СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТИНА Российский патент 2014 года по МПК A23L1/33 

Изобретение относится с биотехнологии, в частности к способу получения хитина из содержащего хитин сырья, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной отраслях промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

Технология получения хитина включает использование щелочей, кислот, ферментных препаратов животного и растительного происхождения, прессования, высоких температурных режимов, замораживания, давления, вакуума либо совмещение перечисленных физических и химических факторов. Хитин извлекают из разнообразного сырья: панциря ракообразных, отходов пчеловодства и производства шелка, массы насекомых и их личинок, куколки тутового шелкопряда и др. (1, 2).

Известен способ получения хитина из кутикулы желудков домашней птицы, который осуществляется отделением, промывкой, сушкой и измельчением желудков, Последующей обработкой водой, раствором едкого натра при t 55-90°С, раствором соляной кислоты и сушкой продукта (3). Недостатком способа является использование 1.5-3.0% раствора щелочи, способ требует применения щелочеустойчивого оборудования, что удорожает стоимость конечного продукта и отрицательно влияет на качество побочного продукта, высвобождающегося при получении хитина, - белка.

Описан способ получения хитина из панциря речных раков, включающий деминерализацию сырья 4% раствором HCl при перемешивании 1.0-1.5 часа, фильтрацию и промывку полученной массы. Удаление белка из отфильтрованного осадка 4-5% раствором NaOH при перемешивании и t 70-80°С в течение 1.0-1.5 ч, фильтрацию, промывку и сушку полученного хитина (4). Однако описанная технология отличается длительностью, что повышает его стоимость.

Известны способы безотходной переработки отходов промысла ракообразных, предусматривающие ферментативный гидролиз белков, деминерализацию, повторное извлечение белка и солей 20-60% раствором щелочи при гидромодуле (20-60):1, t 95-120°С при периодическом перемешивании, причем начало процесса проводят в течение 5 мин при давлении 0,5-1,0 кг/см² (5, 6). Недостатками способов является их сложность, жесткие условия очистки хитина: использование концентрированного раствора гидроксида натрия (20-60%) и высокой температуры (95-120°С), что приводит к денатурации белковых компонентов, а также применение дорогостоящих ферментных препаратов.

Известен способ комплексной переработки панцирьсодержащего сырья, включающий его прессование, отделение белковой фракции, комплекса ферментов и жира от жома. Промывку жома водой при соотношении жома и воды 1:2 и температуре не выше 25°С, удаление белка и последующую диминерализацию соляной кислотой. Разделение хитина и кислотного гидролизата, промывку хинина и доочистку от белков раствором щелочи, отделение щелочного гидролизата и промывку хитина водой до нейтральной реакции (7). Недостатком способа является многостадийность и длительность процесса.

Известен также способ получения хитина из отходов переработки крабов, включающий прессование размороженного сырья, отделение жидкой белково-жировой и ферментной фракции. Ферментацию промытого жома, удаление пигментов, промывку, повторную депротеинизацию раствором гидроксида натрия (8). К недостаткам способа следует отнести усложненность технологии, использование многочисленных реагентов - ферментных препаратов, антисептиков и стабилизаторов, растительного масла, хлороформа, многие из которых являются дорогостоящими веществами.

Известны способы получения хитина с применением протеолитически активных культур микроорганизмов с целью удаления белков. Однако данные способы отличаются длительностью за счет введения этапа приготовления питательной среды для бактерий и продолжительностью инкубационного процесса не менее 1.5-3 суток. Причем получение питательной среды связано с дополнительными трудовыми и материальными расходами (9, 10, 11, 12, 13).

Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ получения хитина из панциря ракообразных (14 - прототип). Способ предусматривает измельчение сырья, удаление белковых и минеральных веществ в процессе ферментации, отделение хитина. К недостаткам способа относится недостаточно высокая степень удаления протеина, так как после ферментации извлекается не более 7% белка, что требует введения дополнительных этапов для его удаления, высокие расходы, связанные с добавлением в питательную среду источников углеводов.

Сущностью изобретения является упрощение способа, снижение себестоимости и повышение качества продукта с максимальным уровнем сохранения природных свойств конечных продуктов.

Техническим результатом изобретения являются:

- упрощение технологии и снижение себестоимости получения хитина за счет применения в качестве питательной среды при ферментации микроорганизмов, суспензии личинок насекомых, при этом исключается ее дополнительное обогащение источниками питания, проведение ферментации в стационарных условиях в течение 1.5-7.0 час, что уменьшает материальные, энергетические и трудовые затраты;

- повышение качества хитина и вторичных продуктов, образующихся при его получении, достигается в результате проведения технологического процесса в «мягких» условиях заменой высококонцентрированных щелочных и кислотных растворов молочнокислыми бактериями с высокой протеолитической и кислотообразующей активностью, невысокие температурные режимы, максимальное снижение содержания белка (не более 1% протеина) в конечном продукте.

Технический результат достигается тем, что сырье - биомассу личинок насекомых измельчают, ферментируют в стационарных условиях после инокуляции молочнокислыми бактериями при продолжительности ферментации 1.5-7.0 час при t 25-45°С, затем разделяют суспензию на белковую фракцию и хитин (схема 1).

Технический результат достигается также тем, что в качестве депротеинизирующего агента используют бифидобактерии, и/или молочнокислые стрептококки, и/или лактобактерии, активно образующие протеолитические ферменты и молочную кислоту.

Технический результат достигается также тем, что питательной средой при проведении ферментации молочнокислых бактерий служит измельченная биомасса личинок насекомых, которую заливают (1:1-1:8) 0.01-1.0% раствором щелочи, перемешивают в течение 5-30 мин при температуре 25-100°С и охлаждают до температуры 25-45°С.

Предлагаемый прием позволяет повысить качество как целевого, так и побочных продуктов производства хитина (белково-липидной суспензии), удешевить конечный продукт за счет использования дешевого сырья - личинок насекомых и снижения транспортных расходов - важной составляющей стоимости товара, значительно снизить количество отходов.

Пример 1. Биомассу личинок мухи Musca domestica измельчают, заливают 0.01% раствором щелочи при соотношении 1:1, нагревают до температуры 25°С и перемешивают в течение 5 мин. Охлаждают до температуры 25°С, вносят 3% суспензии бифидобактерий, перемешивают, ферментируют при температуре 25°С в течение 1.5 час, затем ферментированную массу отжимают. Белково-липидную фракцию отделяют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин промывают, заливают 1% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 27°С в течение 30 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают.

Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием 1% протеина (схема 1).

Пример 2. Биомассу личинок мучного червя Tenebrio molitor измельчают, заливают 0.5% раствором щелочи при соотношении 1:6, нагревают до температуры 80°C, и перемешивают в течение 20 мин. Охлаждают до температуры 30°C, вносят 8% суспензии лактобактерий, перемешивают и ферментируют, поддерживая температуру 35°C 6.0 час, затем ферментированную массу отжимают. Белково-липидную фракцию удаляют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин дочищают 0.1% раствором щелочи, промывают водой, заливают 0.5% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 25°C в течение 20 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают. Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием 0.05% протеина.

Пример 3. Биомассу личинок саранчи Locusta migratoria измельчают, заливают 1.0% раствором щелочи при соотношении 1:8, нагревают до температуры 100°C и перемешивают в течение 30 мин. Охлаждают до температуры 45°C, вносят 8% суспензию лактобактерий, перемешивают и ферментируют, поддерживая температуру 45°C 7.0 час, затем ферментированную массу отжимают, белково-липидную фракцию удаляют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин дочищают 0.2% раствором щелочи, промывают водой, заливают 1% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 25°C в течение 30 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают. Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием не более 0.001% протеина.

Технический результат достигается тем, что биомассу личинок насекомых измельчают, заливают в соотношении 1:1 - 1:8, 0.01-1.0% раствором щелочи, перемешивают в течение 5-30 мин при температуре 25-100°C и охлаждают до температуры 25-45°C, инокулируют молочнокислыми бактериями, ферментируют в стационарных условиях в течение 1.5-7.0 час при t 25-45°C. Затем отделяют и промывают хитин водой, проводят дополнительную деминерализацию хитина раствором кислоты, после чего удаляют раствор кислоты, хитин промывают и высушивают (схема 1).

Технический результат достигается также тем, что в качестве депротеинизирующего агента используют бифидобактерии, и/или молочнокислые стрептококки, и/или лактобактерии, активно образующие протеолитические ферменты и молочную кислоту.

Литература

1. Рашидова С.Ш., Милушева Р.Ю., Пак Т.С., Воропаева Н.Л., Рубан И.Н. Создание технологии получения хитина и сопутствующих веществ из отходов производства шелка.

2. Ахмедова X., Рубан И.Н. Хитозан из куколок тутового шелкопряда как основа для получения полимерметаллокомплексов.

3. Александрова М.В, Чигир И.Н., Царенков В.М, Казакевич И.Я. Пат РФ, Способ получения хитина. №92003797, C08В 37/08.

4. Мижуева С.А., Ковшова И.В. Пат. РФ №97121591. Способ получения хитина из панциря речных раков, 2000 г. A23L 1/33.

5. 5. Новиков В.Ю., Мухин В.А., Чилингарян Г.Г. Пат. РФ. №2000117616. 2003 г. Способ безотходной косплексной переработки хитинсодержащего сырья. A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, С08В 37/08.

6. Новиков В.Ю., Мухин В.А., Чилингарян Г.Г. Пат. РФ №2207033. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 2003 г. A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, С08В 37/08.

7. Левоньков С.В., Купина Н.М., Блинов Ю.Г., Шпанко Л.А. Пат. РФ №97115965. Способ комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 1999 г. С08В 37/08, A23L 1/33, A23J 1/04.

8. Левоньков С.В., Купина Н.М., Блинов Ю.Г. Пат. РФ №2123269. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 1998 г.

9. Shimahara К., Ohkoushi К., Ikeda M. // In chitin and chitosan. Ed. S.Hirano, S.Tokura. The Japanese Sosiety of Chitin and Chitosan. 1982. P.10-15.

10. Розенталь А.Д. Биотехнологические основы переработки панциря арктического криля. Дисс. канд. биол. наук. Л.: ЛТИ им. Ленсовета. 1988. с.102.

11. Cira L.A., Huerta S., Guerrero I. et al. Advances in chitin sxience, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p. 21-27.

12. Rao M., Sh., Stevens W.P., Processing parameters in scaling-up of lactobacillus fermentation shrimp biowaste. Advances in chitin science, 7 th ICCC, Lion: 1997, p.88-93.

13. Bautista J., Cremades O., Corpas R. et al. Advances in chitin science, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p 28-33.

14. Hall G.M., Reid C.L. Chitin and chitosan, the versatile environmental friendly modem materials. Malaysia: UKM. 1995, p.47.

Согласно способу измельченную биомассу личинок насекомых заливают в соотношении 1:1-1:8, 0,01-1,0% раствором щелочи и перемешивают в течение 5-30 минут при температуре 25-100°C. Затем после инокуляции молочнокислыми бактериями ферментируют от 1,5 до 7,0 часов в стационарных условиях при температуре 25-45°C. Хитин отделяют, промывают водой и проводят дополнительную деминерализацию раствором кислоты. Раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают. Изобретение обеспечивает получение хитина высокого качества. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

1. Способ получения хитина, характеризующийся тем, что измельченную биомассу личинок насекомых заливают в соотношении 1:1-1:8, 0,01-1,0% раствором щелочи, перемешивают в течение 5-30 мин при температуре 25-100°C, затем после инокуляции молочнокислыми бактериями ферментируют в стационарных условиях при продолжительности ферментации от 1,5-7,0 час при температуре 25-45°C, хитин отделяют, промывают водой и проводят дополнительную деминерализацию раствором кислоты, после чего раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве молочнокислых бактерий используют протеолитически активные, образующие молочную кислоту бифидобактерии или молочнокислые стрептококки и/или лактобактерии.