Способ получения пористого материала на основе раствора гидрата коллагена пресноводных гидробионтов и поливинилпирролидона Российский патент 2025 года по МПК C08H1/06 C07K1/14 C07K14/78 C12P21/06 B01D11/02 

Изобретение относится к биотехнологической промышленности, а именно к способу получения пористого материала с сорбционной способностью по отношению к компонентам нагретых глицериновых аэрозолей на основе раствора гидрата коллагена из пресноводных гидробионтов и поливинилпирролидона (ПВП), оптимизированных по соотношению, и может быть использовано для получения фильтрующих элементов электронных устройств для нагревания табака или устройств для курения.

Из уровня техники известен способ получения пористого коллагенового материала (патент RU 2704248, заявка 2018134562, приоритет от 02.10.2018 г., патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий»), включающего перекисно-щелочную обработку шкур пресноводных рыб, выбранных из толстолобика, карпа, белого амура, сазана, для чего шкуры заливают смесью пероксида водорода и гидроксида натрия, выдерживают, затем обработанные таким образом шкуры промывают в проточной воде, промытые шкуры заливают раствором уксусной кислоты и выдерживают, полученную массу гомогенизируют и отправляют на сушку, которую проводят в вакуум-сублимационной машине, высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются при определенных условиях.

Основным недостатком описанного выше способа является наличие посторонних частиц, большое количество, солей, образованных в результате кислотно-щелочных реакций и присутствия микроэлементов в составе кожи рыбы, а также сложность и длительность процесса.

Также известен способ получения раствора гидрата коллагенов пресноводных гидробионтов (патент RU 2789758, заявка 2021139828, приоритет от 30.12.2021, патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет»), который включает приемку шкур пресноводных бесчешуйчатых рыб, очищение их от прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений, первичную промывку раствором, содержащим 1 масс. % пищевых поверхностно-активных веществ в воде и соотношении раствор пищевых поверхностно-активных веществ: сырье - 2 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, при механическом перемешивании в системе барабанного типа с частотой вращения барабана не менее 400 об/мин при комнатной температуре. Выдерживают дермальные покровы в перекисно-щелочном растворе, содержащем 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода, при комнатной температуре до обесцвечивания кожных покровов при соотношении раствор: сырье - 2,5 л раствора: 1 кг сырья, соответственно. Затем дермальные покровы пресноводных гидробионтов промывают проточной водой при температуре 8-12°С до полного удаления кислоты и щелочи при массовом соотношении дермальные покровы: вода - 1:3, соответственно, при постоянном перемешивании, операцию повторяют трижды, выдерживая при постоянном перемешивании 10-15 мин на каждом этапе. После чего дермальные покровы выдерживают в растворе слабой органической кислоты с концентрацией 117 мМ при рН 4 в течение 48 часов и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц. Затем проводят удаление жидкой фазы путем ее слива, к полученному полуфабрикату добавляют дистиллированную воду в диапазоне массовых соотношений полуфабрикат: вода - 1:3÷4:5, соответственно, и проводят гомогенизацию с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин до получения дисперсии. Полученную дисперсию фильтруют с использованием фильтра с диаметром пор 0,45 мкм. Проводят холодную стерилизацию с использованием ультрафиолетового излучения и фасуют. Изобретение обеспечивает повышение выхода нативных молекул коллагена с сохранением фибриллярной структуры, при сокращении времени технологического процесса.

Недостатком данного способа является получение конечного продукта в жидкой форме и отсутствие возможности сорбировать компоненты аэрозолей.

В качестве прототипа выбран способ получения пористого влагоемкого материала на коллагеновой основе (патент RU 2760326, заявка 2021105618, приоритет от 04.03.2021, патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное объединение «Велис»), включающий очищение от загрязнений и прирезей мышечной ткани шкуры пресноводных рыб, промывку в проточной воде в течение 5-10 мин и выдерживание в мыльном растворе в течение 20-30 мин с последующей промывкой водой до полного удаления остатков мыла, обработку раствором пероксида водорода с концентрацией 3 мас. % и гидроксида натрия с концентрацией 2 мас. %, взятых в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5, инкубацию в течение 1 часа, после чего осуществляют промывку шкуры дистиллированной водой и заливку раствором яблочного уксуса с концентрацией 1,5 мас. %, или раствором аскорбиновой кислоты с концентрацией 7 мас. %, или лимонной кислоты с концентрацией 1,5 мас. %, или янтарной кислоты с концентрацией 1,5 мас. %, или молочной кислоты с концентрацией 1,5 мас. % при гидромодуле 1:2 с последующим выдерживанием от 3 до 5 суток, гомогенизацию полученной массы при добавлении дистиллированной воды с гидромодулем 1:3 до однородной массы, замораживанием и сушке в вакуум-сублимационной сушилке при вакууме от 1,2⋅10^-1 до 8⋅10^-1 мбар, после чего полученный пористый материал нарезают на пластины и герметично упаковывают.

Основным недостатком способа является его высокая технологичность, трудно воспроизводимость при потоковом производстве, большая длительностью технологического процесса, наличие посторонних частиц, снижающих сорбционные свойства пористого материала, большое количество, солей, образованных в результате кислотно-щелочных реакций и присутствия микроэлементов в составе кожи рыбы, а также сложность процесса.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа получения пористых материалов на основе коллагенов и ПВП для широкого использования в биотехнологической и других отраслях промышленности.

Технический результат - получение пористого материала на основе гидрата коллагена и ПВП в массовом соотношении 1:1, обеспечивающем снижение содержания компонентов нагретого глицеринового аэрозоля, подтверждаемого снижением сигналов сенсора «Электронный нос» на кислоты, аммиак, фенолы, альдегиды - в 104 раза, полярные амины - в 6,4 раза, кетоны - в 12 раз, соответственно, по сравнению с сигналами сенсора «Электронный нос», регистрируемыми от компонентов нагретого глицеринового аэрозоля, полученными без применения пористого материала на основе коллагена и ПВП.

Поставленная задача и технический результат - получение пористого материала с сорбционной способностью по отношению к компонентам глицеринового аэрозоля, достигаются за счет смешивания гидрата коллагена пресноводных гидробионтов и ПВП в экспериментально установленной пропорции 1:1, лиофильного высушивания полученной субстанции в специальных условиях, обеспечивающих содержание остаточной влажности, равной 4%, а также снижение содержания компонентов 1 дм³ нагретого глицеринового аэрозоля, при использовании 0,5 г получаемого пористого материала, подтверждаемое снижением сигналов сенсора «Электронный нос» на кислоты, аммиак, фенолы, альдегиды - в 104 раза, полярные амины - в 6,4 раза, кетоны - в 12 раз, соответственно, по сравнению с сигналами сенсора «Электронный нос», регистрируемыми от компонентов нагретого глицеринового аэрозоля полученными без применения пористого материала на основе коллагена и ПВП. Качество технического результата достигается за счет осуществления первичной промывки водой, содержащей 1 масс. % пищевого поверхностно-активного вещества и при механическом перемешивании в системе барабанного типа, обесцвечивания дермальных покровов и удаления посторонних примесей в перекисно-щелочном растворе, содержащем 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода, дополнительной обработки дермальных покровов пресноводных гидробионтов проточной водой в массовом соотношении дермальные покровы: вода - 1:3 соответственно, при постоянном перемешивании, последующего разволокнения в растворе слабой органической кислоты (уксусной, лимонной, яблочной) при рН=4,0 и воздействии низкоинтенсивного ультразвука с частотой 100 кГц в течение 48 часов, удаления жидкой фазы и добавления к полученному полуфабрикату дистиллированной воды в соотношении полуфабрикат: вода 1:3, соответственно, и проведения гомогенизации до получения дисперсии с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин, фильтрации с использованием фильтра с диаметром пор 0.45 мкм, смешивания полученной субстанции с ПВП в массовом соотношении полуфабрикат: ПВП - 1:1, соответственно, лиофильной сушки полученной субстанции в экспериментально подобранных условиях при 3.3 Па и температуре -44,5±1°С в течение 18 часов до получения пористого материала, содержащего 4% остаточной влаги, фасовку полученного пористого материала путем нарезки на пластины и герметичной упаковки.

Технический результат достигается тем, что в способе получения пористого материала на основе раствора гидрата коллагена пресноводных гидробионтов и поливинилпирролидона, включающем приемку шкуры пресноводных бесчешуйчатых рыб, очищение их от прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений, первичную промывку раствором поверхностно-активного вещества в воде в течение 30 минут, а затем промывку водой до полного удаления поверхностно-активного вещества, выдерживание дермальных покровов в перекисно-щелочном растворе, промывку дермальных покровов водой, последующую выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты, добавление к полученному полуфабрикату дистиллированной воды, гомогенизацию, сушку, нарезку материала и упаковку, согласно изобретению, первичную промывку осуществляют при соотношении 1 масс. % раствор пищевых поверхностно-активных веществ: сырье - 2 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, при механическом перемешивании в системе барабанного типа с частотой вращения барабана не менее 400 об/мин при комнатной температуре, дермальные покровы выдерживают в перекисно-щелочном растворе, содержащем 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода при комнатной температуре до обесцвечивания кожных покровов при соотношении раствор: сырье - 2,5 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, последующую промывку обработанных дермальных покровов пресноводных гидробионтов проточной водой при температуре 12±1°С до полного удаления кислоты и щелочи при массовом соотношении дермальные покровы: вода -1:3, соответственно, при постоянном перемешивании, операцию повторяют трижды, выдерживая при постоянном перемешивании 10 мин на каждом этапе, последующую выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты осуществляют при рН 4 в течение 48 часов и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц, выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты осуществляют в массовом соотношении шкуры: слабая органическая кислота - 1:3, а затем проводят удаление жидкой фазы путем ее слива, к полученному полуфабрикату добавляют дистиллированную воду в массовом соотношении полуфабрикат: вода - 1:3, соответственно, гомогенизацию ведут с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин до получения дисперсии, полученную дисперсию фильтруют с использованием фильтра с диаметром пор 0,45 мкм, после фильтрации смешивают полученную субстанцию с ПВП в массовом соотношении полуфабрикат: ПВП - 1:1, соответственно, а затем перед нарезкой осуществляют лиофильную сушку субстанции при давлении 3.3 Па и температуре -44,5±1°С в течение 18 часов до содержания остаточной влаги в субстанции, равной 4%, полученный пористый материал нарезают пластинами, подвергают холодной стерилизации с использованием ультрафиолетового излучения, вакуумно упаковывают.

Пример 1 реализации способа

Способ включает приемку шкур пресноводных бесчешуйчатой рыбы - Сом Европейский (Silurus glanis), очищение их от прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений. Первичную промывку 3 кг дермальных покровов сома осуществляют водным раствором, содержащим пищевое неионное поверхностно-активное вещество 1 масс. % Е471, взятом в объеме 6 л, при механическом перемешивании в устройстве барабанного типа с частотой вращения барабана не менее 400 об/мин при комнатной температуре в течение 30 минут. Проводят промывку в течение 10 минут дермальных покровов водой до полного удаления поверхностно-активного вещества.

Перекисно-щелочную обработку промытых шкур проводят раствором, взятом в объеме, равном 7,5 л, содержащим 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода в течение 40 минут при комнатной температуре, то есть до полного обесцвечивания шкур, последующую промывку сырья проводят с использованием проточной воды в массовом соотношении дермальные покровы: вода 1:3, соответственно при постоянном перемешивании, операцию повторяют троекратно при температуре 12±1°С в течение 10 мин каждая, на горизонтальной платформе с частотой вращения не менее 100 об/мин., выдержку промытых шкур в растворе уксусной кислоты при рН 4.0 в массовом соотношении шкуры: уксусная кислота 1:3 в течение 48 часов, соответственно, во время выдержки осуществляют непрерывное воздействие ультразвука с частотой 100 кГц, проводят удаление жидкой фазы путем слива, после добавляют воду в массовом соотношении шкура: вода в соотношении 1:3 соответственно, затем смесь гомогенизируют с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин до получения гомогенной дисперсии и фильтруют с использованием фильтра с размером пор 0,45 мкм, после фильтрации смешивают полученную субстанцию с ПВП (поливинилпирролидон низкомолекулярный медицинский, 12600±2700 Да, ООО «ЮжФарм») в массовом соотношении полуфабрикат: ПВП - 1:1, соответственно, а затем осуществляют лиофильную сушку в специально подобранных условиях при давлении 3,3 Па и температуре -44,5±1°С в течение 18 часов, внося в емкость с площадью дна 1 дм² полученную смесь в таком количестве, что бы высота ее слоя составляла 3 см, до содержания остаточной влаги в субстанции, равной 4%, после чего полученный пористый материал с порами размерами 3-5 мкм, нарезают на пластины массой 0,5 г, соответствующие размерам планируемого упаковочного материала (10×10 мм), подвергают холодной стерилизации с использованием ультрафиолетового излучения, вакуумно упаковывают в пленку размером 20×20 мм. Полученный продукт имеет губчатую, пористую структуру бежевого цвета и обеспечивает снижение содержания компонентов нагретого глицеринового аэрозоля, в частности кислот, аммиака, фенолов, альдегидов, полярных аминов и кетонов.

Пример 2 реализации способа

Способ аналогичен примеру 1. За исключением следующего. Для получения раствора нативного гидрата коллагена использовали шкуру Веслоноса (Polyodonspathula). После троекратной промывки сырья с использованием проточной воды в массовом соотношении дермальные покровы: вода 1:3, соответственно при постоянном перемешивании на горизонтальной платформе с частотой вращения не менее 100 об/мин., при температуре 12±1°С в течение 10 мин каждая, шкуры заливают раствором лимонной кислоты с рН 4,0. Полученный продукт имеет губчатую, пористую структуру бежевого цвета и обеспечивает снижение содержания компонентов нагретого глицеринового аэрозоля, в частности кислот, аммиака, фенолов, альдегидов, полярных аминов и кетонов, подтверждаемого снижением сигналов сенсора «Электронный нос» на кислоты, аммиак, фенолы, альдегиды - в 104 раза, полярные амины - в 6,4 раза, кетоны - в 12 раз, соответственно, по сравнению с сигналами сенсора «Электронный нос», регистрируемыми от компонентов нагретого глицеринового аэрозоля полученными без применения пористого материала на основе коллагена и ПВП.

Пример 3 реализации способа

Способ аналогичен примеру 1. За исключением следующего. После троекратной промывки сырья с использованием проточной воды в массовом соотношении дермальные покровы: вода 1:3, соответственно при постоянном перемешивании на горизонтальной платформе с частотой вращения не менее 100 об/мин, при температуре 12±1°С в течение 10 мин каждая, шкуры заливают раствором яблочной кислоты с рН 4,0. Полученный продукт имеет губчатую, пористую структуру светло-бежевого цвета и обеспечивает снижение содержания компонентов нагретого глицеринового аэрозоля, в частности кислот, аммиака, фенолов, альдегидов, полярных аминов и кетонов, подтверждаемого снижением сигналов сенсора «Электронный нос» на кислоты, аммиак, фенолы, альдегиды - в 104 раза, полярные амины - в 6,4 раза, кетоны - в 12 раз, соответственно, по сравнению с сигналами сенсора «Электронный нос», регистрируемыми от компонентов нагретого глицеринового аэрозоля полученными без применения пористого материала на основе коллагена и ПВП.

Заявленное изобретение на практике показало свою эффективность в достижении технического результата. Методом высокочувствительного пьезокварцевого микровзвешивания на трех газовых разно селективных сенсорах оценено изменение концентрации ряда летучих веществ в 1 дм³ аэрозоля, содержащего 50 масс. % глицерина, 30 масс. % пропиленгликоля, 3 масс. % никотина, 15 масс. % ароматизатора Е1521, 1 масс. % сукралоза, 1 масс. % этилмальтол, до и после фильтрования через 0,5 г полученного пористого материала (Фиг. 1).

На фиг. 1 приведена табл. 1 - Суммарные сигналы сенсоров (S, Гц⋅с) «электронного носа» МАГ-8 в нагретом аэрозоле до и после фильтрации.

На фиг. 2 представлена визуализация сигналов сенсоров, полученных от нагретого 1 дм³ глицеринового аэрозоля с использованием набора пьезоэлектрических датчиков «Электронный нос» МАГ-8 до и после фильтрации через 0,5 г полученного пористого материала. 1 - сигнал сенсора/ов в аэрозоле до фильтрации за 120 с нагрузки; 2 - сигнал сенсора/ов в аэрозоле после фильтрации за 120 с нагрузки, где а) Сенсор 1, б) Сенсор 2, в) Сенсор 3.

Разные сенсоры реагируют на соединения в аэрозоле по-разному, что позволяет оценить степень удерживания пористым материалом этих классов веществ. Снижение содержания летучих соединений аэрозоля можно оценить по тому, во сколько раз уменьшаются сигналы сенсоров в пробах до и после фильтрации через полученный пористый материал, табл. 1 (фиг. 1).

Предложенный способ может быть реализован в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, общеизвестных технологий и материалов. Специалисту в данной области техники очевидно множество других вариантов осуществления изобретения, представленного в приведенном выше описании. Поэтому следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретным раскрытием воплощения, и другие варианты выполнения могут быть включенными в объем предлагаемой формулы.

Изобретение относится к области биотехнологической промышленности, а именно к способу получения пористого материала с сорбционной способностью по отношению к компонентам нагретых глицериновых аэрозолей. Способ получения пористого материала на основе раствора гидрата коллагена пресноводных гидробионтов и поливинилпирролидона (ПВП) включает приемку шкуры пресноводных бесчешуйчатых рыб, очищение их от прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений, первичную промывку осуществляют в воде при соотношении 1 масс. % раствор пищевого поверхностно-активного вещества: сырье - 2 л раствора: 1 кг сырья при механическом перемешивании в системе барабанного типа с частотой вращения барабана не менее 400 об/мин при комнатной температуре в течение 30 минут, а затем промывку водой до полного удаления поверхностно-активного вещества, выдерживание дермальных покровов в перекисно-щелочном растворе, содержащем 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода, при комнатной температуре до обесцвечивания кожных покровов при соотношении раствор: сырье - 2,5 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, последующую промывку обработанных дермальных покровов пресноводных гидробионтов проточной водой при температуре 12±1°С до полного удаления кислоты и щелочи при массовом соотношении дермальные покровы: вода - 1:3, соответственно, при постоянном перемешивании, операцию повторяют трижды, выдерживая при постоянном перемешивании 10 мин на каждом этапе, последующую выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты осуществляют при рН 4 в течение 48 часов и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц, выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты при рН 4 и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц осуществляют в массовом соотношении шкуры: слабая органическая кислота - 1:3, а затем проводят удаление жидкой фазы путем ее слива, к полученному полуфабрикату добавляют дистиллированную воду в массовом соотношении полуфабрикат: вода - 1:3, соответственно, гомогенизацию ведут с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин до получения дисперсии, полученную дисперсию фильтруют с использованием фильтра с диаметром пор 0,45 мкм, проводят смешивание полученной субстанции с ПВП в массовом соотношении полуфабрикат: ПВП - 1:1, соответственно, осуществляют лиофильную сушку субстанции при давлении 3.3 Па и температуре от -44,5±1°С в течение 18 часов до содержания остаточной влаги в субстанции, равной 4%, полученный пористый материал нарезают пластинами и подвергают холодной стерилизации с использованием ультрафиолетового излучения, вакуумно упаковывают. Полученный пористый материал по вышеописанному способу обеспечивает снижение содержания компонентов нагретого глицеринового аэрозоля. 2 ил., 3 пр.

Способ получения пористого материала на основе раствора гидрата коллагена пресноводных гидробионтов и поливинилпирролидона (ПВП), включающий приемку шкуры пресноводных бесчешуйчатых рыб, очищение их от прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений, первичную промывку раствором поверхностно-активного вещества в воде в течение 30 минут, а затем промывку водой до полного удаления поверхностно-активного вещества, выдерживание дермальных покровов в перекисно-щелочном растворе, промывку дермальных покровов водой, последующую выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты, добавление к полученному полуфабрикату дистиллированной воды, гомогенизацию, сушку, нарезку материала и упаковку, отличающийся тем, что первичную промывку осуществляют при соотношении 1 масс. % раствор пищевого поверхностно-активного вещества: сырье - 2 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, при механическом перемешивании в системе барабанного типа с частотой вращения барабана не менее 400 об/мин при комнатной температуре, дермальные покровы выдерживают в перекисно-щелочном растворе, содержащем 750 мМ гидроксида натрия и 300 мМ перекиси водорода, при комнатной температуре до обесцвечивания кожных покровов при соотношении раствор: сырье - 2,5 л раствора: 1 кг сырья, соответственно, последующую промывку обработанных дермальных покровов пресноводных гидробионтов проточной водой при температуре 12±1°С до полного удаления кислоты и щелочи при массовом соотношении дермальные покровы: вода - 1:3, соответственно, при постоянном перемешивании, операцию повторяют трижды, выдерживая при постоянном перемешивании 10 мин на каждом этапе, последующую выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты осуществляют при рН 4 в течение 48 часов и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц, выдержку промытых шкур в растворе слабой органической кислоты при рН 4 и постоянном воздействии ультразвука частотой 100 кГц осуществляют в массовом соотношении шкуры: слабая органическая кислота - 1:3, а затем проводят удаление жидкой фазы путем ее слива, к полученному полуфабрикату добавляют дистиллированную воду в массовом соотношении полуфабрикат: вода - 1:3, соответственно, гомогенизацию ведут с использованием гомогенизатора лопаточного типа мощностью 400 Вт в течение 5 минут с частотой вращения ножа 600 об/мин до получения дисперсии, полученную дисперсию фильтруют с использованием фильтра с диаметром пор 0,45 мкм, проводят смешивание полученной субстанции с ПВП в массовом соотношении полуфабрикат: ПВП - 1:1, соответственно, осуществляют лиофильную сушку субстанции при давлении 3,3 Па и температуре от -44,5±1°С в течение 18 часов до содержания остаточной влаги в субстанции, равного 4%, полученный пористый материал нарезают пластинами и подвергают холодной стерилизации с использованием ультрафиолетового излучения, вакуумно упаковывают.