СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТИНА Российский патент 2013 года по МПК A23L1/33 

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам получения хитина, (C8H13O5)n природного соединения из группы азотсодержащих полисахаридов. Одно из производных хитина, получаемое из него промышленным способом - хитозан, нашедший широкое практическое применение.

Большинство из известных способов получения хитина основаны на использовании отходов переработки ракообразных: криля, крабов, раков. Но существенные изменения, произошедшие некоторое время назад в отечественной экономике, привели к сокращению сырьевой базы хитина. Так, например, практически была прекращена добыча криля, вследствие чего заготовка панциря этого объекта промысла малообъемна. Выловленные крабы, как правило, реализуются в живом, вареномороженом видах за границу вместе с панцирем. В немногих регионах России существующие запасы позволяют промышленный лов раков. Вместе с этим каждым годом объемы мирового производства хитина и хитозана увеличиваются, что обуславливает необходимость решения вопроса о расширении сырьевых источников получения этих биополимеров (Утеушев Р.Р. Разработка технологии комплексной переработки панцирьсодержащего сырья и ракообразных Волго-Каспийского региона: Дис. канд. техн. наук. Астрахань, 2006. - 265 с.).

Поэтому в настоящее время наиболее перспективное направление расширения сырьевой базы хитинсодержащих объектов базируется на увеличении объемов промышленной переработки креветок, в добыче которых отмечается значительный рост.

Так по данным Центра системы мониторинга рыболовства и связи, с начала 2011 г. российские рыбопромысловые организации выловили порядка 5646 тонн креветок. Это на 200 тонн больше, чем за аналогичный период 2010 года (РИА fishnews.ru/news/16398).

Известен способ получения хитина из панцирей речных раков (Патент 2143214, Россия, МПК A23L 1/33, 1999 г.) путем их деминерализации 3-4% раствором HCl в соотношении 1:6 при непрерывном перемешивании в течение 1-1,5 ч при температуре окружающей среды с последующим фильтрованием и промыванием полученной массы. Для проведения следующей стадии депротеинизации отфильтрованный осадок заливают 4-5% раствором NaOH в соотношении 1:6 и перемешивают в течение 1-1,5 ч при температуре 70-80°C. Полученный таким образом хитин фильтруют, промывают и сушат.

Недостатком данного способа является жесткая химическая обработка сырья избытком 3-4% раствора HCl на стадии деминерализации и избытком 4-5% раствора NaOH на стадии депротеинизации, при температуре 70-80°C.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения хитина из клеточной стенки гриба Aspergillus niger являющегося продуцентом лимонной кислоты и отходом ее производства, содержащего до 20% хитина.

По данному способу биомассу Aspergillus niger, полученную после ферментации на заводе с целью получения лимонной кислоты, подвергают обработке 2 н соляной кислотой из расчета на 200 г отжатой биомассы 1 л кислоты в течение 15-20 мин при t=45-50°C. Далее биомассу обрабатывают смесью реагентов, содержащих 0,1% детергента (стиральный порошок "Лотос"), 1% этанола (96%), 2% NaOH из расчета к биомассе (3:1) при t=98°C в течение 35-45 минут. После отмывки водой продукт повергают воздействию 20% NaOH при t=100-110°C в течение 1 часа. Полученный ХГК отмывают от щелочи спиртами понижающейся концентрации: 96%, 70%, 50%, 30% и далее водой. Конечный продукт подвергают лиофильной сушке (Патент 2121505 Россия МКИ С12Р 19/04, С08В 37/02, C12N 1/14, 1998 г.).

Недостатком этого способа является очень жесткая обработка сырья при повышенной температуре, в течение длительного времени, использование на стадии промывки от щелочи спирта различной концентрации, а также использование сырья из которого невозможно получение хитина, как индивидуального химического вещества. Вследствие имеющего различия в составе и строении клеточной стенки грибов и панцирей ракообразных хитин некоторых грибов образует трудноразрушаемые комплексы с β-глюканам, который ковалентно связан с хитином, является щелоче- и кислотонерастворимым и сохраняется при попытках выделения хитина в чистом виде.

Задачей предполагаемого изобретения является расширение доступной сырьевой базы, разработка более технологичного процесса получения хитина исключающего применение щелочи.

Техническим результатом является расширение сырьевой базы, уменьшение негативного воздействия агрессивных сред на качество получаемого хитина, снижение температуры.

Поставленный технический результат достигается использованием в качестве сырья наружного скелета ракообразных рода Pandalus, которое после трехкратной промывки водопроводной водой, с целью депротеинирования обрабатывают 10% раствором натрия бикарбоната по модулю (1-3):(5-15) (сырье: реагент) в присутствии поверхностно-активных веществ ПАВ (стиральный порошок "Лотос"), при температуре 70°C в течение 120 минут, отстаивании продукта в течение 24 часов и повторном проведении депротеирования, промывки водопроводной водой до полного прекращения пенообразования, до значения pH соответствующего нейтральной среде, отжиму, проведения деминерализации 0.1М раствором соляной кислоты по модулю (1-3):(4-12) (сырье : реагент) при 20°С в течение 6 часов, промывки водопроводной водой до значения pH соответствующего нейтральной среде, отжиму, двукратная промывки дистилированной воды, отжиму, сушке при температуре 35-40°C до воздушно сухого состояния.

Использование в процессе бикарбоната натрия в сочетании с поверхностно-активным веществами исключает применение агрессивных и токсических реагентов: раствора концентрированной щелочи, и органических растворителей - спиртов, позволяет снизить температуру, что обеспечивает максимально щадящее воздействие на полимер, предотвращает его деградацию и исключает развитие вторичной пигментации продукта, а так же увеличивают экологическую и пожарную безопасность процесса, делают его более технологичным.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующим примером.

Пример. Сухие панцири креветок при раза промывали в избытке водопроводной воды. Заливали 10% раствором NaHCO₃ с добавлением поверхностно активного вещества (стирального порошка типа «Лотос») в соотношении 1:5, перемешивали в течение 120 минут при температуре 70°C, полученная реакционная масса отстаивалась в течение суток при комнатной температуре после чего по процесс ее обработки 10% раствором: NaHCO₃ с добавлением ПАВ повторялся. После этого реакционная масса подвергалась отмывке на воронке Бюхнера с последующим отжимом. Далее отфильтрованный осадок заливали 0.1М раствором HCl в соотношении 1:4 и перемешивали в течение 6 часов при температуре 20°C; полученный таким образом хитин, многократно промывали сначала водопроводной потом дистиллированной водой, фильтровали, отжимали и сушили при температуре 35-40°C.

Выделенный хитин нерастворим в воде, органических растворителях, слабых кислотах и щелочах. Элементный анализ (см. таблицу 1) хитина, полученного из панцирей креветок, показал несколько заниженное по сравнению с хитином крабов содержание углерода.

Источники информации

1. Патент 2143214, Россия, МПК A23L 1/33, 1999 г.

2. Патент 2121505, Россия, МКИ С12Р 19/04, С08В 37/02, C12N 1/14, 1998 г.

Таблица 1 Элементный анализ хитина   Содержание, % Образцы С Н N Хитин крабов 43.74 6.87 6.37 Хитин креветок 42.25 6.79 6.41

В качестве сырья используют наружный скелет ракообразных рода Pandalus. Сырье после трехкратной промывки водопроводной водой дважды депротеинизируют 10% раствором натрия бикарбоната при соотношении сырье: реагент (1-3):(5-15) в присутствии поверхностно-активных веществ при температуре 70°C в течение 120 минут с последующим отстаиванием. Полученный остаток промывают водопроводной водой до полного прекращения пенообразования, до значения pH, соответствующего нейтральной среде, и отжимают. Проводят деминерализацию 0,1 М раствором соляной кислоты при соотношении сырье: реагент (1-3):(4-12) при 20°C в течение 6 часов. Полученный остаток промывают водопроводной водой до значения pH, соответствующего нейтральной среде, отжимают, двукратно промывают дистиллированной водой, отжимают и сушат при температуре 35-40°C до воздушно сухого состояния. Изобретение обеспечивает получение хитина. 1 табл.

Способ получения хитина, отличающийся тем, что в качестве хитинсодержащего сырья используют наружный скелет ракообразных рода Pandalus, сырье после трехкратной промывки водопроводной водой с целью депротеинизирования обрабатывают 10%-ным раствором натрия бикарбоната по модулю (1-3):(5-15) (сырье: реагент) в присутствии поверхностно-активных веществ (стиральный порошок "Лотос"), при температуре 70°C в течение 120 мин, отстаивают в течение 24 ч и повторно проводят депротеинизирование, промывают водопроводной водой до полного прекращения ценообразования, до значения pH, соответствующего нейтральной среде, отжимают, проводят деминерализацию 0,1 М раствором соляной кислоты по модулю (1-3):(4-12) (сырье:реагент) при 20°C в течение 6 ч, промывают водопроводной водой до значения pH, соответствующего нейтральной среде, отжимают, двукратно промывают дистиллированной водой, отжимают, сушат при температуре 35-40°C до воздушно-сухого состояния.