Совершенствование технологий выделения и очистки биологически активных веществ из растительного сырья

Введение. Совершенствование технологий выделения и очистки биологически активных веществ из растительного сырья – важная задача для фармацевтической, пищевой и косметической отраслей промышленности. Разработка технологий зачастую требует внесения изменений в конструкцию существующего оборудования. При модернизации оборудования для реализации новых технологий возможна доработка его конфигурации, позволяющая с минимальными затратами значительно повышать выход активных веществ. Для повышения эффективности процесса выделения гесперидина из растительного сырья нами предложен ряд технологических решений. В частности, предложено использовать перемешивающие устройства с конфигурацией импеллеров, разработанных на основе методов вычислительной гидродинамики, а при применении экстрактора Сокслета – обогреваемую экстракционную камеру, полученную путем добавления внешней змеевиковой рубашки, позволяющей регулировать температуру внутри экстракционной камеры для ускорения процессов диффузии и массообмена, а растворитель и экстрагент выбирать на основе термодинамических моделей расчетным способом.

Цель. Совершенствование технологии выделения и очистки гесперидина из растительного сырья с использованием модернизированного оборудования.

Материалы и методы. Моделирование распределения потоков в экстракционных аппаратах осуществляли с помощью методов вычислительной гидродинамики. Для оценки результатов, полученных на основе моделирования, проводили ряд экспериментов, объектом для которых служила кожура апельсина (высушенные флаведо и альбедо, степень измельчения – 0,1–0,2 мм, влажность – 3,5 %). Количественное содержание комплекса флавоноидов в пересчете на гесперидин определяли методом прямой спектрофотометрии при длине волны 290 нм, количественное содержание гесперидина определяли гравиметрически. Статистическую обработку данных проводили с использованием программного обеспечения Minitab v21 (Minitab Inc., США), различия считали статистически значимыми при р < 0,05.

Результаты и обсуждения. На основе методов вычислительной гидродинамики для интенсификации процессов перемешивания и растворения на стадиях предварительного обезжиривания сырья и экстрагирования спроектирован шестилопастный импеллер, позволяющий ускорить процессы за счет создания осевых и радиальных потоков движения жидкости в емкостном аппарате и поддержания сырья во взвешенном состоянии в объеме жидкости при малых скоростях перемешивания и низком потреблении электроэнергии. Оснащение экстракционной камеры змеевиковой рубашкой позволило значительно повысить растворимость активного вещества и извлекать больше целевого компонента за один экстракционный цикл. Разработана технология выделения и очистки гесперидина, определены и оптимизированы параметры проведения процессов.

Заключение. В результате исследования показано, что возможно интенсифицировать процессы экстракции и растворения активных веществ путем подбора перемешивающих устройств методом вычислительной гидродинамики. Для выделения плохо растворимых соединений из плотного сырья (корни, кора и пр.) предложена модификация аппарата Сокслета с обогреваемой экстракционной камерой. Модернизация типовых технологических установок позволила получить субстанцию гесперидина с выходом до 95 % и чистотой до 90 % при однократной перекристаллизации.  

1. Syahputra R. A., Harahap U., Dalimunthe A., Nasution M. P., Satria D. The Role of Flavonoids as a Cardioprotective Strategy against Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity: A Review. Molecules. 2022;27(4):1320. DOI: 10.3390/molecules27041320.

2. Li C., Schluesener H. Health-promoting effects of the citrus flavanone hesperidin. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2017;57(3):613–631. DOI: 10.1080/10408398.2014.906382.

3. Jiang Q., Charoensiddhi S., Xue X., Sun B., Liu Y., El-Seedi H. R., Wang K. A review on the gastrointestinal protective effects of tropical fruit polyphenols. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023;63(24):7197–7223. DOI: 10.1080/10408398.2022.2145456.

4. Tirado-Kulieva V. A., Hernández-Martínez E., Choque-Rivera T. J., Phenolic compounds versus SARS-CoV-2: An update on the main findings against COVID-19. Heliyon. 2022;8(9):e10702. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10702.

5. Zheng W., Wu F., Luo X., Bian C., Zhang Y., Yin F., Liu H., Fu Y. Separation of Citrus Essential Oil and Hesperidin from Citrus Peel Through Combined Mixed-Solvent and Multi-Phase Salting Out Extraction. Journal of Essential Oil Bearing Plants. 2022;25(4):899–909. DOI: 10.1080/0972060X.2022.2113147.

6. Kim J.-W., Ko H. C., Jang M.-G., Han S. H., Kim H. J., Kim S.-J. Phytochemical content and antioxidant activity in eight citrus cultivars grown in Jeju Island according to harvest time. International Journal of Food Properties. 2023;26(1):14–23. DOI: 10.1080/10942912.2022.2151620.

7. Ichim M. C., Scotti F., Booker A. Quality evaluation of commercial herbal products using chemical methods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022:1–21. DOI: 10.1080/10408398.2022.2140120.

8. Peng Q., Zhang Y., Zhu M., Bao F., Deng J., Li W. Polymethoxyflavones from citrus peel: advances in extraction methods, biological properties, and potential applications. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022:1–13. DOI: 10.1080/10408398.2022.2156476.

9. Zhou P., Zheng M., Li X., Zhou J., Shang Y., Li Z., Qu L. A consecutive extraction of pectin and hesperidin from Citrus aurantium L.: Process optimization, extract mechanism, characterization and bio-activity analysis. Industrial Crops and Products. 2022;182:114849. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.114849.

10. Sanches V. L., de Souza Mesquita L. M., Viganó J., Contieri L. S., Pizani R., Chaves J., da Silva L. C., de Souza M. C., Breitkreitz M. C., Rostagno M. A. Insights on the Extraction and Analysis of Phenolic Compounds from Citrus Fruits: Green Perspectives and Current Status. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2022:1–27. DOI: 10.1080/10408347.2022.2107871.

11. Белокуров С. С., Флисюк Е. В., Смехова И. Е. Выбор метода экстрагирования для получения извлечений из семян пажитника сенного с высоким содержанием биологически активных веществ. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(3):35–39.

12. Oliveira A. M. B., Viganó J., Sanches V. L., Rostagno M. A., Martínez J. Extraction of potential bioactive compounds from industrial Tahiti lime (Citrus latifólia Tan.) by-product using pressurized liquids and ultrasound-assisted extraction. Food Research International. 2022;157:111381. DOI: 10.1016/j.foodres.2022.111381.

13. Государственная Фармакопея Российской Федерации XIV издания. Т. 1. М.: ФЭМБ; 2018. 1814 с.

14. Бубенчиков Р. А., Саканян Е. И., Зубкова Н. В., Добрынин В. П., Горяинов С. В., Хажжар Ф., Платонов Е. А., Писарев Д. И., Абрамович Р. А. Разработка и валидация методики количественного определения остаточных органических растворителей в препаратах аллергенов методом ГЖХ. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2022;11(2):159–168. DOI: 10.33380/2305-2066-2022-11-2-159-168

15. Вайнштейн В. А., Каухова И. Е., Амелина П. С., Колдашова Ю. А., Минина С. А., Иванова А. В. Полиэкстракция травы эхинацеи системами экстрагентов с возрастающей полярностью. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018;(3):54–63.

16. Чистова Ю. И. Определение оптимальных условий экстракции сбора одуванчика лекарственного травы и лопуха большого листа методами математического планирования многофакторного эксперимента. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(1):24–28. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-1-24-28.

17. Pyrzynska K. Hesperidin: A Review on Extraction Methods, Stability and Biological Activities. Nutrients. 2022;14(12):2387. DOI: 10.3390/nu14122387.

18. Zhou P., Li X., Zhou J., Yang Y., Zhi J., Shen L. Mass transfer mechanism of the multivariate consecutive extraction process of pectin and hesperidin from Citrus aurantium L.: Kinetics, thermodynamics, diffusion and mass transfer coefficients. Separation and Purification Technology. 2023;311:123339. DOI: 10.1016/j.seppur.2023.123339.

19. Каухова И. Е., Новикова Е. К., Чачин Д. А. Разработка условий экстрагирования череды трехраздельной травы, золотарника канадского травы, репешка обыкновенного травы. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018;(3):64–67.

20. Chen L., Zhu S., Wang C., Chen L. Development of a HPLC-UV Method for the Separation and Quantification of Hesperidin, Neohesperidin, Neohesperidin Dihydrochalcone and Hesperetin. Natural Product Research. 2023;37(10):1714–1718. DOI: 10.1080/14786419.2022.2104275.