Научная статья на тему 'ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ КОЛЛАГЕНА И ГИДРОКСИАПАТИТА ИЗ РЫБЬЕЙ ЧЕШУИ'

ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ КОЛЛАГЕНА И ГИДРОКСИАПАТИТА ИЗ РЫБЬЕЙ ЧЕШУИ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
691
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Известия КГТУ
ВАК
AGRIS
Ключевые слова
РЫБЬЯ ЧЕШУЯ / РЫБНЫЙ КОЛЛАГЕН / ГИДРОКСИАПАТИТ / ТЕХНИЧЕСКИЙ НАПОЛНИТЕЛЬ / ПИЩЕВАЯ ДОБАВКА

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Воробьев В. И., Нижникова Е. В.

Разработан способ получения фракций коллагена и гидроксиапатита из рыбьей чешуи, который заключается в следующем. Промытую водой и двукратно обработанную в растворе, содержащем пищевую соль и пищевую соду, рыбью чешую высушивают горячим воздухом (до 80 0С) до массовой доли влаги не более 10 %, далее измельчают в высокоскоростном измельчителе (продолжительность измельчения 0,1-5 мин, 36000 об/мин) с одновременным или последующим сепарированием полученной смеси по меньшей мере на две фракции: коллагеновую волокнистую и порошковую гидроксиапатитовую. Опытным путем определено, что высушенная и измельченная в естественном состоянии коллагеновая ткань имеет наименьший размер частиц в диапазоне от 0,1 мм (100 мкм) и больше, при этом частицы выглядят как фрагменты волокон. Частично денатурированная коллагеновая ткань может быть измельчена на гораздо более мелкие сферические частицы (менее 0,1 мм). Представлен общий химический состав (включая кальций и фосфор) полученных фракций рыбьей чешуи судака и сазана. Определено, что массовая доля выхода фракций измельченной и сепарированной рыбьей чешуи зависит от вида сырья, его химического состава и продолжительности процесса измельчения. Выявлено, что с уменьшением размера частиц получаемых фракций увеличивается массовая доля (%) в них кальция и соответственно насыпная масса. Показано, что основным компонентом волокнистой фракции (размер частиц 2,5 мм и более) является белок (коллаген), массовая доля которого более 70 %, а порошковой (размер частиц 0,1 и менее) - зола (гидроксиапатит) с массовой долей более 62 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OBTAINING COLLAGEN AND HYDROXYAPATITIS FRACTIONS FROM FISH SCALES

A method for obtaining collagen and hydroxyapatite fractions from fish scales has been developed. The method consists in the following: fish scales are washed with water and treated twice in a solution containing edible salt and baking soda, then scales r are dried with hot air (up to 80 0C) until the mass fraction of moisture is not more than 10%, then it is crushed in a high-speed grinder (grinding duration 0.1-5 minutes, 36000 r/min) with simultaneous or subsequent separation of the resulting mixture into at least two fractions: fibrous collagen and hydroxyapatite powder. It has been experimentally determined that collagen tissue, dried and crushed in its natural state, has the smallest particle size in the range of 0.1 mm (100 microns) and more, while the particles look like fiber fragments. Partially denatured collagen tissue can be crushed into much smaller spherical particles (less than 0.1mm). The general chemical composition (including calcium and phosphorus) of the obtained fractions of fish scales of pike perch and sazan is presented. It has been determined that the mass fraction of the yield of crushed and separated fish scales fractions depends on the type of raw material, its chemical composition, as well as on the duration of the grinding process. It has been revealed that with a decrease in the particle size of the resulting fractions, mass fraction (%) of calcium in them and, accordingly, the bulk density, increase. The work also shows that the main component of the fibrous fraction (particle size 2.5 mm and more) is protein (collagen) mass fraction, which is more than 70%, and powder (particle size 0.1 and less)- ash (hydroxyapatite) with mass fraction of over 62%.

Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ КОЛЛАГЕНА И ГИДРОКСИАПАТИТА ИЗ РЫБЬЕЙ ЧЕШУИ»

УДК 664.957(06)

DOI 10.46845/1997-3071 -2021-62-80-91

ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ КОЛЛАГЕНА И ГИДРОКСИАПАТИТА

ИЗ РЫБЬЕЙ ЧЕШУИ

В. И. Воробьев, Е. В. Нижникова

OBTAINING COLLAGEN AND HYDROXYAPATITIS FRACTIONS FROM FISH

SCALES

V. I. Vorobyov, E. V. Nizhnikova

Разработан способ получения фракций коллагена и гидроксиапатита из рыбьей чешуи, который заключается в следующем. Промытую водой и двукратно обработанную в растворе, содержащем пищевую соль и пищевую соду, рыбью чешую высушивают горячим воздухом (до 80 0С) до массовой доли влаги не более 10 %, далее измельчают в высокоскоростном измельчителе (продолжительность измельчения 0,1-5 мин, 36000 об/мин) с одновременным или последующим сепарированием полученной смеси по меньшей мере на две фракции: коллагено-вую волокнистую и порошковую гидроксиапатитовую. Опытным путем определено, что высушенная и измельченная в естественном состоянии коллагеновая ткань имеет наименьший размер частиц в диапазоне от 0,1 мм (100 мкм) и больше, при этом частицы выглядят как фрагменты волокон. Частично денатурированная коллагеновая ткань может быть измельчена на гораздо более мелкие сферические частицы (менее 0,1 мм). Представлен общий химический состав (включая кальций и фосфор) полученных фракций рыбьей чешуи судака и сазана. Определено, что массовая доля выхода фракций измельченной и сепарированной рыбьей чешуи зависит от вида сырья, его химического состава и продолжительности процесса измельчения. Выявлено, что с уменьшением размера частиц получаемых фракций увеличивается массовая доля (%) в них кальция и соответственно насыпная масса. Показано, что основным компонентом волокнистой фракции (размер частиц 2,5 мм и более) является белок (коллаген), массовая доля которого более 70 %, а порошковой (размер частиц 0,1 и менее) - зола (гидроксиапатит) с массовой долей более 62 %.

рыбья чешуя, рыбный коллаген, гидроксиапатит, технический наполнитель, пищевая добавка

A method for obtaining collagen and hydroxyapatite fractions from fish scales has been developed. The method consists in the following: fish scales are washed with water and treated twice in a solution containing edible salt and baking soda, then scales r are dried with hot air (up to 80 0C) until the mass fraction of moisture is not more than 10%, then it is crushed in a high-speed grinder (grinding duration 0.1-5 minutes, 36000 r/min) with simultaneous or subsequent separation of the resulting mixture into at least two fractions: fibrous collagen and hydroxyapatite powder. It has been experimentally

determined that collagen tissue, dried and crushed in its natural state, has the smallest particle size in the range of 0.1 mm (100 microns) and more, while the particles look like fiber fragments. Partially denatured collagen tissue can be crushed into much smaller spherical particles (less than 0.1mm). The general chemical composition (including calcium and phosphorus) of the obtained fractions of fish scales of pike perch and sazan is presented. It has been determined that the mass fraction of the yield of crushed and separated fish scales fractions depends on the type of raw material, its chemical composition, as well as on the duration of the grinding process. It has been revealed that with a decrease in the particle size of the resulting fractions, mass fraction (%) of calcium in them and, accordingly, the bulk density, increase. The work also shows that the main component of the fibrous fraction (particle size 2.5 mm and more) is protein (collagen) mass fraction, which is more than 70%, and powder (particle size 0.1 and less)- ash (hydroxyapatite) with mass fraction of over 62%.

fish scales, fish collagen, hydroxyapatite, technical filler, food additive

ВВЕДЕНИЕ

Ежегодно в процессе разделки рыбы образуется несколько сотен тысяч тонн рыбьей чешуи, которая в настоящее время мало востребована (загрязняет окружающую среду) и поэтому в основном направляется на производство малорентабельной кормовой рыбной муки. Количество чешуи соответствует 0,5-10 % массы рыбы, состоящей в основном из коллагена и гидроксиапатита кальция. Структура чешуи обычно имеет два слоя: внешний (костный), представленный, как правило, кристаллами гидроксиапатита и произвольно ориентированными коллагеновыми волокнами, и внутренний, состоящий из пластинчатых структур коллагеновых волокон с различной степенью минерализации. Стоимость 1 кг биогенного гидроксиапатита около 2000 долл. США, лидеры его промышленного производства - Швейцария и Япония, синтетического - Китай и США, основные потребители - США, Южная Корея, Израиль. Ввиду биосовместимости биогенного гидроксиапатита с костной тканью человека основной областью его использования являются травматология, ортопедия, реконструктивная хирургия и стоматология, так как покрытые им имплантаты не вызывают реакции отторжения, обладают способностью активно связываться со здоровой костной тканью, ускоряя процесс регенерации и реабилитации [1]. Кроме того, гидроксиапатит применяется как компонент кремов, улучшающих структуру кожи, наполнитель, стабилизатор и эмульгатор косметических средств, составляет основу для БАДов, используется как пищевая добавка в качестве соли и стабилизатора консистенции мороженого, молока и напитков на его основе, рыбного филе, рыбной и креветочной пасты, соусов, хлебобулочных, кондитерских и мучных изделий, сухих завтраков, теста, сидра и безалкогольных напитков. Стоимость рыбного коллагена на сегодня менее 100 долл. США за 1 кг для пищевой продукции, 5000-50 000 - для медицинских препаратов, 11 -17 долл. стоит гидролизованный коллаген (желатин) [2]. По оценкам, к 2025 г. рынок морского коллагена (основные направления использования - косметическая, пищевая промышленность и производство напитков) достигнет 983,84 млн. долл. США, при этом среднегодовой темп роста (CAGR) составит 7,4 % [3]. Рыбья чешуя представляет объемный и дешевый источник сырья для рыбного коллагена и биогенного гидроксиапатита, имеющих

высокую добавленную стоимость и повышенный спрос в различных отраслях промышленности, что способствует изысканию и разработке экономически приемлемых способов их получения на основе чешуи.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектами исследований являлись партии чешуи судака и сазана, полученные в процессе разделки рыбы. Местами проведения стали испытательная лаборатория ООО «Калининградский испытательный центр» и лаборатория органической химии Калининградского государственного технического университета (КГТУ). Определение химического состава исследуемых образцов осуществлялось в соответствии со следующими методами: Кьельдаля - для белка, экстракци-онно-весовой - для жира, гравиметрический - для влаги и золы, атомно-абсорбционная спектрометрия - для кальция, спектрофотометрия с молибденово-кислым аммонием в присутствии гидрохинона и сульфита натрия - для фосфора.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Известные способы получения коллагена и гидроксиапатита из рыбьей чешуи основаны на предварительной ее очистке от органических примесей и переводе в растворимое состояние (при помощи кислот, щелочей, эвтектических растворителей, ферментов, высоких давлений, температур и др.) с последующим разделением на фракции (центрифугирование, осаждение, диализ, высаливание и др.), извлечением коллагена и гидроксиапатита из раствора с дальнейшей дополнительной очисткой и обезвоживанием (сублимационная или распылительная сушка, сжигание в муфельной печи) с целью получения высушенной готовой продукции [4-7].

Применение значительных объемов промывных жидкостей, а также кислот, щелочей, растворителей и дорогостоящих ферментов, многостадийность, энергоемкость и длительность технологических процессов значительно повышают стоимость готовой продукции, что ограничивает их использование в промышленных масштабах.

Учитывая повышенный спрос и высокую добавленную стоимость морского коллагена и биогенного гидроксиапатита, на кафедре химии КГТУ были проведены исследования, разработан и предложен способ получения коллагена и гидроксиапатита (находится в стадии патентования), позволяющий увеличить их концентрацию во фракциях, минуя этап перевода рыбьей чешуи в растворимое состояние и используя физические способы обработки (измельчение, сепарирование, высушивание), что значительно сокращает продолжительность обработки и стоимость готовой продукции. Кроме того, предложенный способ позволяет расширить сферу применения полученных коллагеновых фракций.

При разработке способа исходили из того, что основными компонентами рыбьей чешуи являются коллаген (семейство фибриллярных белков), имеющий нитевидную структуру, и гидроксиапатит (биоминерал), находящийся в аморфной или кристаллической форме в виде порошка. Плотность коллагена чешуи составляет 1,33, а гидроксиапатита кальция - 3,17 г/см3, основное количество которого содержится в ее костном слое [8]. Исходя из архитектоники и химического состава высушенной чешуи было сделано предположение о возможности разделения ее

основных фракций физическими способами (измельчение и сепарация), способствующими значительному снижению стоимости готовой продукции.

Сущность способа получения фракций коллагена и гидроксиапатита заключается в том, что рыбья чешуя очищается от органических примесей в перфорированном барабане моечной центрифуги в течение 20 мин. Промытая чешуя обрабатывается в смесителе с добавлением пищевой соли, пищевой соды и дробленого льда в течение 10 мин, затем промывается пресной водой. После промывки чешую повторно обрабатывают в водном растворе с добавлением пищевой соли и соды не менее 30 мин, далее отделенную твердую часть промывают пресной водой. Очищенную чешую высушивают при помощи горячего воздуха до содержания массовой доли влаги не более 10 % (предпочтительно до 5 %), так как при влажности более 10 % возрастает вероятность образования клееобразного вязкого комка - «катыша» - при ее измельчении (вследствие перехода части коллагена при нагреве трением в присутствии воды в водорастворимый глютин, являющийся основой рыбного клея), что приводит к остановке или выводу из строя оборудования. Высушенную чешую измельчают в высокоскоростном измельчителе и сепарируют (фракционируют) при помощи воздушного сепаратора или сит с получением по меньшей мере двух фракций: коллагеновой волокнистой и гидрокси-апатитовой порошковой.

Опытным путем было определено, что измельченная рыбья чешуя находится в виде порошка с размером частиц 0,1 мм (100 мкм) и менее. При большем размере частиц она имеет вид коротких волокон, это подтверждается данными других исследований, где показано, что в высушенной и измельченной в естественном состоянии коллагеновой ткани наименьший размер частиц достигает 100 мкм и больше. При этом частицы выглядят как фрагменты волокон. Частично денатурированная коллагеновая ткань может быть измельчена на гораздо более мелкие сферические частицы [9].

Гидроапатит (биоминерал) в естественных структурах находится в нано-кристаллическом состоянии с размером частиц приблизительно 5-10 мкм [10], поэтому фракция измельченной рыбьей чешуи с размером частиц 0,1 мм и менее представляет собой в основном гидроксиапатит, а также частично денатурированный коллаген (образующийся в процессе высушивания горячим воздухом и при кратковременном нагреве сырья за счет трения при измельчении) в виде порошка.

Согласно этому способу были наработаны опытные партии различных фракций очищенной и высушенной чешуи сазана и судака.

Экспериментальные данные выхода массовой доли (%), внешнего вида и насыпной массы (г/см ), измельченных в течение 3 мин и сепарированных (сита) фракций высушенных партий чешуи сазана и судака (с массовой долей влаги соответственно 7,4 и 8,7 %), взятых в шестикратной повторности, представлены в табл. 1, 2.

Из табл. 1, 2 видно, что насыпная масса порошковой гидроксиапатитовой фракции (0,1 мм и менее) на порядок (в 11,47 раза - сазан, в 14,82 раза - судак) отличается от волокнистой коллагеновой (2,5 мм и более), при этом массовая доля выхода фракций при одних и тех же параметрах измельчения (3 мин) различна, что связано с видом сырья и его химическим составом.

Таблица 1. Выход массовой доли (%), насыпная масса (г/см3) и внешний вид измельченных в течение 3 мин и сепарированных (сита) фракций высушенной партии чешуи сазана с массовой долей влаги 7,4 % (6-кратная повторность) Table 1. Yield of mass fraction (%), bulk weight (g/cm3) and appearance of crushed within 3 min and separated (sieve) fractions of a dried lot of zazan scales with a mass fraction of moisture 7.4 % (6-fold repetition)_

Массовая доля выхода ф ракций, % Сред- Насыпная масса

Фракция 1 2 3 4 5 6 нее значение, % Внешний вид

0,1 мм и менее 12,0 14,9 13,3 16,0 16,0 16,0 14,7 0,551 Порошок

Смесь по-

0,1-2,5 мм 26,0 21,3 28,9 22,0 30,0 30,0 26,4 0,125 рошка и короткого волокна-ваты

Волокни-

2,5 мм и более 62,0 63,8 57,8 62,0 54,0 54,0 58,9 0,048 стый вато-образный материал

Высушенная 100,0 0,065 Твердая изогнутая пла-

чешуя стинка

3

Таблица 2. Выход массовой доли (%), насыпная масса (г/см3) и внешний вид измельченных в течение 3 мин и сепарированных (сита) фракций высушенной партии чешуи судака с массовой долей влаги 8,7 % (6-кратная повторность) Table 2. Yield of mass fraction (%), bulk weight (g/cm3) and appearance of crushed within 3 min and separated (sieve) fractions of a dried lot of pike perch scales with a mass fraction of moisture 7.4 % (6-fold repetition)_

Фракция Массовая доля выхода фракций, % Среднее значение, % Насыпная масса Внешний вид

1 2 3 4 5 6

0,1 мм и менее 33,7 34,0 35,0 35,4 34,7 33,4 34,4 0,593 Порошок

0,1-2,5 мм 40,8 42,5 41,0 39,6 39,8 42,4 41,0 0,226 Смесь порошка и короткого волокна-ваты

2,5 мм и более 25,5 23,5 24,0 25,0 25,5 24,2 24,6 0,040 Волокнистый вато-образный материал

Высушенная чешуя 100,0 0,102 Твердая изогнутая пластинка

Фракция чешуи судака от 0,1 до 2,5 мм дополнительно измельчалась (3 мин) и фракционировалась (сита) с получением массовой доли фракции (0,1 мм

и менее) 49,5 % в виде порошка и соответственно фракции (0,1-2,5 мм) 50,5 % в виде мягкого волокна-пуха.

Экспериментальные данные общего химического состава (в т. ч. кальция, фосфора) измельченных в течение 3 мин и разделенных воздушной сепарацией фракций высушенной чешуи сазана (в процентах), а также их внешний вид представлен в табл. 3, 4.

Таблица 3. Внешний вид, а также общий химический состав (в том числе кальций и фосфор) измельченных в течение 3 мин и разделенных воздушной сепарацией фракций высушенной чешуи сазана, %

Table 3. Appearance, as well as the general chemical composition (including calcium and phosphorus) of dried sazan scales crushed for 3 minutes and separated by air, %

Фракции Массовая доля, % Выход фракции, % Внешний вид

влага белок жир зола Са Р

Целая чешуя 7,4 54,0 1,1 29,0 7,1 4,5 100,0 Твердая изогнутая пластинка

Более 2,5 мм 4,6 81,0 0,7 11,5 3,4 3,9 58,8 Волокнистый вато-образный материал

От 0,1 до 2,5 мм 6.5 35,4 0,7 51,9 14,1 4,7 27,1 Смесь порошка и короткого волокна-ваты

Менее 0,1 мм 6,4 26,4 0,8 62,7 17,1 3,7 14,1 Порошок

Таблица 4. Внешний вид, а также общий химический состав (в т. ч. кальций и фосфор) измельченных в течение 3 мин и разделенных воздушной сепарацией фракций высушенной чешуи судака, %

Table 4. Appearance, as well as the general chemical composition (including calcium

and phosphorus) of dried pike perch scales crushed for 3 minutes and separated by air, %

Фракции Массовая доля, % Выход фракции, % Внешний вид

влага белок жир зола Са Р

Целая чешуя 8,7 39,9 2,6 50,4 19,1 4,9 100,0 Твердая изогнутая пластинка

Более 2,5 мм 9,2 71,4 3,7 22,4 6,5 3,8 24,6 Волокнистый вато-образный материал

От 0,1 до 2,5 мм 7,4 36,4 2,3 53,8 14,5 3,9 41,0 Смесь порошка и короткого волокна-ваты

Менее 0,1 мм 6,9 25,7 2,4 63,5 17,4 3,7 34,4 Порошок

Из табл. 3, 4 видно, что процент выхода фракций коррелирует с исходным химическим составом сырья: так, чешуя сазана, содержащая 29, 0 % золы, в процессе измельчения и сепарации имеет выход порошковой фракции 14,1 %, а чешуя судака, содержащая 50,4 % золы, аналогично имеет выход 34,4 %, при этом с уменьшением размера частиц фракции увеличивается содержание в них кальция.

Выход фракций зависит также от условий проведения процесса измельчения и сепарирования. Измельчение высушенной рыбьей чешуи может осуществляться одновременно или с последующей сепарацией с получением волокнистых и порошковых фракций.

Экспериментальные данные процесса измельчения (продолжительность обработки 1-5 мин, 36000 об/мин) и сепарирования (сита) с удалением порошковой фракции рыбьей чешуи и без ее удаления в процессе обработки представлены в табл. 5, 6.

Таблица 5. Выход фракций высушенной рыбьей чешуи судака (массовая доля влаги - 8,7%) в процессе ее измельчения (1-5 мин, 36000 об/мин) и сепарирования (сита) с удалением порошковой фракции в ходе обработки

Table 5. Yield of dried pike perch fish scales fractions (mass fraction of moisture 8.7 %) during its grinding (1-5 min, 36000 r/min) and separation (sieve) with removal of the powder fraction during processing_

Фракции Время обработки, мин

1 2 3 4 5

Масса начального образца, г

100,0 78,0 61 ,0 49,0 41 ,0

г % г % г % г % г %

0,1 мм и менее 20,0 20,4 14,0 18,7 10,0 16,9 6,0 12,8 6,0 12,0

0,1-2,5 мм 39,0 39,8 31,0 41,3 20,0 33,9 12,0 25,6 6,0 12,0

2,5 мм и более 39,0 39,8 30,0 40,0 29,0 49,2 29,0 61,6 29,0 76,0

Общая сумма 98,0 100 75 100 59,0 100 47,0 100 41 100

Таблица 6. Выход фракций партии высушенной рыбьей чешуи судака (массовая доля влаги - 8,7 %) в процессе ее измельчения (1-5 мин, 36000 об/мин) и сепарирования (сита)

Table 6. The yield of fractions of a batch of dried pike perch fish scales (mass fraction of moisture - 8.7 %) during its grinding (1-5 min, 36000 r/min) and separation (sieve)

Время обработки, мин

1 2 3 4 5

Фракции Масса начального образца, г

100,0

г % г % г % г % г %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0,1 мм и менее 18,0 18,0 27,0 27,3 33,0 34,7 34,0 35,8 38,0 40,4

0,1-2,5 мм 42,0 42,0 42,0 42,4 37,0 38,9 36,0 37,8 35,0 37,2

2,5 мм и более 40,0 40,0 30,0 30,3 25,0 26,4 25,0 26,4 21,0 22,4

Общая сумма 100,0 100 99,0 100 95,0 100 95,0 100,0 94,0 100

Из табл. 5, 6 видно, что в процессе измельчения и сепарирования высушенной партии рыбьей чешуи судака с удалением порошковой фракции (0,1 мм и менее) в ходе обработки (5 мин) суммарная массовая доля удаленной фракции составила 56 г (%), в то время как без удаления - 38 г (%). Кроме того, отмечен интервал времени обработки (3-5 мин) с удалением и (3-4 мин) без удаления порошковой фракции, где волокнистая коллагеновая фракция (2,5 мм и более) не изменялась по массе.

Внешний вид коллагеновой волокнистой фракции (2,5 мм и более) и порошковой гидроксиапатитовой фракции (0,1 мм и менее) чешуи судака представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид коллагеновой волокнистой фракции (2,5 мм и более) и порошковой гидроксиапатитовой фракции (0,1 мм и менее) чешуи судака Fig. 1. Appearance of collagen fibrous fraction (2.5 mm or more) and powdered hy-droxyapatite fraction (0.1 mm or less) of pike perch scales

Продолжительность измельчения (истирания) влияет на свойства получаемого волокнистого коллагенового материала (степень жесткости и разволокнения структуры, насыпная масса, пористость, дисперсность, длина волокна и др.) и, соответственно, на выбор направления его применения.

Внешний вид волокнистых фракций смеси высушенной чешуи из разных рыб (судак, сазан, лещ, карп, карась, плотва и др.) представлен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид полученных фракций смеси высушенной чешуи из разных

рыб (судак, сазан, лещ, карп, карась, плотва) Fig. 2. Appearance of the obtained various fractions of a mixture of dried scales from various types of fish (pike perch, sazan, bream, carp, crucian carp, roach)

Волокнистые коллагеновые фракции и их смеси, взятые в определенных соотношениях, как и порошковые гидроксиапатитовые фракции, могут быть использованы в качестве пищевой добавки в хлебобулочных и кондитерских изделиях, мясных, рыбных полуфабрикатах, морепродуктах, молочнокислых и соко-содержащих напитках.

Также волокнистые фракции и их смеси могут применяться как натуральный технический наполнитель постельных принадлежностей, игрушек, мебели, фильтров, как полимерный компонент композитов, паст, красок, пленок, покрытий, керамики, имплантов, тканей, бумаги.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Подушка с натуральным наполнителем из чешуи судака и сазана (фракция 2,5 мм и более) представлена на рис. 3.

Порошковые гидроксиапатитовые фракции также могут быть использованы как натуральный технический наполнитель композитов, паст, кремов, пудры, красок, пленок, покрытий, керамики, имплантов, повязок.

Рис. 3. Подушка с наполнителем из чешуи судака и сазана (фракция более 2,5 мм) Fig. 3. Pillow filled with pike perch and sazan scales (fraction more than 2.5 mm)

ВЫВОДЫ

1. Разработан эффективный способ получения фракций волокнистого коллагена и порошкового гидроксиапатита из рыбьей чешуи.

2. Исследован общий химический состав волокнистых и порошковых фракций рыбьей чешуи.

3. Определены возможные направления использования фракций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Производство и реализация биогенного гидроксиапатита [Электронный ресурс]. - URL: https://gap.biofizpribor.ru (дата обращения: 28.05.2021).

2. Luca, S., Nunzia, G., Lucia, N. M., Lorena, C., Paola, L., Marta, M., ... & Alessandro, S. Marine collagen and its derivatives: Versatile and sustainable bio-resources for healthcare //Materials Science and Engineering: C. - 2020. - С. 110963.

3. Coppola, D., Lauritano, C., Palma Esposito, F., Riccio, G., Rizzo, C., & de Pascale, D. Fish Waste: From Problem to Valuable Resource //Marine Drugs. - 2021. -Т. 19. - №. 2. - С. 116.

4. Pat. №2008285456(JP) IPC С01В25/32, С07К14/78. Extraction method and extraction apparatus of collagen, production method and production apparatus of hy-droxyapatite, and collagen-containing aqueous extract and hydroxyapatite / Harada O.; Hasegawa Y. - 2008-11-27

5. Pat. №107056933(CN) IPC C01B25/32, C07K1/30, C07K1/34. Comprehensive extraction method of collagen, hydroxyapatite and protein in fish scales / Li L.; Yang Y.; Yao T.; Lin Y.; Chen L.; Xue X. - 2017-08-18.

6. Pat. №108949882(CN) IPC C01B25/32, C07K14/78, C12P21/06. Method for extracting fish scale collagen protein peptide powder and hydroxyapatite / Zhang Y; Tu D; Dai Z. - 2018-12-07.

7. Pat. №111302319(CN) IPC C01B25/32, C07K14/78. Method for extracting hydroxyapatite and collagen from fish scales by using deep eutectic solvent Liu Y.; Ji S.; Zhang L.; Yang F. - 2020-06-19.

8. Zhu, D., Ortega, C. F., Motamedi, R., Szewciw, L., Vernerey, F., & Barthelat, F. Structure and mechanical performance of a "modern" fish scale //Advanced Engineering Materials. - 2012. - Т. 14. - №. 4. - С. B185-B194.

9. Meyer M. Processing of collagen based biomaterials and the resulting materials properties //Biomedical engineering online. - 2019. - Т. 18. - №. 1. - С. 1-74.

10. Goloshchapov, D. L., Kashkarov, V. M., Rumantseva, N. A., Seredin, P. V., Lenshin, A. S., Agapov, B. L., Domashevskaya, E. P. Получение нанокристалличе-ского гидроксиапатита методом химического осаждения с использованием биогенного источника кальция //Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy= Condensed Matter and Interphases. - 2011. - Т. 13. - №. 4. - С. 427-441.

REFERENCES

1. Proizvodstvo i realizatsiya biogennogo gidroksiapatita [Production and sale of biogenic hydroxyapatite]. Available at: https://gap.biofizpribor.ru (Accessed 28 May 2021).

2. Luca S., Nunzia G., Lucia N. M., Lorena C., Paola L., Marta M. ... & Ales-sandro S. Marine collagen and its derivatives: Versatile and sustainable bio-resources for healthcare. Materials Science and Engineering: C., 2020, pp. 110963.

3. Coppola D., Lauritano C., Palma Esposito F., Riccio G., Rizzo C., de Pascale D. Fish Waste: From Problem to Valuable Resource. Marine Drugs, 2021, vol. 19, no. 2, pp. 116.

4. Pat. №2008285456(JP) IPC С01В25/32, С07К14/78. Extraction method and extraction apparatus of collagen, production method and production apparatus of hydroxyapatite, and collagen-containing aqueous extract and hydroxyapatite. Harada O., Hasegawa Y. 2008-11-27.

5. Pat. №107056933(CN) IPC C01B25/32, C07K1/30, C07K1/34. Comprehensive extraction method of collagen, hydroxyapatite and protein in fish scales. Li L., Yang Y., Yao T., Lin Y., Chen L., Xue X. 2017-08-18.

6. Pat. №108949882(CN) IPC C01B25/32, C07K14/78, C12P21/06. Method for extracting fish scale collagen protein peptide powder and hydroxyapatite. Zhang Y., Tu D., Dai Z. 2018-12-07.

7. Pat. №111302319(CN) IPC C01B25/32, C07K14/78. Method for extracting hydroxyapatite and collagen from fish scales by using deep eutectic solvent. Liu Y., Ji S., Zhang L., Yang F. 2020-06-19.

8. Zhu D., Ortega C. F., Motamedi R., Szewciw L., Vernerey F., Barthelat F. Structure and mechanical performance of a "modern" fish scale. Advanced Engineering Materials, 2012, vol. 14, no. 4, pp. B185-B194.

9. Meyer M. Processing of collagen based biomaterials and the resulting materials properties. Biomedical engineering online, 2019, vol. 18, no. 1, pp. 1-74.

10. Goloshchapov D. L., Kashkarov V. M., Rumantseva N. A., Seredin P. V., Lenshin A. S., Agapov B. L., Domashevskaya E. P. Poluchenie nanokristallicheskogo gidroksiapatita metodom khimicheskogo osazhdeniya s ispol'zovaniem biogennogo is-

tochnika kal'tsiya [Obtaining nanocrystalline hydroxyapatite by chemical precipitation using a biogenic source of calcium]. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy= Condensed Matter and Interphases, 2011, vol. 13, no. 4, pp. 427-441.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Воробьев Виктор Иванович - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент кафедры химии;

E-mail: mobi.dik.10@mail.ru

Vorobyov Victor Ivanovich - Kaliningrad State Technical University; PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Chemistry; E-mail: mobi.dik.10@mail.ru

Нижникова Елена Владимировна - Калининградский государственный технический университет; кандидат биологических наук, доцент кафедры химии;

E-mail: nizhnikova6462@mail.ru

Nizhnikova Elena Vladimirovna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Biology, Associate Professor of the Department of Chemistry; E-mail: nizhnikova6462@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.