Современные способы переработки хитинсодержащего сырья
Аннотация
Основным источником хитинсодержащего сырья (ХСС) являются отходы от переработки различных видов ракообразных — крабов, креветок, криля и др. В данной работе описаны способы получения хитина, а также его производного хитозана. Хитин — нерастворимый полимер и его не удаётся выделить из ХСС напрямую. Поэтому для его получения последовательно удаляют белковую и минеральную составляющие ХСС. Классическим способом обработки ХСС является химический, в процессе которого применяют крепкие растворы щёлочи (NaOH) и разбавленную соляную кислоту (HCl). В биотехнологическом процессе применяют ферменты различного происхождения для депротеинирования ХСС с целью смягчения условий получения хитина и улучшения его качества. Известны также электрохимический и электрофизический способы получения хитина. Анализ опубликованных данных показал, что хитин, в основном, рассматривается как сырьё для производства хитозана, широко используемого в различных отраслях таких как: пищевая, косметическая, медицинская и биотехнология. Показана эффективность производства больших объёмов хитина/хитозана, позволяющих получать высокую прибыль за счёт снижения прямой производственной себестоимости и издержек производства. Установлено, что Европейский рынок в большей степени нацелен на производство высокорентабельных биополимеров хитина/хитозана с использованием инновационных сложно воспроизводимых технологий и маркетинговых продвижений.
Об авторах
Н. Г. Строкова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГБНУ «ВНИРО»)
Россия
Россия
г. Москва
А. В. Подкорытова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГБНУ «ВНИРО»)
Россия
Россия
г. Москва
Список литературы
1. Абдуллин В. Ф., Артёменко С. Е., Овчинникова Г. П., Пчелинцева Е. В. 2006. Свойства хитозана из разного сырья // Материалы 8-й Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана». М.: Изд-во ВНИРО. С. 7–10.
2. Акопова Т. А. 2013. Твердофазный синтез, структура, свойства и перспективы применения материалов на основе полисахарида хитозана. Автореф. дисс. … докт. хим. наук. М.: ФГБУН «ИСПМ» РАН. 46 с.
3. Албулов А. И., Фролова М. А., Буханцев О. В., Быкова В. М., Немцев С. В., Комаров Б. А. 2010. Хитозансодержащие биологически активные добавки к пище в рационализации питания населения // Рыбпром. № 2. С. 25–28.
4. Балабаев В. С. 2016. Обоснование и разработка технологии пищевых хитозановых композиций с использованием СО2-экстрактов фитосырья. Дисс. … канд. техн. наук. Воронеж: ФГБОУ ВО «ВГАУ им. Петра I» МГТУ. 237 с.
5. Безродных Е.А, Тихонов В. Е., Lopez-Llorca L.V. 2010. Выделение хитина из отходов морепродуктов и получение из него хитозана // Рыбпром. № 2. С. 17–22.
6. Биопрогресс. Доступно через: http://bioprogress.ru. 30.05.2017.
7. Бобровская Н. Д., Кардашев А. В., Вайтман Г. А. 1981. Об изучении протеолитических и липолитических ферментов криля // Технология переработки криля: сборник научных трудов. М.: ВНИРО. С. 16–20.
8. Быков В. П. 1997. Технология рыбных продуктов: труды. М.: ВНИРО. 208 с.
9. Быков В. П., Быкова В. М., Кривошеина Л. И., Головкова Г. Н., Шуст К. В., Шевцов В. В., Картинцев А. В., Ежова Е. А. 2001. Антарктический криль: справочник / Под ред. Быковой В. М. М.: Изд-во ВНИРО. 207 с.
10. Быков В. П., Быкова В. П., Сафронова Т. М., Кривошеина Л. И., Немцев С. В., Недосекова Т. М., Новиков А. В., Ермишева О. Э., Кадыров З. К., Сныткин И. И. 1993. Способ переработки мелких ракообразных с получением хитозана. Пат. 2000066 РФ. Бюл. № 33–36.
11. Быков В. П., Фурман Д. И. 1999. Получение хитозана из гаммаруса // Материалы 5-й Конференции «Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана». М.: ВНИРО. C. 18–21.
12. Быкова В. М., Немцев С. В. 2002. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К. Г., Вихоревой Г. А., Варламова В. П. М.: Наука. С. 7–43.
13. Варламов В. П., Ильина А. В., Банникова Г. Е., Немцев С. В., Ильин Л. А., Чертков К. С., Андрианова И. Е., Платонов Ю.В, Скрябин К. Г. 2000. Способ получения низкомолекулярного хитозана для противолучевых препаратов. Пат. 2188829 РФ. Бюл. № 25.
14. Вихорева Г.А., Гальбрайх Л. С. 2002. Пленки и волокна на основе хитина и его производных // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К. Г., Вихоревой Г. А., Варламова В. П. М.: Наука. С. 254–279.
15. Гальбрайх Л.С. 2001. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение // Соросовский образовательный журнал. Т. 7. № 1. С. 51–56.
16. Гартман О. Р., Воробьева В. М. 2013. Технология и свойства хитозана из рачка гаммарус // Фундаментальные исследования. № 6. С. 1188–1192.
17. Глотова И. А., Яровой М. Н., Шахов С. В., Балабаев В. С., Измайлов В. Н. 2015. Устройство для получения хитозана из панцирьсодержащего сырья ракообразных. Пат. 159385 РФ. Бюл. № 4.
18. Глубоковский М.К., Тарасюк С. Н., Зверькова Л. М., Семеняк Л. В., Мурзов Н. Н., Петрова Н. В., Бражник С. Ю., Скакун В. А. 2012. Сырьевая база Российского рыболовства в 2012 году (районы Российской юрисдикции): Справочно-аналитические материалы. М.: Изд-во ВНИРО. 511 с.
19. Григорьева Е. В. 2008. Обоснование переработки гаммаруса балтийского моря (Gammarus lacustris) методами биотехнологии. Дисс. … канд. техн. наук. Калининград: ФГОУ ВПО «КГТУ». 207 с.
20. Дацун В. М., Семенов Б. Н. 2001. Биологически активные вещества. Технология продуктов из гидробионтов / Под ред. Сафроновой Т. М., Шендерюка В. И. М. 448 с.
21. Долгопятова Н. В., Новиков В. Ю., Коновалова И. Н., Кучина Ю. А., Слюдова А. Е. 2016. Гетерогенный кислотный гидролиз хитина и хитозана из морских ракообразных // Известия Уфимского научного центра РАН. № 3 (1). С. 26–28.
22. Ежова Е. А. 2005. Обоснование и разработка технологии пищевого хитозана и препаратов на его основе. Автореф. дисс… канд. техн. наук. М. ВНИРО. 24 с.
23. Кириленко Ю. К., Фролов В. Г., Нагапетян Р. А., Коломиец Т. В., Байков А. М., Бутузов И. Н. 2005. Способ получения хитозансодержащего волокна. Патент 2258102 РФ. Бюл. № 22.
24. Кривошеина Л. И., Быкова В. М., Ежова Е. А., Глазунов О. И.. Панов К. Н. 2005. Способ получения хитозана из хитина ракообразных. Патент 2246880 РФ. Бюл. № 6.
25. Кубенко Е. Г. 2014. Разработка технологии получения хитозана из гаммаруса азовского и его использование при производстве растительно-рыбных пищевых продуктов. Дисс. … канд. техн. наук. Краснодар: ФГБОУ ВПО «КГТУ». 143 с.
26. Кубенко Е. Г., Касьянов Г. И., Алтуньян С. В., Касьянов Д. Г. 2012. Устройство для получения хитозана. Патент 120547 РФ. Бюл. № 27.
27. Кубенко Е. Г., Раздорожная Е. Е. 2011. Совершенствование технологии получения хитозана из панциря азовского гаммаруса // Материалы международной научно-технической интернет-конференции «Инновационные технологии в мясной, молочной и рыбной промышленности». Краснодар: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет». С. 37–39.
28. Купреев Н. И., Быковский Д. В., Кузнецов В. А., Ваел Шехта Матвалли Эльсайед Елазаб. 2011. Способ получения низкомолекулярного хитозана. Патент 2417088 РФ. Бюл. № 12.
29. Куприна Е. Э., Водолажская С. В. 2002. Способы получения и активации хитина и хитозана // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / под ред. Скрябина К. Г., Вихоревой Г. А., Варламова В. П. М.: Наука. С. 44–63.
30. Куприна Е. Э., Тимофеева К. Г., Водолажская С. В. 2002. Особенности получения хитинсодержащих материалов электрохимическим способом // Журнал прикладной химии. № 5. С. 840–846.
31. Курченко В. П., Буга С. В., Петрашкевич Н. В., Буткевич Т. В., Ветошкин А. А., Демченков Е. Л., Лодыгин А. Д., Зуева О. Ю., Варламов В. П., Бородин О. И. 2016. Технологические основы получения хитина и хитозана из насекомых // Труды БГУ. Т. 11. Ч. 1. С. 110–126.
32. Леваньков С. В., Купина Н. М., Блинов Ю. Г. 1998. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья. Патент 2123269 РФ. Бюл. № 25.
33. Леваньков С. В., Купина Н. М., Блинов Ю. Г. 1999. Использование ферментов в технологии комплексной переработки отходов производства краба и получения поверхностно-активированных хитина и хитозана // Материалы пятой конференции «Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана». М.: Изд-во ВНИРО. С. 44–46.
34. Лябин М. П., Семенов П. С. 2011. Совершенствование технологии получения хитозана // Вестник ВолГУ. Серия 11. № 2. С. 17–21.
35. Маслова Г. В. 2010. Теоретические аспекты и технология получения хитина электрохимическим способом // Рыбпром. № 2. С. 17–22.
36. Мезенова О. Я., Лысова А. С., Григорьева Е. В. 2004. Совершенствование технологии хитина/хитозана из балтийского гаммаруса с применением автоэнзимолиза // Материалы международной научной конференции «Инновации в науке и образовании». Калининград: КГТУ. С. 100.
37. Научная Россия. Доступно через: https://scientificrussia.ru/articles/v-mfti-pridumali-kak-ekologichnoproizvodit-veshchestvo-hhi-veka. 05.06.20107.
38. Немцев С. В. 1991 // Материалы 3-ей Всесоюзной конференции «Совершенствование производства хитина и хитозана из панцирьсодержащих отходов криля и пути их использования». М.: ВНИРО. С. 7–15.
39. Немцев С. В. 1997. Разработка комплексной технологии хитина и хитозана из панцирьсодержащего сырья криля с применением ферментных препаратов и криоактивации. Автореф. дисс… канд. техн. наук. М.: ВНИРО. 25 с.
40. Немцев С. В. 2006. Комплексная технология хитина и хитозана из панциря ракообразных. М.: Изд-во ВНИРО. 134 с.
41. Немцев С. В., Албулов А. И., Фролова М. А. 2009. Изменение № 1 к ТУ 9289–067–00472124–03 «Хитозан пищевой». М.: Изд-во ВНИРО. 6 с.
42. Немцев С. В., Гамзазаде А. И., Рогожин С. В., Быкова В. М., Быков В. П. 2000. Деацетилирование хитина в гомогенных условиях // Прикладная биохимия и микробиология. Т. 38. № 6. С. 609–615.
43. Новиков В. Ю., Чеботок Е. Н. 2008. Способ получения хитозана из панцирей ракообразных. Патент 2332081 РФ. Бюл. № 24.
44. Обзор в цифрах «Статистика мирового рыболовства: Мировое производство аквакультуры в 2010–2014 гг. (по материалам ФАО)». 2016 / Под ред. Глубоковского М. К. М.: Изд-во ВНИРО. 215 с.
45. Обзор в цифрах «Статистика мирового рыболовства: Мировые уловы рыбы и нерыбных объектов промысла за 2010–2014 гг. (по материалам ФАО)». 2016 / Под ред. Глубоковского М. К. М.: Изд-во ВНИРО. 148 с.
46. Петрович Ю. А., Григорьянц Л. А., Гурин А. Н., Гурин Н. А. 2008. Хитозан. Структура и свойства. Использование в медицине и стоматологии // Стоматология № 4. Т. 87. С. 72–77.
47. Подкорытова А. В., Строкова Н. Г., Семикова Н. В., Литвиненко А. И., Козлов О. В. 2010. Гаммарус — перспективный источник биологически активных веществ // Рыбпром. № 4. С. 60–63.
48. Роль Л. Н., Ярочкин А. П., Ерошкина М. Я. 1983 // Тезисы докладов Первой всесоюзной научнотехнической конференции по производству и использованию хитина и хитозана из панциря криля и других ракообразных. Владивосток: Дальрыбвтуз. С. 40–42.
49. Российская фармацевтика. Доступно через: http://pharmapractice.ru/13924. 31.05.2017.
50. Скляренко С. А., Шаров В. И., Баландин Г. В. 2016. Некоторые аспекты биоэкономики и экобиополитики в проблематике утилизации отходов пивоварения // Биоэкономика и экобиополитика. № 1 (2). С. 201–207.
51. Сливкин А. И., Лапенко В. Л., Кулинцов П. И., Болгов А. А. 2009. Способ получения хитозана из хитина. Патент 2358553 РФ. Бюл. № 17.
52. Статистические сведения по рыбной промышленности России 2013–2014. 2015. М.: Изд-во ВНИРО. 77 с.
53. Строкова Н. Г. 2009. Получение и исследование свойств водорастворимых производных хитозана с длинноцепочечными заместителями. Автореф. дисс… канд. хим. наук. М.: ГОУ «Москвоский государственный текстильный университет имени А. Н. Косыгина». 16 с.
54. Строкова Н. Г., Вихорева Г. А., Чернухина А. И., Владимиров Л. В., Шишкина И. Ю., Гальбрайх Л. С. 2010. Синтез и поверхностные свойства водных растворов производных хитозана и этиленоксидсульфокислот // Высокомолекулярные соединения. Серия А. Т. 52. № 7. С. 1–7.
55. Строкова Н. Г., Подкорытова А. В., Семикова Н. В., Коробицын В. С., Кирдяева О. П. 2012. Экстракция каротиноидно-липидных комплексов из панцирьсодержащих отходов ракообразных // Известия ТИНРО. Т. 171. С. 1–11.
56. Строкова Н. Г., Сорокоумов И. М., Панов К. Н., Подкорытова А. В. 2010. Развитие технологии получения хитина/хитозана и его практического использования во ВНИРО // Рыбпром. № 2. С. 13–16.
57. Тимофеева К. Г. 2011. Технология получения биологически активных хитин-минеральных препаратов из ракообразных электрохимическим способом. Автореф. дисс… к анд. техн. наук. ОАО «ГИПРОРЫБФЛОТ». 26 с.
58. У истоков отрасли. Доступно через: http://www.birzhaplus.ru/birzha/?48968. 31.05.2017.
59. Фролова М. А. 2012. Промышленные технологии производства биологически активных веществ из сырья природного происхождения. Автореф. Дисс… докт. биол. наук. Щелково: ГНУ «Всероссийский научно- исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Российской академии с. — х. наук. 50 с.
60. Хитин и хитозан. Доступно через: http://vostokbor.com/about. 31.05.20107.
61. Хитозановые технологии. Доступно через: https://hitozanovye-tehnologii.tiu.ru. 30.05.2017.
62. Чернышенко А. О. 2007. Твердотельный синтез хитозана и получение материалов на его основе. Автореф. дисс. … канд. хим. наук. М.: МГТУ им. Косыгина. 16 с.
63. Чирков С.Н. 2002. Противовирусные свойства хитозана. // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под ред. Скрябина К. Г., Вихоревой Г. А., Варламова В. П. М.: Наука. С. 327–338.
64. Шагдарова Б.Ц. 2016. Получение алкилированных и ацилированных производных хитозана и исследование их биологических свойств. Дисс. …канд. биол. наук. М.: ФГУ ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Институт биоинженерии. 135 с.
65. Шагдарова Б. Ц., Левов А. Н., Варламов В. П. 2013. Получение низкомолекулярного хитозана и его производных // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т. 15. № 3. С. 1694–1696.
66. Юткин Л. А. 1986. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение. 253 с.
67. Ai-Jun Zhang, Qi-Lian Qin, Huan Zhang, Hong-Tuo Wan g, Xuan Li, Lin Miao, Yi-Jun Wu. 2011. Preparation and characterisation of food-grade chitosan from housefly larvae // Czech J. Food Sci. Vol. 29. № 6. P. 616–623.
68. Chatelet C., Damour O., Domard A. 2001. Influence of the degree of acetylation on some biological properties of chitosan films // Biomaterials. Vol. 22. № 3. Р. 261–268.
69. Chitosanlab. Доступно через: https://chitosanlab.com/en/. 05.06.2017.
70. Cho Y. W., Jang J., Park C. R., Ko S. — W. 2000. Preparation and solubility in acid and water of partially deacetylated chitins // Biomacromolecules. Vol. 1. № 4. P. 609–614.
71. Ensymm. Доступно через: http://ensymm.com/.07.06.2017.
72. Goodwin T. W. 1984. The Biochemistry of the Carotenoids, second ed. Chapman ad Hall, London. Grand View Research. 2017. Chitosan market analysis and segment forecasts to 2025. USA. P. 32.
73. HMC+. Доступно через: https://www.gmp-chitosan.com/en/. 05.06.2017.
74. Hossain M. S., Iqbal A. 2014. Production and characterization of chitosan from shrimp waste // J. Bangladesh Agril. Univ. № 12 (1). P. 153–160.
75. Molinaro G., Leroux J., Damas J. 2002. Biocompatibility of thermosensitive chitosan-based hydrogels: аn in vivo experimental approach to injectable biomaterials // Biomaterials. Vol. 23. № 13. P. 2717–2722.
76. Muzzarelli R. 1977. Textile f inishes // Chitin. Oxford: Pergamon Press. P. 228–238.
77. Onishi H., Machida Y. 1999. Biodegradation and distribution of water-soluble chitosan in mice // Biomaterials. Vol. 20. № 2. P. 175–182.
78. Paul T., Halder S. K., Das A., Ghosh K., Mandal A., Payra P., Barman P., Mohapatra P. K.D., Pati B. R., Mondal C. K. 2015. Production of chitin and bioactive materials from Black tiger shrimp (Penaeus monodon) shell waste by the treatment of bacterial protease cocktail // Biotech. № 3. P. 483–493.
79. Prasitsilp M., Jenwithisuk R., Kongsuwan K., Damrongchai N., Watts P. 2000. Cellular responses to chitosan in vitro: the importance of deacetylation // J. Mater. Sci. Mater. Med. Vol. 11. № 12. P. 773–778.
80. Ramirez A. 2013. Innovative uses of fisheries by-products // Globefish research programme. V. 110. 63 p.
81. Ravi Kumar M. N. 2000. A review of chitin and chitosan applications // Reactive and Functional Polymers. Vol. 46. № 1. P. 1–27.
82. Roberts G.F.A. 1997 // Advances in chitin science. 7th ICCC. France, 3–5 September 1997. Lyon. P. 22–31.
83. SC/T3403–2004 Chinese Fishery Trade Standard. Suneeta Kumari, Sri Hari Kumar Annamareddy, Sahoo Abanti, Pradip Kumar Rath. 2017. Physicochemical properties and characterization of chitosan synthesized from fish scales, crab and shrimp shells // International journal of biological macromolecules. V. 104. P. B. P. 1697–1705.
84. Vasilieva T., Sigarev A., Kosyakov D., Ul’yanovskii N., Anikeenko E., Chuhchin D., Ladesov A., Aung Myat Hein, Miasnikovc V. 2017. Formation of low molecular weight oligomers from chitin and chitosan stimulated by plasma-assisted processes // Carbohydrate Polymers. V. 163. P. 54–61.
85. Zeng L., Qin C., Wang W., Chi W., Li W. 2008. Absorption and distribution of chitosan in mice after oral administration // J. Carbohydr. Polym. Vol. 71. № 3. P. 435–440.
86. Zhang H., Neau S. H. 2001. In vitro degradation of chitosan by a commercial enzyme preparation: effect of molecular weight and degree of deacetylation // Biomaterials. Vol. 22. № 12. P. 1653–1658.
Рецензия
Для цитирования:
Строкова Н.Г., Подкорытова А.В. Современные способы переработки хитинсодержащего сырья. Труды ВНИРО. 2018;170:124-152.
For citation:
Strokova N.G., Podkorytova A.V. Modern ways for processing of chitin-containing raw materials. Trudy VNIRO. 2018;170:124-152. (In Russ.)
Послать статью по эл. почте 