Способ комплексной переработки панцирей ракообразных гидробионтов

 

Изобретение может быть использовано для получения концентрата каротиноидов, включая астаксантин, а также концентрата таких липидов, как фосфолипиды, триглицериды, диглицериды, стерины и т.п., содержащего от 50 до 80% лецитина (фосфатидилхолина), полиненасыщенных жирных кислот до 55%, среди которых доминируют жирные кислоты омега-3, омега-6. Экстракции подвергают измельченное влажное сырье, которую осуществляют ацетоном при температуре 15-25^oС и соотношении сырье : ацетон соответственно от 1:1-1:10, смесь перемешивают, обеспечивая полное смачивание сырья растворителем, отстаивают. Экстракт с комплексом БАВ отделяют от плотного остатка. Плотный остаток подвергают повторному экстрагированию, затем высушивают и направляют на депротеинизацию и деминерализацию для получения хитина и белка. Экстракты объединяют, ацетон упаривают под вакуумом при температуре не выше 60^oС. Полученную смесь липидов и липидорастворимых веществ смешивают с органическим растворителем, разделяют на фазы, раствор с липидами отделяют, фильтруют и сушат при помощи обезвоживающего агента, а затем упаривают фильтрат под вакуумом при температуре не выше 60^oС. Способ позволяет решить несколько проблем получения хитина: обеспечить наиболее полное извлечение органических компонентов при максимальном сохранении их нативных свойств и, как следствие, получить хитин белого цвета, не прибегая к дополнительной обработке. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к рыбной и пищевой промышленности, в частности к способам комплексной переработки гидробионтов, например панцирей ракообразных для получения БАВ, таких как каротиноиды (например, астаксантин), фосфолипиды и т. п. , а также хитина, хитозана, концентрата белка, которые могут быть использованы в качестве лекарственных, пищевых, лечебно-профилактических и косметических препаратов, а также химических реактивов.

Известен способ получения хитина из панциря пресноводного рака (Разработка технологии получения хитина из панциря пресноводного рака// Рыбное хоз-во: Обработка рыбы и морепродуктов. ЭИ. - М., вып.9. -1989, с. 12-14), включающий промывку и сушку панциря, его измельчение, депротеинизацию слабым раствором щелочи, фильтрование для удаления щелочного белкового раствора, промывку панциря на фильтре, деминерализацию панциря слабой кислотой, фильтрование для удаления зольных веществ с кислотой, экстрагирование ацетоном для удаления пигмента астаксантина, сушку хитина, дополнительное отбеливание хитина с последующей промывкой и сушкой.

Эта технология предусматривает получение хитина, кормового белка и астаксантина. В качестве сырья использовали очищенные от внутренностей панцири рака и отходы обработки рака, взятые целиком и переработанные в кормовую муку.

Наши исследования показали, что спектр получаемых продуктов может быть значительно расширен, а технология получения химически чистого хитина упрощена при одновременном повышении чистоты получаемых целевых продуктов.

Предлагаемый авторами способ переработки панциря ракообразных гидробионтов позволяет получать концентрат каротиноидов, включая астаксантин, а также концентрат таких липидов, как фосфолипиды, диглицериды, триглицериды, стерины и т.п., содержащий от 50 до 80% лецитина (фосфатидилхолина), полиненасыщенных жирных кислот до 55%, среди которых доминируют жирные кислоты омега-3, омега-6. Кроме того, экстрагирование ацетоном исходного влажного панциря ракообразных позволяет решить несколько проблем технологии получения хитина: обеспечить наиболее полное извлечение органических компонентов при оптимальном сохранении их нативных свойств и, как следствие, получить хитин белого цвета без дополнительной специальной стадии обесцвечивания, так как опыт показал, что после предварительной экстракции липидов и каротиноидов из панциря нет необходимости в химическом обесцвечивании хитина, как в технологии прототипа.

Предлагаемый способ переработки панциря ракообразных предусматривает использование только влажного сырья. Это дает возможность перерабатывать, например, панцири крабов непосредственно после извлечения мяса. В том случае, когда используют варено-сушеный панцирь (например, краба, креветки), сырье предварительно измельчают, заливают водой и выдерживают до полного набухания, после чего излишнюю влагу сливают/отцеживают.

Подготовленное таким образом сырье загружают в экстрактор и заливают ацетоном. Экстрагирование ведут при комнатной температуре от 15 до 25^oС. Соотношение масс сырье : ацетон выбирается с условием обеспечения полного смачивания сырья растворителем в пределах от 1:1-1:10. Смесь перемешивают и оставляют для экстрагирования на период времени от 8 до 24 ч. После окончания первой экстракции раствор отделяют от плотного остатка любым известным способом (фильтрованием или декантированием).

Экстрагирование плотного остатка повторяют при вышеуказанных условиях несколько раз (обычно 2-3 раза), затем плотный остаток сушат и используют для получения целевых продуктов: хитина и концентрата белка, а полученные экстракты собирают вместе и упаривают под вакуумом до полного удаления растворителей (ацетона) при температуре не выше 60^oС, позволяющей сохранить нативные качества целевых компонентов.

В результате получают водно-липидную эмульсию, которую смешивают с органическим растворителем (например, хлороформом, гексаном, петролейным эфиром и т.п.).

Возможен и второй вариант технологии. В зависимости от технических возможностей после упаривания экстрактов при тех же условиях (под вакуумом и при температуре не более 60^oС) может быть дополнительно проведена отгонка воды.

В этом случае получают осадок, который смешивают с любым органическим растворителем (например, кроме указанных в первым случае, этиловым спиртом и т.п.).

В первом случае эту смесь разделяют на фазы любым известным способом: отстаиванием, принудительным декантированием. Органическую фазу (смесь липидов и липидорастворимых веществ в растворителе) отделяют, сушат с помощью обезвоживающего агента (например, безводного сульфата натрия, силикагеля, окиси алюминия и др.) и любым известным способом (фильтрованием, декантированием) отделяют от плотного осадка.

Во втором случае раствор сушат с помощью обезвоживающего агента (аналогично первому случаю) и любым известным способом отделяют от плотного остатка и получают смесь липидов и липидорастворимых веществ, которая может быть использована для получения различных продуктов, содержащих БАВ (табл. 1).

В качестве сырья могут быть также использованы сушеные или варено-сушеные панцири ракообразных. В этом случае в обязательном порядке сырье замачивают в воде при комнатной температуре и подвергают экстрагированию после набухания.

Плотный остаток после отделения раствора липидов и липидорастворимых компонентов сушат.

Депротеинизацию и деминерализацию сырья осуществляют после экстракции его ацетоном. Получают хитин по следующему способу.

Сушеный панцирь депротеинизируют в водном растворе гидроксида натрия с концентрацией от 2 до 10% при температуре от 80 до 100^oС в течение 30-120 мин при постоянном или периодическом перемешивании. Массовое соотношение сушеного панциря и раствора щелочи от 1:6 до 1:20. По окончании депротеинизации плотный остаток отделяют центрифугированием или фильтрованием и промывают водой с температурой от 60 до 100^oС 3-4 раза до рН промывной воды не более 8,0.

Промытый депротеинизированный панцирь деминерализуют в водном растворе соляной кислоты с концентрацией от 3 до 8% при комнатной температуре (15-25^oС) в течение 30-120 мин при постоянном или периодическом перемешивании. Массовое соотношение исходного сушеного панциря и раствора кислоты от 1:6 до 1: 20. По окончании деминерализации плотный остаток отделяют центрифугированием или фильтрованием и промывают водой с температурой от 15 до 25^oС 3-4 раза до рН промывной воды не менее 6,0.

Полученный плотный остаток подвергают второй депротеинизации, аналогично первой депротеинизации, промывают горячей водой до нейтральной рН и сушат при температуре не выше 60^oС до массовой доли воды в продукте не выше 10%.

Получают белый порошок с содержанием основного вещества (хитина) не менее 98% в пересчете на сухое вещество. Массовые доли: остатка после прокаливания (золы) не более 0,3%; липидов - не более 0,1%; белковых веществ - не более 0,5%.

Предлагаемый способ заметно улучшает условия депротеинизации и деминерализации панциря ракообразных перед получением хитина, значительно уменьшает остаточное содержание липидов в готовом продукте. Предварительное экстрагирование ацетоном исходного влажного панциря ракообразных позволяет решить несколько проблем технологии получения хитина: обеспечить наиболее полное извлечение органических компонентов при оптимальном сохранении их нативных свойств и, как следствие, получить хитин белого цвета без дополнительной специальной стадии обесцвечивания.

Кроме того, уже на первом этапе обработки отделяются ценные БАВ - каротиноиды и комплекс фосфолипидов, что обеспечивает наиболее полное извлечение липидов и липидорастворимых компонентов и сохранение их нативных свойств.

По известным способам получения хитина из панцирей ракообразных для получения бесцветного хитина применяются различные способы химического обесцвечивания остатков каротиноидов. Такая обработка не гарантирует полное удаление посторонних соединений из хитина, а только делает их незаметными.

Исследование экстракции каротиноидов из панциря краба на различных стадиях его химической переработки показали, что уже после первой депротеинизации панциря часть каротиноидов становится практически нерастворимой в различных органических растворителях, таких как, например, хлороформ, гексан, спирт, ацетон. На последующих стадиях обработки (деминерализация, последующие промывки, сушка) цвет продукта сохраняет красную или розовую окраску, а готовый хитин, а также хитозан сначала имеют такую же окраску, а позже в результате окисления кислородом воздуха, цвет продуктов становится светло-коричневым, что снижает потребительские качества этих продуктов.

Степень экстрагирования каротиноидов ацетоном на разных стадиях получения хитина из панциря краба показана в табл. 2.

Концентрат каротиноидов и концентрат фосфолипидов из этих гидробинтов представляют собой композиции ценных БАВ и в настоящее время имеют широкий спектр применения в пищевой промышленности для приготовления лекарственных веществ, пищевых, лечебно-профилактических пищевых добавок, косметических препаратов и химических реактивов.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Сыромороженый панцирь камчаткого краба (карапаксы) массой 1000 г дефростировали на воздухе, измельчали на электромясорубке до размеров частиц не более 3 мм.

Измельченный панцирь загрузили в колбу вместимостью 5 дм³ и залили 3,0 дм³ ацетона при температуре 20^oС. Жидкость должна полностью покрывать сырье. Смесь интенсивно перемешивали в течение часа и настаивали при комнатной температуре в течение 24 ч.

Раствор после первой экстракции отделили центрифугированием (частота 10 000 об/мин, 20 мин, -10^oС).

Плотный остаток снова поместили в колбу и повторили вышеуказанный процесс.

Раствор после второй экстракции отделили центрифугированием при ранее описанных условиях.

Фугаты после первой и второй экстракций объединили и упарили под вакуумом на ротационном испарителе типа ИР-1М2 при температуре не выше 60^oС до полного удаления ацетона.

Осадок растворили в хлороформе и оставили для разделения фаз в делительной воронке. После разделения фаз нижнюю фазу (раствор в хлороформе) отделили, отфильтровали на воронке Бюхнера под вакуумом через слой безводного сернокислого натрия. Фильтрат упарили под вакуумом на ротационном испарителе при температуре 40^oС до полного удаления растворителя (хлороформа).

В результате получили 6,8 г жировой фракции, имеющей состав, представленный в табл. 1. Выход 0,68% от массы влажного панциря или 2,06% от массы сухого.

Высушенный плотный остаток представляет собой маслянистую вязкую массу темно-красного цвета с характерным запахом.

Плотный остаток панциря после экстракции собрали, высушили на воздухе. К сухому остатку (310 г) добавили 2 кг 4%-ного водного раствора NaOH с температурой 95^oС. Депротеинизацию проводили 1 ч при температуре 95-98^oС при перемешивании. После депротеинизации осадок отделили на воронке Бюхнера и промыли водой с температурой 85-90^oС до рН 7,5. Затем к влажному депротеинизированному панцирю добавили при перемешивании 2 кг 8%-ного раствора НСl с температурой 20^oС и провели деминерализацию при перемешивании в течение 1,5 ч при комнатной температуре. Осадок отделили на воронке Бюхнера и промыли водой с температурой 15-18^oС до рН 6. Затем к влажному деминерализованному панцирю добавили при перемешивании 2 кг 4%-ного раствора NaOH с температурой 90^oС и провели вторую депротенизацию при перемешивании в течение 1,5 ч при температуре 95-98^oС. Осадок отделили на воронке Бюхнера и промыли водой с температурой 85-90^oС до рН 7,5. Хитин высушили в сушильном шкафу при температуре 60^oС.

Получили 53 г белого хитина с массовой долей воды 7,3% и массовыми долями компонентов в пересчете на сухое вещество (%): хитин - 99,1; зола - 0,16; липиды - менее 0,05. Выход хитина - 5,3% от влажного панциря краба.

Пример 2.

Варено-сушеный панцирь камчатского краба (отходы после варки и отделения мяса краба) массой 300 г измельчили на электрической мясорубке до размеров частиц не более 3 мм.

Измельченный панцирь погрузили в колбу вместимостью 5 дм³ и залили дистиллированной водой при комнатной температуре, смесь перемешивали и при комнатной температуре настаивали в течение 18 ч.

Излишнюю воду после набухания сырья отделили фильтрованием на воронке Бюхнера.

Подготовленное таким образом сырье поместили в колбу вместимостью 5 дм³ и прилили 3 дм³ ацетона при температуре 20^oС. Смесь интенсивно перемешали в течение 1 ч и настаивали при комнатной температуре в течение 18 ч.

Раствор после первой экстракции отделили фильтрованием на воронке Бюхнера.

Плотный остаток снова поместили в колбу и повторили описанные выше действия. Настаивали 24 ч.

Раствор после второй экстракции отделили центрифугированием (частота 10000 об/мин, 20 мин, - 10^oС).

Фильтраты после первой и второй экстракции объединили, упарили под вакуумом на ротационном испарителе типа ИР-1М2 при температуре не выше 60^oС до полного удаления растворителя ацетона и воды.

Осадок растворили в петролейном эфире, раствор отделили фильтрованием на воронке Бюхнера под вакуумом от нерастворившейся части смеси.

Фильтрат упарили под вакуумом на ротационном испарителе при температуре 40^oС до полного удаления петролейного эфира (растворителя).

Получили 6,1 г жировой фракции. Выход целевого продукта составил 2,03% от массы сухого панциря.

Получен плотный остаток представляющий собой маслянистую массу темно-красного цвета.

Плотный остаток панциря после экстракции собрали, высушили на воздухе. Из сухого остатка (290 г) выделили хитин аналогично примеру 1. Получили 48 г белого хитина с массовой долей воды 8,7% и массовыми долями компонентов в пересчете на сухое вещество (%): хитин - 98,8; зола - 0,21; липиды - менее 0,05. Выход хитина - 16% сушеного сухого панциря краба.

Предложенный способ позволяет осуществлять первичную предварительную комплексную переработку панцирей ракообразных в сыром или варено-сушеном виде по упрощенной малозатратной технологии, получая при этом комплекс БАВ, в частности каротиноиды, и содержащий хитин и кормовой белок плотный остаток. Обезжиривание панциря при экстрагировании сырья ацетоном заметно улучшает условия депротеинизации и деминерализации панциря, значительно уменьшает остаточное содержание липидов в готовом продукте, кроме того, при экстракции отделяются ценные БАВ - каротиноиды и фосфолипидный концентрат, нативные свойства которых максимально сохранены, а хитин, получаемый из плотного остатка, будет иметь белый цвет без проведения дополнительной стадии обесцвечивания.

Способ не требует использования дорогостоящих химических веществ или оборудования.

Предварительное извлечение из панциря липидов и окрашенных соединений позволяет ускорить химические процессы переработки и получить продукты высокой чистоты.

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки панцирей ракообразных гидробионтов, включающий измельчение сырья, депротеинизацию, деминерализацию панциря, экстракцию из него БАВ ацетоном, отличающийся тем, что в качестве сырья используют только влажные панцири, экстракцию измельченного сырья ацетоном осуществляют при температуре 15-25^oС и соответственно соотношении сырье: ацетон 1: 1-1: 10 непосредственно после измельчения сырья, смесь сырья с ацетоном перемешивают, отстаивают и полученный раствор-экстракт, содержащий комплекс БАВ, отделяют от плотного остатка, плотный остаток подвергают повторному экстрагированию 1-2 раза, высушивают и используют для получения целевых продуктов хитина и белка, депротеинизацию и деминерализацию осуществляют после экстракции сырья ацетоном, а полученные растворы-экстракты соединяют, ацетон упаривают под вакуумом при температуре не выше 60^oС, полученную смесь липидов и липидорастворимых веществ смешивают с органическим растворителем и разделяют на фазы, раствор липидов и липидорастворимых веществ в органическом растворителе отделяют, фильтруют и сушат при помощи обезвоживающего агента, а затем упаривают фильтрат под вакуумом при температуре не выше 60^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после упаривания ацетона из экстрактов получают водно-липидную смесь, которую смешивают с органическим растворителем, не смешивающимся с водой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после упаривания ацетона из экстрактов при тех же условиях проводят отгонку воды, получают осадок, который смешивают с любым органическим растворителем.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сырья используют измельченное сушеное или варено-сушеное сырье, сырье заливают водой при комнатной температуре, оставляют для набухания, и набухшие панцири используют для последующего экстрагирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2