Способ получения хитина

Способ получения хитина

Реферат

Изобретение относится к рыбной промышленности, в частности к получению хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков с применением фермент-субстрата, извлеченного из желудков сома.

Все известные способы получения хитина из панцирьсодержащих отходов ракообразных можно разделить на две группы: получение хитина химической обработкой и получение хитина с применением ферментных препаратов животного и микробиологического происхождения.

Известен способ получения хитина из панциря речных раков химической обработкой, включающий деминерализацию 3-4% раствором соляной кислоты в соотношении 1:6 при непрерывном перемешивании в течение 1-1,5 часа в условиях окружающей среды и депротеинизацию 4-5% раствором гидроксида натрия в соотношении 1:6 при перемешивании в течение 1-1,5 часа при температуре 70-80°С (Пат. РФ №2143214, 1999 г).

Основным недостатком этого способа являются относительно жесткие условия обработки хитинсодержащего сырья, длительное время нахождения его при температуре 70-80°С в растворах щелочи и кислоты 3-5% концентраций, что приводит к деструкции полимера. Кроме того, получаемый по этому способу хитин содержит примеси минеральных и белковых веществ 2-3% и 3-5% соответственно, что требует дополнительной очистки от примесей золы и белка.

Применение ферментов для депротеинизации панцирьсодержащего сырья обеспечивает более мягкие условия получения хитина и позволяет сохранить в наибольшей степени его нативные свойства. Использование ряда ферментных препаратов делает возможным совмещение нескольких операций, что упрощает процесс.

Известен способ выделения хитина гидробионтов, включающий ферментативную депротеинизацию и деминерализацию. Депротеинизацию и деминерализацию проводят одновременно обработкой панцирей водным раствором кислых протеолитических ферментов микробиологического происхождения при рН 1,5-4,5 и температуре 15-60°С в течение 1-48 часов при соотношении фермент: субстрат 1:1-1:1000 (А.с. СССР №1022463, 1981 г).

Известен также способ переработки панцирьсодержащих отходов ракообразных, включающий размораживание сырья и подготовку водной суспензии с концентрацией субстрата 6-8%, нагревание до 45-50°С, добавление при перемешивании порций 11 N соляной кислоты для деминерализации и снижения рН до 3,5-4 и его стабилизации, внесение фермента в концентрации 0,15% для гидролиза белков при температуре 60°С в течение 2 часов, используя перемешивание. Щелочную очистку хитина осуществляют 1-2% раствором гидроксида натрия с добавлением 0,1% сульфита натрия при 60-70°С в течение 1-2 часов (Немцев С.В. "Разработка комплексной технологии хитина и хитозана из панцирьсодержащего сырья криля с применением ферментных препаратов и криоактивации". Автореферат кандидатской диссертации. М., - 1997 г., стр. - 10-12).

Однако методы, предусматривающие применение на стадии депротеинизации протеолитических бактерий или ферментных препаратов, требуют тщательной работы по отбору и культивированию достаточно активных штаммов, не проявляющих хитинолитической активности, а также дорогостоящих ферментов животного и микробиологического происхождения.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ переработки панцирьсодержащих отходов ракообразных (Немцев С.В. "Разработка комплексной технологии хитина и хитозана из панцирьсодержащего сырья криля с применением ферментных препаратов и криоактивации". Автореферат кандидатской диссертации. М., - 1997 г., стр. - 10-12). Данный способ включает технологические операции: размораживание сырья и подготовку водной суспензии, нагревание, добавление соляной кислоты для деминерализации, внесение фермента для гидролиза белков, щелочную очистку хитина. Однако внедрение в промышленность известного способа затруднено, так как требует наличия дорогостоящих ферментных препаратов (протавоморин).

Известен ферментный препарат из внутренностей океанических рыб, обладающий достаточно высокой протеолитической активностью. Ферментный препарат получали следующим способом: размороженные внутренности измельчали, добавляли поваренную соль (10-12% массы сырья) и нагревали. Процесс осуществляли при перемешивании до достижения температуры 35-38°С и на горизонтальной центрифуге отделяли жидкую фракцию (ферментный препарат) от плотного остатка. Дальнейшая обработка ферментного препарата проводилась на сепараторе (Дацун В.М., Семенов Б.Н. Биологически активные вещества. "Технология продуктов из гидробионтов". Под ред. Т.М.Сафроновой и В.И.Шендерюка. - М., - 2001, стр. - 466-468).

Однако при таком способе выделения ферментных препаратов в той или иной мере происходит денатурация ферментных молекул за счет использования поваренной соли. Денатурация приводит к снижению протеолитической активности ферментных препаратов.

Задача заявленного изобретения - получение хитина с низким содержанием примесей минеральных и белковых веществ из отходов переработки ракообразных.

Поставленная задача достигается способом получения хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков, характеризующегося тем, что он предусматривает деминерализацию подготовленного сырья, ферментативную депротеинизацию и щелочную очистку, при этом перед деминерализацией влажные панцирьсодержащие отходы обесцвечивают спиртом, затем к обесцвеченному высушенному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и при перемешивании порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин, деминерализацию осуществляют в течение 1-1,5 часа при температуре 20-25°С, ферментативную депротеинизацию совмещают с окончательной деминерализацией и проводят кислым фермент-субстратом из желудков сома в соотношении деминерализованный панцирь : вода : фермент-субстрат 1:3:1-1:2:2 при рН 2-2,5, температуре 30-40°С, в течение 24-48 часов, а щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 при температуре 90-95°С в течение 1-1,5 часа.

В предпочтительном варианте фермент-субстрат для ферментативной депротеинизации получают путем размораживания замороженных желудков сома, их измельчения, смешивания с 50% воды (к массе измельченных желудков), подкисления смеси соляной кислотой до рН 1,5-2,5, ферментации при температуре 38-40°С в течение 4-5 часа и центрифугирования при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин.

Технический результат заключается в получении из панцирьсодержащих отходов речных раков хитина с низким содержанием примесей минеральных и белковых веществ без применения дорогостоящих ферментных препаратов.

Кроме того, заявленный способ позволяет совместить процессы депротеинизации и деминерализации, что снижает трудоемкость процесса.

Способ получения хитина заключается в следующем.

Панцирьсодержащие отходы речных раков обесцвечивают спиртом, затем к высушенному обесцвеченному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и в режиме перемешивания отдельными порциями - концентрированную соляную кислоту для предварительной деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин. Продолжительность процесса составляет 1-1,5 часа при температуре окружающей среды 20-25°С. Депротеинизацию и окончательную деминерализацию осуществляют кислым фермент-субстратом (комплексом протеиназ) из желудков сома при соотношение деминерализованного панциря : воды : фермент-субстрата 1:3:1-1:2:2, рН 2-2,5 и температуре 30-40°С в течение 24-48 часов. Окончательную щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение 1-1,5 часа при температуре 90-95°С.

Фермент-субстрат, представляющий собой комплекс протеиназ, получают следующим образом.

Желудки сома охлажденные и размороженные моют в чистой проточной воде при температуре не выше 15°С, измельчают на волчке с диаметром решетки 5 мм, добавляют 50% воды от массы сырья и при перемешивании концентрированную соляную кислоту до рН 1,5-2,5, термостатируют при температуре 38-40°С в течение 4-5 часов, после чего гидролизованную массу центрифугируют при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин и отделяют фермент-субстрат от негидролизованного остатка. Фермент-субстрат представляет собой суспензию, выход которой 70-75% и протеолитическая активность 3,2 ед/г.

Пример 1. Панцирьсодержащие отходы, образующиеся при разделке вареных речных раков, измельчают на волчке с диаметром решетки 5 мм, промывают водой, подпрессовывают для удаления избытка воды и обесцвечивают спиртом. Обесцвеченный отжатый панцирь высушивают и к нему добавляют воду в соотношении 1:10. Поддерживая режим перемешивания, вносят отдельными порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя концентрацию HCl до 2% в течение 30 мин. Процесс осуществляют в течение часа при температуре окружающей среды 20°С, после чего раствор сливают, осадок подпрессовывают, добавляют к влажному деминерализованному панцирю воду и фермент-субстрат (комплекс протеиназ) в соотношении 1:3:1 для депротеинизации. Процесс проводят при температуре 30°С, рН - 2,0 в течение 48 часов, затем промывают водой до нейтральной среды, остаток подпрессовывают, обрабатывают 2% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение 1,5 часа при температуре 95°С, затем промывают водой до нейтральной среды и высушивают полученный хитин.

Пример 2. Сухие, измельченные панцирьсодержащие отходы речных раков, обесцвечивают спиртом. Панцирь от спиртового экстракта отделяют фильтрованием или центрифугированием и высушивают. Дальнейшие операции аналогичны примеру 1.

Пример 3. Мороженые панцирьсодержащие отходы (концентрат панциря головогруди речных раков) размораживают, обесцвечивают спиртом, затем к высушенному обесцвеченному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8 и при перемешивании вносят отдельными порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя концентрацию HCl до 4% в течение 40 мин. Процесс осуществляют в течение 1,5 часа при температуре окружающей среды 25°С, после чего раствор сливают, осадок подпрессовывают, добавляют к влажному деминерализованному панцирю воду и фермент-субстрат (комплекс протеиназ) в соотношении 1:2:2 для депротеинизации. Процесс проводят при температуре 40°С, рН - 2,5 в течение 24 часов, промывают водой до нейтральной среды, остаток подпрессовывают, обрабатывают 3% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение часа при температуре 95°С, затем промывают водой до нейтральной среды и высушивают полученный хитин.

Предлагаемый способ позволяет рационально использовать панцирьсодержащие отходы речных раков, а также отходы от разделки хищных видов рыб (внутренности). В ходе технологического процесса переработки панцирьсодержащих отходов речных раков, кроме основного продукта - хитина можно получить побочный продукт - каротиноиды, относящиеся к биологически активным веществам.

1. Способ получения хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков, характеризующийся тем, что он предусматривает деминерализацию подготовленного сырья, ферментативную депротеинизацию и щелочную очистку, при этом перед деминерализацией влажные панцирьсодержащие отходы обесцвечивают спиртом, затем к обесцвеченному высушенному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и при перемешивании порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин, деминерализацию осуществляют в течение 1-1,5 ч при температуре 20-25°С, ферментативную депротеинизацию совмещают с окончательной деминерализацией и проводят кислым фермент-субстратом из желудков сома в соотношении деминерализованный панцирь: вода: фермент-субстрат 1:3:1-1:2:2 при рН 2-2,5, температуре 30-40°С, в течение 24-48 ч, а щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 при температуре 90-95°С в течение 1-1,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фермент-субстрат для ферментативной депротеинизации получают путем размораживания замороженных желудков сома, их измельчения, смешивания с 50% воды (к массе измельченных желудков), подкисления смеси соляной кислотой до рН 1,5-2,5, ферментации при температуре 38-40°С в течение 4-5 ч и центрифугирования при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин.