция, смесь экстракционного флюида и экстракта, такого как экстракт летучего вещества, и в частности пищевой экстракт, в конечном счете, контактирует с пористыми частицами, подходящими для потребления человеком. То есть подходящими для пищевых целей. Как правило, пористые частицы хранятся в закрытом объеме или контейнере, таком как танк или другая емкость, которая удовлетворяет условиям (например, конкретная температура и давление) флюида, несущего экстракт. В случае сверхкритической флюидной экстракции, смесь экстракционного флюида и экстракта, как правило, находится под давлением выше атмосферного и при повышенной температуре.
Как правило, пористые частицы представляют единообразно пористые частицы. По существу подходящими являются частицы оксида кремния (диоксида кремния), частицы имеют по существу единый диаметр пор. Эти частицы подходят для потребления животными, по существу людьми.
Один из классов подходящих частиц может иметь высоко упорядоченную гексагональную мезоструктуру по существу с единым размером пор по существу с единым диаметром. Высокий уровень упорядоченности мезоструктуры пор хорошо виден при оценке мезопористых частиц с использованием трансмиссионной электронной микроскопии (TEM). Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что это всего лишь один из классов пористых частиц из диоксида кремния, который может быть использован при осуществлении способа по настоящему изобретению, и настоящее изобретение не ограничивается только пористыми частицами из диоксида кремния, удовлетворяющими этим характеристикам.
Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что пористые частицы из оксида кремния (диоксида кремния), по существу имеющие единый диаметр пор, могут быть получены при использовании различных технологий, и настоящее изобретение не зависит от применения какого-либо способа.
Например, один из классов подходящих частиц может быть получен при использовании реакции конденсации, катализированной кислотой, которая включает темплатный агент, как правило, поверхностно-активный агент или поверхностно-активное вещество. В подходящем способе, в частности, кислотном, например, смешивают органическую кислоту, раствор тетраэтилаортосиликата (TEOS) и этанола с темплатным раствором, содержащим этанол, воду и темплатный агент, такой как амфифильное поверхностно-активное вещество, и полученную смесь нагревают при перемешивании. Одним из примеров подходящего амфифильного поверхностно-активного вещества является не ионный триблок сополимер, состоящий из центральной гидрофобной цепи полиоксипропилена с прикрепленными по бокам двумя гидрофильными цепочками полиоксиэтилена. Подходящие амфифильные поверхностно-активные вещества иногда указывают, как полоксамеры, и они доступны под торговой маркой Pluronics. Молекулярная структура Pluremics, как правило, представляет EOnPOmEOn, где EO представляет мономерные единицы этиленоксида, PO представляет мономерные единицы пропиленоксида, n представляет среднее число мономерных единиц EO, а m представляет среднее число мономерных единиц PO. Для Pluronic P104, например, n=27, m=61 и средняя молекулярная масса (MW) составляет 5900 г/моль. Для Pluronic F127, например, n=65,2, m=200,4 и средняя молекулярная масса (MW) составляет 12600 г/моль.
Как только смесь TEOS и темплатного агента смешена и нагрета, поверхностно-активное вещество образует высокоупорядоченные мицеллы, которые при удалении поверхностно активного вещества, в конечном счете, оставляют пористую структуру в матрице из диоксида кремния. В одном варианте после перемешивания и нагревания смесь TEOS/поверхностно-активное вещество распылили в печи при высокой температуре (в одном варианте воплощения настоящего изобретения температура печи составляет 250°C) с получением порошка. Затем порошок прокаливали в печи при очень высокой температуре (в одном варианте воплощения настоящего изобретения температура печи составляет 600°C) до образования полимерной матрицы и удаления поверхностно-активного вещества и любого остаточного растворителя с получением порошка, содержащего дискретные практически сферической формы частицы из диоксида углерода с высокоупорядоченной внутренней пористой структурой.
Однородные пористые практически сферические частицы из диоксида кремния представляют по существу класс пористых частиц из диоксида кремния, используемых для извлечения экстракта по настоящему изобретению, в частности, извлечения экстракта экстракта в процессе сверхкритической экстракции по настоящему изобретению. Прочность таких практически сферических частиц делает их по существу подходящими для высокого давления и сильного изменения давления, происходящих в процессе технологической обработки при сверхкритической экстракции.
Пористые частицы для применения в настоящем изобретении могут быть разделены/классифицированы согласно их внешнему диаметру. Частицы по существу сферической формы, которые могут быть получены и использованы в настоящем изобретении, имеют размер в пределах от 3 до 50 микрон в диаметре, как правило, от 3 до 20 микрон и предпочтительно от 3 до 5 микрон в диаметре, и размер пор составляет менее чем 500 нанометров, как правило, менее чем 100 нанометров. По существу подходящие частицы представляют таковые с высокоупорядоченными и по существу с едиными по размеру порами в пределах от 1 нанометра до 100 нанометров, такие как от 1 до 50 нанометров, предпочтительно от 2 до 25 нанометров, как правило, от около 2 нанометров до 12 нанометров. Пористость подходящих частиц, как правило, имеет площадь поверхности (BET площадь поверхности) по меньшей мере 200 м2/гм, предпочтительно по меньшей мере 300 м2/гм, предпочтительно по меньшей мере 500 м2/гм, предпочтительно по меньшей мере 600 м2/гм и и по существу используют частицы с площадью поверхности пор по меньшей мере 1000 м2/гм и вплоть до 1400 м2/гм и выше. В следующих Примерах 3 и 4 использовали темплатный мезопористый субстрат из диоксида кремния, анализ случайно выбранных образцов которого продемонстрировал BET площадь поверхности в пределах от 230 до 430 м2/гм.
Мезопористые частицы по существу с единым диаметром пор от около 3 наномеров могут быть получены при использовании технологической обработки, описанной выше, и бромида цетилтриметиламмония (CTAB) в качестве темплатного агента. Мезапористые частицы по существу с единым диаметром пор около 10,5 нанометров могут быть получены при использовании темплатного агента, содержащего Piuronic P104 с полипропилпенгликолем, добавленным в ядро мицеллы. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения при синтезе добавляют 0,18 грамм полипропиленгликоля (PPG) в качестве агента, вызывающего набухание, на каждый г P104. Для получения частиц с другим по существу единым размером пор может быть использован другой темплатный агент.
Более подробно получение пористых материалов из диоксида кремния, потенциально подходящих для применения в качестве пищевых пористых частиц по настоящему изобретению, можно найти в патентах US № 5858457; 6334988; 6387453 (RE 41612); 6638885; 7338982 и 7405315, и находящейся на рассмотрении патентной заявке US серийный номер 12/723,100, опубликованной патентной заявке US № 2011-0223297, каждая из которых введена здесь ссылкой в полном объеме. Несмотря на указанное выше, настоящее изобретение не ограничивается этими способами, но может быть использован любой способ, подходящий для получения пористых частиц, в частности, пористых частиц из диоксида кремния по существу с единой пористостью и, в частности, по существу сферических частиц.
В любом случае пищевые пористые частицы имеют достаточный размер пор для диффузии смеси экстракционного флюида и экстракта в их объем. Таким образом, поры пористых частиц заполняются смесью экстракционного флюида и экстракта.
Для заполнения и удержания экстракта в пищевых пористых частицах изменено условие, такое как температура и/или давление смеси экстракционного флюида и экстракта. Например, в случае, когда процесс экстракции проводят при использовании процесса сверхкритической флюидной экстракции, экстракционную смесь извлекают во время экстракции при повышенном давлении, хотя часто при докритическом показателе. Как правило, свойства, то есть температура и давление, смеси экстракционного флюида и экстракта контролируют, таким образом, чтобы смесь осталась в жидком состоянии по меньшей мере до момента контактирования с пористыми частицами и проникновения в поры частиц. Наконец, давление на экстракционный флюид снижают или изменяют оба, и температуру, и давление экстракционного флюида для облегчения заполнения экстрактом пор пищевых пористых частиц и отделения частиц от некоторой части экстракционного флюида и предпочтительно от всего экстракционного флюида.
Например, в случае, когда в качестве способа экстракции используют сверхкритическую флюидную экстракцию, изменения в свойствах экстракционного флюида вызывают отделение или облегчают отделение экстракта, например, осаждение из флюида и заполнение пор пористых частиц.
Фаза разделения экстракционного флюида или экстракционного растворителя и экстракта, часто также указанного, как растворенное вещество, может происходить после того, как флюид, содержащий экстракт, проникает в поры пористых частиц и, таким образом, во вмещающий объем пористых частиц в емкости под давлением (то есть, во вмещающем объеме емкости для извлечения). В частности, за счет изменения состояния экстракционного флюида его способность сольватации снижается за счет изменения свойств (например, изменение состояния, вызванное изменением давления и/или температуры), таким образом, экстракт заполоняется в поры пищевых пористых частиц. В случае, когда экстракционный флюид удаляют из процесса сверхкритической флюидной экстракции, отделение предпочтительно вызывают снижением давления экстракционного флюида до условия, когда экстракционный флюид по меньшей мере частично переходит в газообразное состояние. Температуру также изменяют, например, снижают или повышают ее для облегчения заполнения экстрактом пор пищевых пористых частиц. Другие комбинации изменения температуры и/или снижения давления также могут быть использованы в самых широких аспектах настоящего изобретения для того, чтобы вызвать или облегчить заданное отделение, например, фаза отделения экстракционного растворителя, возможно содержащего растворитель, извлеченный из процесса сверхкритической флюидной экстракции, от экстракта.
В случае процесса, в котором получают смесь экстракционного флюида и экстракта при сверхкритической флюидной экстракции, газ, полученный из экстракционного растворителя, извлеченного при сверхкритической флюидной экстракции, освобожденный от некоторой части, если не от всего экстракта, удаляют из вмещающего объема емкости для отделения (емкость для извлечения) и затем любым регулированием температуры в теплообменнике и повышением давления в насосе или компрессоре он может быть вновь направлен в экстрактор в сверхкритическом состоянии для последующего использования в экстракции.
Далее пористые частицы, заполненные экстрактом, отдельно удаляют из вмещающего объема емкости для отделения (емкости для извлечения) и извлекают, как целевой продукт, то есть, частицы, содержащие заполнивший их экстракт. Принимая во внимание частицы из диоксида кремния и в зависимости от природы экстракта, частицы, содержащие экстракт, как правило, непосредственно подходят для потребления человеком.
Также настоящее изобретение относится к обеспечению одного или более барьера или покрытия внешней поверхности пористых частиц с последующим улавливанием экстракта в поры. Такие барьеры или покрытия могут включать диффундирующие барьеры, барьеры, которые плавятся при помещении в теплую окружающую среду, и барьеры, которые растворяются в водной среде или среде с определенным pH. Плавящиеся барьеры могут включать среди прочего, пищевые воски или липиды. Диффундирующие и растворяющиеся барьеры могут включать среди прочего желированные белки, гидроколлоиды, углеводы, крахмалы и полисахариды. Последующее выделение или экстракция экстракта из пор частиц зависит от обеспечиваемых наборов частиц и барьеров, полученных из различных материалов, различной толщины, различной скорости диффундирования или растворения, или их комбинации. Такие барьерные покрытия могут быть нанесены при использовании известной технологии, такой как распыление, обсыпка или дражирование.
Применение таких барьеров или покрытий помогает стабилизировать и сохранять целостность экстрактов летучих веществ, уловленных в поры пористых частиц.
На Фигуре 1 приведена технологическая схема способа по настоящему изобретению.
Натуральный материал, такой как натуральные специи (например, ваниль, корица, гвоздика, черный перец и аналогичное им), или растительный материал (такой как кожура апельсина) помещают в экстракционную емкость 10 через впускное отверстие 1. Натуральный материал может подаваться периодически или непрерывно в зависимости от конкретных деталей экстракционной емкости 10 и материала. Экстрагирующее вещество, такое как сухой CO2 в сверхкритическом состоянии отдельно подают в экстракционную емкость 10 через впускное отверстие 2. Опять же в зависимости от конкретных деталей экстракционной емкости 10 сверхкритический CO2 может подаваться в процессе технологической обработки периодически или непрерывно. В экстракционной емкости 10 получают смесь экстракционного флюида и экстракта (экстракта, полученного селективной экстракцией (такого как летучее вещество и возможно пищевого экстракта, такой как вкусовая или ароматическая составляющая) из натурального материала) и удаляют ее через выпускное отверстие 3. Отработанный натуральный материал, то есть натуральный материал с пониженным содержанием вкусового или ароматического составляющего удаляют из экстракционной емкости 10 через выпускное отверстие 4.
При некоторых условиях может быть желательно включение воды или другого полярного сорастворителя в экстракционный флюид для изменения полярности экстракционного флюида и, соответственно, модификации спектра экстрактов, извлекаемых из обрабатываемого натурального материала и возможно оказания влияния на заполнение экстрактами пористых частиц по настоящему изобретению. Включение более полярного сорастворителя с основным экстракционным флюидом позволяет повысить выход экстракции полярных (например, гидриофильный) экстрактов, включая полярные ароматические и вкусовые составляющие, и также может оказать влияние на то, как эти экстракты заполняют поры пористых частиц. По счастливой случайности определенные растительные и животные материалы, которые могут быть подвергнуты технологической обработке по настоящему изобретению, изначально содержат определенную остаточную влагу. Обработка этих материалов при использовании процесса экстракции и, в частности сверхкритической экстракции, позволяет этим материалам сохранить свою изначальную влагу в процессе экстракции, такая способность сохранять свою изначальную влагу способствует большему извлечению целевых полярных экстрактов в процессе экстракции и в процессе заполнения в пористые частицы. Этот аспект настоящего изобретения проиллюстрирован ниже с описанием экстракции составляющих апельсина в Примере 4.
Затем смесь экстракционного флюида и экстракта по трубопроводу 3 подают во вмещающий объем емкости 20, где смесь, содержащая экстракт, проникает в поры единообразных пористых частиц, таких как единообразные пористые частицы из диоксида кремния, которые выдерживают в емкости 20 и позволяют экстракту в конечном счете заполнить поры пористых частиц, например, пористых частиц из диоксида кремния. Пористые частицы, например, пористые частицы из диоксида кремния могут быть поданы в емкость 20 через впускное отверстие 5. Свойства смеси экстракционного флюида и экстракта изменяют в емкости 20, таким образом, что происходит или облегчается заполнение экстрактом пор пористых частиц, например, пористых частиц из диоксида кремния. Следовательно, пористые частицы, например, пористые частицы из диоксида кремния, содержащие экстракт, удаляют из емкости 20 через выпускное отверстие 6, отделяя от отработанного экстракционного флюида, удаляемого через выпускное отверстие 7.
На Фигуре 2 приведена другая технологическая схема другого варианта способа по настоящему изобретению. На Фигуре 2, источник экстракционного флюида, такой как жидкий CO2, подают из танка для хранения 10, охлаждают в охладителе 20, закачивают при сверхкритическом давлении выше около 1000 фунтов на квадратный дюйм (~0,006 мПа) насосом 30 и подают в емкость 40 для сверхкритической экстракции через впускное отверстие 9. Предварительно в емкость 40 для сверхкритической экстракции поместили натуральный материал, такой как кожура апельсина 11, из которого извлекают целевой экстракт. В качестве альтернативы, емкость 40 для сверхкритической экстракции может быть заполнена неполярной жидкостью, содержащей целевой экстракт, такой как масло, содержащее ароматические компоненты, такое как отработанное масло для приготовления пищи. Емкость 40 для сверхкритической экстракции снабжена нагревателем 45 для поддержания содержимого емкости при подходящей температуре. В емкости 40 сверхкритический CO2 экстракционный флюид и натуральный материал контактируют, таким образом, что происходит целевая селективная экстракция различных составляющих натурального материала, включая на в конечном счете целевой экстракт или экстракты, в экстракционный флюид/растворитель.
Под контролем клапана подачи давления 50 снижают давление, прилагаемое к смеси экстракционного флюида и экстрагируемых составляющих, по существу вызывая или облегчая получение первой фракции экстрагируемых составляющих для отделения от остальной смеси экстракционного флюида и экстрагируемых составляющих. Например, для первой стадии может быть подходящим снижение давления с более чем около 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,895 мПа) до около 700 фунтов на квадратный дюйм (4,826 мПа). Эту первую фракцию экстрагируемых составляющих удаляют отдельно от смеси в сепаратор 60, который также снабжен нагревателем 61 для поддержания содержимого сепаратора 60 при подходящей температуре. Таким образом, в емкости 62 извлекают первую фракцию экстрагируемых составляющих. Под контролем клапана подачи давления 51 дополнительно снижают давление, прилагаемое к смеси экстракционного флюида и оставшихся экстрагируемых составляющих, например, снижение давления до около 350 фунтов на квадратный дюйм (2,413 мПа), на этот раз в присутствии подходящих пористых частиц, таких как пористые частицы из единообразных пористых частиц из диоксида кремния для заполнения или облегчения заполнения целевым экстрактом пор пористых частиц из диоксида кремния в настойнике (infuser) 70, который также снабжен нагревателем 71 для поддержания содержимого настойника 70 при подходящей температуре. Таким образом, в емкости 72 извлекают пористые частицы из диоксида кремния, содержащие целевой экстракт. Газообразный экстракционный флюид CO2 удаляют через клапан 52 и трубопровод 53.
Некоторые преимущества реализуются за счет заполнения экстракта непосредственно из экстракционного флюида в поры пористых частиц. Например, прямое заполнение соединений в пористые частицы из диоксида кремния позволяет устранить необходимость в промежуточном извлечении и стадиях технологической обработки, что приводит к увеличению общего выхода и повышению качества выделенного и извлеченного экстракта в случае экстракта летучего вещества, такого как эссенции высоко летучих ароматических или вкусовых веществ, таких как термически нестабильные или термически чувствительные соединения, в частности, такие как легко окисляющиеся соединения и аналогичное им. Также можно изменить свойство пористых частиц в обоих случаях, как для максимизации выхода целевого экстракта, так и для оптимизации его последующего применения, таким образом, его применяют в качестве источника ароматического вещества, применяют в качестве пищевой добавки, применяют в качестве ароматизатора, применяют в качестве усилителя ароматизатора, усилителя вкуса или в качестве другого функционального ингредиента, такого как нутрицевтик.
Как указано выше, последующее нанесение покрытия на пористые частицы с уловленным экстрактом позволяет сохранить стабильность и целостность уловленного экстракта летучего вещества еще дольше. Для достижения лучших результатов экстракт как таковой или вместе с дополнительным текучим флюидом-носителем или растворителем (включая экстракционный флюид), должен продемонстрировать смачивание или частичное смачивание поверхности пористых частиц, таких как пористые частицы из диоксида кремния, облегчая, таким образом, проникновение смеси экстракционного флюида и экстракта в поры пористых частиц, в частности пористых частиц из диоксида кремния. Экстракт или смесь, содержащая экстракт, демонстрирует целевую смачивающую способность, когда каплю экстракта или смеси наносят на плоскую горизонтальную поверхность, полученную из того материала, из которого получены пористые частицы, и капля демонстрирует угол контакта менее чем 90°. Несмотря на это настоящее изобретение не ограничивается только улавливанием экстрактов и смесей экстрактов, демонстрирующих смачивающую способность, поскольку экстракционный флюид, в частности экстракционный флюид, извлекаемый в процессе сверхкритической флюидной экстракции, позволяет ввести в поры пористых частиц даже не смачивающие экстракты, и изменение состояния (например, жидкость или газ) этих экстракционных флюидов приводит к заполнению экстракта непосредственно внутрь пор частиц.
Заполненные экстрактом частицы необязательно покрывают покрытием, затем они могут быть использованы в широком ряде продуктов, включая пищевые продукты, включая, напитки и нутрицевтические продукты, ограничиваясь только ограничением применения экстракта как такового. Преимущества настоящего изобретения включают улучшенную стабильность экстрагированного материала в конечном продукте, в частности, улучшение сохранения функциональных свойств экстракта летучего вещества; улучшенную лежкоспособность конечного продукта (защита экстрагированного материала от деградации или испарения); повышенную легкость введения экстрагированного материала в конечный продукт и улучшенные продукты для здоровых пищевых продуктов и напитков, и продуктов/программ (offerings) для улучшения здоровья и хорошего самочувствия.
В конкретных вариантах воплощения настоящее изобретение относится к
1. Способ извлечения экстракта из смеси экстракционного флюида и экстракта, включающий:
a. контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта с пористыми частицами, вмещающими объем, подходящими для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы, и
b. изменение свойств экстракционного флюида для заполнения экстрактом пор пористых частиц.
2. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1 извлечения экстракта летучего вещества из смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества, где смесь извлекают при повышенном давлении из сверхкритического флюида, полученного при экстракции, включающий:
a. контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества с пористыми частицами, вмещающими объем, подходящими для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы,
b. изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта для заполнения экстрактом, отделяющимся от газообразного экстракционного флюида, пор пористых частиц;
c. отделение газообразного экстракционного флюида от пористых частиц, и
d. удаление пористых частиц, заполненных экстрактом летучего вещества, из вмещающего объема.
3. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1 или 2, где изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта включает снижение давления, прилагаемого к смеси.
4. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1, 2 или 3, где экстракт представляет экстракт летучего вещества.
5. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1, 2, 3 или 4, где экстракт летучего вещества представляет также пищевой экстракт, а пористые частицы, содержащие экстракт, подходят для потребления человеком.
6. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1, 2, 3, 4 или 5, где пористые частицы представляют пористые частицы из диоксида кремния.
7. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1, 2, 3, 4, 5 или 6, где экстракт выбирают из группы, состоящей из ароматических веществ, ароматизаторов, усилителей ароматизаторов, усилителей ароматических веществ, усилителей вкуса, антиоксидантов, витаминов, биологически активных веществ, функциональных ингредиентов, нутрицевтиков, фитохимических веществ, тастантов и натуральных красителей.
8. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 1, 2, 3, 4, 5, 6 или 7, где экстракционный флюид представляет диоксид углерода.
9. Способ извлечения экстракта из растительного материала или животного материала, включающий:
(1) проведение экстракции растительного материала или животного материала при использовании экстракционного флюида с получением экстракта в смеси с экстракционным флюидом;
(2) контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта с вмещающим объемом пористых частиц, подходящих для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффундирование экстракта в пористые частицы, и
(3) изменение свойства экстракционного флюида, таким образом, что происходит заполнение экстрактом пор пористых частиц.
10. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 9, где экстракция представляет сверхкритическую флюидную экстракцию.
11. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 9 или 10, где экстракционный флюид представляет сверхкритический диоксид углерода.
12. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 9, 10 или 11, где пористые частицы представляют пористые частицы из диоксида кремния.
13. Способ по варианту воплощения настоящего изобретения 9, 10, 11 или 12, где экстракт выбирают из группы, состоящей из ароматических веществ, ароматизаторов, усилителей ароматизаторов, усилителей ароматических веществ, усилителей вкуса, антиоксидантов, витаминов, биологически активных веществ, функциональных ингредиентов, нутрицевтиков, фитохимических веществ, тастантов и натуральных красителей.
Также настоящее изобретение относится к пористым частицам, содержащим уловленный экстракт в порах частиц, как продукту, полученному при различных вариантах воплощения способа по настоящему изобретению.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры представляют конкретные варианты воплощения настоящего изобретения, но не ограничивают его.
ПРИМЕР 1
Ароматизатор «Жаренные картофельные чипсы» экстрагировали при использовании экстракции сверхкритическим CO2 из масла, использованного для жарки картофельных чипсов и/или прошедших жарку картофельных чипсов. Смесь CO2 и пищевого ароматизатора «Жаренные картофельные чипсы» поместили в емкость, содержащую единообразные пористые частицы из диоксида кремния. В результате контакта смеси CO2 и пищевого ароматизатора «Жаренные картофельные чипсы» и пористых частиц из диоксида кремния, поры пористых частиц заполнились смесью жидкого CO2 и экстракта пищевого ароматизатора. Затем давление, прилагаемое к жидкому CO2, снизили, или и температуру и давление флюида изменили до показателей, вызывающих отделение и заполнение экстрактом ароматизатора пор пористых частиц из диоксида кремния. Эти пищевые пористые частицы из диоксида кремния, содержащие ароматизатор «Жаренные картофельные чипсы», добавили в соль с получением приправы и нанесли на картофельные чипсы с пониженным содержанием жира или на выпеченные картофельные чипсы, обеспечивая сенсорные ощущения, более похожими на таковые от жаренных картофельных чипсов.
ПРИМЕР 2
Апельсины экстрагировали при использовании экстракции сверхкритическим CO2 с получением, таким образом, экстракта пищевых соединений, ответственных за вкус и аромат и фитохимические вещества. Смесь CO2 и пищевых экстрактов помещают в емкость, содержащую единообразные пористые частицы из диоксида кремния. В результате контакта смеси CO2 и пищевого экстракта и пористых частиц из диоксида кремния, поры пористых частиц заполнились смесью жидкого CO2 и экстракта вкусовых и ароматических веществ/фитохимических веществ. Затем давление, прилагаемое к жидкому CO2, снизили, или и температуру и давление флюида изменили до показателей, вызывающих отделение и заполнение экстрактом вкусовых и ароматических/фитохимических веществ пор пористых частиц из диоксида кремния. Эти пищевые пористые частицы из диоксида кремния, содержащие вкусовые и ароматические и фитохимические вещества апельсинов, добавили в овсяную кашу быстрого приготовления для усиления вкуса и аромата и для оказания положительного воздействия на здоровье.
ПРИМЕР 3
В этом примере провели сверхкритическую CO2 флюидную экстракцию (SFE) картофельных чипсов Lay's Classic Potato Chips с получением в результате экстракта, собранного в трех последовательных сепараторах и в конечной охлаждаемой ловушке при использовании следующего протокола.
Картофельные чипсы (средняя толщина измельченных чипсов составила 0,13 см) измельчили при использовании ступки и пестика и затем частицы измельченных картофельных чипсов просеяли с получением частиц с размерами от 0,24 до 0,14 см. Затем 60 грамм измельченных картофельных чипсов поместили в корзину с образцами. Корзину с образцами поместили в 500cc емкость для сверхкритической экстракции, содержащую 60 микронный мембранный диск на входе и на выходе из емкости. Измельченные картофельные чипсы находились в контакте (подвергли экстракции) со сверхкритическим флюидом (CO2) при 4000 фунтов на квадратный дюйм (около 27,6 мПа) и температуре 35°C при скорости потока 0,02 кг CO2/минуту. Затем полученный в результате экстракт пропустили через ряд сепараторов, где в каждом из них снизили прилагаемое к экстракту давление для отделения от CO2. Сниженное давление в первом сепараторе составило 3000 фунтов на квадратный дюйм (около 20,7 мПа). Сниженное давление во втором сепараторе составило 2000 фунтов на квадратный дюйм (около 13,8 мПа). Сниженное давление в третьем сепараторе составило 1000 фунтов на квадратный дюйм (около 6,9 мПа). Охлаждаемую ловушку установили на выходе для сбора любых остаточных соединений вкусовых и ароматических летучих веществ. Расположение устройств для каждого теста схематически приведено на Фигурах 3-6.
В различных тестах около 0,3 грамм субстрата (мезопористые частицы из диоксида кремния) поместили в одно из трех различных мест модели SFE. Провели четыре эксперимента, как описано ниже:
1) Без субстрата
2) Субстрат поместили в линию между Сепаратором 2 и Сепаратора 3;
3) Субстрат поместили в основании Сепаратора 3, и
4) Субстрат поместили в охлаждаемую ловушку.
Образец из охлаждаемое ловушки, не содержащий субстрата, собирали путем промывания гексаном.
Для измерения собранных, подходящих для индикации относительных соотношений каждого выбрали четыре ключевых вкусоароматических соединения, извлеченных из экстрактов. Четыре соединения представляли метиональ, фенилацетальальдегид, диметил-этил-пиразин и t,t-2,4-декадиеналь. Метиональ и фенилацетальальдегид оба являются альдегидами Штреккера (Strecker), образующимися при реакции Майяра в процессе жарки. Диметил-этил-пиразин может быть определен, как пиразин, образующийся в результате реакции Майяра в процессе жарки. Соединение t,t-2,4-декадиеналя является результатом окисления масла.
В Таблицах 1-4 ниже приведены относительные количества этих четырех ключевых вкусоароматических соединений (1) метионаля; (2) фенилацетальальдегида; (3) диметил-этил-пиразина; и (4) t,t-2,4-декадиеналя, которые собрали в каждом месте в процессе извлечения экстракта в каждом из 4 экспериментов. При использовании ГХ-МС (газовой хроматографии-масс-спектрометрии) и процедуры ТФМЭ (твердофазной микроэкстракции) получили данные для каждого из образцов, за исключением образцов из охлаждаемой ловушки без субстрата, собранных промыванием гексана с последующим процессом инжекции жидкости.
| Таблица 1 Количества 4 ключевых вкусоароматических соединений, собранных при SFE (без субстрата) |
||||
| Метиональ (части на миллион) | Фенилацеталь альдегид (части на миллион) |
Диметилэтил-пиразин (части на миллион) | t,t-2,4-декадиеналь (части на миллион) | |
| Сепаратор 1 | 0,0065 | 0,0461 | 0,0046 | 1,7627 |
| Сепаратор 2 | 0,0118 | 0,0072 | 0,0010 | 0,1223 |
| Сепаратор 3 | 0,0096 | 0,1589 | 0,0095 | 3,8578 |
| Охлаждаемая ловушка | 0,003 | 0,017 | 0,006 | 0,192 |
| Итого | 0,0307 | 0,2291 | 0,0214 | 5,9347 |
| Таблица 2 Количества 4 ключевых вкусоароматических соединений, собранных при SFE с субстратом, расположенным в S2/S3 |
||||
| Метиональ (части на миллион) | Фенилацеталь альдегид (части на миллион) |
Диметил-этил-пиразин (части на миллион) | t,t-2,4-декадиеналь (части на миллион) | |
| Сепаратор 1 | 0,0015 | 0,0012 | 0,0007 | 1,1735 |
| Сепаратор 2 | 0,0040 | 0,0017 | 0,0007 | 0,0329 |
| Субстрат S2+S3 | 0,0340 | 0,0165 | 0,0103 | 0,0107 |
| Сепаратор 3 | 0,0056 | 0,0143 | 0,0238 | 6,9380 |
| Охлаждаемая ловушка | 0,0033 | 0,0065 | 0,0065 | 0,2539 |
| Итого | 0,0483 | 0,0401 | 0,0420 | 7,4155 |
| Таблица 3 Количества 4 ключевых вкусоароматических соединений, собранных при SFE с субстратом, расположенным S3 |
||||
| Метиональ (части на миллион) | Фенилацеталь альдегид (части на миллион) |
Диметил-этил-пиразин (части на миллион) | t,t-2,4-декадиеналь (части на миллион) | |
| Сепаратор 1 | 0,0020 | 0,0022 | 0,0009 | 0,0567 |
| Сепаратор 2 | 0,0033 | 0,0027 | 0,0010 | 0,0240 |
| Субстрат в Сепараторе 3 | 0,0310 | 0,0161 | 0,0018 | 0,0481 |
| Охлаждаемая ловушка | 0,0115 | 0,0327 | 0,0165 | 0,5502 |
| Итого | 0,0477 | 0,0537 | 0,0202 | 0,6790 |
| Таблица 4 Количества 4 ключевых вкусоароматических соединений, собранных при SFE с субстратом, расположенным в Охлаждаемой ловушке |
||||
| Метиональ (части на миллион) | Фенилацеталь альдегид (части на миллион) |
Диметилэтил-пиразин (части на миллион) | t,t-2,4-декадиеналь (части на миллион) | |
| Сепаратор 1 | Нет данных | Нет данных | Нет данных | Нет данных |
| Сепаратор 2 | 0,0036 | 0,0019 | 0,0008 | 0,0219 |
| Сепаратор 3 | 0,0012 | 0,0011 | 0,0019 | 0,7488 |
| Субстрат в охлаждаемой ловушке | 0,0683 | 0,0466 | 0,0098 | 0,4441 |
| Итого | 0,0732 | 0,0496 | 0,0125 | 1,2149 |
В классических картофельных чипсах Lay's (Classic Lay's Potato Chips) эти четыре ключевые вкусоароматических соединения (1) метиональ; (2) фенилацетальальдегид; (3) диметил-этил-пиразин; и (4) t,t-2,4-декадиеналь, как правило, присутствуют в следующих относительных количествах, соответственно: (1) 5,00, (2) 2,90, (3) 0,15 и (4) 0,10.
Из данных анализов видно, что относительные соотношения этих четырех ключевых соединений лучше сохранены в экстрактах, извлеченных из субстратов, чем в экстрактах, собранных без субстратов. Например, экстракт, извлеченный в субстрате имеет более низкий уровень окисления масляного продукта, t,t-2,4-декадиеналь, по сравнению с экстрактами, извлеченными без субстрата. В результате экстракты, извлеченные с субстратом, ближе к вкусоароматической композиции классических картофельных чипсов Lay's (Classic Lay's Potato Chips).
ПРИМЕР 4
В этом примере провели сверхкритическую CO2 флюидную экстракцию (SFE) кожуры апельсина (серия тестов A) и плодов апельсина (серия тестов B) с получением в результате экстракта, собранного в трех последовательных сепараторах и в конечной охлаждаемой ловушке при использовании следующего протокола.
Апельсины сорта Hamlin подвергли следующей технологической обработке с получением материала, подвергшегося сверхкритической экстракции диоксидом углерода. В первом ряде экспериментов (серия Тестов A) кожуру десяти апельсинов промыли деионизированной водой, нарезали, заморозили при использовании жидкого азота, измельчили в жидком азоте в блендере из нержавеющей стали и хранили при температуре минус 80°C до момента использования. Материал кожуры апельсинов определили, как «ожиженную кожуру апельсина». Во втором ряде экспериментов (серия Тестов B) десять апельсинов промыли деионизированной водой, кожуру удалили в ручную (с максимальным удалением белого альбедо), плоды разделили на отдельные дольки, из которых удалили крупные семена, каждую дольку разрезали пополам, половинки заморозили при использовании жидкого азота, измельчили в жидком азоте в блендере из нержавеющей стали и хранили при температуре минус 80°C до момента использования. Материал апельсинов определили, как «ожиженный цельный/целый апельсин».
Затем сто грамм либо ожиженной кожуры апельсина (серия Тестов A), либо ожиженного цельного апельсина (серия Тестов B) поместили в корзину с образцами в соответствующих сериях тестов. Корзину с образцами поместили в 500cc емкость для сверхкритической экстракции, содержащую 60 микронный мембранный диск на входе и на выходе из емкости. Соответствующие материалы апельсина находились в контакте (подвергли экстракции) со сверхкритическим флюидом (CO2) при 4000 фунтов на квадратный дюйм (около 27,6 мПа) и температуре 35°C при скорости потока 0,02 кг CO2/минуту. Затем полученный в результате экстракт пропустили через ряд сепараторов, где в каждом из них снизили прилагаемое к экстракту давление для отделения от CO2. Сниженное давление в первом сепараторе составило 3000 фунтов на квадратный дюйм (около 20,7 мПа). Сниженное давление во втором сепараторе составило 2000 фунтов на квадратный дюйм (около 13,8 мПа). Сниженное давление в третьем сепараторе составило 1000 фунтов на квадратный дюйм (около 6,9 мПа). Охлаждаемую ловушку установили на выходе для сбора любых остаточных соединений вкусовых и ароматических летучих веществ. Конструкция устройств для каждого теста схематически приведена на Фигурах 3-6.
В различных тестах около 0,3 грамм субстрата (мезопористые частицы из диоксида кремния) поместили в одно из трех различных мест модели SFE. Провели три эксперимента в каждой серии Тестов A и серии Тестов B, как описано ниже:
1) Без субстрата
2) Субстрат поместили в основании Сепаратора 3, и
3) Субстрат поместили в охлаждаемую ловушку.
В частности, в серии тестов A, 0,32 г и 0,34 г субстрата поместили в основание Сепаратора 3 и в Охлаждаемую ловушку, соответственно; в серии тестов B, 0,32 г и 0,26 г субстрата поместили в основание Сепаратора 3 и в Охлаждаемую ловушку, соответственно.
Образцы из охлаждаемой ловушки собирали путем промывания гексаном.
Для измерения собранных, подходящих для индикации относительных соотношений каждого выбрали десять ключевых вкусоароматических соединения, извлеченных из экстрактов. Десять соединений представляли валенсен, герантиаль, карвон, терпин-4-ол, линалоол, лимонен, p-цимен, октаналь, этилбутират и ацетальдегид.
В Таблице 5 приведены общие количества вкусоароматических компонентов (в обоих случаях с лимоненом и без лимонена), извлеченных в серии Тестов A, и в Таблице 6 приведены общие количества вкусоароматических компонентов (в обоих случаях с лимоненом и без лимонена), извлеченных в серии Тестов B.
| Таблица 5 Серия тестов A - общие вкусоароматические вещества |
||
| Общие вкусоароматические вещества (части на миллион) с лимоненом | Общие вкусоароматические вещества (части на миллион) без лимонена | |
| Сепаратор 3 без субстрата | 83,63 | 2,780 |
| Сепаратор 3 с субстратом | 12,02 | 0,2009 |
| Охлаждаемая ловушка без субстрата | 1483,65 | 101,94 |
| Охлаждаемая ловушка без субстрата | 51,59 | 2,147 |
| Таблица 6 Серия тестов B - общие вкусоароматические вещества |
||
| Общие вкусоароматические вещества (части на миллион) с лимоненом | Общие вкусоароматические вещества (части на миллион) без лимонена | |
| Сепаратор 3 без субстрата | 0,2141 | 0,0068 |
| Сепаратор 3 с субстратом | 0,1857 | 0,1285 |
| Охлаждаемая ловушка без субстрата | 0,1303 | 0,0611 |
| Охлаждаемая ловушка без субстрата | 1,629 | 0,2113 |
В Таблице 7 приведены результаты с субстратом серии Тестов A и в Таблице 8 приведены результаты с субстратами серии Тестов B, обеспечивающие относительные количества десяти ключевых вкусоароматических соединений, собранных в каждом из двух указанных мест расположения в процессе извлечения экстракта. При использовании ГХ-МС (газовой хроматографии-масс-спектрометрии) и процедуры ТФМЭ (твердофазной микроэкстракции) получили данные образцов, собранных в основании Сепаратора 3, и в случае образца, полученного промыванием гексана, из охлаждаемой ловушки, и образцы анализировали при использовании технологии прямой инжекции жидкости.
| Таблица 7 Количества 10 ключевых вкусоароматических соединений серии Тестов A |
||||
| Вкусоаромати ческий компонент |
Сепаратор 3 без субстрата | Сепаратор 3 с субстратом | Охлаждаемая ловушка без субстрата | Охлаждаемая ловушка с субстратом |
| Валенсен | 0,5775 | 0,03112 | 55,037 | 0,9163 |
| Герантиаль | 0,5465 | 0,01611 | 18,14 | 0,07790 |
| Карвон | 0,0567 | 0,002500 | 1,585 | 0,01911 |
| Терпин-4-ол | 0,0231 | 0,003662 | 0,6720 | 0,04119 |
| Линалоол | 1,159 | 0,08092 | 21,105 | 0,49290 |
| Лимонен | 80,85 | 11,82 | 1381,6 | 49,381 |
| p-цимен | 0 | 0,00683 | 0,07941 | 0,01702 |
| Октаналь | 0,4153 | 0,05921 | 5,3229 | 0,58102 |
| Этилбутират | 0,00023 | 0,00026 | 0 | 0,001375 |
| Альдегид | 0,00141 | 0,00033 | 0 | 0,000515 |
| Таблица 8 Количества 10 ключевых вкусоароматических соединений серии Тестов B |
||||
| Вкусоаромати ческий компонент |
Сепаратор 3 без субстрата | Сепаратор 3 с субстратом | Охлаждаемая ловушка без субстрата | Охлаждаемая ловушка с субстратом |
| Валенсен | 0,00160 | 0 | 0,03960 | 0,011345 |
| Герантиаль | 0,000147 | 0 | 0 | 9,694E-5 |
| Карвон | 0 | 0 | 0 | 0,000303 |
| Терпин-4-ол | 0 | 0 | 0 | 0,000182 |
| Линалоол | 0 | 7,9543E-05 | 0 | 0,001927 |
| Лимонен | 0,20725 | 0,05716 | 0,06918 | 1,418 |
| p-цимен | 0,00343 | 0,00166 | 0 | 0,01573 |
| Октаналь | 0,000803 | 0,11280 | 0,01993 | 0,01235 |
| Этилбутират | 0,000594 | 0,012693 | 0,00162 | 0,16906 |
| Альдегид | 0,000252 | 0,001263 | 0 | 0,000320 |
В экстрагированном вкусоароматическом веществе главным образом доминирует неполярное соединение лимонена. В серии Тестов A помимо лимонена основными вкусоароматическими соединениями, экстрагированными из вкусоароматических соединений, были линалоол, октаналь и герантиаль. В серии Тестов B помимо лимонена основными вкусоароматическими соединениями, экстрагированными из вкусоароматических соединений, были этилбутират, валенсен и октаналь.
Для сравнения в Таблице 9 приведено распределение этих десяти вкусоароматических компонентов в 100% соке апельсина сорта Valencia.
| Таблица 9 Количества 10 ключевых вкусоароматических соединений в апельсиновом соке Valencia |
|
| Вкусоароматический компонент | 100% сок Valencia |
| (частей на миллион) | |
| Валенсен | 5,19 |
| Герантиаль | 0,03 |
| Карвон | 0,07 |
| Терпин-4-ол | 0,34 |
| Линалоол | 1,6 |
| Лимонен | 171,45 |
| p-цимен | 0,01 |
| Октаналь | 0,641 |
| Этилбутират | 0,032 |
| Ацетальдегид | 9,0 |
Как видно, ключевые вкусоароматические компоненты апельсина были успешно выделены в пористые субстраты при использовании сверхкритической флюидной экстракции.
Из данных анализов, приведенных в Таблицах выше, определено соотношение различных вкусоароматических компонентов, собранных при использовании пористых частиц, которое отличалось при сборе экстрагированных вкусоароматических веществ с использованием пористых частиц и без использования пористых частиц.
Принимая во внимание указанные выше в описании преимущества и описание приведенных в качестве примера вариантов воплощения настоящего изобретения, специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что настоящее изобретение имеет множество альтернативных и отличающихся вариантов воплощения настоящего изобретения, не выходящих за его рамки. Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понятно, что все такие модификации и альтернативные варианты воплощения настоящего изобретения входят в объем притязаний настоящего изобретения. Приложенная формула изобретения охватывает все такие модификации и альтернативные варианты воплощения настоящего изобретения. Используемые в описании настоящей патентной заявки и в приложенной формуле изобретения формы единственного числа включают и множественное число, использованный в описании и в приложенной формуле изобретения термин «по меньшей мере один», если в контексте ясно не просматривается иное, по существу подразумевает один, только один. Аналогично термин «включающий» следует понимать в открытом значении, не исключая дополнительные элементы, признаки, компоненты и тому подобное.
1. Способ извлечения экстракта из смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества, где смесь извлекают при повышенном давлении из сверхкритического флюида, полученного при экстракции, включающий:
a) контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта летучего вещества с пористыми частицами, вмещающими объем, подходящими для потребления человеком, пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы,
b) изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта для заполнения экстрактом, отделяющимся от газообразного экстракционного флюида, пор пористых частиц;
c) отделение газообразного экстракционного флюида от пористых частиц, и
d) удаление пористых частиц, заполненных экстрактом летучего вещества, из вмещающего объема.
2. Способ по п. 1, где пористые частицы имеют размер пор, позволяющий диффузию смеси экстракционного флюида и экстракта в пористые частицы.
3. Способ по п. 1, где изменение свойств смеси экстракционного флюида и экстракта включает снижение давления, прилагаемого к смеси.
4. Способ по п. 1, где экстракт представляет экстракт летучего вещества.
5. Способ по п. 4, где экстракт летучего вещества представляет также пищевой экстракт, а пористые частицы, содержащие экстракт, подходят для потребления человеком.
6. Способ по п. 1, где пористые частицы представляют пористые частицы из диоксида кремния.
7. Способ по п. 1, где экстракт выбирают из группы, состоящей из ароматических веществ, ароматизаторов, усилителей ароматизаторов, усилителей ароматических веществ, усилителей вкуса, антиоксидантов, витаминов, биологически активных веществ, функциональных ингредиентов, нутрицевтиков, фитохимических веществ, тастантов и натуральных красителей.
8. Способ по п. 1, где экстракционный флюид представляет диоксид углерода.
9. Способ извлечения экстракта из растительного материала или животного материала, включающий:
(1) проведение экстракции сверхкритическим флюидом растительного материала или животного материала при использовании экстракционного флюида с получением экстракта в смеси с экстракционным флюидом;
(2) контактирование смеси экстракционного флюида и экстракта с вмещающим объемом пористых частиц диоксида кремния, подходящих для потребления человеком, пористые частицы диоксида кремния имеют размер пор, позволяющий диффундирование экстракта в пористые частицы диоксида кремния, и
(3) изменение свойств экстракционного флюида таким образом, что происходит заполнение экстрактом пор пористых частиц диоксида кремния,
где экстракционный флюид представляет сверхкритический диоксид углерода.
10. Способ по п. 9, где растительный материал или животный материал содержит остаточную влагу.
11. Способ по п. 10, где экстракт выбирают из группы, состоящей из ароматических веществ, ароматизаторов, усилителей ароматизаторов, усилителей ароматических веществ, усилителей вкуса, антиоксидантов, витаминов, биологически активных веществ, функциональных ингредиентов, нутрицевтиков, фитохимических веществ, тастантов и натуральных красителей.
