CC BY
673
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
A. R. Birman A. S. Krivon ogova
St. Petersburg, Russia
METHODS OF LONG-CUT TIMBER PRESERVATION TREATMENT
Abstract: The following paper defines and analyses the methods of experimental wood treatment and considers some of the ways of timber preservation with respect to improving the quality of timber performance. The authors have studied various hardwoods. When producing test prototypes, the method of paired samples was used. The researchers have analyzed the experimental results of various wood treatment and produced recommendations concerning the choice of timber treatment methods.
The paper defines the possibility of using timber borating as a protective means. The authors have obtained the absorption rate and volume parameters for treatment solutions such as water and boric acid and conducted experimental verification of protective ability of compacted wood soaked in a boric acid solution when exposed to neutron fluxes of different densities.
Following the experimental research program and methods, the researchers have tested the method of countercentrifuge timber treatment in the centrifugal force field in a production environment and at a pilot research station, produced recommendations for the use of anti-centrifugal timber treatment in the centrifugal force field and defined the modes for wood treatment on the pilot and production equipment. The authors have also considered the technological methods of wood treatment process resulting from liquid pressure in the rotating impregnating cylinder, obtained experimental findings and produced the succeeding recommendations based on the results of studying counter-centrifugal timber treatment.
The researchers have worked through the method of experimental studies combined with a comparative analysis of protective characteristics of samples of timber and protective materials, as well as made conclusions classifying the methods of wood treatment according to three main physical phenomena occurring during timber treatment.
The paper defines the qualitative and quantitative rates of wood preservation treatment. During the experiments the researchers have obtained the results characterizing the shortcomings of some wood treatment methods and inefficient treatment methods, defined the inapplicable methods in the production of neutron protective materials, obtained the results of counter-centrifugal treatment method studies and made appropriate conclusions. The researchers have also described the optimizing technological processes of timber treatment techniques under pressure, with the use of autoclave method and the method based on the soaking liquid penetrating the timber under the pressure of centrifugal forces. The paper offers technical solutions of reducing energy consumption during wood treatment by eliminating the costs of creating pressure in the soaking liquid. This approach simplifies the manufacturing process of timber loading and unloading and provides for increased productivity of wood treatment.
Key words: timber; treatment with liquids; boric acid treatment; treatment in a centrifugal field; neutron protective materials; reduction of energy consumption.
About the authors: Alexey Romanovich Birman, Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of Timber Production Technology; Alexandra Stanislavovna Krivonogova, Assistant Professor at the Department of Descriptive Geometry and Graphics, SPIN-code 8399-6121.
Place of work: Saint-Petersburg State Forest-Technical University
УДК 612.396.172 С.Ю. Солдатова
Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТОЗАНА ИЗ ПАНЦИРЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Аннотация. Цель работы — получение хитозана из различных видов сырья: панцирь рака, панцирь креветки, целиковый рачок гаммаруса. Для этого были поставлены задачи отработки щадящей технологии выделения хитина из первичного сырья и его сушки, наиболее полного деацетилирования хитина и получения хитозана, определения физико-химических свойств образцов хитозана.
На основании эксперимента был рассчитан выход готового продукта по сырью (около 11% для панцирей раков и креветок, 4% для гаммаруса) и по хитину (79%, 78% и 62% соответственно).
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
С.Ю. Солдатова
Вискозиметрическим методом установлена молекулярная масса образцов хитозана, которая составила от 72444 Да для хитозана из панциря раков, 63200 — из панцирей креветок и 57300 — из гаммаруса. Полученные резутьтаты согласуются с литературными данными. Можно констатировать, что выбранные условия получения хитозана из сырья позволяют выделить образцы с достаточно высокой молекулярной массой. Следует отметить, что молекулярная масса получаемого хитозана зависит не только от вида сырья, способа выделения хитина и метода его деацетилирования, но также от условий хранения и срока сбора сырья.
В работе был получен хитозан из трех видов сырья со степенью чистоты и физико-химическими характеристиками, позволяющими использовать его не только для технических нужд, но и в качестве биологически активной добавки к пище.
Методом потенциометрического титрования определена степень деацетилирования хитозана.
Полученные образцы хитозана охарактеризованы методом ИК-спектроскопии. Изучение полученных спектров образцов хитина подтверждает идентичность полученного хитозана эталонным образцам.
Ключевые слова: биологически активные добавки; хитин; хитозан; ИК-спектрометрия; потенциометрическое титрование.
Сведения об авторе: Солдатова Светлана Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры биотехнологии и технологии продуктов биоорганического синтеза.
Место работы: Московский государственный университет пищевых производств.
Контактная информация: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, 11, тел.: 9096513226, e-mail: [email protected]
Здоровье нации стало на сегодняшний день одной из приоритетных государственных задач, над решением которой активно работает индустрия здорового питания. К новым поколениям пищевых продуктов относятся функциональные пищевые продукты, которые снижают риск развития многих заболеваний, связанных с питанием, за счет наличия в их составе физиологически важных веществ, и способствуют сохранению здоровья и долголетия человека.
Один из путей создания функциональных пищевых продуктов — использование в рецептуре традиционных продуктов питания природных биологически активных ингредиентов, выделенных из растительного и животного сырья и продуктов его переработки.
С этой точки зрения перспективен хитозан — деацетилированное производное хитина, определяющего структуру панциря ракообразных, кутикулы насекомых и клеточные стенки грибов. Хитин и хитозан представляют собой смесь олигосахаридов с различной степенью полимеризации.
Хитозан обладает очень широким спектром биологического действия. В качестве биологически активной добавки к пище он способствует снижению уровня холестерина и сахара в крови, нормализует артериальное давление, обладает противоопухолевым и бактериостатическим действием по отношению к патогенным микроорганизмам, улучшает работу кишечника, стимулирует иммунную активность и рост би-фидофлоры. В настоящее время хитозан используется в медицине в качестве ранозаживляющего средства, в косметологии — в очищающих средствах, в пищевой промышленности — как загуститель и структурообразова-тель, в сельском хозяйстве, в технических отраслях — для улучшения качества бумаги, создания нетканых материалов, упаковки для пищевых продуктов и т.д [8].
По своей химической природе хитин является поли-М-ацетил-В-глюкозо-2-амином, мономерные единицы — N-ацетилглюкозамин, связанные Ь-(1,4)-гликозидными связями.
R = Ас Хитин R = Н Хнтоэав
Рис. 1. Структурная формула хитина и хитозана
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
Получение хитозана из исходного хитина производится в две стадии: выделение хитина из сырья и его деацетилирование. Хитин в составе растительных и животных оболочек присутствует не в чистом виде, а в виде комплексов: хитин-глюкановый комплекс — в клеточной стенке грибов, хитин-меланиновый — в кутикуле насекомых, хитин-белковый — в панцире ракообразных. Для выделения хитина в чистом виде необходимо разрушить эти комплексы. Наиболее доступен для гидролиза хитин-белковый комплекс панциря ракообразных, к тому же в России в достатке имеется этот вид сырья за счет промысла крабов на Дальнем Востоке, поэтому панцири ракообразных, в частности криля и крабов, являются наиболее доступным видом сырья для получения хитина.
Цель данной работы — получение хитозана из различных панцирьсодержащих отходов (панцирь рака, панцирь креветки, рачок гаммарус) и сравнение его химических свойств. Работа состояла из нескольких этапов.
1. Выделение хитина из различных сырьевых источников.
2. Деацетилирование хитина и получение хитозана.
3. Подтверждение аутентичности полученного хитозана путем сравнения с эталонным продуктом.
4. Изучение физико-химических свойств хитозана из различного сырья.
Выделение хитина.
Выделение хитина из всех видов сырья (панцирь рака, панцирь креветки, рачок гаммарус) проводили по одной методике, включающей в себя стадии депротеинизации и деминерализации [3; 7].
Депротеинизацию проводят раствором гидроксида натрия для удаления белков панциря. Процесс депротеинизации протекает при повышенных температурах 70—90°С и концентрации раствора гидроксида натрия 0,5—1 М в течение 90—150 мин.
Начальное содержание белка может находиться в пределах 25—50% в зависимости от вида сырья, по окончании процесса депротеинизации остаточное количество белка составляет менее 1%. При необходимости получения более чистого хитина процесс депротеинизации может проводиться несколько раз [2].
В своем исследовании мы измельчали сырье до размера частиц 3—5 мм (размер частиц оп-
ределяли по остатку на сите). Депротеинизацию проводили 1Н раствором гидроксида натрия, соотношение сырья и раствора NaOH — 1:13. Процесс вели при постоянном перемешивании, температуре 80±3°С в течение 120 минут.
В ходе процесса происходило небольшое вспенивание реакционной массы, обусловленное поверхностно-активным свойством белков, наблюдалось первичное обесцвечивание частиц панциря.
Депротеинизированные частицы панциря откидывали на сито и промывали водой, подкисленной соляной кислотой (pH ~ 5), а затем дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод.
В процессе деминерализации удаляются соли кальция, фосфаты и карбонаты, обуславливающие прочность покровов (например, панцирь краба), таким образом, цель процесса деминерализации — удаление минеральных солей, таких как карбонат кальция, из депротеинизированного панциря. Деминерализацию проводят растворами соляной кислоты (концентрация 0,5—1,5 М) при температуре не выше 40°С во избежание гидролиза гликозидных связей хитина.
Под действием соляной кислоты нерастворимые в воде соединения кальция переходят в растворимые и могут быть удалены вместе с фильтратом.
Химическое уравнение процесса деминерализации можно представить в следующем виде:
СаСОз + 2НС1 = СаС12 + Н20 + С02|
Начальное содержание минеральных веществ составляет от 15% до 50% в зависимости от вида используемого сырья, по окончании процесса деминерализации остаточное количество минеральных веществ должно быть от 3% до 0,2% [2].
В наших экспериментах мы проводили деминерализацию 1Н раствором соляной кислоты при температуре 22±1°С в течение 120 минут и постоянном перемешивании. В ходе реакции происходило выделение углекислого газа, что приводило к вспениванию реакционной массы. Добавление небольших количеств н-бутанола позволяло избежать сильного пенообразования.
Полученный в результате деминерализации хитин откидывали на сито, промывали водой, подщелоченной NaOH (pH ~ 8) и дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод. Полученный хитин был белого цвета и не нуждался в обесцвечивании.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
С.Ю. Солдатова
Перед деацетилированием полученный хитин необходимо высушить. Отработку температурного режима сушки мы вели на примере хитина из панциря рака. Высушивание проводили до постоянной массы в вакуум-сушильном шкафу при температуре 30±2°С и при 80±2°С.
В первом случае были получены белые чешуйки хитина в виде хлопьевидного порошка, вторая партия хитина, высушенная при более высокой температуре, имела коричнево-желтый цвет. Опыт показал, что более высокая темпера-
тура сушки вызывает частичное ороговение и деструкцию хитина с образованием окрашенных продуктов. Такой хитин плохо ацетилиру-ется, полученный из него хитозан обладает меньшей растворимостью. Таким образом, оптимальная температура для сушки хитина 30±2°С. Проведенные исследования позволили определить процентный выход хитина из различных источников сырья. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Процентный выход хитина из различного панцирьсодержащего сырья
Тип сырья Выход от массы исходного сырья, %
Панцирь рака 16,6
Панцирь креветки 13,6
Рачок гаммарус 5,4
Рис. 2. Деацетилирование хитина
Получение хитозана. Хитозан является самым распространенным производным хитина. Хитозан получают деацетилированием хитина.
Для проведения процесса деацетилирования хитин каждого вида сырья заливали 50%-ным раствором NaOH и нагревали до температуры 120±5°С в течение 90 минут при постоянном перемешивании. Реакционная смесь темнела, что было вызвано разложением остаточного белка в сильно щелочной среде.
Более длительное деацетилирование мы сочли нецелесообразным, так как наиболее ак-
тивно процесс протекает в первые 90 минут, а дальнейшая обработка щелочью вызывает гидролиз и деструкцию хитозана [3; 4].
По окончании процесса деацетилирования жидкость фильтруют, полученный хитозан промывают водой, подкисленной соляной кислотой до р№=5 и далее дистиллированной водой до получения промывных вод с нейтральным значением pH. Сушка хитозана проводится аналогично сушке хитина.
На основании полученных данных можно рассчитать процентный выход хитозана (табл. 2).
Таблица 2
Процентный выход хитозана из панцирьсодержащего сырья
Вид хитина Выход хитозана по хитину, % Выход хитозана по сырью, %
Из панциря рака 79 11,5
Из панциря креветки 78 10,7
Из рачков гаммаруса 62,3 3,37
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
Как видно из полученных данных, рачки гам-марус в качестве сырьевого источника для получения хитозана менее перспективны, чем раки и креветки. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными источниками [3; 7].
Изучение физико-химических свойств хитозана из разных видов сырья. Важнейшими характеристиками хитозана, определяющими возможность его дальнейшего использования в качестве БАД, полимерной пленки, адсорбента и т.д., являются растворимость, молекулярная масса и степень деацетилирования. Однако сначала мы должны были подтвердить соответствие полученных нами образцов эталонному хи-тозану, полученному промышленным способом. Для этого мы сравнивали ИК-спектры наших образцов и эталонного образца (метод ИК-спек-троскопии).
ИК-спектроскопия — аналитический метод, широко применяемый в химии для установле-
ния строения органических соединений. Каждое органическое соединение имеет свой собственный строго индивидуальный спектр, следовательно, ИК-спектроскопия позволяет достоверно определить чистоту и состав вещества. ИК-спектроскопия позволяет проводить как качественный (по характеристическим частотам поглощения), так и количественный (по интенсивности поглощения) анализ [1].
Инфракрасная спектроскопия образцов хитозана. ИК-спектры снимали на ИК-Фурье-спектрометре Perkin Elmer, в диапазоне от 450 до 4000 см"1. Для определения хитозан прессовали в таблетки с КВг. Результаты обрабатывали в программе IR-Spectrum. Эталонный спектр хитозана брали из библиотеки программы IR-Spectrum. Результаты представлены на рисунке 3 в виде спектрограммы (на примере хитозана из панциря рака).
Рис. 3. Сравнение спектров полученного хитозана и эталонного образца: 1 — ИК-спектр опытного образца; 2 — ИК-спектр эталона
Как видим, различия спектров в полученных образцах хитозана заключаются лишь в интенсивности полос поглощения 3437 см"1 и 1659 см"1. Эти различные интенсивности поглощения полос можно объяснить неодинаковой степенью деацетилирования сравниваемых образцов. Кроме того, используемый для прессования КВг гигроскопичен и при длительном
хранении может поглощать какое-то количество воды, в результате чего интенсивность линии поглощения воды в ИК-спектрах увеличивается.
На рисунке 4 представлен ИК-спектр хитозана из панциря рака с указанием основных частот поглощения.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
С.Ю. Солдатова
Рис. 4. ИК-спектр полученного образца хитозана
Проводя качественный анализ по ИК-спек-тру образца хитозана, рассмотрим основные характеристические частоты поглощения.
Согласно литературным данным [5], полосы в районе области 3447 и 1655см"1 могут быть интерпретировны как колебания аминогруппы. Следует отметить, что область в районе 3440 см"1 перекрывается с колебаниями свободного гидроксила.
Колебания в районе 1660—1619 см"1 попадают в зону антисимметричных деформационных колебаний NH3+. Колебание в области 893 см"1 является деформационным колебанием Ci-H в (3-сахарах.
Таким образом, анализируя характеристические частоты и сравнивая спектры образцов, можно подтвердить идентичность исследуемых химических соединений.
Для качественного анализа образцов и определения их физико-химических свойств мы проанализировали такие показатели, как раствори-
мость образцов хитозана в 2% уксусной кислоте, их молекулярная масса, степень деацетилирования.
Растворимость. Определение растворимости хитозана в уксусной кислоте — важный показатель качества. Хитин в отличие от хитозана не растворим в уксусной кислоте, следовательно, проверка растворимости и определение массы нерастворимой фракции хитозана показывает эффективность процесса деацетилирования [1]. Растворимость хитозана в уксусной кислоте обусловлена наличием в хитозане первичных аминогрупп, способных ионизироваться (про-тонироваться) в кислой среде.
Образцы хитозана растворяли в 2% растворе уксусной кислоты при постоянном перемешивании. Через 10 минут раствор фильтровали и определяли массу нерастворенного хитозана по остатку на фильтре после высушивания до постоянной массы. Результаты опыта представлены в табл. 3.
Таблица 3
Содержание нерастворимых фракций в опытных образцах хитозана
Вид хитозана Доля нерастворимой фракции, %
Из панциря раков 5
Из панциря креветок 4
Из гаммаруса 2
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
Судя по представленным данным, наименьшее количество нерастворимых частиц содержится в хитозане из гаммаруса.
Определение молекулярной массы хитозана. Молекулярную массу образцов хитозана определяли визкозиметрическим методом. Этот метод является наиболее простым и доступным
для определения молекулярной массы полимеров в широкой области значений молекулярных масс [6]. В качестве растворителя использовали 2% раствор уксусной кислоты, измерение вязкости проводили с растворами хитозана концентрацией 0,2; 0,5; 1,0; 1,5%. Полученные результаты представлены в табл. 4.
Таблица 4
Молекулярная масса хитозана
Вид хитозана Характеристическая вязкость, смФг Молекулярная масса, Дальтон
Из панциря раков 3,09 72444
Из панциря креветок 2,68 63200
Из гаммаруса 2,43 57340
Из полученных данных видно, что молекулярные массы образцов отличаются между собой незначительно. Следует отметить, что молекулярная масса получаемого хитозана зависит не только от вида сырья, способа выделения хитина и метода его деацетилирования, но также от условий хранения и срока сбора сырья [1; 7].
Определение степени деацетилирования хитозана. Метод основан на потенциометрическом титровании хлористого водорода, связанного с аминогруппами молекул хитозана [4].
Потенциометрическое титрование растворов хитозана проводили раствором гидроксида натрия (0.1 Н) при помощи ионометра И-160 МП с шагом 0,1 см3. Количество щелочи, необходимое для титрования связанной с аминогруппами кислоты, определяли из графика зависимости электропроводности раствора от объема щелочи. Титрование проводили в трех повторностях, за окончательный результат брали среднее арифметическое значение. Полученные результаты представлены в табл. 5.
Таблицаб
Степень деацетилирования образцов хитозана
Вид хитозана Степень деацетилирования, %
Хитозан из панциря раков 79,5
Хитозан из панциря креветок 88,4
Хитозан из рачков гаммарус 95,0
Степень деацетилирования напрямую связана со способностью хитозана растворяться в кислой среде. Чем выше степень деацетилирования, тем больше свободных аминогрупп, способных к ионизации, следовательно, тем лучше растворимость хитозана. Полученные данные по степени деацетилирования коррелируют с данными по растворимости [6].
Таким образом, в работе был получен хито-зан из трех видов сырья со степенью чистоты и физико-химическими характеристиками, позволяющими использовать его не только для технических нужд, но и в качестве биологически активной добавки к пище.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абдуллин В.Ф., Шиповская А.Б. и др. Физико-химические свойства хитозана из разных источников сырья // Химические волокна. 2008. № 17.
2. Безродных Е.А., Тихонов В.Е., Lopez Llorca L.V. Выделение хитина из отходов морепродуктов и получение из него хитозана // Рыбпром. 2010. № 2.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
С.Ю. Солдатова
3. Комплексная технология хитина и хитозана из панциря ракообразных. М., 2006.
4. Кучина Ю.А., Долгопятова Н.В., Новиков В.Ю. и др. Инструментальные методы определения степени деацетилирования хитина // Вести. МГТУ. 2012. Т. 15. № 1.
5. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. Практич. руководство. М., 1965.
6. Федосеева Е.Н., Смирнова Л.А., Федосеев В.Б. Вязкостные свойства растворов хитозана и его реакционная способность // Химия. Вести. Нижегород. ун-та. 2008. № 4.
7. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под ред. К. Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.И.Варламова. М., 2002.
8. Zivanovic S., Shuang Chi, Draughon A. Antimicrobial activity of chitosan films enriched with essential oils // Journal of food science. 2005. Vol. 70. № 5.
REFERENCES
1. Abdullin V.F., Shipovskaya A.B. et al. Fiziko-himicheskie svoystva khitozana iz raznykh istochnikov syrya [The physico-chemical properties of chitosan materials obtained from different sources] // Himicheskie volokna. 2008. № 17 (in Russian).
2. Bezrodnykh E.A., Tikhonov V.E., Eopez Elorca L.V. Vydelenie khitina iz othodov moreproduktov i poluche-nie iz nego khitozana [Isolation of chitin from waste seafood and production of chitin from chitosan] // Rybprom. 2010. № 2 (in Russian).
3. Kompleksnaya tekhnologiya hitina i khitozana iz pantsirya rakoobraznykh [Complex technology of producing chitin and chitosan from crustacean shell]. Moscow, 2006 (in Russian).
4. Kuchina Yu.A., Dolgopyatova N.V., Novikov V.Yu. et al. Instrumentalnye metody opredeleniya stepeni de-atsetilirovaniya khitina [Instrumental methods of determining the degree of chitin deacetylation] // Vestnik MGTU [Proceedings of Moscow State Technical University]. 2012. Vol. 15. № 1 (in Russian).
5. Nakanisi K. InfJakrasnye spektry i stroenie organicheskikh soedineniy. Prakticheskoe rukovodstvo [Infrared spectra and structure of organic compounds. Practical Guide]. Moscow, 1965 (in Russian).
6. Fedoseeva E.N., Smirnova L.A., Fedoseev V.B. Vyazkostnye svoystva rastvorov khitozana i ego reaktsionnaya sposobnost [Viscous properties of chitosan solutions and its reactivity] // Himiya. Vestnik Nizhegorodskogo univer-siteta [Proceedings of Nizhny Novgorog Univeristy]. 2008. № 4 (in Russian).
7. Khitin i khitozan. Poluchenie, svoystva i primenenie [Chitin and chitosan. Preparation, properties and use]/ Ed. by K.G.Skryabin, G.A.Vihoreva, V.P.Varlamov. Moscow, 2002 (in Russian).
8. Zivanovic S., Shuang Chi, Draughon A. Antimicrobial activity of chitosan films enriched with essential oils // Journal of food science. 2005. Vol. 70. № 5.
S. Yu.Soldatova
Moscow, Russia
TECHNOLOGY OF PRODUCING CHITOSAN FROM SHELL-CONTAINING MATERIALS
Abstract. This paper is aimed at developing a technology of producing chitosan from various shell-containing raw materials: shells of crabs, prawns, small Gammarus crustaceans. To achieve this, the researchers were given the tasks to develop a gentle technology of isolating chitin from raw materials and drying it, provide for complete deacetylation of chitin and produce chitosan, and determine the physicochemical properties of chitosan samples.
Based on the experiment the product yield was calculated in terms of raw material (about 11% for the shells of crabs and prawns, and 4% for gammarus) and chitin (79%, 78% and 62% respectively).
Using the viscometric method the researcher has established the molecular weight of chitosan samples, which amounted to 72444 dalton for chitosan obtained from crab shells, 63200 Dalton for chitosan obtained from prawn shells, and 57300 dalton for chitosan obtained from the shells of Gammarus. These results are consistent with the data described in reference sources. We can state that the selected conditions of chitosan production allow us to obtain the samples with sufficiently high molecular weight, ft should be noted that the molecular weight of produced chitosan depends not only on the kind of raw material, on the method of isolating and deacetylating chitin, but also on the storage conditions and time used for collecting the raw material.
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
The researcher has obtained chitosan from three kinds of raw materials with such purity and physico-chemical characteristics which allow us to use these materials not only for industrial purposes, but also as dietary supplements.
The author has used potentiometric titration to determine the degree of chitosan deacetylation.
The obtained chitosan samples were characterized using IR-spectroscopy. The study of the spectra of obtained chitin samples has confirmed the equivalence of the resulting chitosan to reference samples.
Key words: dietary supplements; chitin; chitosan; Infrared spectrometry; potentiometric titration.
About the author: Svetlana Yurievna Soldatova, Candidate of Engineering, Assistant Professor at the Department of Biotechnology and Technology of Bioorganic Synthesis.
Place of work: Moscow State University of Food Production.
УДК 577.114.083 М.В.Бондакова
С.Н.Бутова С.Ю. Солдатова
Москва, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКСТРАКТА КРАСЯЩИХ ВЕЩЕСТВ ВИНОГРАДА В КОСМЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТАХ
Аннотация. В статье опубликованы резутьтаты исследований, посвященных экстракции биологически активных веществ из ягод винограда Vitis Vinifera сорта Изабелла, в первую очередь, флавоноидов. Изучен биохимический состав цельных ягод винограда, а также их отдельных частей (кожица, мякоть, косточка). Показано, что наибольшее количество фвлавоноидов содержится в виноградной косточке, красящих веществ — в кожице.
Для того чтобы быть конкурентоспособной, современная косметическая продукция должна оказывать быстрый видимый эффект, иметь привлекательный внешний вид, а также содержать в своем составе биологически активные вещества, желательно природного происхождения, стимулирующие обменные процессы и репаративные функции кожи. Увеличение интереса производителей и потребителей косметических изделий к натуральным ингредиентам связано как с жесткой регламентацией использования синтетических соединений, так и со стремлением производителей придать продуктам статус натуральных. Исследования спроса на «зеленую косметику» в Европе за последнее десятилетие показали, что ее потребление постоянно растет.
Одной из самых востребованных категорий является косметика, содержащая в своем составе антиоксиданты, которые способствуют защите клеток кожи от окислительного стресса, негативного воздействия УФ-из-лучения, а следовательно, от преждевременного старения. К природным антиоксидантам относятся натуральные красители — биофлавоноиды. Это группа фенольных соединений, одна из наиболее распространенных и многочисленных классов БАВ, содержащая ароматические кольца со свободной или связанной гидроксильной группой. Фенольные соединения, в ароматическом кольце которых имеется больше одной гидроксильной группы, называются полифенолами.
Определены оптимальные технологические параметры экстракции. Для экстракции флавоноидов, в частности из кожицы винограда, необходимо использовать в качестве экстрагента 95% этанол, экстракцию проводить при температуре 60°С, pH 5,0—6,0, гидромодуте 1:2 в течение 30 минут. Для повышения выхода биологически активных веществ сырье рекомендуется предварительно заморозить при температуре —18°С.
Изучен состав полученных экстрактов, в том числе на содержание красящих веществ и фенольных соединений в пересчете на галловую кислоту. Определены технологические характеристики полученных экстрактов: устойчивость к свету, температуре, длительность хранения. Показано, что полученный краситель сохраняет свои потребительские свойства в течение 4-х недель при температуре не выше 5°С в защищенном от света месте. Оптимальный pH среды — от слабокислого до нейтрального. В условиях освещенности стабильность цвета сохраняется в течение 3-х суток. Проведенные исследования позволяют оптимизировать технологию получения экстракта винограда с целью использования его в качестве красителя и источника биологически активных веществ при производстве косметических изделий.
Разработаны рецептуры косметических кремов с различной концентрацией экстрактов. Изучены их органолептические и физико-химические характеристики. Установлено, что все опытные образцы крема соответствуют нормативной документации по органолептическим и физико-химическим харатеристикам.
