Способ комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена

Способ комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к рыбоперерабатывающей и косметической промышленности, а именно к способам переработки шкур рыб для получения гиалуроновой кислоты и коллагена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки коллагенсодержащего сырья, предусматривающий предварительное замораживание сырья, измельчение, обезжиривание, щелочно-солевую обработку, промывку, нейтрализацию, измельчение полученного коллагена, растворение его в органической кислоте и гомогенизацию [Патент №2139937. Способ обработки коллагенсодержащего сырья / А.О.Титов; О.П.Титов; В.Г.Хантургаева; Н.М.Кожевникова; Г.И.Хантургаева - №2139937; Заявлено 07.12.1998; Опубл. 20.10.1999].

Недостатками способа являются многооперационность и длительность процесса; применение более агрессивных реагентов; необходимость растворения коллагена в органической кислоте.

Техническая задача изобретения заключается в разработке способа комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена, позволяющего получать гиалуроновую кислоту и коллаген за один технологический цикл, реализовать безотходную технологию переработки прудовой рыбы путем наиболее полного использования вторичных продуктов разделки, расширить сырьевую базу косметической промышленности, а также сократить длительность и упростить технологический процесс получения целевых продуктов.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена, характеризующийся тем, что для получения гиалуроновой кислоты и коллагена используют шкуры прудовых рыб, для чего полученные с рыбоперерабатывающих предприятий шкуры прудовых рыб промывают холодной проточной водой в течение 10-15 мин, измельчают их до размера 2-3 мм, проводят водную экстракцию при температуре 40-45°C в течение 40-50 мин при соотношении измельченные шкуры:вода равном 1:1 при периодическом перемешивании, фильтруют, далее жидкую фракцию сушат в распылительной сушилке при температуре продукта на выходе из сушилки 60-65°C в течение 15-25 мин с получением гиалуроновой кислоты, твердую фракцию подвергают отбеливанию перекисно-солевым раствором, взятым таким образом, чтобы вся твердая фракция была покрыта перекисно-солевым раствором, который готовят путем смешивания 3%-ной перекиси водорода с хлоридом натрия, из расчета: на 1 л 3%-ной перекиси водорода вносится 20 г хлорида натрия, процесс ведут в течение 12 часов, по истечении указанного времени перекисно-солевой раствор сливают, затем отбеленную твердую фракцию подвергают набуханию в 1,0-1,2%-ном растворе гидроксида натрия, взятом в соотношении 1:1 к массе твердой фракции, 24 ч при температуре 20-25°C с последующей нейтрализацией полученной смеси 3%-ным раствором борной кислоты, далее осуществляют обработку набухшей твердой фракции раствором ферментного препарата «Панкреатин» (например, «Панкреатин» Ирбитского химфармзавода, Россия, по данным производителя - субстанция-порошок аморфный с энзимной активностью: протеолитической - 200 ФИП единиц (МЕ ферментативной активности), амилолитической - 3500 ФИП единиц, литической- 4300 ФИП единиц), взятым в количестве 0,5-0,6% к массе твердой фракции, в течение 1,5-2,0 ч при температуре 37-40°C, причем ферментный препарат готовят путем его смешивания с водой в соотношении 1:3, далее проводят промывку твердой фракции холодной проточной водой для удаления остатков «Панкреатина», полученный коллаген, в зависимости от назначения, направляют на сушку в сушильные камеры с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 18-20°C в течение 12 ч и хранение в сухие вентилируемые помещения при температуре не выше 20°C в течение 24 месяцев или замораживают до температуры минус 18 - минус 20°C и хранят при температуре минус 18 - минус 20°C в течение 24 месяцев, высушенную в распылительной сушилке жидкую фракцию хранят при температуре 0-4°C в течение 12 месяцев или растворяют в физиологическом буферном растворе.

Технический результат заключается в комплексном получении из шкур прудовых рыб гиалуроновой кислоты и коллагена за один технологический цикл, в расширении функциональных возможностей вторичного сырья, реализации безотходной технологии и глубокой переработки вторичных продуктов.

Способ осуществляют следующим образом.

Для получения гиалуроновой кислоты и коллагена используют шкуры следующих видов рыб: карпа, белого амура, щуки, толстолобика, карася и др. Предлагаемый способ может быть использован для получения гиалуроновой кислоты и коллагена из шкур морских рыб.

Принятую шкуру подвергают промывке холодной проточной водой в течение 10-15 мин для удаления слизи, загрязнений и извлечения глобулиновых и альбуминовых белков. Далее шкуру измельчают ручным или автоматизированным способом до размера 2-3 мм, поскольку гиалуроновая кислота хорошо растворяется в теплой воде, далее проводят водную экстракцию гиалуроновой кислоты из шкур прудовых рыб. Экстракцию ведут при температуре 40-45°C в течение 50 мин при соотношении измельченные шкуры:вода равном 1:1 при периодическом перемешивании. Затем жидкость отфильтровывают. Жидкую фракцию используют для получения ГУК, а из твердой фракции выделяют коллаген. Жидкую фракцию сушат в распылительной сушилке при температуре продукта на выходе из сушилки 60-65°C в течение 15-25 мин. Гиалуроновую кислоту хранят в высушенном виде

при температуре 0-4°C в течение 12 месяцев или растворяют в физиологическом буферном растворе.

Твердую фракцию подвергают отбеливанию перекисно-солевым раствором, который готовят путем смешивания 3%-ной перекиси водорода и хлорида натрия из расчета: на 1 л 3%-ной перекиси водорода вносится 20 г хлорида натрия, перекисно-солевой раствор берется в том количестве, чтобы вся твердая фракция была им покрыта, процесс ведут в течение 12 часов, по истечении указанного времени перекисно-солевой раствор сливают. Затем отбеленную твердую фракцию подвергают набуханию в 1,0-1,2%-ном растворе гидроксида натрия, взятым в соотношении 1:1 к массе твердой фракции в течение 24 часов при температуре 20-25°C с последующей нейтрализацией полученной смеси 3%-ным раствором борной кислоты в течение 10 мин. Далее набухшую твердую фракцию обрабатывают раствором ферментного препарата «Панкреатин» с целью доочистки коллагена от балластных глобулиновых и альбуминовых белков и жировых компонентов. Ферментный препарат вносят в количестве 0,5-0,6% к массе твердой фракции, причем ферментный препарат готовят путем смешивания с водой в соотношении 1:3, процесс проводят в течение 1,5-2,0 ч при температуре 37-40°C с последующей промывкой холодной проточной водой для удаления остатков «Панкреатина».

После промывки в воде коллаген либо замораживают до температуры минус 18 - минус 20°C, либо сушат, причем сушку целесообразнее проводить в сушильных камерах с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 18-20°C в течение 12 ч.

Высушенный коллаген хранят в сухих вентилируемых помещениях при температуре не выше 20°C в течение 24 месяцев, замороженный коллаген хранят при температуре минус 18 - минус 20°C в течение 24 месяцев.

Способ комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена поясняется следующим примером.

Пример №1.

1 кг шкур карпа подвергают промывке в холодной проточной воде температурой 18°C в течение 10 минут с целью удаления с поверхности сырья слизи, загрязнений, извлечения балластных глобулиновых и альбуминовых белков. Далее шкуры карпа измельчают до размера 2-3 мм вручную, добавляют 1 л воды, нагревают смесь в термостате до 40°C и выдерживают 50 мин при указанной температуре и периодическом перемешивании. По истечении указанного времени жидкую фракцию отфильтровывают.

Жидкая фракция используется для выделения гиалуроновой кислоты, а твердая - используется для получения коллагена.

Жидкую фракцию сушат в распылительной сушилке при температуре продукта на выходе из аппарата 61°C в течение 15 мин. После сушки продукт представляет собой белый аморфный порошок, хорошо растворимый в воде. Выход биопрепарата - 12% в пересчете на СВ. Гиалуроновую кислоту хранят в высушенном виде при температуре 2°C в течение 12 месяцев.

Твердую фракцию подвергают отбеливанию, для этого готовят раствор 3%-ной перекиси водорода и хлорида натрия, взятых из расчета: на 1 л 3%-ной перекиси водорода вносится 20 г хлорида натрия и заливают этим раствором твердую фракцию на 12 часов, таким образом, чтобы вся твердая фракция была покрыта перекисно-солевым раствором. По истечении указанного времени перекисно-солевой раствор сливают.

Затем отбеленную массу для набухания заливают 1 л 1,0%-ного раствора гидроксида натрия на 24 часа при температуре 20°C. После набухания масса твердой фракции составляет 1,5 кг.

Далее проводят нейтрализацию гидроксида натрия 3%-ным раствором борной кислоты в течение 10 мин.

Для доочистки твердой фракции от балластных глобулиновых и альбуминовых белков и жировых компонентов проводят обработку раствором ферментного препарата «Панкреатин». К твердой фракции добавляют 3 л воды, нагревают смесь до 37°C, вносят 7,5 г «Панкреатина» и выдерживают 2,0 ч при указанной температуре и периодическом перемешивании. По истечении указанного времени твердую фракцию промывают холодной проточной водой для удаления остатков ферментного препарата.

После промывки в воде полученный коллаген замораживают при температуре минус 18°C либо сушат, причем сушку целесообразнее проводить в сушильных камерах с принудительной циркуляцией воздуха и при температуре 18°C в течение 12 ч.

Высушенный коллаген хранят в сухих вентилируемых помещениях при температуре не выше 20°C в течение 24 месяцев.

Как видно из таблицы 1, предложенный способ позволяет получать гиалуроновую кислоту и коллаген за один технологический цикл, гиалуроновая кислота после сушки представляет собой белый аморфный порошок, хорошо растворимый в воде, выход гиалуроновой кислоты составляет 10-12% в пересчете на СВ, выход коллагена - 45-50% от массы измельченных шкур. В процессе водной экстракции значительное влияние на выход гиалуроновой кислоты оказывает температура. При достижении температуры 50°C наблюдается максимальный выход биополимера, использование 3%-ной перекиси водорода приводит к значительному повышению внутрипорового давления в соединительной ткани, раздвигает ее структурные элементы, вызывает образование множественных связей радикального типа между активными группами боковых цепей молекул коллагена и позволяет добиться в дальнейшем наилучшего поглощения гидроксида натрия. Анализ экспериментальных данных показывает, что при получении коллагена уже через 3 ч после начала пероксидно-щелочного гидролиза степень набухания шкур рыб составляет порядка 50%. Максимальное значение степени набухания образца наблюдается через 24 ч после начала гидролиза. Механизм действия гидроксида натрия заключается в нарушении и ослаблении некоторых водородных мостиков, частичном разрыве белково-углеводных мембран, окружающих пучки коллагеновых фибрилл, воздействие гидроксида натрия и пероксида водорода способствует лучшему проникновению щелочи в структуру коллагеновых фибрилл.

Воздействие «Панкреатина» приводит к ослаблению и частичному разрыву связей между белковыми веществами, белково-липидными комплексами, что приводит к извлечению из шкуры мукополисахаридов, вымывание белковых образований бесструктурных веществ дермы.

В способе комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена возможно использование ферментного препарата «Панкреатин» различных производителей (Боисинтез, Россия; Микомс, Россия; ООО Индукерн-Рус, Россия; Самсон-Мед, Россия; Hubei Maxpharm industries Со., Китай; Biozym Gesellshaft fur Enzymtechnologie GmbH, Германия, и др.), имеющих схожую энзимную активность с ферментным препаратом «Панкреатин» Ирбитского химфармзавода, Россия.

Сушку коллагена целесообразнее проводить в сушильных камерах с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 18-20°C в течение 12 ч. Преимуществом данного способа является то, что высушенный коллаген по внешнему виду соответствует данному виду продукта, сушка не требует дополнительных затрат электроэнергии.

Проведение водной экстракции для выделения гиалуроновой кислоты при температуре выше 50°C не приводит к существенному изменению выхода ГУК, но создает условия для развития денатурационных и коагуляционных процессов, снижающих чистоту и качество препарата. Температура ниже 50°C снижает скорость экстракции, а следовательно, замедляет весь технологический цикл.

При использовании пероксида водорода в концентрации, ниже 3%, не приводит к достижению должного эффекта, а при использовании пероксида водорода в концентрации выше 3%, приводит к перерасходу окислителя.

Предлагаемый способ позволяет получить гиалуроновую кислоту и коллаген за один технологический цикл, реализовать безотходную технологию переработки вторичных продуктов разделки прудовой рыбы, рационально использовать маловостребованное сырье рыбной промышленности, сократить длительность технологического процесса, использовать шкуры всех видов рыб, в том числе и морских.

Табл.1
Критерии сравнения	Прототип	Новое техническое решение
Наименование стадий
Прием кожи прудовых рыб	Нет данных	Шкуры принимают партиями
Промывка	Этиловым спиртом с целью обескровливания петушиных гребней (сырье:этиловый спирт 1:2)	Промывка холодной проточной водой (τ=10-15 мин, t=18-20°C)
Измельчение	Измельчение шкур до размера 2-3 мм	Измельчение шкур до размера 2-3 мм
Экстракция	Раствором ферментного препарата «Коллагеназа» с содержанием 0,035-0,040% к массе сырья в течение 45-50 мин при температуре 45-50°C и pH 6,8-7,0.	Водой (τ=40-50 мин, t=40-45°C)
Фильтрование	Вакуумное	Механическое с применением фильтра
Осаждение ГУК	Осаждение 96%-ным этиловым спиртом (жидкая фракция:этиловый спирт 1:3)	Не требуется
Сушка	Сублимационная сушка	Сушка в распылительной сушилке (τ=15-25 мин, t=60-65°C)
Отбеливание	Нет данных	3%-ный раствор перекиси водорода, 2% хлорида натрия, τ=12 ч
Набухание	Щелочно-солевая ванна, содержащая 4-5% NaOH и 6-7% Na2SO4, ж.к.=3.	1,0-1,2%-ный раствор гидроксида натрия, τ=24 ч, t=20-25°C
Нейтрализация	90 мин при температуре 18-20°C сульфатом аммония в количестве 5% от массы исходного сырья при перемешивании	3%-й раствор борной кислоты, τ=10 мин
Ферментативная обработка	Нет данных	Обработка ферментным препаратом «Панкреатин» (t=37-40°C; τ=1,5-2,0 ч; дозировка 0,5-0,6% к массе сырья, ж.к.=1-3)
Общее время проведения процесса (без учета продолжительности сушки или замораживания)
	Нет достаточных данных	Менее 2 суток

Способ комплексной переработки рыбного сырья для получения гиалуроновой кислоты и коллагена, предусматривающий промывку холодной проточной водой в течение 10-15 мин шкур прудовых рыб, измельчение шкур до размера 2-3 мм, водную экстракцию при температуре 40-45°С в течение 40-50 мин при соотношении измельченное сырье:вода 1:1 при периодическом перемешивании, фильтрацию, сушку жидкой фракции в распылительной сушилке при температуре продукта на выходе из сушилки 60-65°С в течение 15-25 мин с получением гиалуроновой кислоты, твердую фракцию подвергают отбеливанию в течение 12 ч перекисно-солевым раствором, приготовленным путем смешивания 1 л 3%-ной перекиси водорода с 20 г хлорида натрия, обработку отбеленной твердой фракции 1,0-1,2%-ным раствором гидроксида натрия в течение 24 ч при температуре 20-25°С с последующей нейтрализацией полученной смеси 3%-ным раствором борной кислоты, обработку твердой фракции ферментным препаратом «Панкреатин», взятым в количестве 0,5-0,6% к массе твердой фракции, в течение 1,5-2,0 ч при температуре 37-40°С, промывку твердой фракции холодной проточной водой для удаления остатков «Панкреатина» с получением коллагена, полученный коллаген, в зависимости от назначения, направляют на сушку в сушильные камеры с принудительной циркуляцией воздуха, при температуре 18-20°С в течение 12 ч или замораживают до температуры минус 18 - минус 20°С.