CC BY
17УДК: 612.396.172
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ХИТИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Зуева Марина Сергеевна, магистрант, направление подготовки 35.04.07 Водные биоресурсы и аквакуль-тура, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Научный руководитель: Килякова Юлия Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Аннотация. В данной работе описана краткая характеристика рыбохозяйственной отрасли, даются основные понятия о продукции хитинсодержащего сырья - хитина и хитозана, их применение в промышленности. Анализ материалов показал, что хитин в основном используется для производства хитозана. В настоящее время хитинсодержащее сырье перерабатывается разными способами. Целью данной статьи является рассмотрение современных способов переработки хитинсодержащего сырья. Задачей -кратко охарактеризовать наиболее современные и перспективные способы переработки хитинсодержащего сырья. В работе описаны такие способы, как безотходный способ, переработка для осветления и производства напитков, для переработки отдельных компонентов сырья, при изготовлении вкусовых добавок, а также электрохимический способ. Наиболее современным способом является переработка отходов от разделки синего краба.
Ключевые слова: хитин, хитозан, переработка хитинсодержащего сырья.
Для цитирования: Зуева М. С. Современные способы переработки хитинсодержащего сырья // Шаг в науку. - 2021. - № 3. - С. 112-115.
MODERN METHODS FOR PROCESSING CHITIN-CONTAINING RAW MATERIALS
Zueva Marina Sergeevna, post-graduate student, training program 35.04.07 Aquatic biological resources and aquaculture, Orenburg State University, Orenburg e-mail: [email protected]
Research advisor: Kilyakova Yulia Vladimirovna, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Biotechnology of Animal Raw Materials and Aquaculture, Orenburg State University, Orenburg e-mail: [email protected]
Abstract. This paper describes a brief description of the fishery industry, gives the basic concepts of the production of chitin-containing raw materials - chitin and chitosan, their application in industry. Analysis of the materials showed that chitin is mainly used for the production of chitosan. Currently, chitin-containing raw materials are processed in different ways. The purpose of this article is to consider modern methods of processing chitin-containing raw materials. The task is to briefly describe the most modern and promising methods of processing chitin-containing raw materials. The work describes such methods as a waste-free method, processing for clarification and production of drinks, for processing individual components of raw materials, in the manufacture of flavoring additives, as well as an electrochemical method. The most modern way is to recycle waste from cutting blue crab.
Key words: chitin, chitosan, processing of chitin-containing raw materials.
Cite as: Zueva, M. S. (2021) [Modern methods of processing chitin-containing raw materials]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 3, рр. 112-115.
В России рыбохозяйственный комплекс представлен как сектор экономики, включающий прогнозирование, мониторинг, вылов, реализацию готовой продукции и другие виды деятельности. Основные виды деятельности рыбного хозяйства и аквакультуры включают рыболовство (промысел и добыча водных биоресурсов), рыбоводство (разведение и выращивание гидробионтов) и перера-
ботку и производство основных видов продукции гидробионтов [17].
В России имеется огромная хитинсодержащая сырьевая база - креветки, крабы, пресноводные раки, криль других промысловых ракообразных [14]. На 2019 год, по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), объёмы добычи и выращивания ракообразных
в России составили 175,4 тыс. т, что на 29 % выше 2018 года. В 2020 году тенденция к росту объёма добычи и производства растёт. Крупными поставщиками продукции ракообразных в России являются Сахалинская и Мурманская области, Приморский край.
Большое число отходов от производства продукции ракообразных (головы, карапаксы, внутренности) остается нереализованным. Хитин является основным составляющим этих отходов. Для утилизации хитина необходимы большие денежные средства - на переработку 1 тонны хитина может уходить до 150 долларов [1]. Хитин - строительный материал животного происхождения. Хитин содержится в панцире ракообразных, клеточных стенках грибов, наружном скелете насекомых [4]. Хитин применяют в пищевой промышленности в целях усиления аромата и вкуса пищи, улучшения внешнего вида. Также хитин используют в качестве консерванта и пищевых добавок [10, 13].
Производным хитина является хитозан. Он способен образовывать пленки, волокна, гранулы, нерастворим в воде, биологически совместим с живыми тканями. Также хитозан низкотоксичен и способен разлагаться в окружающей среде. Его широко применяют в различных областях [4, 18]. В науке хитозан применяют в хроматографии как носитель катализатора, в качестве биомембраны, адсорбционного иммобилизатора ферментов, в сверхтопкой фильтрации, в процессах хелатообразования (образование комплексных соединений металлов), в процессах флокуляции и преципитации.
В сельском хозяйстве хитозан используют как регулятор патогенных микроорганизмов, в качестве семенной оболочки, противогрибкового и противовирусного средства. Он предотвращает созревание фруктов. В пищевой промышленности его используют для понижения кислотности кофе, для очищения и осветления вина и других напитков. Также хитозан применяют в качестве эмульгатора, субстрата для производства вкусовых добавок, стабилизатора при переработке продукции. В косметологии при изготовлении средств для ухода (шампуни, кремы, гели для душа) также применяют хитозан. В медицине используют при лечении язв и ожогов, для изготовления контактных линз, хирургических нитей. Хитозан способен усиливать процессы регенерации тканей, чем пользуются при изготовлении ранозаживляющих средств [10, 13].
В настоящее время существуют различные способы переработки хитинсодержащего сырья. Ниже приведены наиболее значимые для аквакультуры и промышленности.
Переработка хитинсодержащего сырья для получения кормовой крупки. Отходы от ракообразных (в основном, от краба) размораживают, промывают морской водой и сушат в две стадии. Первая
стадия проводится до остаточной влаги в сырье 50-55 %. Скорость подачи сырья должна быть непрерывной и составлять около 0,5 т/час. Должен осуществляться принудительный отвод влаги. Температура сырья на выходе из сушильного аппарата составляет 35-40 °С. Вторая стадия проводится до содержания остаточной влаги в продукте не более 12 %. Температура продукта на выходе из устройства - 60-90 °С. В дальнейшем сырье измельчают и разделяют на крабовую муку и крабовую крупку. Готовый белково-минеральный продукт фасуют по 25-30 кг в мешки и используют в кормлении сельскохозяйственной птицы [14, 17].
Переработка хитинсодержащего сырья для получения отдельных компонентов - белковой и ли-пидной части. Белковую часть используют для изготовления пасты и растворов. Липидная часть вместе с минерализованным остатком используется для выделения хитозана. При помощи сепаратора разделяют липидную и белковую части [7]. Белковая часть имеет высокую ценность - содержание белка в хитинсодержащих отходах незначительно отличается от содержания белка в конечностях краба. Среди жирных кислот в липидах отходов преобладают полиненасыщенные кислоты [9]. Полученные компоненты используются в животноводстве и в настоящее время являются перспективной заменой традиционного белка в кормопроизводстве [7].
Безотходная переработка хитинсодержащего сырья. Сырье размораживают и прессуют, отделяя жидкую фракцию [12]. Жидкая фракция содержит комплекс ферментов, протеин и жир [7]. На протяжении 2-6 часов жидкую фракцию подвергают автолизу и центрифугируют. Температура при автолизе не должна превышать 12 °С. Полученный белковый осадок сушат или консервируют и в дальнейшем используют в качестве белковой муки или пасты. Получаемый при переработке второй компонент - панцирьсодержащий жом промывают при температуре 15-25 °С, перемешивают и выдерживают в растворе ферментного препарата в течение 1-24 часов при температуре до 60 °С. Затем массу центрифугируют, депигментируют, смешивают с растительным маслом и охлаждают до комнатной температуры [7, 9, 12].
Переработка хитозана для осветления напитков. Процесс осветления пива основан на гравитационном разделении твердой и жидкой фазы [2]. Хитозан вносят в пиво в сухом виде на стадии дображива-ния. На 100 см3 пивного сусла добавляют рабочий раствор хитозана (62,5 мг/дм3) и перемешивают. Затем происходит выдерживание в течение 1 часа и фильтрация. Хитозан способен удалять из пива мутеобразающие вещества, также при дображива-нии пива он ускоряет оседание дрожжевых клеток. Органолептические характеристики пива не изменяются при добавлении хитозана [11, 16]. В виноде-
лии хитозан используют сравнительно недавно. При осветлении вина хитозан получают химическим методом. Хитинсодержащее сырье измельчают, обрабатывают раствором щелочи №ОН и соляной кислоты. Хитозан применяют самостоятельно или с другими сорбентами (желатин, бентонит) [17].
Переработка хитинсодержащего сырья при изготовлении оздоровительных напитков. Из хитин-содержащего сырья получают хитозан при помощи протеолитических ферментов ракообразных. Хитозан добавляют в подготовленную молочную сыворотку (предварительно удаляют казеины и жиры), тщательно перемешивают и некоторое время выдерживают. В дальнейшем раствор центрифугируют и объединяют с купажом для дальнейшего разлива. Напитки «Персик», «Апельсин» и «Яблоко» имеют наилучшие органолептические характеристики [15, 17].
Переработка хитинсодержащего сырья для применения в качестве вкусовых добавок. В качестве сырья используют крабовый панцирь. Прежде всего панцирь необходимо промыть и высушить. Панцирь сушат до остаточной влаги не более 12 % при температуре 100-140 °С. Затем панцирь краба измельчают до размера не более 3-5 мм. Измельченный панцирь усиливает вкус и запах краба, его можно вносить в крабовую добавку [11, 17].
Электрохимический способ переработки хи-тинсодержащего сырья. Данный способ предложен С. Н. Максимовой, Д. В. Полещук и К. К. Верещагиной. Данный способ основан на процессе фермен-толиза (автолиза), который протекает под действием хитинолитических и протеолитических ферментов гепатопанкреаса ракообразных, то есть процесс проходит без внешних резервов. Хитинсодержащее сырье измельчают и смешивают с буферным раствором. В этот момент сырье подвергают автолизу под действием электромагнитного поля. Применение буферного раствора способствует повышению срока хранения готового продукта за счет ограничения развития микрофлоры при низкой рН. Производство белково- минерального продукта происходит при низких производственных затратах, при этом готовый продукт имеет высокое содержание ценных биологических компонентов (продукт харак-
теризируется высоким содержанием незаменимых аминокислот). Характеристики готового продукта сравнимы с натуральным мясом краба, что делает его потенциальным продуктом для использования в различных видах деятельности [3, 9].
Переработка хитинсодержащего сырья, получаемого при разделке синего краба Paralithodes platypus. В 2020 году К. К. Верещагиной и др. были предложены данные экспериментальных исследований по переработке отходов от разделки синего краба. Результаты исследований показали, что данное сырье позиционирует себя как биологически ценное вторсырье: «Комплекс отходов от разделки синего краба имеет перспективы для получения биологически ценного автолизата путем биомодификации исследуемого вторичного сырья» [5]. Для обработки сырья был проведен автопротеолиз при определённых условиях: рН - 4,5-5,0; продолжительность - 4 часа, температура - 50 °C [8]. Данные эксперимента показывают, что переработка получаемых от синего краба отходов представляет интерес для дальнейших экспериментов по разработке оптимальных биомодификаций. Также при таком способе переработки возможно получение гидролизата с высоким содержанием биологически ценных компонентов [5].
Заключение
В настоящее время остро стоит вопрос о переработке различного вторсырья. К нему относится хитинсодержащее сырье, получаемое при переработке ракообразных - крабов, креветок и др. Современные способы переработки хитинсодеражащего сырья свидетельствуют о высокой технологической ценности отходов от разделки ракообразных и потенциале данного вторичного сырья как основы для производства биологически ценной продукции. Продукты переработки ракообразных можно использовать в пищевой, легкой, косметической промышленностях, медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве. Наиболее современный способ переработки хитин-содержащего сырья, применяемый в производстве, - электрохимический. Новым и перспективным способом переработки хитинсодержащего сырья является переработка отходов от синего краба.
Литература
1. Глубоковский М. К. [и др.] Сырьевая база российского рыболовства в 2012 году (районы российской юрисдикции): справочно-аналитические материалы. - М.: ВНИРО, 2012. - 513 с.
2. Кунце В. Технология солода и пива. - Санкт-Петербург: Профессия, 2001. - 911 с.
3. Куприна Е. Э., Тимофеев С. В., Водолажская С. В. Особенности получения хитинсодержащих материалов электрохимическим способом // Журнал прикладной химии. - 2002.- № 5. - С. 840-846.
4. Курченко В. П. [и др.] Технологические основы получения хитина и хитозана из насекомых // Труды Белорусского государственного университета. - 2016. - Т. 11, ч. 1. - С. 110-126.
5. Максимова С. Н. [и др.] Перспективы биомодификации отходов от разделки синего краба Paralithodes platypus // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. - 2020. - № 3 (78). - С. 14-20.
6. Максимова С. Н., Полещук Д. В., Верещагина К. К. Современные способы промышленной переработки отходов от разделки крабов // Инновационное развитие рыбной отрасли в контексте обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации: материалы III Национальной научно-технической конференции (Владивосток, 18 дек. 2019). - Владивосток, 2017. - С. 168-171.
7. Максимова С. Н. [и др.] Потенциал вторичных ресурсов камчатского краба как технологически ценного сырья // Индустрия питания. - 2019. - Т. 4. - № 4. - С. 30-36.
8. Маслова Г. В. Теоретические аспекты и технология получения хитина электрохимическим способом // Рыбпром.: 2010. - № 2. - С. 17-22.
9. Мезенова О. Л., Лысова А. С., Григорьева Е. В. Получение и применение хитина и его производных в технологии пищевых продуктов // Научные основы и практическая реализация технологий получения и применения натуральных структуробразователей: межд. науч.- практ. конф. (Краснодар, 24-25 мая 2002). - Краснодар, 2002. - С. 203-206.
10. Мосолов В. В. Механизмы контроля протеолиза // Успехи биол. химии. - 1988. - Т. 28. - С. 125-144.
11. Пат. 1638833 Российская Федерация, МПК6 А 23 L 1/33. Способ хранения вкусоароматической крабовой добавки / Сафронова Т. М. [и др.] заявитель и патентообладатель: Дальневосточный технический институт рыбной промышленности и хозяйства. - № 4612442/13; заявл. 02.12.1988; опубл. 10.09.1998. - 5 с.
12. Пат. 2123269С1 Российская Федерация, МПК7 А23Ь 1/33, A23J 1/04, С08В 37/08. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья / Левоньков С. В., Купина Н. М., Блинов Ю. Г; заявитель и патентообладатель Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр. -№ 97115965/13; заявл. 24.09.1997; опубл. 20.12.1999, Бюл. № 25. - 8 с.
13. Плиско Е. А., Данилов С. Р. Свойства хитина и его производных / // Химия и обмен углеводов. - М.: «Наука», 1965. - С. 141-145.
14. Подкорытова А. В., Строкова Н. Г., Семикова Н. В. Комплексная переработка камчатского краба при производстве пищевой продукции и биологически активных веществ // Труды ВНИРО. - 2018. -Т. 172. - С. 198-212.
15. Сергеева И. Ю. Применение хитозана для стабилизации коллоидной системы напитков // Техника и технология пищевых производств. - 2014. - № 1. - С. 84-89.
16. Сергеева И. Ю. [и др.] Стабилизация напитков с использованием хитозана // Технология. - 2009. -№ 5. - С. 29-31.
17. Строкова Н. Г., Подкорытова А. В. Современные способы переработки хитинсодержащего сырья // Труды ВНИРО. - 2018. - Т. 170. - С. 124-152.
18. Чернышова Е. Б. Модификация пленочных материалов на основе хитозана низкомолекулярными и полимерными альдегидами: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.06. - Волгоград, 2018. - 113 с.
Статья поступила в редакцию: 26.04.2021; принята в печать: 30.06.2021.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
