Способ получения холестерина

61 31/685, 61 35/30 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Отдел проблем ресурсосбережения АНБ(73) Патентообладатель Отдел проблем ресурсосбережения АНБ(57) Способ получения холестерина из животного сырья, включающий измельчение сырья, экстракцию холестерина и его очистку, отличающийся тем, что перед экстракцией предварительно проводят извлечение содержащихся в сырье жирных кислот этанолом при температуре от 1 до 4 С, а экстракцию холестерина осуществляют 2 в жидком состоянии при повышенном давлении и равновесной температуре с последующей промывкой полученного продукта на фильтре этанолом с температурой от 1 до 14 С.(56) 1. Химический состав пищевых продуктов. Справочник.М. Пищевая промышленность, 1983.С. 117. 2. Кейтс М. Техника липидологии. - М. Мир, 1975.С. 322. 3. ТУ ОКП 935824 01-88. 4. А.с. СССР 644798 МКИ СО 71/00, А 61 К 31/575, 1979 (прототип). 5. Бартон Д., Олис Д. Общая органическая химия. Т. 4.М. Химия, 1978.С. 722. Способ получения холестерина из животного сырья, включающий измельчение сырья, экстракцию холестерина и его очистку, отличающийся тем, что предварительно проводится извлечение содержащихся в сырье жирных кислот этанолом при низких температурах, а экстракция холестерина осуществляется с использованием в качестве экстрагента СО 2 в жидком состоянии при повышенном давлении и равновесной температуре, с последующей промывкой готового продукта на фильтре охлажденным этанолом. Изобретение относится к медицинской промышленности, в частности, к методам получения холестерина. Холестерин является исходным продуктом для получения витаминов группы Д 3, лекарственных и диагностических медицинских препаратов. Жидкокристаллические эфиры холестерина используются в косметических препаратах, для эмульсификации водонерастворимых медикаментов, в электронике, а также в качестве экологически чистых антифрикционных присадок к маслам. Известные в настоящее время, применяемые в промышленности варианты получения холестерина основаны на извлечении холестерина из животного сырья. В качестве животного сырья для получения холестерина наиболее часто используется спинной мозг, в котором содержится до 3,5 холестерина от веса сырого сырья, или головной мозг сельскохозяйственных животных, содержащий около 2 холестерина, 7-8 жирных кислот, 11-13 белка, и 80-77 воды 1. Способ получения холестерина 2 из спинного мозга сельскохозяйственных животных включает стадии измельчения сырья, экстракцию липидов (жиров) ацетоном, упаривание ацетона, растворение липидов в этаноле и гидролиз серной кислотой, концентрирование этанола и выделение холестерина-сырца с последующей очисткой его кристаллизацией из ацетона. Осуществление данного способа связано с образованием неутилизируемых отходов - кислого гидролизата в количестве 5 кг на 1 кг целевого продукта, высокой энергоемкостью и сравнительно низким выходом холестерина - 90 от общего содержания холестерина в сырье. Способ получения холестерина, разработанный НТК Институт монокристаллов, позволяет повысить степень извлечения холестерина 98 -ной чистоты до 95 от общего содержания в сырье 3. Данный способ основан на экстракции горячим ацетоном липидных производных холестерина из высушенного спинного или головного мозга сельскохозяйственных животных, гидролизе липидных производных на твердом ноителе (23), концентрирование раствора, выделение кристаллического холестерина и его очистку перекристаллизацией из этанола. Образующийся по данному варианту твердый отход, мелкодисперсный порошок 23 содержит липоцеребрин 3, ценное исходное для получения лекарственных препаратов. Необходимость регенерации больших количеств растворителя и сушки сырого мозга, содержащего около 70 воды, делает данный способ энергоемким, что ограничивает практическую реализацию метода. Токсичность ацетона и образование твердого отхода (дорогостоящего 23) в количестве 1 кг отхода на 1 кг целевого продукта не позволяет отнести данное производство к экологически чистым. Наиболее близким к предлагаемому по сути и техническому уровню является способ получения холестерина 4, предусматривающий измельчение головного мозга млекопитающих, экстракцию липидов из сырого измельченного мозга ацетоном и выделение холестерина перекристаллизацией из этанола. Сырьем для данного способа служит головной мозг тюленя - нереализуемый отход промыслов. Экстракцию липидов из сырого измельченного мозга проводят 4-5-кратным избытком ацетона при температуре 20-25 С, повторяя операцию 4-5 раз. Экстракт упаривают в вакууме, холестерин-сырец извлекают реэкстракцией ацетоном и очищают двухкратной перекристаллизацией из этанола. Выход холестерина с чистотой н.м. 98,5 составляет 85-90 от содержащегося холестерина в мозге. Недостатки прототипа связаны с использованием в производственном процессе ацетона. Низкая селективность ацетона, как экстрагента холестерина, требует применения 4-5 кратного избытка экстрагента и четырехкратного экстрагирования, проведения двухкратной очистки холестерина перекристаллизацией из этанола, что приводит к повышению энергоемкости производственного процесса в связи с необходимостью регенерации больших количеств растворителя. Токсичность ацетона не позволяет использовать белковый остаток, остающийся после извлечения холестерина, и липидную фракцию, так как ацетон взаимодействует с аминофосфатидами с образованием иминов 5. 2723 1 Заявляемое изобретение направлено на решение следующих задач повышение селективности процесса экстракции холестерина, повышение выхода холестерина и его чистоты, повышение экологической чистоты производства холестерина, повышение степени полезного использования сырья, снижение энергоемкости процесса и себестоимости холестерина. Поставленные задачи решаются тем, что предварительно извлекают содержащиеся в сырье жирные кислоты этанолом при температуре от 1 до 4 С, экстракцию холестерина осуществляют СО 2 в жидком состоянии при повышенном давлении и равновесной температуре, а окончательную очистку холестерина проводят промывкой полученного продукта на фильтре этанолом с температурой от 1 до 14 С. Предварительное обезжиривание сырья этанолом производится согласно предлагаемому способу при температуре от 1 до 4 С. Нижний предел температуры (1 С) обусловлен температурой замерзания воды,при температуре выше верхнего предела (4 С) растворимость холестерина в тройной смеси вода - этанол- жирные кислоты достигает 0,02 , что, с учетом больших объемов жидкой фазы, может привести к потерям значительного количества целевого продукта и снижению выхода. Высокая селективность этанола по отношению к жирным кислотам при указанных температурных условиях позволяет уменьшить необходимое число циклов экстракции с 4 (прототип) до 1 (предлагаемый способ), и отношение растворительсырье с 4-5(прототип) до 3, благодаря чему уменьшается энергоемкость производственного процесса. Образующийся на стадии обезжиривания этанольный экстракт содержит воду, этанол, сумму жирных кислот от С 12 до С 20, из них 31,2 насыщенных, 33,3 мононенасыщенных и 35,5 полиненасыщенных жирных кислот. Из этанольного экстракта извлекают после отгонки этанола жирнокислотную фракцию. Использование в качестве экстрагента холестерина сжиженного СО 2 позволяет повысить чистоту холестерина до 99,5 и выход до 99,98 , а также облегчает окончательную очистку холестерина, которую проводят при необходимости промывкой холестерина-сырца на фильтре этанолом при температуре от 1 до 14 С. Температурный режим на стадии промывки холестерина обусловлен следующими объективными факторами при температуре ниже 1 С растворимость насыщенных жирных кислот снижается, что может привести к снижению чистоты готового продукта, при температуре выше 14 С растворимость холестерина в этаноле повышается, что может привести к усложнению процесса регенерации промывного этанола. Меньшая токсичность этанола, используемого в предлагаемом способе взамен ацетона, замкнутый цикл по СО 2 позволяют решить задачи повышения экологической чистоты производства и повышения степени полезного использования сырья на стадии обезжиривания дополнительно извлекается жирнокислотная фракция в количестве до 4 кг на 1 кг целевого продукта, а на стадии экстракции холестерина, в связи с инертностью СО 2, около 15 кг белкового остатка на 1 кг готового продукта. В отличие от наиболее близкого аналога применяется предварительное обезжиривание сырья при низких температурах (1-4) С, в качестве экстрагента используется этанол на стадии обезжиривания и СО 2 - на стадии экстракции холестерина, а окончательная очистка холестерина проводится промывкой холестерина-сырца на фильтре этанолом с температурой(1-14) С без перекристаллизации. Для получения холестерина с чистотой 99-99,5 вследствие применения предварительного обезжиривания и использования в качестве экстрагента холестерина сжиженного СО 2, не требуется проведения дополнительной очистки - перекристаллизации из этанола или ацетона, что также значительно снижет удельный расход энергии за счет снижения объема регенерируемого растворителя и использования для регенерации СО 2 в качестве теплоносителя теплой воды с температурой 40-45 С. Мягкие температурные условия проведения технологического процесса позволяют избежать окисления термолабильных липидов. Таким образом, в результате осуществления предлагаемого изобретения достигаются следующие технические результаты повышается селективность процесса экстракции холестерина, чистота готового продукта и выход холестерина, значительно повышается экологическая чистота производства, снижается энергоемкость производства, снижается себестоимость холестерина, повышается степень полезного использования сырья. Технико-экономические показатели предлагаемого способа получения холестерина в сопоставлении с прототипом приведены в таблице 1. 2723 1 Сравнительные технико-экономические показатели производства холестерина с использованием разных технологических вариантов. Технико-экономические показатели 1. Степень извлечения холестерина,2. Чистота холестерина 3. Энергозатраты на регенерацию растворителей кДж/кг холестерина 4. Экология ПДК вредных веществ мг/м 3 5. Степень полезного использования сырья,от общего веса сырья Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что применение предлагаемого способа получения холестерина позволяет повысить выход холестерина до 99,98 от общего содержания холестерина в сырье, при значительном снижении энергозатрат. Установка для получения холестерина предлагаемым способом включает реактор, в котором производится экстракция липидных производных этанолом при пониженной температуре и СО 2 - экстракция холестерина конденсатор СО 2, в котором происходит конденсация отделившегося СО 2 накопитель, предназначенный для сбора сконденсировавшегося в конденсаторе СО 2, и обеспечивающий равномерность подачи СО 2 в реактор конденсатор, предназначенный для конденсации паров этанола сборник промывного этанола испаритель роторно-пленочный для разделения этанольного экстракта на этанол и водно-жировую фракцию насос для подачи промывного этанола в сборник. фильтр для отделения кристаллического холестерина сборник этанола, предназначенный для хранения чистого и регенерированного этанола. Принципиальная технологическая схема приведена на фигуре. Описание технологической схемы. Извлечение холестерина проводится в два цикла первый - обезжиривание при низких температурах второй - экстракция холестерина. Измельченный головной мозг поступает в реактор 1, который заполняется этанолом из сборника 2 при соотношении сырьеэтанол 13. Смесь выдерживают в течение 24 часов при температуре 1-4 С, после чего раствор этанольный экстракт подается к роторно-пленочному испарителю 3, а белковый остаток в реакторе 1 промывается холодным чистым этанолом с той же температурой (1-4 С). Этанольный экстракт после обезжиривания из реактора подается в роторно-пленочный испаритель 3, где при температуре 30 С и остаточном давлении 15 мм рт.ст. происходит испарение этанола. Пары этанола конденсируются в конденсаторе 4, после чего этанол регенерированный собирается в сборнике 2 и используется для следующего цикла обезжиривания. Водно-жировая фракция из испарителя 2 поступает на дальнейшую переработку. СО 2 из накопителя 5 с давлением от 15 до 60 ати, самотеком подается в нижнюю часть реактораэкстрактора 1, заполненного обезжиренным и обезвоженным гомогенатом мозга, экстракт выходит из верхней части реактора и поступает в испаритель 6, где при повышенной температуре испаряется, и газообразный СО 2 поступает в межтрубное пространство конденсатора 7, охлаждаемого подачей в трубное пространство воды. Сконденсировавшийся СО 2 самотеком сливается в накопитель 5, после чего вновь поступает в реакторэкстрактор 1. Циркуляция СО 2 производится в течение заданного времени, в зависимости от количества загруженного сырья и условий проведения процесса экстракции. После окончания процесса экстракции в испаритель 6 из сборника 2 подается этанол, суспензия холестерина сливается из испарителя на фильтр 8, где холестерин-сырец отфильтровывается. Окончательная очистка холестерина осуществляется промывкой холестерина-сырца на фильтре свежим охлажденным этанолом. При этом температура промывного этанола выбирается в интервале 1-14 С, в зависимости от чистоты холестерина-сырца и характера содержащихся в нем примесей. Сушка холестерина проводится газообразным СО 2 с температурой 40 С на фильтре. 4 2723 1 Фильтрат и промывной этанол после фильтра 8 поступают в сборник промывного этанола 9, откуда насосом 10 подаются в сборник 2, смешиваются с чистым этанолом и используются для следующего цикла обезжиривания сырья. Пример. 102 кг свежего мозга гомогенизировали при помощи мясоизмельчительной машины, загружали гомогенат на фильтрующие сетки реактора 1, имеющего объем 0,6 м 3, в реактор 1 из сборника 2, дозировали 204 литра этанола с температурой 1 - 4 С, выдерживали с циркуляцией этанола через слой гомогената в течение 24 часов, после чего этанол поступал самотеком в роторный испаритель 3, остаток на фильтре промывался свежей порцией этанола с температурой 1-4 С, фильтрат также поступал в испаритель, после чего этанол отгонялся при давлении 2 кПа и температуре 30 С. Водно-жировая фракция, содержащая жирные кислоты,в количестве 76,92 кг, подается на дальнейшую переработку. После промывки этанолом обезжиренного гомогената, в реактор 1 снизу вверх из накопителя 5 подается сжиженный СО 2 под давлением от 15 до 60 ати. СО 2, проходящий через слой гомогената сырья в реакторе,растворяет холестерин и поступает в испаритель 6, где при повышенной температуре происходит отделение газообразного СО 2 от экстракта, СО 2-газ поступает в конденсатор 7, конденсируется и через накопитель 5 вновь подается в реактор 1. Циркуляцию СО 2 при температуре в испарителе 30-35 С и в конденсаторе 15-20 С проводили в течение 50 часов. Полученный холестерин-сырец содержал в качестве примесей 4,03 жирной кислоты (С 180), поэтому промывку на фильтре проводили этанолом с температурой 10-14 С. Выход холестерина составил 2,05 кг с содержанием основного вещества 99,5 , или 2,039 кг, что соответствует выходу 99,98 . Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5