Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
1.1. Современные представления о строении, структуре и свойствах хитина и хитозана 11
1.2. Характеристика панцирьсодержащего сырья морских и пресноводных ракообразных 20
1.3. Сравнительный анализ способов переработки панцирьсодержащего сырья ракообразных 28
1.3.1. Химический и биотехнологический способы получения хитина 30
1.3.2. Электрохимический способ получения хитина 39
1.3.3. Получение хитозана 46
1.4. Области применения хитина и хитозана 50
1.5. Композиционные хитинсодержащие материалы: способы получения, свойства и применение 58
2. Экспериментальная часть 62
2.1. Объекты исследований 62
2.2. Методы исследований
2.2.1. Технологические стадии 62
2.2.2. Методы анализа 65
3. Результаты и их обсуждение - — 74
3.1. Разработка технологии получения хитин-минерального материала из ракообразных электрохимическим способом 74
3.1.1. Выбор и обоснование оптимального режима депротеинирования панцирьсодержащего сырья
3.1.2. Разработка технологии удаления липидов из хитин минерального материала 93
3.1.2.1. Исследование качественного и количественного состава липидов образцов ХММ, полученных электрохимическим и кислотно-щелочным способами 96
3.1.2.2. Выбор и обоснование рациональных параметров , процесса удаления липидов из ХММ 99
3.1.3. Сравнительная оценка хитинсодержащих материалов, полученных электрохимическим способом без и со стадией обезжиривания 108
3.1.4. Технология получения хитин-минерального материала при комплексной переработке панцирьсодержащего сырья электрохимическим способом 110
3.2. Изучение физико-химических и биологических свойств хитин минерального материала 114
3.2.1. Исследование структуры хитин-минерального материала 114
3.2.1.1. ИК-спектры хитинсодержащих материалов 114
3.2.1.2. Исследование пористой структуры хитинсодержащих материалов 116
3.2.1.2.1. Исследование удельной поверхности и объема сорбционного пространства хитинсодержащих материалов 117
3.2.1.2.2. Исследование эффективного радиуса и объема пор хитин-минерального материала 119
3.2.2. Изучение сорбционных свойств хитин-минерального материала 124
3.2.2.1. Исследование сорбционных свойств хитинсодержащих , материалов в отношении ионов тяжелых и переходныхметаллов 124
3.2.2.2. Исследование липидсвязывающей способности хитин минерального материала 131
3.2.3. Органолептические и химические свойства ХММ 133
3.2.4. Исследование биологической активности и токсико гигиеническая оценка ХММ 134
3.3. Разработка биологически активных препаратов на основе хитин минерального материала 138
3.3.1. Разработка БАД «Хизитэл» 141
3.3.2. Разработка рецептуры и технологии БАД «Кальций-Д3 Хизитэл» 143
3.4. Опытно-промышленная установка для производства хитин минерального материала 152
Выводы 157
Список использованной литературы
- Химический и биотехнологический способы получения хитина
- Композиционные хитинсодержащие материалы: способы получения, свойства и применение
- Выбор и обоснование оптимального режима депротеинирования панцирьсодержащего сырья
- Органолептические и химические свойства ХММ
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одним из перспективных направлений в биотехнологии является выделение биологически активных веществ из гидробионтов, содержащих широкий спектр уникальных компонентов с ценными свойствами, и получение препаратов на их основе для применения в различных отраслях народного хозяйства и одновременно более полное, комплексное использование природных биоресурсов.
Биополимеры хитин и хитозан, основным источником получения которых служат панцирьсодержащие отходы переработки промысловых ракообразных, находят широкое применение благодаря своей сорбционной, липотропной, бактериостатической, иммуномодулирующей активности. В настоящее время разработано более 100 направлений использования хитина и хитозана в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, медицине, косметике, биотехнологии и экологии, исследования по расширению областей их применения активно продолжаются (Албулов А. И., Фролова М. А., 2010; Варламов В. П., 2010 и др.).
Рыбная отрасль России располагает значительной базой панцирьсодержащего сырья, однако получение хитина с воспроизводимыми характеристиками из панцирьсодержащих отходов крабов затруднено из-за их . неоднородности, а отвечающие этим требованиям панцирь криля и креветки -г недоступны в России из-за утраты криледобывающего флота и экспорта основной Z массы добываемой креветки.
Поэтому актуальными являются исследования, направленные на поиск-новых отечественных сырьевых источников хитина и хитозана, а также на получение композитов этих биополимеров с другими соединениями, что позволит расширить спектр их биологической активности и сфер применения.
К одному из наиболее массовых источников для получения хитина/хитозана относится рачок-бокоплав гаммарус, промышленная добыча которого осуществляется во внутренних водоемах России (озерах Западной Сибири, Алтайского края, Челябинской обл.). Запасы этого рачка исчисляются тысячами тонн, а вылов не сопряжен с нарушением биологического равновесия в водоемах. В настоящее время гаммарус в основном используется как кормовая добавка в птицеводстве и при выращивании ценных пород рыб ().
В определенных областях использования: очистка воды и почв от ионов тяжелых и переходных металлов и радионуклидов конкурентоспособными с
хитином материалами являются полупродукты его получения - хитин-глюкановый (Горовой Л. Ф., 1999), хитин-белковый, хитин-меланиновый (Немцев С. В., 2006) и хитин-минеральный комплексы (Селиверстов А. Ф., 1993). Благодаря высоким сорбционным свойствам хитин-минерального материала по отношению к ионам тяжелых металлов и радионуклидам (Селиверстов А. Ф., 1997) использование его в области энтеросорбции весьма перспективно.
Отмечается возросший интерес к панцирьсодержащему сырью как источнику сбалансированных легкоусвояемых минеральных комплексов, предназначенных для восполнения дефицита кальция, магния, цинка, фосфора и других элементов, играющих важную роль в жизнедеятельности организма (Мезенова О. Я., 2006).
Известно, что биологические свойства хитинсодержащих материалов зависят не только от их состава, но и от способа получения. Традиционные способы получения хитинсодержащих материалов, основанные на многократном депротеинировании, деминерализации и обесцвечивании хитинсодержашего сырья с помощью щелочей, кислот, окислителей или ферментных препаратов, весьма длительны, требуют значительных материальных затрат и экологически опасны. Использование химически агрессивных сред, вызывающих деструкцию и окисление нутриентов, часто приводит к ухудшению качества получаемого хитина и сопутствующих компонентов (белков, липидов), что не позволяет комплексно перерабатывать панцирьсодержащее сырье, а его ценная белково-минеральная составляющая в связи с переводом в деструктурированные солевые формы лишается своей биологической ценности.
Альтернативным способом является электрохимический метод, основанный на обработке сырья в водных растворах электролитов под действием постоянного электрического тока, обеспечивающий щадящие условия осуществления технологических процессов и позволяющий в одном технологическом цикле получать все ценные компоненты (хитин, белковые гидролизаты и липиды) высокого качества (Маслова Г. В., 1992; Куприна Е. Э., 2007).
В связи с этим представляются актуальными исследования, направленные на разработку новой технологии получения хитин-минерального материала из ракообразных электрохимическим способом и создание на его основе биологически активных препаратов.
Цель и залами исследования. Цель исследования заключалась в разработке технологии получения хитин-минерального материала из ракообразных электрохимическим способом и создании на его основе биологически активных препаратов.
Для достижения поставленной цели были определены основные задачи:
- оптимизировать режимы депротеинирования и обезжиривания
панцирьсодержащего сырья при получении хитин-минерального материала
электрохимическим способом;
исследовать физико-химические и биологические свойства хитин-минерального материала;
- разработать рецептуру и технологию получения биологически
активных препаратов на основе хитин-минерального материала, содержащих
пищевые волокна и кальций.
Научная новизна работы. Впервые разработана, апробирована и внедрена в опытно-промышленное производство технология получения хитин-минерального материала электрохимическим способом, обеспечивающая его высокие сорбционные свойства и биологическую активность, а также существенное снижение затрат электроэнергии, расхода реагентов и возможность организации непрерывного и малоотходного процесса производства хитин-минерального материала.
Установлена зависимость сорбционных свойств хитин-минерального материала от степени депротеинирования и обезжиривания панциря.
Для улучшения органолептических показателей и функциональных свойств хитин-минерального материала показана необходимость удаления из сырья липидов. Изучены физико-химические и биологические свойства хитин-минерального материала, полученного электрохимическим способом, определен его состав, структура, сорбционные свойства.
Разработан эффективный способ обезжиривания панцирьсодержащего сырья без использования токсичных органических веществ, научная новизна которого подтверждена патентом РФ (№ 2225142 «Способ обезжиривания хитина»).
Впервые показана эффективность применения хитин-минерального материала при хронической интоксикации тяжелыми металлами, нарушении липидного обмена и дефиците кальция в организме.
Обоснована целесообразность использования хитин-минерального материала, полученного по разработанной технологии, для производства биологически активных препаратов.
Практическая значимость работы. Разработанная технология получения хитин-минерального материала электрохимическим способом из рачка-бокоплава гаммаруса и креветки внедрена в опытно-промышленное производство. Подготовлена нормативная документация на создание опытно-промышленной установки УПХ-1.00.00.000 для производства хитин-минерального материала, проведены заводские и Государственные межведомственные приёмочные испытания установки.
Разработана нормативная документация на производство препаратов на основе хитин-минерального материала: ТУ 9197-003-00472437-03 «Биологически активная добавка «Хизитэл», ТУ 9197-010-00472437-05 «Биологически активная добавка «Кальций-Д3-Хизитэл». Наработаны опытные партии хитин-минерального материала и препаратов «Хизитэл» и «Кальций-Дз-Хизитэл» на ТИС Филиала «ЭКОС» ОАО «Гипрорыбфлот» и ООО «Фармпродукт».
Препараты на основе хитин-минерального комплекса прошли апробацию в Институте токсикологии Минздрава РФ (г. Санкт-Петербург) в опытах на лабораторных животных при интоксикации тяжелыми металлами, дефиците кальция и нарушении липидного обмена.
Основные положения, выносимые на защиту:
-технология получения хитин-минерального материала из панциря ракообразных;
рационализация процесса де протеин ирования панцирьсодержащего сырья электрохимическим способом;
оптимизация технологии удаления липидов из панцирьсодержащего сырья без использования токсичных органических веществ;
результаты изучения физико-химических и биологических свойств хитин-минерального материала из панциря ракообразных.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на II Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1997), Научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ (ТУ) (Санкт-Петербург, 1999), VI Международной конференции «Новые достижения в исследовании хитина и хитозана» (Москва-
Щелково, 2001), Конференции «Развитие рыбохозяйственного комплекса России» в рамках 9-й Международной выставки «ИНРЫБПРОМ-2004» (Санкт-Петербург, 2004), Научно-практической конференции «Продовольствие России: безопасность, качество» (Санкт-Петербург, 2010).
Личный вклад соискателя. Экспериментальные исследования в лаборатории инновационных технологий и экологических проблем переработки гидробиоптов (ОАО «ГИПРОРЫБФЛОТ»), обобщение результатов по теме диссертационной работы выполнены автором самостоятельно.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, и 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и 16 приложений. Работа изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы и 33 рисунка, библиографию из 233 наименований, из них 52 на иностранном языке,
Химический и биотехнологический способы получения хитина
Элементарные звенья макромолекулы хитина соединены между собой р (1,4)-гликозидной связью и поочередно повернуты на 180. Это доказывается сопоставлением величин энергий активации гидролиза хитина азотной кислотой и- целлюлозы серной кислотой и их периодов идентичности при рентгеноструктурном анализе, а также окислением хитина периодатом [124].
Таким образом, хитин - линейны» аминополисахарид, состоящий из N-ацетил-2-амино-2-дезокси-0-глюкопиранозных звеньев [218].
Деацетилированием с помощью 45 - 50 %-ных растворов NaOH при высокой температуре хитин превращают в хитозан - поли-(1-4)-2-амино-2-дезокси-Б-глюкан.
Следует отметить, что в чистом виде хитин и хитозан практически не встречаются - мономерные звенья- этих полимеров всегда присутствуют совместно, так как любые методы выделения хитина из природных объектов индуцируют его деацетилирование, а степень деацетилирования- хитозана определяется условиями процесса его получения и обычно составляет 75 - 95% [212]. В настоящее время в мировой и отечественной науке нет четкого терминологического определения этих двух полимеров [166]. Наиболее распространенной точкой зрениясчитается, что к хитину относятся полимеры, растворимые только в минеральных кислотах, а к хитозану - и в органических кислотах. Для высокомолекулярных соединений эта граница находится в пределах 38-42 % степени деацетилирования. Однако при снижении молекулярной массы хитина и хитозана эти значения могут сильно меняться. В то же время сами термины «низко- или высокомолекулярные» хитин и хитозан разными авторами и производителями применяются в достаточно широких пределах. Поэтому химический состав хитина и хитозана принято характеризовать либо средним мольным содержанием фракции 2-ацетамидо-2-дезокси-0-глюкозы, обозначаемым Fa и характеризующим степень N-ацетилирования, либо средним мольным содержанием фракции 2-амино-2-дезокси-Б-глюкозы, обозначаемым Fd и характеризующим степень деацетилирования хитина [218].
Кроме того, в хитинсодержащих организмах хитин чаще всего ковалентно связан с другими биополимерами: с белками (ракообразные), с глюканами (грибы), с меланинами-(насекомые). В панцире ракообразных и в меньшей степени насекомых хитин также связан с минеральными веществами. В наиболее чистом виде в природе хитин встречается в гладиусе кальмаров.
Степень деацетилирования определяют методами потенциометрического и кондуктометрического титрования, ИК- и ЯМР-спектроскопии, дезаминированием по Ван-Слайку [124].
Для определения молекулярной массы хитина и хитозана используются методы светорассеяния [212], седиментации [16], гельпроникающей хроматографии [182], спектрофотометрического анализа или вискозиметрии [16,96].
Среднемассовая молекулярная, масса хитина, выделенного из панциря краба, достигает 1000 кДа, а хитозана - 100-700 кДа. Реакция деацетилирования, наряду с отщеплением ацетильных групп, сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей хитина, что может вызывать заметное уменьшение его молекулярной массы. На основании данных светорассеяния и седиментации установлено, хитин обладает узким молекулярно-массовым распределением (ММР), характерным для природных полимеров [124, 182, 212].
Имеются сведения о надмолекулярной и морфологической структуре хитина и хитозана, полученные с помощью различных современных методов исследований: ЯМР [190], ЭПР [9, 221], ИК-спектроскопии [211, 221], рентгенографии [40, 65, 102, 221], рассеяния электронов [233], хроматографии [182], пиролитической масс-спектрометрии [209], электронной сканирующей спектроскопии [221]. Кроме того, применяются методы термического анализа [102, 136, 221], термомеханического анализа [65], оптические [96] и потенциометрического титрования [124].
Многочисленные исследования- позволяют сделать вывод о том, что хитин и хитозан, подобно целлюлозе, обладают стереорегулярной высокоупорядоченной структурой и являются аморфно-кристаллическими полимерами.
Рентгенограмма хитина показывает хорошо очерченную орторомбическую решетку. В структуре хитина возможно образование водородных связей трех типов: О—Н...О, N-H...0 и О-H...N. Детальный анализ ИК-спектра хитина подтверждает межмолекулярную С=О...Н—N водородную связь вдоль оси волокна и отсутствие в кристалле хитина свободных ОН-, NH- и С=0-групп, не включенных в водородные связи. Авторы считают, что ОН-группа при С(6), которая имеет свободное вращение, может быть связана внутримолекулярной водородной связью с кислородом мостика и (или) атомом азота соседней глюкозаминовой единицы, а также участвовать в образовании межмолекулярной водородной связи, с ОН-группой у С(6) соседней макромолекулы. При этом последняя, может образовывать водородные связи с молекулами кристаллизационной воды [56].
Построены модели различных кристаллографических (структурных) модификаций хитина [56, 212]. В результате расчетов конформационнои энергии изолированной макромолекулы хитина, проведенных при фиксированной геометрии глюкопиранозного цикла, были определены восемь устойчивых конформаций, отличающихся по энергии, для которых характерно образование различных систем водородных связей. По мнению авторов [56], наиболее вероятными в хитине являются следующие водородные связи: - внутримолекулярные связи типа OL..H067, N2...H06/, 05...Н037, ОЗН...077, 07...Н067, 06Н...037;
Композиционные хитинсодержащие материалы: способы получения, свойства и применение
Как видно из рисунка 8, депротеинирование-1 осуществляется сначала (при смешивании сырья с католитом) при температуре около 85 С, которая постепенно в течение первых 3 ч снижается до комнатной температуры и не изменяется до конца выдерживания. Затем следует нагрев суспензии до температуры 85 С, которая достигается через 15 мин, и термостатирование при этой температуре 60 мин.
Данные рисунка 9 свидетельствуют о том, что рН суспензии при депротеинировании-I. эффективно снижается в течение первых 2,5 часов (с 12,40+0; 10 до 10 74+0,10) и не изменяется до конца выдерживания и только при последующем термостатировании постепенно снижается до 10,38+0,06.
Причиной интенсивного снижения рН в щелочной среде при депротеинировании-I является эффективное растворение белков и гидролиз липидов гаммаруса с образованием СЖК и расход щелочи на нейтрализацию кислых продуктов гидролиза сырья.
Значения Eh суспензии при депротеинировании-I (рисунок 10) имеют выраженные максимумы и минимумы. На основании закономерностей экстракции водо-, соле- и щелочерастворимых белков рыбы и взаимосвязи концентрации этих белков со значениями окислительно-восстановительных потенциалов их растворов [31], можно предположить, что при смешивании гаммаруса с католитом, сначала происходит интенсивное экстрагирование водо- и солерастворимых белков, заканчивающееся на 100 мин процесса, что подтверждается ростом значений Eh, так как эти фракции белков имеют Eh в области положительных значений. Экстрагирование щелочерастворимых белков заканчивается к 150 мин процесса; что обуславливает понижение значений Eh, так как эта фракция имеет собственный Eh в области отрицательных значений. Эти процессы сопровождаются резким снижением рН суспензии (рисунок 9) и заканчиваются через 2,5 ч. Во время последующего выдерживания сырья в католите Eh суспензии не изменяется и сохраняется на уровне минус 710 мВ. При последующем термостатировании суспензии Eh быстро (в течение 30 мин) повышается до минус 513 мВ, что свидетельствует о продолжении процесса экстрагирования и растворения белков, вызывающих повышение значений Eh, и далее сохраняется на этом уровне до конца процесса термостатирования.
В результате проведенных исследований установлено, что при обработке сырья католитом экстракционные процессы заканчиваются через 2,5 ч выдерживания при комнатной температуре, поэтому время этой стадии целесообразно снизить с 24 до 2,5 ч.
Так как для выдерживания сырья в католите используется отработанный раствор после стадии депротеинирования-П предыдущей партии сырья в электролизере, его характеристики (рН, Eh и температура) будут влиять на степень эффективности процесса на первой стадии депротеинирования. Исследования изменений этих параметров в процессе стадии депротеинирования-П полуфабриката в электролизере представлены на рисунках 11, 12 и 13.
Обработка в электролизере осуществляется при равномерном увеличении температуры, величина которой через 50 мин обработки достигает 55 С (рисунок 11). Затем для более полного удаления белка, по технологии [72, 158], осуществляется нагрев суспензии до температуры 82±3С и термостатирование при этой температуре 60 мин.
Как видно из рисунка 12, рН суспензии при обработке полуфабриката в электролизере через 15 мин достигает значения 12,4 и остается постоянным до конца электрообработки и при последующем термостатировании снижается незначительно — до 12,32 - в течение первых 20 мин и не изменяется до конца процесса термостатирования. t,c
Время, мин Рисунок 13 - Изменение окислительно-восстановительного потенциала (Eh) суспензии от продолжительности электролиза и термостатирования при депротеинировании-П Из рисунка 13 следует, что при обработке сырья в катодной камере электролизера Eh суспензии, достигнув через несколько минут значения около минус 900 мВ, не меняется на всем протяжении электрообработки. При последующем термостатировании Eh суспензии постепенно повышается, что вызвано скорее релаксационными процессами в католите, обусловленными рекомбинацией радикалов и окислением образовавшихся в результате электролиза восстановителей [13].
По-видимому, при обработке сырья в растворе катодной фракции происходит отделение и переход в раствор большей части мышечных белков и белков соединительной тканин Удаление же белков, ковалентно связанных с хитиновым панцирем, требует применения электрохимической обработки.
Известно, что белок, ковалентно связанный с хитином и образующий с ним структуры, имеющие сходство с жидкими кристаллами, расположенными в основном слое панциря, практически не поддается удалению [214].
Панцирьсодержащее сырье под действием электрического поля легко поляризуется, заряжается и поддается его силовому воздействию. В результате повышается гидролиз полипептидных связей и ускоряются все процессы массопереноса (экстракция, диффузия), изменяется клеточная структура, что выражается в увеличении проницаемости или разрушении клеточных мембран и агрегации внутриклеточного содержимого, и возрастает интенсивность физических и химических превращений.
Из-за небольших количеств белков, экстрагируемых при депротеинировании-П, и их постепенного гидролиза, установить взаимосвязь технологических параметров (рН и Eh) этого процесса со степенью экстрагирования белков из полученных графиков не представляется возможным, так как они не выходят за пределы точности определения этих величин. Однако снижение величины остаточного содержания белка (таблица 4) не вызывает сомнения в факте экстрагирования белков, и кроме того, происходит улучшение сорбционных свойств ХММ.
Выбор и обоснование оптимального режима депротеинирования панцирьсодержащего сырья
Проведенные исследования позволили обосновать технологию получения хитин-минерального материала при комплексной переработке панцирьсодержащего сырья, сущность которой заключается в депротеинировании ПСС электрохимическим способом с последующим удалением остаточных липидов однократной обработкой раствором карбоната натрия.
На основе выводов, сделанных в предшествующих разделах 3.1.1 и 3.1.2, были определены оптимальные условия каждой стадии технологического процесса получения хитин-минерального материала. Следует отметить, что варьируя параметрами технологического процесса, можно изменять физико-химические свойства хитин-минерального материала в зависимости от целей использования.
Технологическая схема получения хитин-минерального материала, при комплексной переработке панцирьсодержащего сырья электрохимическим способом представлена на рисунке 17.
Согласно разработанной технологии: — свежее или размороженное до минус 3 - минус 4 С сырье диспергируют на волчке до размера частиц не более 5x10"3 м, сушеное сырье предварительно замачивают в воде при соотношении 1:1, затем измельчают; — диспергированное сырье смешивают с катодной фракцией (католитом), полученной после депротеинирования в электролизере предыдущей партии панцирьсодержащего сырья, при соотношении 1:6 (вес/об.), выдерживают в течение не менее 2,5 часов при комнатной температуре; — выдержанную суспензию нагревают до 82 ± 3 С и термостатируют в течение не менее 45 минут при постоянном перемешивании; — после термостатирования суспензию направляют на фильтр, где происходит отделение твердой части (панциря-полуфабриката) от жидкой (белкового раствора), который является основой для получения белкового гидролизата; — раствор электролита, например, хлорида натрия - 1%, готовят перед электрохимической обработкой из заранее приготовленного концентрированного раствора: расчетное количество хлорида натрия растворяют в 10 - 15 л горячей (70-80 С) воды, затем концентрированный раствор заливается в реактор, где при непрерывном перемешивании он доводится до заданного объема; — панцирь-полуфабрикат смешивают с раствором электролита в соотношении не менее 1:20 (вес/об.), затем направляют на электрохимическую обработку в катодную камеру электролизера; — электрохимическую обработку сырья в катодной камере электролизера (депротеинирование-И) осуществляют при рН не менее 12,2, плотности тока не менее 400 А/м2, в течение не менее 45 минут; - обработанную в катодных камерах суспензию нагревают до температуры 82+3 С и термостатируют при непрерывном перемешивании в течение не менее 20 минут; - после термостатирования суспензию направляют на фильтр, где происходит ее разделение на жидкую катодную фракцию (католит) и депротеинированный панцирь; катодную фракцию сливают в сборник и используют длядепротеинирования-1 следующей партии сырья; - к депротеинированному панцирю добавляют в соотношении 1:10 (вес/об.) 4 %-ный водный раствор карбоната натрия. Полученную смесь выдерживают при температуре 82+3 С и непрерывном перемешивании в течение не менее 40 минут; - после обезжиривания смесь направляют на фильтр, где происходит отделение хитин-минерального материала от жидкой фракции, которую направляют в сборник для стоков; - полученный продукт промывают водой до нейтральных значений рН и направляют на высушивание при температуре окружающего воздуха или не более 60 С до остаточной влажности не выше 8 %.
Таким образом, разработана технология хитин-минерального материала при комплексной переработке панцирьсодержащего сырья электрохимическим способом, позволяющая получить хитинсодержащий продукт с высоким содержанием природных минеральных веществ и сорбционнои емкостью к ионам переходных металлов, на порядок превышающей аналогичный показатель хитина.
Наличие в спектрах полос, соответствующих деформационным колебаниям С-0 связи глюкопиранозного кольца при 1023 и 1072 см"1, асимметричных валентных колебаний С-О-С связи при 1152 см"1, деформационным колебаниям C-N и N-H связей (амид II) при 1555 см"1, валентным колебаниям С=0 связи ацетамидной группы (амид I) при 1627 и 1658 см"1, колебаниям C-N-H связи (амид III) при 1203-1263 см"1, валентным колебаниям N-H связи (амид А и амид В) при 3273 и 3107 см"1, валентным колебаниям ОН группы при 3456 см"1, согласуется с литературными данными по ИК-спектрам хитина ракообразных. ИК-спектры хитин-минерального материала и хитина дифференцируются по ярко выраженным полосам поглощения у частот 711, 874 и 1440 см"1, характеризующим колебания аниона С032\ которые присутствуют в хитин-минеральном материале и отсутствуют в хитине. Наличие этих полос обусловлено присутствием в ХММ большого количества карбоната кальция в виде кальцита в кристаллическом виде.
Из полос поглощения, характеризующих колебания неорганического Р043" иона (при 1090, 950, 500-650 и 480 см 1), в спектре ХММ присутствуют полосы поглощения симметричных валентных колебаний при 940 - 960 см", деформационных асимметричных колебаний при 568 см"1 и деформационных симметричных колебаний при 480 см"1. Полосы поглощения при 1090 см" (асимметричные валентные колебания неорганического Р043" иона) накладываются на полосы поглощения групп хитина и фосфатных групп фосфолипидов.
В полученных ИК-спектрах также имеются полосы деформационных колебаний С—Н связи метальных СН2 и СН3 групп липидов (2855-2952 см"1), колебаний С=0 связи лииидных соединений (1798 см"1).
На спектре ХММ также присутствуют полосы поглощения фосфолипидов - деформационные колебания Р-ОН связи при 1329-1378 см"1 и валентные колебания Р-ОН и 0=СОР связей при 1112 см"1.
Органолептические и химические свойства ХММ
Одним из эффективных путей решения проблемы коррекции питания является разработка и широкое применение биологически активных добавок к пище (БАД), которые являются концентратами природных (или идентичных природным) биологически активных веществ, необходимых организму. По мнению российских, зарубежных ученых и практиков регулярное употребление БАД в дополнение к основному рациону - это наиболее быстрый, экономически приемлемый и научно обоснованный способ решения проблем, связанных с полноценным питанием человека. При этом предпочтение отдаётся добавкам на основе природного сырья [73, 122, 130, 167, 168].
Применение средств природного происхождения для профилактики многих заболеваний и повышения эффективности их лечения является определенной ступенью эволюции взглядов общества на здоровье человека.
В частности, большое значение в профилактике многих заболеваний желудочно-кишечного тракта, сахарного диабета, желчекаменной и мочекаменной болезни, атеросклероза, аппендицита, различных опухолей, нарушений обмена веществ придается БАД, содержащим природные пищевые волокна (отруби, альгинаты, пектины, целлюлоза, лигнин). Пищевые волокна стимулируют моторно-секреторную и эвакуаторную функции кишечника, способствуют выведению из организма токсичных веществ, продуктов метаболизма холестерина, тяжелых металлов и радионуклидов, уменьшают токсическое действие антибиотиков, проявляют противовоспалительные и пребиотические свойства, положительно влияют на обмен желчных кислот. Как адсорбенты воды, пищевые волокна восстанавливают эвакуаторную функцию кишечника [7, 55, 81]. Рекомендуемая величина адекватного уровня потребления пищевых волокон в составе БАД составляет 20 г в сутки [130].
Известно, что практически на всей территории России имеет место в той или иной степени выраженности дефицит по кальцию. В среднем потребление кальция населением России составляет 200 — 530 мг в сутки [117, 151] при рекомендованной адекватной норме потребления 1250 мг [130], т.е. в 2 — 6 раз ниже физиологической потребности.
Кальций является основным элементом в организме человека не только в количественном, но и функциональном. отношении: последствиями его дефицита являются остеопороз и частые переломы костей, рахит, судороги в скелетных мышцах, тромбообразование, гипертоническая болезнь, аллергии, рак прямой кишки, .плохие зубы и- ломкие ногти,1 утомляемость, снижение концентрации внимания и раннее старение. Вопрос компенсации кальция в организме является особенно актуальным, поскольку обеспечить его оптимальное потребление за счет обычных продуктов питания крайне трудно [32, 58, 113, 117, 126, 132, 148, 153j 179, 188].
В настоящее время- на рынке представлены разнообразные кальцийсодержащие БАД, отличающиеся как по источнику кальция (химически синтезированные или природного происхождения соли кальция), так и по составу: В тоже время, по мнению специалистов, лучше усваиваются природные источники кальция, находящиеся в легкоусвояемой- организмом форме и представляющие собой комплексные конгломераты жизненно необходимых для обменных процессов в организме человека макро- и микроэлементов.
Особенно- перспективны многофункциональные БАД, обладающие, наряду со свойствами нутрицевтиков, свойствами парафармацевтиков: способностью регулировать липидный обмен и выводить из организма вредные вещества (холестерин, тяжелые металлы, радионуклиды).
Неблагоприятный экологический фон оказывает существенное влияние на состояние здоровья людей, заболеваемость животных и их продуктивность. Постоянное влияние неадекватных химических факторов отдельно, а чаще в различных сочетаниях, вызывает у них стрессовое состояние, снижение резистентности, которое характеризуется дефицитом энергетического обеспечения организма, возникновением иммунодефицитов, превалированием катаболитических процессов, в результате чего организм животных попадает в состоянием между нормой и патологией [128]. Метод сорбционной детоксикации занимает важное место в области эфферентной терапии, которая направлена на поддержание и восстановление естественных систем и функций организма [104, 129, 144, 181]. Поэтому задача получения эффективных энтесорбентов лечебно-профилактического назначения считается актуальной и решается с привлечением все новых сырьевых источников [28, 29, 64, 75, 119, 128].
С учетом изложенного и результатов проведенных исследований свойств хитин-минерального материала, представленных в разделе 3.2, было предложено разработать технологии ряда биологически активных препаратов на его основе.
Похожие диссертации на Технология получения биологически активных хитин-минеральных препаратов из ракообразных электрохимическим способом
