Что такое метод экстракции порошка ß Carotene?

Бета-каротин is one of the carotenoids and an orange-yellow fat-soluble compound. It is the most common and stable natural pigment in nature and is widely found in various plants, algae, fungi and bacteria. Extensive experiments have proven that β-carotene is an antioxidant, has detoxifying properties, and is an essential nutrient for maintaining good health. It has a significant effect in preventing cancer, cardiovascular disease, cataracts, and oxidation, and can prevent many degenerative diseases caused by aging and senility.

Кроме того, грау-каротин также оказывает положительное влияние на развитие и рост животных. Он может предотвращать и устранять свободные радикалы, возникающие в ходе физиологического метаболизма в организме, и является сильнейшим «врагом» свободных от кислорода радикалов.

Бета-каротин встречается в изобилии в естественных растениях. Его антиоксидантные и цветные функции широко используются в медицине, пищевой, косметической и других областях, и имеют большое значение для здоровья человека. В последние годы открытие новых медицинских и лечебных функций бета-каротина и рост спроса на натуральные пищевые добавки привели к ежегодному росту спроса на бета-каротин [1]. В настоящем документе кратко описываются физические и химические свойства и биологическая деятельность "грау-каротин" с уделением особого внимания исследовательским очагам и тенденциям развития различных процессов добычи с целью обеспечения основы для разработки и использования ресурсов "грау-каротин".

1 физические и химические свойства грава-каротина

1.1 физические и химические свойства

Beta-carotene is a tetraterpene compound with multiple isomers. Its molecular formula is C40H56 and relative molecular mass is 535.88. It often coexists with chlorophyll in plants and algae[2]. Beta-carotene is a shiny, dark red to dark red, oblique hexahedron, plate-like microcrystal or crystalline powder with a slight peculiar or foreign odor. It is unstable in the presence of oxygen, heat and light, but stable in weak alkalis. It is insoluble in water, propylene glycol, glycerin, acids and alkalis, but soluble in carbon dioxide, benzene, chloroform, hexane and vegetable oil, and almost insoluble in methanol and ethanol. This property can be used to select a suitable extraction solvent to extract β-carotene from plants.

2 процесс экстракции грау-каротина

К числу распространенных методов экстракции грава-каротина относятся сверхкритическая экстракция CO2, ультразвуковая экстракция, микроволновая экстракция, экстракция органических растворителей, высокопроизводительная жидкостная хроматография и т.д.

2.1 сверхкритическая добыча CO2

Сверхкритическая экстракция CO2 является наиболее распространенным методом экстракции сверхкритической жидкости. Он использует отличную растворимость CO2 в конкретных условиях для разделения, извлечения и концентрации веществ и имеет преимущества, которые не могут быть сопоставимы с другими методами. Принцип экстракции и разделения сверхкритических жидкостей заключается в Том, что сверхкритические жидкости оказывают особое растворяющее воздействие на такие вещества, как жирные кислоты, алкалоиды, эфиры и пигменты. В этом процессе используется взаимосвязь между растворимостью сверхкритических жидкостей и их плотностью, т.е. влиянием давления и температуры на растворимость сверхкритических жидкостей. Она характеризуется высокой эффективностью и высокой доходностью.

Сверхкритическая добыча CO2 является новой технологией разделения и очистки, которая является нетоксичной и не загрязняет окружающую среду. Широко используется в пищевой и фармацевтической промышленности. Например, лю йинфен и другие успешно извлекали грау-каротин из порошка соленых водорослей, используя сверхкритическую экстракцию CO2. Результаты показали, что чем выше давление и температура экстракции, тем выше скорость экстракции. Условия обработки: рабочее давление 35мпа, температура 50°C. В этих условиях добыча грава-каротина превысила 90%, а содержание составило 14,4% [3].

Supercritical CO2 extraction is not only suitable for plants, but also for fungi. For example, Wang S.L. et al. used supercritical CO2 extraction to extract β-carotene from red yeast, The results showed that after the red yeast was broken down by acid-heat treatment, the extraction rate could reach 0.83% under the optimal extraction conditions determined: extraction pressure 30MPa, temperature 40°C, CO2 flow rate 20kg/h, extraction time 90min[4].

Supercritical fluid extraction has the advantages of no solvent residue, no pollution, and low extraction costs. It also avoids denaturation of the extract at high temperatures, and has a fast heat transfer rate, easy temperature control, and is currently a more ideal method for β-carotene extraction.

2.2 ультразвуковая экстракция

Ультразвуковая экстракция является энергосберегающим и эффективным методом экстракции, который появился в последние годы. Для экстракции используется ультразвуковой растворитель. С помощью чередочного цикла положительного и отрицательного давления, возникающего при передаче ультразвуковой энергии при ультразвуковом действии, образуется кавитация между растворителем и образцом. В то же время специальные функции ультразвуковых волн, такие как дробление и перемешивание, разрушают клеточные стенки растений, позволяя растворителю проникать в экстракционную среду и проникать в клетки для извлечения целевого продукта. Экстракт фильтруется и центрифугируется, затем концентрируется под пониженным давлением и, наконец, высохнет, чтобы получить сырой экстракт грава-каротена.

Ультразвуковая экстракция является широко исследованным процессом экстракции. Например, сюн и другие лица использовали ультразвуковую экстракцию для извлечения грау-каротина из моркови и определяли ее содержание с использованием ПЖК в качестве показателя оценки. Оптимальный процесс, полученный с помощью однородного эксперимента, — это ультразвуковая мощность 60%, соотношение жидкости и твердого тела 15:1, время экстракции 60 мин, температура экстракции 40 градусов, экстракция в 3 раза [5]. Ультразвуковая экстракция имеет характеристики короткого времени экстракции, высокой урожайности и не требует нагрева, что делает его очень подходящим для экстракции грава-каротина.

Например, жаою жи и др. оптимизировали ультразвуковой экстракционный процесс каротиноидов из пшеничных саженцев и использовали колонну обмена оксида магния для отделения и очистки грау-каротина. Высокопроизводительная жидкостная хроматография была использована для градиентного элюляции, чтобы отделить и определить массовую концентрацию грава-каротина и его содержание в процессе очистки. Результаты показали, что оптимальными параметрами процесса ультразвуковой экстракции каротиноидов из пшеничных саженц являются соотношение жидкости к жидкости 1:50 (г/мл), нефтяной эфир: ацетон 95:5 (в/в), ультразвуковой мощностью 300 вт, временем экстракции 50 мин и тремя экстракциями при комнатной температуре, что дает содержание гравитационного каротина 4,86 мг/г [6].

Ультразвуковой метод имеет преимущества высокой эффективности экстракции, низкой температуры экстракции и широкой применимости. Полученный сырой продукт имеет мало примесей, а эффективные ингредиенты легко отделить и очистить. В последние годы исследования очагов ультразвуковой терапии были направлены в основном на оптимизацию технологических условий. В сочетании с другими методами, такими как высокопроизводительная жидкостная хроматография и ультразвуковые микроволны этанола, результаты будут еще лучше. Тем не менее, существует не так много исследовательских докладов по этому вопросу, и это должно привлечь внимание исследователей. Благодаря короткому циклу и простой работе ультразвуковой экстракции грава-каротина, коэффициент экстракции высок. Поэтому, как очень эффективный метод извлечения грава-каротина, он широко используется в промышленности в последние годы.

2.3 метод экстракции с помощью микроволн

Высокочастотные электромагнитные волны, возникающие в ходе микроволнового действия, ускоряют скорость диффузии экстракта в растворитель. В то же время высокоэнергетические микроволны приводят к быстрому росту температуры внутри клеток, увеличению теплового движения молекул и увеличению внутреннего давления клеток до максимального отрицательного давления, которое могут выдержать стенки клеток. Клетки распадаются в больших количествах, эффективные ингредиенты в клетках выпускаются из клеток. Кроме того, электромагнитное поле, создаваемое микроволнами, ускоряет рассеивание гравитационного каротина изнутри и снаружи, тем самым повышая урожайность.

Благодаря преимуществам быстрого нагрева, простоты работы, низкого потребления энергии и экономии растворителей, микроволновая экстракция занимает место в экстракции натуральных продуктов. Ван ин и др. использовали смесь этилацетата и абсолютного этанола в качестве экстракционного растворителя для экстракции грава-каротена из моркови с помощью микроволновой печи и изучали влияние соотношения жидкости к твердости, времени микроволновой связи и мощности микроволновой печи на скорость экстракции. Результаты показали, что оптимальными условиями процесса экстракции грава-каротины являются соотношение жидкости и твердого тела 1:5 (г/мл), время микроволновой связи 40 с и мощность микроволновой связи 400 вт. При оптимальных условиях добыча может достигать 47,8% [7]. Chen Lei et al. использовали микроволновую экстракцию для извлечения грава-каротина из вольфберри, а также проверяли растворитель для экстракции грава-каротина и изучали влияние микроволновой экстракционной энергии, времени экстракции, соотношения твердого и жидкого компонентов и температуры экстракции на скорость экстракции грава-каротина. Результаты показали, что оптимальным процессом микроволновой экстракции грава-каротена является: микроволновая мощность 400W, время 80s, температура 25 грава, соотношение твердого и жидкого 1:15. В этих условиях коэффициент извлечения грава-каротина составил 0,55% [8].

Микроволновая экстракция грава-каротина имеет преимущества энергосбережения и высокой эффективности, хорошей избирательности, экономии растворителей, высокого качества продукции, хорошей воспроизводимости и простоты оборудования. Однако экстракция с помощью микроволн имеет фатальный недостаток неконтролируемого повышения температуры. Если не работать должным образом, грау-каротин ухудшится. Поэтому микроволновая экстракция требует строгого контроля за работой, особенно за температурой. С развитием технологии автоматического управления в определенной степени улучшились температурные характеристики микроволновых реакторов, и микроволновая экстракция будет все шире использоваться для экстракции различных веществ.

2.4 метод экстракции органических растворителей

Метод экстракции органических растворителей основан главным образом на разнице в полярности между извлеченными компонентами сырья и физико-химическими свойствами сосуществующих примесей в соответствии с принципом подобных растворов. Органические растворители добавляются в сырье для обеспечения процесса массовой передачи активных ингредиентов, перемещающихся с поверхности или внутри ткани сырья на растворитель. Широко используется для извлечения водорастворимых пигментов, полисахаридов и т.д.

Использование принципа подобных растворов, подобных переносу активных ингредиентов, является наиболее эффективной особенностью экстракции растворителей. Например, чжан ян и другие использовали экстракцию растворителей для извлечения грау-каротина из порошка цветов белого лотоса. Они использовали однофакторные и ортогональные эксперименты для изучения влияния таких факторов, как время экстракции, растворитель экстракции, температура экстракции, соотношение жидкости к материалу и количество экстракций на скорость экстракции. Результаты показали, что оптимальными условиями экстракции грава-каротина из порошка белого лотоса были следующие: этилацетат в качестве органического экстракционного растворителя, время экстракции 180мин, 45 гравитация, соотношение жидкости и твердого твердого 1:6, время экстракции 2, скорость экстракции грава-каротина 679,864мкг/г [9].

Например, ван хайин и др.Извлечено из водорослей грау-каротин. After exploring the effects of extraction agent, temperature, time, and solid-liquid ratio on the β-carotene extraction rate, they found that the optimal extraction process conditions for β-carotene extraction from dried spirulina powder were as follows: using ethyl acetate as the extraction agent, a solid-liquid ratio of 1:10 (mg/mL), and a constant temperature treatment at 65 °C for 6 h. The extraction rate was 0.85 mg/g [10].

Метод экстракции органических растворителей прост в использовании и недорогостоящий, однако коэффициент экстракции относительно низок. В настоящее время метод органического растворителя используется главным образом для экстракции природного грава-каротина, однако существуют проблемы, связанные с источником сырья, устаревшей технологией экстракции, высоким содержанием тяжелых металлов и серьезным ущербом, наносимым организму человека остатками органических растворителей. Это приводит к низкой экономической эффективности и затрудняет крупномасштабное производство.

Высокопроизводительная жидкостная хроматография, также известная как жидкостная хроматография высокого давления или высокоскоростная жидкостная хроматография, является важной отраслью хроматографии, которая использует жидкостную мобильную фазу и систему вливания высокого давления. Он использует нагнетательный насос высокого давления для закачки в хроматографическую колонку, содержащую стационарную фазу, подвижного компонента одного растворителя с различными характеристиками или смешанного растворителя с различными пропорциями, буферного раствора и т.д. Образец, подлежащий испытанию, вводят через впрыскивающий клапан и переносят в колонку в передвижной фазе. После разделения элементов в колонке они, в свою очередь, вводят детектор для обнаружения, тем самым обеспечивая анализ образца. Однако из-за сложности операции и высокой стоимости анализа жидкие хроматографии стоят дорого при покупке и обслуживании. Поэтому этот метод редко используется в промышленном производстве.

3. Перспективы на будущее

В обществе, где каждый ценит свое здоровье, многие выдающиеся свойства бета-каротина становятся все более очевидными, особенно с точки зрения клеточных антиоксидантов. Она стала одним из незаменимых сырьевых материалов в здравоохранении. Для людей, еда продуктов, богатых бета-каротин может достичь очень хорошего антиоксидантного эффекта. Поэтому добыча и очистка грау-каротина приобретает особое значение. Микроволновая экстракция имеет очевидные преимущества. Будущие исследования должны быть направлены на проведение дальнейших экспериментальных исследований и развитие и поощрение этого процесса. Высокопроизводительная жидкостная хроматография и сверхкритическая добыча CO2 ограничены высокими затратами и другими факторами и еще не готовы к промышленному производству. Однако сверхкритическая добыча CO2 может быть использована для производства грава-каротина с высокой степенью чистоты. Процесс экстракции органических растворителей является относительно зрелым, но постепенно прекращается из-за таких недостатков, как большое количество используемого растворителя и высокая вязкость экстракта.

В последние годы спрос на негоβ-carotene in food additives, medical care, cosmetics and other fields has been increasing. The current task is to find some suitable methods for large-scale industrial production to meet people's требование о грау-каротине. Поэтому мы должны сосредоточиться на разработке изделий, связанных с производством гравитационных каротинов, одновременно укрепляя исследования по их безопасности для расширения сферы их применения. Считается, что с постоянным совершенствованием технологии добычи и очистки грау-каротин будет играть более важную роль.

Ссылки на статьи

[1] Chen Lei, Hou Hongbo, Li Ningning. Научно-исследовательский прогресс в производстве грава-каротина [J]. Современные сельскохозяйственные науки и технологии, 2011 (7): 362 — 363.

[2] ян юнцин, чжун сицион, чэнь хунсюй и др. Исследование прогресса природных каротеноидов в плодах Tribulus terrestris [J]. Наука о еде, 2012, 33 (15): 339~343.

[3] лю йинфэнь, синь найхон, лю хунгян и др. Исследования по применению сверхкритической технологии извлечения CO2 при добыче грау-каротина [J]. Инновационные технологии, 2011 (5): 14~16.

[4] ван силиу, у сяозун, ван хайсян и др. Экстракция красных дрожжей из грава-каротина с использованием сверхкритической технологии CO2 [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2011 (1), 32 (1): 4~6.

[5] сюн кэ, ся янбин, лю жун. Ультразвуковая расширенная экстракция процесса грава-каротина [J]. Наука и техника о продовольствии, 2008 (5): 160~163.

[6] цзяо южи, жай вейвей и др. Извлечение и очистка грава-каротина из семян пшеницы с высоким содержанием Селена [J]. Наука и техника о продовольствии, 2011 (22): 124 — 127.

[7] ван ин, чэнь ху, ван чживэй. Исследование и оптимизация микроволновой экстракции грава-каротина [J]. Прикладная химическая промышленность, 2011, 40(12): 2160~2162.

[8] чэнь лей, хоу хунбо, ли ниннинг и др. Исследование процесса извлечения грава-каротина из вольфберри [J]. Guangdong Chemical Industry, 2012, 39(1): 31~32.

[9] чжан ян, ши вэй, у янь и др. Оптимизация условий извлечения грава-каротина из порошка цветка белого лотоса [J]. Технология пищевых продуктов и ферментации, 2011, 49(3): 68 — 71.

[10] ван хайин, дю веймин, ли вен и др. Исследование по вопросу о процессе экстракции грава-каротина из сухого порошка спирулины [J]. Китайская еда и питание, 2010(6): 64-66.