Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор Анализ научных и практических аспектов технологий переработки панцирьсодержащего сырья 9
1.1 Современное состояние сырьевых источников хитина 9
1.2 Сырьевые ресурсы ракообразных в Волго-Каспийском регионе 11
1.3 Характеристика существующих способов и оборудования для разделения мяса и панциря ракообразных 15
1.4 Строение и свойства биополимера XXI века и его производных . 17
1.5 Способы получения хитина и его производных 26
1.5.1 Получение хитина химической обработкой сырья 27
1.5.2 Получение хитина с применением ферментов, ферментных препаратов и протеолитических бактерий 31
1.5.3 Электрохимический способ получения хитина 36
1.5.4 Методы очистки хитина или хитинсодержащего сырья от пигментов (обесцвечивание) 38
1.5.5 Получение хитозана 41
1.5.6 Получение глюкозамина 45
1.6 Заключение 48
1.7 Постановка цели и задач исследований 49
Глава 2. Объекты и методы исследования 50
2.1 Характеристика объектов исследования 50
2.2 Методы исследований 50
2.3 Методика постановки эксперимента 54
2.4 Математическая обработка экспериментальных данных 57
Глава 3. Обоснование рационального использования ракообразных Волго-Каспийского региона 61
3.1 Изучение биологических и технохимических особенностей ракообразных Волго-Каспийского региона 61
3.2 Выбор способа разделки термически обработанных ракообразных 73
Глава 4. Разработка технологии переработки панцирьсо-держащего сырья ПСС речных раков 82
4.1 Изучение химического состава и показателей безопасности ПСС речных раков 82
4.2 Установление оптимальных технологических режимов обработки ПСС 85
4.2.1 Экстракция липидной фракции из ПСС-КС речных раков 85
4.2.2 Деминерализация ПСС из речных раков 88
4.2.3 Депротеинирование ПСС из речных раков химическими реагентами 94
4.2.4 Депротеинирование ПСС комплексом протеиназ из внутренностей хищных рыб * 99
4.2.5 Щелочная доочистка хитина 109
4.3 Изучение качества полученных продуктов 112
4.4 Исследование пути утилизации отходов, образуемых при получении хитина 117
Глава 5. Проверка результатов исследования в полупроиз водственных условиях 121
Глава 6. Установление экономической эффективности раз работанной технологии 134
Выводы 137
Список использованной литературы
- Строение и свойства биополимера XXI века и его производных
- Методы очистки хитина или хитинсодержащего сырья от пигментов (обесцвечивание)
- Изучение биологических и технохимических особенностей ракообразных Волго-Каспийского региона
- Экстракция липидной фракции из ПСС-КС речных раков
Введение к работе
Актуальность работы. Хозяйственная деятельность человека в морях и океанах в настоящее время сосредоточена главным образом на добыче полезных ископаемых (в первую очередь нефти на океаническом и внутреннем шельфах) и пищевых морепродуктов (рыба, моллюски, ракообразные, водоросли). В последнее время, в силу ряда объективных и субъективных причин, запасы основных видов гидробионтов значительно снизились.
В современных условиях новым перспективным направлением в рыбной отрасли является разработка и внедрение мало- и безотходных технологий, предусматривающих рациональную разделку объектов водного промысла и использование не только съедобных, но и несъедобных частей их тела в качестве вторичных сырьевых ресурсов. Такой подход особенно важен при переработке промысловых ракообразных, в процессе разделки которых количество отходов в виде остатков панциря составляет до 80%.
С 1970 гг. по настоящее время проводятся исследования по безотходной переработке ракообразных океанического промысла (криль, креветка, крабы) с использованием панцирьсодержащих отходов (ПСО) для получения биополимеров (хитина и его производных), уникальность которых заключается в их высокой сорбционной способности, биосовместимости, биодеградируемо-сти и др. В связи с чем, хитин и его производные нашли широкое применение в народном хозяйстве: пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве, биотехнологии,экологии и др.
Исследованиям в области переработки ПСО из ракообразных в хитин и хитозан посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Быкова В.П., Быковой В.М., Гамзазаде А.И., Рогожина СВ., Богданова В.Д., Сафро-новой Т.М., Немцева СВ., Данилова С.Н., Плиско Е.А., Леванькова СВ.,
5 Масловой Г.В., Куприной Е.Э., Албулова А.И., Нудьги Л.А., Пенистона К.П.,
Джонсона Е.Л., Muzzarelli R.A., Foster А.В., Hackman R.H. и др.
Вышеперечисленными учеными разработаны различные способы и технологии получения хитина, хитозана и их производных.
Существенные изменения, произошедшие в последние годы в отечественной экономике, привели к сокращению сырьевой базы хитина. Так, например, практически прекращена добыча криля и креветки, вследствие чего заготовка панциря этих объектов промысла малообъемна. Что касается выловленных крабов, то их реализуют в живом, вареномороженом видах за границу вместе с панцирем (Немцев СВ., 2002). С каждым годом объемы мирового производства хитина и хитозана увеличиваются, что обуславливает необходимость решения вопроса о расширении сырьевых источников получения этих биополимеров. Таким образом, является актуальным расширение сырьевой базы за счет других хитинсодержащих объектов.
На сегодняшний день Астраханская область одна из немногих, в которой существующие запасы позволяют вести промышленный лов раков. Наряду с этим развиваются такие направления аквакультуры, как искусственное разведение речных раков и гигантских пресноводных креветок. Однако существующие технологии переработки этих ракообразных предусматривают производство продукции в неразделанном виде: вареномороженои из раков и сыромороженой из креветок. Маркетинговые исследования показали, что спросом пользуются лишь крупные раки и креветки, а средние и мелкие экземпляры реализуются по сниженным ценам, что не выгодно рыбакам и производителям. Кроме того, известно, что выход пищевой части ракообразных составляет 20-35%, а остальные 65-80% представлены ПСО, которые теряются в виде бытовых отходов, загрязняя окружающую среду. При этом ПСО являются сырьем не только для получения хитина, но и уникальным источником функциональных и биологически активных соединений (каротинои-
ды), которые могут быть использованы в качестве пищевых добавок в составе лечебного и профилактического питания.
Учитывая важность рационального использования имеющегося сырья, а также неограниченные возможности применения хитина и хитозана в народном хозяйстве является актуальным разработка технологии комплексной переработки панцирьсодержащего сырья (ПСС) из ракообразных Волго-Каспийского региона.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в разработке технологии комплексной переработки ПСС из ракообразных Волго-Каспийского региона.
Для достижения указанной цели необходимо было решить задачи:
изучить биологические и технохимические особенности ракообразных Волго-Каспийского региона;
выбрать рациональный способ разделывания ракообразных для отделения пищевой части и заготовки ПСС из речных раков;
изучить химический состав и показатели безопасности заготовленного ПСС;
исследовать и обосновать параметры процесса экстракции липидной фракции из ПСС;
установить рациональные режимы процесса деминерализации ПСС;
апробировать традиционный химический способ депротеинирования нового вида ПСС;
обосновать рациональные режимы процессов депротеинирования ПСС комплексом протеиназ из внутренностей хищных рыб и последующей щелочной обработки;
исследовать качество полученного хитина и его производных;
изыскать пути утилизации отходов, образуемых при получении хитина;
определить экономическую эффективность разработанной технологии.
Научная новизна. Впервые разработана технология комплексной переработки ПСС из речных раков с применением для депротеинирования комплекса протеиназ, обеспечивающая сохранение нативных свойств хитина, белковых веществ, каротиноидов и предусматривающая утилизацию отходов, образующихся при получении хитина.
Установлены рациональные режимы процесса экстракции липидной фракции из ПСС речных раков, содержащей биологически активные вещества (каротиноиды), позволяющие получить хитин белого цвета.
Впервые получен комплекс кислых протеиназ из внутренностей хищных рыб и доказана возможность его использования для совмещения процесса депротеинирования со второй стадией деминерализации ПСС из речных раков.
Научно обоснованы рациональные режимы процессов деминерализации, депротеинирования комплексом протеиназ и последующей щелочной обработки.
Предложен способ безреагентной утилизации жидких отходов, образующихся при получении хитина, предотвращающий неблагоприятное экологическое воздействие разработанной технологии на окружающую среду.
Научная новизна разработанной технологии подтверждена патентом РФ № 2269913 «Способ получения хитина» от 20.02.2006 г. и приоритетом по заявке № 2004138044/20 «Способ получения астапигмента Р1Е» от 24.12.2004 г.
Практическая значимость работы. Разработана технология переработки речных раков Волго-Каспийского региона, включающая термическую обработку сырья, его разделывание с целью заготовки ПСС для получения биополимера (хитина) и выпуска разнообразной продукции (пищевой, кормовой). Предложен комбинированный способ разделывания вареных раков для отделения пищевой части от ПСО, направляемых на заготовку ПСС и получение кормовой белковой добавки
Разработан и утвержден пакет нормативных документов:
- Нормы отходов, потерь, выхода и коэффициент расхода сырья при производстве продукции из речных раков;
ТИ по первичной обработке речных раков;
ТИ по заготовке панцирьсодержащего сырья;
ТУ 9289-008-00471704-05 «Панцирьсодержащее сырье»;
ТИ по получению комплекса протеиназ из желудков сома;
ТУ 9289-009-00471704-05 «Комплекс протеиназ из желудков сома»;
ТИ по получению хитина из панцирьсодержащего сырья речных раков;
ТУ 9289-010-00471704-05 «Хитин»;
ТИ по изготовлению кормовой белковой добавки;
ТУ 9280-014-00471704-05 «Кормовая белковая добавка».
ТИ по получению концентрата каротиноидов;
ТУ 9289-015-00471704-05 «Концентрат каротиноидов»;
Нормы отходов, потерь, выхода и коэффициент расхода сырья при производстве продукции из речных раков, согласованы с рыболовецкой артелью по промыслу раков «Ишим».
Кроме того, получены санитарно-эпидемиологические заключения на опытные партии: ПСС за № 30.АЦ.01.928.Т.000909.12.05 и хитина за № ЗО.АЦ.01.928.Т.000917.12.05. На основании полученных санитарно-эпидемиологических заключений в ФГУ «Астраханский центр стандартизации метрологии и сертификации» зарегистрированы: ТУ 9289-008-00471704-05 «Панцирьсодержащее сырье» (регистрационный № КЛП 001645), ТУ 9289-009-00471704-05 «Комплекс протеиназ из желудков сома» (№ КЛП 001647) ТУ 9289-010-00471704-05 «Хитин» (№ КЛП 001646).
Строение и свойства биополимера XXI века и его производных
Хитин обратил на себя внимание ученых почти 200 лет назад. Этот биополимер был открыт в 1811 году профессором естественной истории Н. Braconnot (Франция) при исследовании состава грибов и получил название фунгин, в 1823г. Odier А. выделил вещество из надкрылий насекомых и назвал его хитин (греч. citwu-одежда). В 1878г. G. Ledderhose установил, что в состав хитина входят глюкозамин и уксусная кислота, но только в 1931г. Rammelberg идентифицировал фунгин и хитин и присвоил им общее название - хитин. Хитозан — производное хитина впервые был получен в 1859 году С. Rouget (Быкова В.М., Немцев СВ., 2002).
В России первые работы по изучению этих биополимеров были проведены в 30-х годах прошлого века под руководством академика АН СССР Павла Шорыгина, а системные исследования хитина и хитозана начались в 1950-е годы группой ученых, возглавляемой членом-корреспондентом АН СССР Степаном Даниловым.
Интерес к хитину и хитозану, технологии их получения и использования подтверждается регулярностью проведения международных конференций и симпозиумов, а также созданием в 2000г. Российского Хитинового Общества для координации всех исследований в области хитина и хитозана в России.
Уже проведены два съезда РХО одновременно с 6-ой и 7-ой Международными конференциями «Новые достижения в исследовании хитина и хитозана». Проведение конференций позволило наиболее рационально спланировать направления исследований по хитину (хитозану) и выработать единые требования к его качеству (Куприна Е.Э. и др., 1999).
В настоящее время мировое производство хитина и его производных составляет более 10 тыс. тонн в год, в том числе 3,7 тыс. тонн хитина, 2 тыс. тонн хитозана, 4 тыс. тонн глюкозамина (Красавцев Е.В., 2003). В то же время, большие запасы хитинсодержащего сырья делают принципиально возможным существенное увеличение объемов производства этих биополимеров.
Ведущую роль в мире, в части исследований по хитиновой проблеме и производству продукции, занимает Япония. В Японии работают около 20 компаний, выпускающих хитин и хитозан, а также другие производные, и свыше 40 организаций, занимающихся вопросами их использования. Именно в этой стране с 1972 г. впервые в мире начато производство хитина и хитозана, которое к настоящему времени достигло около 2000 т/год.
Второе место в данной проблеме производства и использования этих природных полимеров занимает США, где выпускается свыше 700 т хити-на/хитозана в год. Известны более 20 фирм США, производящих хитиновую продукцию.
Изучением проблемы и выпуском продукции в небольших объемах (100-150 т/год) занимаются такие страны, как Польша, Италия, Норвегия, Германия. В последние годы активно наращивают производство хитозана в Китае, Таиланде, Индии и др. (объем выпуска 250-300 т/год).
Научно-технический потенциал России по проблеме хитина и хитозана сопоставим с потенциалом других стран, решающих эти задачи. Россия входит в пятерку стран, имеющих наибольшие достижения по хитину и хитозану в научном и практическом планах. Россия обладает значительными ресурсами ракообразных для производства хитозана (панцирь крабов, креветок, криля, речных раков, гаммарус, сепион каракатицы, гладиус кальмара и др.). Наиболее масштабным, реальным и доступным источником сырья является панцирь дальневосточных крабов. По экспертным оценкам из добываемых крабов, возможно, вырабатывать до 500 т хитозана в год.
Специалисты называют хитозан веществом XXI века, так как у него широчайший диапазон применения: данный полисахарид используется в настоящее время более чем в 100 направлениях народного хозяйства (пищевая промышленность, медицина, косметика, сельское хозяйство, экология и др), и каждые 2-3 года ученые находят новые области его "самореализации". Мировой рынок продукции на основе хитозана в этом столетии будет носить глобальный характер. Рынок продукции из хитозана в ближайшей перспективе составит около 2 млрд. амер. долл. в год (Быков В.П., 1999).
Хитин по физико-химическим свойствам и биологической роли в животном мире аналогичен роли целлюлозы, но отличается от нее наличием ацетамидной группы, которая придает этому биополимеру ценные свойства.
Хитин представляет собой линейный гомополисахарид 2-ацетамидо-2-дезокси-Д-глюкозы, в котором моносахаридные остатки, повернутые поочередно на 180 соединены между собой /3-1-4 связями (Muzzarelli R.A.A. и др., 1972, Кочетков Н.К., 1986). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что выделенный, в частности, из панцирей ракообразных хитин представляет собой высокомолекулярный полимер с молекулярной массой 2-2,5 млн. Д (степень полимеризации 10-14 тыс.).
Методы очистки хитина или хитинсодержащего сырья от пигментов (обесцвечивание)
Простейшим методом обесцвечивания является процесс текстильного отбеливания с использованием Н2О2 или NaOCl. Однако подобные отбеливающие агенты воздействуют на свободные аминогруппы хитина, вызывая деградацию цепи, поэтому отбеливание лучше проводить как можно раньше по ходу технологического процессак выделения хитина (Moorjani M.N., и др. 1975).
Другой способ очистки от пигментов предусматривает последовательное обесцвечивание деминерализованного хитина 1%-ным раствором перманга-ната калия в соотношении 1:5, продолжительностью 30 мин при перемешивании и температуре окружающей среды. После удаления излишков раствора перманганата калия фильтрацией хитин обрабатывают 2%-ным раствором щавелевой кислоты в соотношении 1:5 в течение 30 мин. Затем массу промывают 2%-ным раствором соляной кислоты и отмывают водой до нейтральной реакции. Готовый хитин имеет белый цвет.
Для щадящего отбеливания предложен способ, основанный на применении гидросульфита натрия в количестве 0,25-0,5% при комнатной температуре (Леваньков СВ. и др., 1999). Способ позволяет получать хитин белоснежного цвета с сохранением активности концевых звеньев полимера и исключает вторичную пигментанию продукта при переводе его в хитозан. Кроме того, для обесцвечивания применяют 95%-ный этанол (Muzzarelli R.A.A., 1977), уксусно-этиловый эфир (Бржевски М.М. и др., 1982).
Применение всех вышеописанных способов обесцвечивания приводит к потере каротиноидов. Известно, что каротиноиды отнесены к биологически активным веществам (БАВ). Согласно современным представлениям, каро тиноиды ракообразных относятся к функциональным пищевым ингредиентам, которые способствуют улучшению ряда физиологических процессов в организме человека (Лебская Т.К. и др., 2000).
По химической структуре каротиноиды относятся к сильно ненасыщенным соединениям терпенового ряда, преимущественно с 40 углеродными атомами в молекуле, построенными по единому структурному принципу. В панцире ракообразных обнаружены следующие каротиноидные соединения: астаксантин, кантаксантин, fi-каротин, астацин и соответствующие им эфи-ры. Отличительная особенность этих соединений проявляется в присутствии длинной полиеновои цепочки и расположении двойных связей в кольцевых структурах, что и определяет их большую активность по сравнению с другими пигментами. Особенность химической структуры каротиноидов определяет антиоксидантную, радиопротекторную и антиканцерогенную активность этих соединений (Сергеев А.В. и др., 1992).
Современные представления о функциональном значении и влиянии на обменные процессы каротиноидов, а также имеющиеся данные о высоких концентрациях в отходах переработки ракообразных, убеждают в целесообразности их выделения с целью использования в качестве красителей пищевых продуктов (Лебская К.Т. и др., 2000). Таким образом, предварительное извлечение пигментов из панциря ракообразных позволит получить наряду с хитином дополнительный продукт - каротиноиды.
Разработан способ получения каротиноидных пигментов из отходов промышленной переработки ракообразных, посредством обработки измельченного ПСС 0,02-0,04н. раствором соляной кислоты при температуре 0-10С и интенсивном перемешивании в течение 1 часа. Затем отделяют фильтрат от плотного остатка центрифугированием, последний промывают водой до нейтральной реакции и подсушивают этиловым спиртом. Экстракцию каротиноидных пигментов осуществляют органическим растворителем при температу ре 15-20С до полного извлечения красителя. Для увеличения выхода кароти ноидов фильтрат, образовавшийся после обработки кислотой, осаждают 1н. раствором едкого натрия при интенсивном перемешивании до выпадения в изоэлектрической точке при рН 6-7 астаксантинбелкового комплекса. Выпавший осадок подсушивают этиловым спиртом и экстрагируют каротиноиды при тех же условиях. Полученные экстракты объединяют и упаривают под вакуумом при температуре 30-40С (Даценко З.М. и др., 1979).
Другой способ выделения каротиноидов заключается в обработке ПСС раствором уксусной кислоты в соотношении 1:1-1:2 при температуре 30-50С в течение 30-40 мин с последующим разделением смеси на твердую и жидкую фазу. Твердую фазу экстрагируют органическим растворителем (этанолом, экстракционным бензином, гексаном и ацетоном) в соотношении 1:4-1:6. Экстракцию проводят при температуре 40-50С в течение 4-6 часов. Полученный экстракт концентрируют, выдерживают при температуре 0-3С для удаления балластных веществ, теряющих растворимость при данной температуре в малом объеме растворителя. Охлажденный экстракт сепарируют и упаривают под вакуумом. Полученный пищевой краситель упаковывают в предварительно подготовленную тару (Анапольский А.С., 1987).
Изучение биологических и технохимических особенностей ракообразных Волго-Каспийского региона
Линька - сложный процесс, включающий не только морфологические, но и физиологические изменения организма. Формирование новой кутикулы будущего панциря происходит задолго до сбрасывания старого панциря в виде подпанцирной пленки, которая к моменту линьки становится плотной и толстой, но сохраняет гибкость и эластичность (Быкова В.М., 2001).
В ходе наблюдений установлены следующие стадии процесса линьки речных раков и пресноводных креветок: 1-я - подготовка к линьке (панцирь размягченный); 2-я - линька (панцирь мягкий); 3-я - завершение линьки (панцирь крепкий, не продавливается при легком нажатии).
Для Волго-Каспийского региона установлено, что речные раки на первом году жизни линяют 7-8 раз и достигают длины 4,5-5 см, на втором - 4-5 раз и их длина составляет 8-9 см. Половозрелые раки (в возрасте более 2 лет) линяют реже - 2 раза за вегетационный период, и их прирост в длине за линьку составляет не более одного сантиметра. Первая линька у раков поймы и дельты протекает обычно с середины июня и заканчивается в первой декаде июля. Вторая линька раков поймы происходит с середины августа до середины сентября (Колмыков Е.В. и др., 1999).
Изучение процесса линьки пресноводной креветки показало, что на рост и развитие личинки креветки большое влияние оказывает температура воды. При температурах ниже 24С развитие личинок задерживается. В табл. 2 приведены стадии развития креветки при оптимальной температуре воды 27-28С ки интервал между линьками достигает 26-38, а у самца - 43-87 дней, то есть взрослые креветки линяют 6-10 раз в год.
Во время линьки происходит изменение, не только размерно-массовых характеристик ракообразного, но и химического состава разных частей его тела. В табл. 3 приведены данные по изменению химического состава панциря рака и креветки в зависимости от стадии линочного цикла. Таблица 3 - Изменение химического состава панциря ракообразных в процессе линьки
Согласно данным табл. 3 панцирь раков и креветок во время подготовки к линьке содержит хитина 5,8 и 5,7% соответственно. Непосредственно после линьки содержание хитина в панцире рака и креветки увеличивается до 10,3 и 10,1% соответственно. Содержание минеральных веществ на этой стадии составляет 4,2 и 4,1%. При этом по внешнему виду и консистенции панцирь является мягким. В течение некоторого времени после сброса старого панциря в новых покровах интенсивно откладываются минеральные соли, при этом их количество увеличивается и достигает на стадии завершении линька 12,7% (рак), 7,9% (креветка) (Мукатова М.Д., Утеушев P.P., 2003).
Известно, что процесс изменения содержания хитина в старом покрове ракообразных катализируется хитинолитическими ферментами - хитиназой и хитобиазой, активность которых усиливается перед сбрасыванием панциря и уменьшается немедленно после линьки (Сафронова Т.М., 1974). Хитиназа и хитобиаза действуют на хитин последовательно, уменьшая его количество 5,8 и 5,7% соответственно (табл. 3). Синтез хитина на разных стадиях процесса линьки катализируется хитинсинтетазами, имеющимися в мышцах ракообразных. Эти ферменты обладают максимальной активностью в предли-ночный период, когда происходит формирование нового панциря у ракообразных и минимальной в межлиночный период (Сафронова Т.М., 1974).
Так как стадия «линьки» характеризуется максимальным содержанием хитина и минимальным - минеральных веществ в панцире, то переработка раков и креветок, находящихся в этой стадии, является наиболее выгодной с точки зрения получения полисахарида. Однако мясо ракообразных в это время менее вкусное, так как быстрое увеличение размеров тела обусловлено изменениями водного обмена в организме, которые приводят к накоплению воды в тканях (обводнению) и набуханию последних (Догель В.А., 1981).
С другой стороны интерес, как источник сырья для получения хитина, представляют сброшенные покровы речных раков и пресноводных креветок содержание хитина, в которых составляет около 6% (табл. 3). Однако сбор сброшенных панцирей речных раков невозможен, так как они обитают в естественных водоемах. Панцирь пресноводных креветок можно заготавливать во время сбора товарной креветки, поскольку он в большом количестве остаётся на дне бассейнов и прудов, в которых их выращивают.
Значительное влияние на переработку ракообразных, в особенности речных раков, оказывает скоротечность процессов посмертных изменений. Посмертные изменения у ракообразных проявляются в изменениях внешних признаков, химического состава и органолептических свойств (Сафронова Т.М., 1991).
Экстракция липидной фракции из ПСС-КС речных раков
Каротиноиды присутствуют в панцире в виде стехиометрического комплекса с липопротеинами. Каротино-протеины прочно связаны со структурным материалом наружных покровов тела (хитином). При термической обработке речных раков, с целью инактивации ферментов перед глубокой разделкой, панцирь ракообразных меняет окраску с зеленой на ярко-красную, что свидетельствует о разрушении каротино-протеинового комплекса. При этом каротиноиды переходят в свободное состояние и легко экстрагируются органическими растворителями.
Выделение липидной фракции из влажного ПСС-КС речных раков осуществляли путем трехкратной экстракции органическим растворителем (этиловым спиртом, ацетоном) при комнатной температуре, нагреве до 60-70С и соотношении сырья и растворителя 1:2-1:3. Экстракт, содержащий липиды, отделяли от плотного остатка фильтрованием. Плотный остаток подвергали повторной экстракции спиртом в соотношении 1:2.
В ходе экспериментов выявлено, что использование нагревания значительно сокращает общую продолжительность экстракции. Так при комнатной температуре экстракция липидной фракции длится 24-30 часов при интенсивном перемешивании. При повышении температуры до 60-70С общая продолжительность экстракции составляет 3-3,5 часа.
Экстракты объединяли и упаривали под вакуумом при температуре не выше 70С. В полученную водно-липидную вытяжку добавляли органический растворитель несмешивающийся с водой (гексан) и отделяли липидную фракцию в гексане. Гексан упаривали под вакуумом при температуре 60С. Отогнанные этиловый спирт и гексан использовали для обработки свежей партии ПСС-КС (Мукатова М.Д., Утеушев P.P., 2003). Результаты экстракции липидной фракции из ПСС-КС представлены в табл. 16.
Из табл. 16 видно, что трехкратная экстракция ацетоном или этиловым спиртом позволяет получить 0,3-0,32% липидной фракции от массы влажного ПСС-КС. При этом достигается полное обесцвечивание ПСС-КС, которое не зависит от вида экстрагента. Вместе с тем стоимость ацетона в 2 раза выше по сравнению с этиловым спиртом. Кроме того, этиловый спирт (пищевой) разрешен для применения в пищевой промышленности.
Исследование выделенной липидной фракции методом тонкослойной хроматографии показало, что она представляет собой смесь, состоящую из 10 компонентов: астаксантина и его эфира, астацина, кантаксантина, В-каротина, ди-, триглицеридов, фосфолипидов и др. Количественное содержание составных веществ в смеси составляет: триглицеридов - 20-25%; дигли-церидов - 2%; фосфолипидов 7%; астаксантина и его эфира составляет от 18 до 22%. Кроме того, известно, что в панцире ракообразных содержатся и другие каротиноидные соединения: кантаксантин, В-каротин, астацин и соответствующие им эфиры. Однако их количественное содержание не было определено в связи с отсутствием свидетелей. Выделенная липидная фракция названа концентратом каротиноидов.
Для выбора рациональных режимов процесса экстракции каротиноидов из ПСС-КС была осуществлена статистическая обработка данных. Критерием оптимизации (Уэ) являлся выход липидной фракции. Факторами, оказывающими существенное влияние на процесс, приняли температуру, при которой осуществляли экстракцию (t3) и продолжительность экстракции (тэ).
Обесцвеченное ПСС-КС из речных раков высушивали до полного удаления спирта и использовали для получения хитина.
Проведенные эксперименты показали, что область близкая к оптимуму процесса находится в диапазоне варьирования t, от 60 до 70С, тэ от 2,5 до 3,5 часов. Согласно этому осуществляли дальнейшее планирование эксперимента путем построения ротатабельного центрального композиционного плана. Полученные в ходе экспериментов данные (Уэ) вводили в матрицу планирования эксперимента (табл. 17), которую подвергали математической обработке.
