RU2269913C1 - Method for producing of chitin - Google Patents

Abstract

FIELD: fish industry, in particular, production of chitin from shell-containing crayfish wastes.

SUBSTANCE: method involves providing demineralization of preliminarily prepared raw material and subjecting to enzyme deproteinization and alkaline cleaning; before demineralization process, decolorizing wet shell-containing wastes with alcohol; adding water to decolorized shell-containing material in the ratio of 1:8-1:10; mixing while adding portions of concentrated hydrochloric acid to provide for demineralization, with concentration being brought to 2-4% for 30-40 min; Demineralization process is performed for 1-1.5 hours at temperature of 20-25 C. Enzyme deproteinization process is combined with final demineralization process and provided with the use of acid enzyme-substrate of sheatfish stomach contents.

EFFECT: provision for producing of chitin from shell-containing crayfish wastes with low content of mineral and protein substance contaminants without usage of expensive enzyme preparations.

2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к рыбной промышленности, в частности к получению хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков с применением фермент-субстрата, извлеченного из желудков сома.The invention relates to the fishing industry, in particular to the production of chitin from shell-containing waste of crayfish using an enzyme substrate extracted from the stomachs of catfish.

Все известные способы получения хитина из панцирьсодержащих отходов ракообразных можно разделить на две группы: получение хитина химической обработкой и получение хитина с применением ферментных препаратов животного и микробиологического происхождения.All known methods for producing chitin from shell-containing crustacean waste can be divided into two groups: obtaining chitin by chemical treatment and obtaining chitin using enzymatic preparations of animal and microbiological origin.

Известен способ получения хитина из панциря речных раков химической обработкой, включающий деминерализацию 3-4% раствором соляной кислоты в соотношении 1:6 при непрерывном перемешивании в течение 1-1,5 часа в условиях окружающей среды и депротеинизацию 4-5% раствором гидроксида натрия в соотношении 1:6 при перемешивании в течение 1-1,5 часа при температуре 70-80°С (Пат. РФ №2143214, 1999 г).A known method of producing chitin from the shell of crayfish by chemical treatment, including demineralization with a 3-4% solution of hydrochloric acid in a ratio of 1: 6 with continuous stirring for 1-1.5 hours at ambient conditions and deproteinization with a 4-5% solution of sodium hydroxide in a ratio of 1: 6 with stirring for 1-1.5 hours at a temperature of 70-80 ° C (Pat. RF No. 2143214, 1999).

Основным недостатком этого способа являются относительно жесткие условия обработки хитинсодержащего сырья, длительное время нахождения его при температуре 70-80°С в растворах щелочи и кислоты 3-5% концентраций, что приводит к деструкции полимера. Кроме того, получаемый по этому способу хитин содержит примеси минеральных и белковых веществ 2-3% и 3-5% соответственно, что требует дополнительной очистки от примесей золы и белка.The main disadvantage of this method is the relatively stringent processing conditions of chitin-containing raw materials, their long residence time at a temperature of 70-80 ° C in alkali and acid solutions of 3-5% concentrations, which leads to polymer degradation. In addition, the chitin obtained by this method contains impurities of mineral and protein substances of 2-3% and 3-5%, respectively, which requires additional purification from impurities of ash and protein.

Применение ферментов для депротеинизации панцирьсодержащего сырья обеспечивает более мягкие условия получения хитина и позволяет сохранить в наибольшей степени его нативные свойства. Использование ряда ферментных препаратов делает возможным совмещение нескольких операций, что упрощает процесс.The use of enzymes for the deproteinization of shell-containing raw materials provides milder conditions for the production of chitin and allows to preserve to the greatest extent its native properties. The use of a number of enzyme preparations makes it possible to combine several operations, which simplifies the process.

Известен способ выделения хитина гидробионтов, включающий ферментативную депротеинизацию и деминерализацию. Депротеинизацию и деминерализацию проводят одновременно обработкой панцирей водным раствором кислых протеолитических ферментов микробиологического происхождения при рН 1,5-4,5 и температуре 15-60°С в течение 1-48 часов при соотношении фермент: субстрат 1:1-1:1000 (А.с. СССР №1022463, 1981 г).A known method for the isolation of chitin of aquatic organisms, including enzymatic deproteinization and demineralization. Deproteinization and demineralization are carried out simultaneously by treating the shells with an aqueous solution of acidic proteolytic enzymes of microbiological origin at a pH of 1.5-4.5 and a temperature of 15-60 ° C for 1-48 hours at an enzyme: substrate ratio of 1: 1-1: 1000 (A .s. USSR No. 1022463, 1981).

Известен также способ переработки панцирьсодержащих отходов ракообразных, включающий размораживание сырья и подготовку водной суспензии с концентрацией субстрата 6-8%, нагревание до 45-50°С, добавление при перемешивании порций 11 N соляной кислоты для деминерализации и снижения рН до 3,5-4 и его стабилизации, внесение фермента в концентрации 0,15% для гидролиза белков при температуре 60°С в течение 2 часов, используя перемешивание. Щелочную очистку хитина осуществляют 1-2% раствором гидроксида натрия с добавлением 0,1% сульфита натрия при 60-70°С в течение 1-2 часов (Немцев С.В. "Разработка комплексной технологии хитина и хитозана из панцирьсодержащего сырья криля с применением ферментных препаратов и криоактивации". Автореферат кандидатской диссертации. М., - 1997 г., стр. - 10-12).There is also known a method of processing shell-shaped waste of crustaceans, including thawing raw materials and preparing an aqueous suspension with a substrate concentration of 6-8%, heating to 45-50 ° C, adding while stirring portions of 11 N hydrochloric acid to demineralize and lower the pH to 3.5-4 and its stabilization, the introduction of the enzyme in a concentration of 0.15% for hydrolysis of proteins at a temperature of 60 ° C for 2 hours using stirring. Alkaline purification of chitin is carried out with a 1-2% solution of sodium hydroxide with the addition of 0.1% sodium sulfite at 60-70 ° C for 1-2 hours (Nemtsev SV "Development of a complex technology of chitin and chitosan from shell-containing raw materials of krill using enzyme preparations and cryoactivation ". Abstract of the candidate dissertation. M., - 1997, p. - 10-12).

Однако методы, предусматривающие применение на стадии депротеинизации протеолитических бактерий или ферментных препаратов, требуют тщательной работы по отбору и культивированию достаточно активных штаммов, не проявляющих хитинолитической активности, а также дорогостоящих ферментов животного и микробиологического происхождения.However, methods involving the use of proteolytic bacteria or enzyme preparations at the deproteinization stage require careful work on the selection and cultivation of sufficiently active strains that do not exhibit chitinolytic activity, as well as expensive enzymes of animal and microbiological origin.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ переработки панцирьсодержащих отходов ракообразных (Немцев С.В. "Разработка комплексной технологии хитина и хитозана из панцирьсодержащего сырья криля с применением ферментных препаратов и криоактивации". Автореферат кандидатской диссертации. М., - 1997 г., стр. - 10-12). Данный способ включает технологические операции: размораживание сырья и подготовку водной суспензии, нагревание, добавление соляной кислоты для деминерализации, внесение фермента для гидролиза белков, щелочную очистку хитина. Однако внедрение в промышленность известного способа затруднено, так как требует наличия дорогостоящих ферментных препаратов (протавоморин).The closest analogue of the claimed invention is a method for processing shell-like waste of crustaceans (Nemtsev SV "Development of a complex technology of chitin and chitosan from shell-containing raw materials of krill using enzyme preparations and cryoactivation." Abstract of the candidate's dissertation. M., 1997, p. - 10-12). This method includes technological operations: thawing raw materials and preparing an aqueous suspension, heating, adding hydrochloric acid for demineralization, introducing an enzyme for hydrolysis of proteins, alkaline purification of chitin. However, the introduction of a known method into the industry is difficult, as it requires the availability of expensive enzyme preparations (protavomorin).

Известен ферментный препарат из внутренностей океанических рыб, обладающий достаточно высокой протеолитической активностью. Ферментный препарат получали следующим способом: размороженные внутренности измельчали, добавляли поваренную соль (10-12% массы сырья) и нагревали. Процесс осуществляли при перемешивании до достижения температуры 35-38°С и на горизонтальной центрифуге отделяли жидкую фракцию (ферментный препарат) от плотного остатка. Дальнейшая обработка ферментного препарата проводилась на сепараторе (Дацун В.М., Семенов Б.Н. Биологически активные вещества. "Технология продуктов из гидробионтов". Под ред. Т.М.Сафроновой и В.И.Шендерюка. - М., - 2001, стр. - 466-468).Known enzyme preparation from the insides of ocean fish, with a fairly high proteolytic activity. The enzyme preparation was obtained in the following way: the thawed insides were crushed, sodium chloride was added (10-12% of the mass of raw materials) and heated. The process was carried out with stirring until a temperature of 35-38 ° C was reached, and the liquid fraction (enzyme preparation) was separated from the solid residue in a horizontal centrifuge. Further processing of the enzyme preparation was carried out on a separator (Datsun V.M., Semenov B.N. Biologically active substances. "Technology of products from hydrobionts". Edited by T.M.Safronova and V.I.Shenderiuk. - M., - 2001, p. - 466-468).

Однако при таком способе выделения ферментных препаратов в той или иной мере происходит денатурация ферментных молекул за счет использования поваренной соли. Денатурация приводит к снижению протеолитической активности ферментных препаратов.However, with this method of isolating enzyme preparations, the denaturation of enzyme molecules occurs to some extent through the use of sodium chloride. Denaturation leads to a decrease in the proteolytic activity of enzyme preparations.

Задача заявленного изобретения - получение хитина с низким содержанием примесей минеральных и белковых веществ из отходов переработки ракообразных.The objective of the claimed invention is the production of chitin with a low content of impurities of mineral and protein substances from crustacean processing wastes.

Поставленная задача достигается способом получения хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков, характеризующегося тем, что он предусматривает деминерализацию подготовленного сырья, ферментативную депротеинизацию и щелочную очистку, при этом перед деминерализацией влажные панцирьсодержащие отходы обесцвечивают спиртом, затем к обесцвеченному высушенному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и при перемешивании порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин, деминерализацию осуществляют в течение 1-1,5 часа при температуре 20-25°С, ферментативную депротеинизацию совмещают с окончательной деминерализацией и проводят кислым фермент-субстратом из желудков сома в соотношении деминерализованный панцирь : вода : фермент-субстрат 1:3:1-1:2:2 при рН 2-2,5, температуре 30-40°С, в течение 24-48 часов, а щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 при температуре 90-95°С в течение 1-1,5 часа.The problem is achieved by the method of producing chitin from shell-containing waste of crayfish, characterized in that it provides for the demineralization of prepared raw materials, enzymatic deproteinization and alkaline cleaning, while before demineralization, the wet shell-containing waste is discolored with alcohol, then water is added to the bleached dried shell in the ratio 1: 8 -1: 10 and with stirring in portions concentrated hydrochloric acid for demineralization, bringing its concentration to 2-4% for 30-40 minutes, demineralization is carried out for 1-1.5 hours at a temperature of 20-25 ° C, enzymatic deproteinization is combined with the final demineralization and an acidic enzyme substrate from the stomach of the catfish is carried out in the ratio demineralized carapace: water: enzyme-substrate 1: 3: 1-1 : 2: 2 at a pH of 2-2.5, a temperature of 30-40 ° C, for 24-48 hours, and alkaline cleaning is carried out with a 2-3% alkali solution in a ratio of 1: 6 at a temperature of 90-95 ° C for 1-1.5 hours.

В предпочтительном варианте фермент-субстрат для ферментативной депротеинизации получают путем размораживания замороженных желудков сома, их измельчения, смешивания с 50% воды (к массе измельченных желудков), подкисления смеси соляной кислотой до рН 1,5-2,5, ферментации при температуре 38-40°С в течение 4-5 часа и центрифугирования при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин.In a preferred embodiment, an enzyme substrate for enzymatic deproteinization is obtained by thawing frozen catfish stomachs, crushing them, mixing with 50% water (to the mass of crushed stomachs), acidifying the mixture with hydrochloric acid to a pH of 1.5-2.5, and fermenting at a temperature of 38- 40 ° C for 4-5 hours and centrifugation at a rotor speed of 3000 rpm for 20 minutes

Технический результат заключается в получении из панцирьсодержащих отходов речных раков хитина с низким содержанием примесей минеральных и белковых веществ без применения дорогостоящих ферментных препаратов.The technical result consists in obtaining chitin from the shell-containing waste of river crayfish with a low content of mineral and protein substances without the use of expensive enzyme preparations.

Кроме того, заявленный способ позволяет совместить процессы депротеинизации и деминерализации, что снижает трудоемкость процесса.In addition, the claimed method allows to combine the processes of deproteinization and demineralization, which reduces the complexity of the process.

Способ получения хитина заключается в следующем.A method of producing chitin is as follows.

Панцирьсодержащие отходы речных раков обесцвечивают спиртом, затем к высушенному обесцвеченному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и в режиме перемешивания отдельными порциями - концентрированную соляную кислоту для предварительной деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин. Продолжительность процесса составляет 1-1,5 часа при температуре окружающей среды 20-25°С. Депротеинизацию и окончательную деминерализацию осуществляют кислым фермент-субстратом (комплексом протеиназ) из желудков сома при соотношение деминерализованного панциря : воды : фермент-субстрата 1:3:1-1:2:2, рН 2-2,5 и температуре 30-40°С в течение 24-48 часов. Окончательную щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение 1-1,5 часа при температуре 90-95°С.Carapace-containing wastes of crayfish are discolored with alcohol, then water is added to the dried discolored carapace in a ratio of 1: 8-1: 10 and, in separate batches, concentrated hydrochloric acid is used for preliminary demineralization, bringing its concentration to 2-4% over 30-40 min The duration of the process is 1-1.5 hours at an ambient temperature of 20-25 ° C. Deproteinization and final demineralization is carried out by an acidic enzyme substrate (a complex of proteinases) from the stomachs of catfish at a ratio of demineralized carapace: water: enzyme substrate 1: 3: 1-1: 2: 2, pH 2-2.5 and a temperature of 30-40 ° With within 24-48 hours. The final alkaline cleaning is carried out with a 2-3% alkali solution in a ratio of 1: 6 for 1-1.5 hours at a temperature of 90-95 ° C.

Фермент-субстрат, представляющий собой комплекс протеиназ, получают следующим образом.The enzyme substrate, which is a complex of proteinases, is prepared as follows.

Желудки сома охлажденные и размороженные моют в чистой проточной воде при температуре не выше 15°С, измельчают на волчке с диаметром решетки 5 мм, добавляют 50% воды от массы сырья и при перемешивании концентрированную соляную кислоту до рН 1,5-2,5, термостатируют при температуре 38-40°С в течение 4-5 часов, после чего гидролизованную массу центрифугируют при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин и отделяют фермент-субстрат от негидролизованного остатка. Фермент-субстрат представляет собой суспензию, выход которой 70-75% и протеолитическая активность 3,2 ед/г.Chilled and thawed catfish stomachs are washed in clean running water at a temperature of no higher than 15 ° С, ground on a spinning top with a lattice diameter of 5 mm, 50% water by weight of the raw material is added, and with stirring, concentrated hydrochloric acid to a pH of 1.5-2.5, thermostat at a temperature of 38-40 ° C for 4-5 hours, after which the hydrolyzed mass is centrifuged at a rotor speed of 3000 rpm for 20 minutes and the enzyme substrate is separated from the non-hydrolyzed residue. The enzyme substrate is a suspension, the yield of which is 70-75% and the proteolytic activity of 3.2 u / g

Пример 1. Панцирьсодержащие отходы, образующиеся при разделке вареных речных раков, измельчают на волчке с диаметром решетки 5 мм, промывают водой, подпрессовывают для удаления избытка воды и обесцвечивают спиртом. Обесцвеченный отжатый панцирь высушивают и к нему добавляют воду в соотношении 1:10. Поддерживая режим перемешивания, вносят отдельными порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя концентрацию HCl до 2% в течение 30 мин. Процесс осуществляют в течение часа при температуре окружающей среды 20°С, после чего раствор сливают, осадок подпрессовывают, добавляют к влажному деминерализованному панцирю воду и фермент-субстрат (комплекс протеиназ) в соотношении 1:3:1 для депротеинизации. Процесс проводят при температуре 30°С, рН - 2,0 в течение 48 часов, затем промывают водой до нейтральной среды, остаток подпрессовывают, обрабатывают 2% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение 1,5 часа при температуре 95°С, затем промывают водой до нейтральной среды и высушивают полученный хитин.Example 1. The shell-like waste generated during the cutting of boiled crayfish is crushed on a spinning top with a lattice diameter of 5 mm, washed with water, pressed to remove excess water and decolorized with alcohol. The bleached squeezed shell is dried and water is added to it in a ratio of 1:10. While maintaining the mixing mode, concentrated hydrochloric acid was added in separate portions for demineralization, bringing the HCl concentration to 2% for 30 minutes. The process is carried out for one hour at an ambient temperature of 20 ° C, after which the solution is drained, the precipitate is pressed, water and an enzyme substrate (proteinase complex) are added to the moist demineralized shell in a ratio of 1: 3: 1 for deproteinization. The process is carried out at a temperature of 30 ° C, pH 2.0 for 48 hours, then washed with water to a neutral medium, the residue is pressed, treated with a 2% alkali solution in a ratio of 1: 6 for 1.5 hours at a temperature of 95 ° C, then washed with water until neutral and the resulting chitin is dried.

Пример 2. Сухие, измельченные панцирьсодержащие отходы речных раков, обесцвечивают спиртом. Панцирь от спиртового экстракта отделяют фильтрованием или центрифугированием и высушивают. Дальнейшие операции аналогичны примеру 1.Example 2. Dry, crushed shell-containing waste of crayfish, discolor with alcohol. The carapace from the alcohol extract is separated by filtration or centrifugation and dried. Further operations are similar to example 1.

Пример 3. Мороженые панцирьсодержащие отходы (концентрат панциря головогруди речных раков) размораживают, обесцвечивают спиртом, затем к высушенному обесцвеченному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8 и при перемешивании вносят отдельными порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя концентрацию HCl до 4% в течение 40 мин. Процесс осуществляют в течение 1,5 часа при температуре окружающей среды 25°С, после чего раствор сливают, осадок подпрессовывают, добавляют к влажному деминерализованному панцирю воду и фермент-субстрат (комплекс протеиназ) в соотношении 1:2:2 для депротеинизации. Процесс проводят при температуре 40°С, рН - 2,5 в течение 24 часов, промывают водой до нейтральной среды, остаток подпрессовывают, обрабатывают 3% раствором щелочи в соотношении 1:6 в течение часа при температуре 95°С, затем промывают водой до нейтральной среды и высушивают полученный хитин.Example 3. Frozen shell-containing waste (concentrate of the cephalothorax carapace) is thawed, discolored with alcohol, then water is added to the dried decolorized carapace in a ratio of 1: 8 and concentrated hydrochloric acid is added in separate portions for demineralization, bringing the HCl concentration to 4% over 40 min The process is carried out for 1.5 hours at an ambient temperature of 25 ° C, after which the solution is drained, the precipitate is pressed, water and an enzyme substrate (proteinase complex) are added to the moist demineralized shell in a ratio of 1: 2: 2 for deproteinization. The process is carried out at a temperature of 40 ° C, pH 2.5 for 24 hours, washed with water to a neutral medium, the residue is pressed, treated with 3% alkali solution in a ratio of 1: 6 for an hour at a temperature of 95 ° C, then washed with water to neutral medium and dry the resulting chitin.

Предлагаемый способ позволяет рационально использовать панцирьсодержащие отходы речных раков, а также отходы от разделки хищных видов рыб (внутренности). В ходе технологического процесса переработки панцирьсодержащих отходов речных раков, кроме основного продукта - хитина можно получить побочный продукт - каротиноиды, относящиеся к биологически активным веществам.The proposed method allows the rational use of carapace-containing waste of crayfish, as well as waste from cutting carnivorous fish species (entrails). During the process of processing shell-like waste of crayfish, in addition to the main product - chitin, you can get a by-product - carotenoids related to biologically active substances.

Claims (2)

1. Способ получения хитина из панцирьсодержащих отходов речных раков, характеризующийся тем, что он предусматривает деминерализацию подготовленного сырья, ферментативную депротеинизацию и щелочную очистку, при этом перед деминерализацией влажные панцирьсодержащие отходы обесцвечивают спиртом, затем к обесцвеченному высушенному панцирю добавляют воду в соотношении 1:8-1:10 и при перемешивании порциями концентрированную соляную кислоту для деминерализации, доводя ее концентрацию до 2-4% в течение 30-40 мин, деминерализацию осуществляют в течение 1-1,5 ч при температуре 20-25°С, ферментативную депротеинизацию совмещают с окончательной деминерализацией и проводят кислым фермент-субстратом из желудков сома в соотношении деминерализованный панцирь: вода: фермент-субстрат 1:3:1-1:2:2 при рН 2-2,5, температуре 30-40°С, в течение 24-48 ч, а щелочную очистку осуществляют 2-3% раствором щелочи в соотношении 1:6 при температуре 90-95°С в течение 1-1,5 ч.1. A method of producing chitin from shell-containing waste of crayfish, characterized in that it provides for the demineralization of the prepared raw materials, enzymatic deproteinization and alkaline cleaning, while before demineralization, the wet shell-containing waste is discolored with alcohol, then water is added to the decolorized dried shell in a ratio of 1: 8- 1:10 and with stirring in portions concentrated hydrochloric acid for demineralization, bringing its concentration to 2-4% for 30-40 minutes, demineralization is carried out in those 1-1.5 hours at a temperature of 20-25 ° C, enzymatic deproteinization is combined with the final demineralization and is carried out with an acidic enzyme substrate from the stomach of a catfish in the ratio demineralized carapace: water: enzyme substrate 1: 3: 1-1: 2: 2 at a pH of 2-2.5, a temperature of 30-40 ° C, for 24-48 hours, and alkaline cleaning is carried out with a 2-3% alkali solution in a ratio of 1: 6 at a temperature of 90-95 ° C for 1-1 5 hours 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фермент-субстрат для ферментативной депротеинизации получают путем размораживания замороженных желудков сома, их измельчения, смешивания с 50% воды (к массе измельченных желудков), подкисления смеси соляной кислотой до рН 1,5-2,5, ферментации при температуре 38-40°С в течение 4-5 ч и центрифугирования при частоте вращения ротора 3000 об/мин в течение 20 мин.2. The method according to claim 1, characterized in that the enzyme substrate for enzymatic deproteinization is obtained by thawing frozen catfish stomachs, crushing them, mixing with 50% water (to the mass of crushed stomachs), acidifying the mixture with hydrochloric acid to pH 1.5- 2.5, fermentation at a temperature of 38-40 ° C for 4-5 hours and centrifugation at a rotor speed of 3000 rpm for 20 minutes