RU2526936C2

RU2526936C2 - Method of production of chitin

Info

Publication number: RU2526936C2
Application number: RU2012150715/13A
Authority: RU
Inventors: Рузалия Владимировна Уланова; Ирина Константиновна Кравченко
Original assignee: Рузалия Владимировна Уланова; Ирина Константиновна Кравченко
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-08-27
Also published as: RU2012150715A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: in compliance with this process, minced biomass of insect worms is fed into alkaline solution at the ratio of 1:1-1:8, 0.01-1.0% and mixed for 5-30 minutes at 25-100°C. Then, after inoculation by lactate bacteria, said mix is fermented for 1.5 to 7.0 hours under stationary conditions at 25-45°C. Chitin is separated, flushed with water and subjected to additional demineralisation by acid solution. Acid solution is removed, chitin is flushed and dried.

EFFECT: production of high-quality chitin.

2 cl, 1 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится с биотехнологии, в частности к способу получения хитина из содержащего хитин сырья, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной отраслях промышленности, медицине и сельском хозяйстве.The invention relates to biotechnology, in particular, to a method for producing chitin from raw materials containing chitin, and can be used in the food, pharmaceutical, textile, paper industries, medicine and agriculture.

Технология получения хитина включает использование щелочей, кислот, ферментных препаратов животного и растительного происхождения, прессования, высоких температурных режимов, замораживания, давления, вакуума либо совмещение перечисленных физических и химических факторов. Хитин извлекают из разнообразного сырья: панциря ракообразных, отходов пчеловодства и производства шелка, массы насекомых и их личинок, куколки тутового шелкопряда и др. (1, 2).The technology for producing chitin includes the use of alkalis, acids, enzyme preparations of animal and vegetable origin, pressing, high temperature conditions, freezing, pressure, vacuum, or a combination of the listed physical and chemical factors. Chitin is extracted from a variety of raw materials: crustacean shell, beekeeping waste and silk production, the mass of insects and their larvae, silkworm pupae, etc. (1, 2).

Известен способ получения хитина из кутикулы желудков домашней птицы, который осуществляется отделением, промывкой, сушкой и измельчением желудков, Последующей обработкой водой, раствором едкого натра при t 55-90°С, раствором соляной кислоты и сушкой продукта (3). Недостатком способа является использование 1.5-3.0% раствора щелочи, способ требует применения щелочеустойчивого оборудования, что удорожает стоимость конечного продукта и отрицательно влияет на качество побочного продукта, высвобождающегося при получении хитина, - белка.A known method of producing chitin from the cuticle of the stomachs of poultry, which is carried out by separation, washing, drying and grinding of the stomachs, Subsequent treatment with water, sodium hydroxide solution at t 55-90 ° C, hydrochloric acid solution and drying the product (3). The disadvantage of this method is the use of 1.5-3.0% alkali solution, the method requires the use of alkali-resistant equipment, which increases the cost of the final product and negatively affects the quality of the by-product released upon receipt of chitin - protein.

Описан способ получения хитина из панциря речных раков, включающий деминерализацию сырья 4% раствором HCl при перемешивании 1.0-1.5 часа, фильтрацию и промывку полученной массы. Удаление белка из отфильтрованного осадка 4-5% раствором NaOH при перемешивании и t 70-80°С в течение 1.0-1.5 ч, фильтрацию, промывку и сушку полученного хитина (4). Однако описанная технология отличается длительностью, что повышает его стоимость.A method for producing chitin from the shell of crayfish is described, including demineralization of the feed with a 4% HCl solution with stirring for 1.0-1.5 hours, filtering and washing the resulting mass. Removing the protein from the filtered precipitate with a 4-5% NaOH solution with stirring and t at 70-80 ° С for 1.0-1.5 h, filtering, washing and drying the obtained chitin (4). However, the described technology has a long duration, which increases its cost.

Известны способы безотходной переработки отходов промысла ракообразных, предусматривающие ферментативный гидролиз белков, деминерализацию, повторное извлечение белка и солей 20-60% раствором щелочи при гидромодуле (20-60):1, t 95-120°С при периодическом перемешивании, причем начало процесса проводят в течение 5 мин при давлении 0,5-1,0 кг/см² (5, 6). Недостатками способов является их сложность, жесткие условия очистки хитина: использование концентрированного раствора гидроксида натрия (20-60%) и высокой температуры (95-120°С), что приводит к денатурации белковых компонентов, а также применение дорогостоящих ферментных препаратов.Known methods for wasteless processing of crustacean fishing waste, providing for enzymatic hydrolysis of proteins, demineralization, repeated extraction of protein and salts with a 20-60% alkali solution with a hydromodule (20-60): 1, 95-120 ° С with periodic stirring, and the process is started for 5 min at a pressure of 0.5-1.0 kg / cm ² (5, 6). The disadvantages of the methods are their complexity, harsh conditions for the purification of chitin: the use of a concentrated solution of sodium hydroxide (20-60%) and high temperature (95-120 ° C), which leads to the denaturation of protein components, as well as the use of expensive enzyme preparations.

Известен способ комплексной переработки панцирьсодержащего сырья, включающий его прессование, отделение белковой фракции, комплекса ферментов и жира от жома. Промывку жома водой при соотношении жома и воды 1:2 и температуре не выше 25°С, удаление белка и последующую диминерализацию соляной кислотой. Разделение хитина и кислотного гидролизата, промывку хинина и доочистку от белков раствором щелочи, отделение щелочного гидролизата и промывку хитина водой до нейтральной реакции (7). Недостатком способа является многостадийность и длительность процесса.A known method of complex processing of shell-containing raw materials, including pressing, separation of the protein fraction, a complex of enzymes and fat from pulp. Rinse the pulp with water at a ratio of pulp and water 1: 2 and a temperature of no higher than 25 ° C, remove the protein and then dimineralize it with hydrochloric acid. Separation of chitin and acid hydrolyzate, washing of quinine and post-treatment of proteins with an alkali solution, separation of alkaline hydrolyzate and washing of chitin with water until neutral (7). The disadvantage of this method is the multi-stage and duration of the process.

Известен также способ получения хитина из отходов переработки крабов, включающий прессование размороженного сырья, отделение жидкой белково-жировой и ферментной фракции. Ферментацию промытого жома, удаление пигментов, промывку, повторную депротеинизацию раствором гидроксида натрия (8). К недостаткам способа следует отнести усложненность технологии, использование многочисленных реагентов - ферментных препаратов, антисептиков и стабилизаторов, растительного масла, хлороформа, многие из которых являются дорогостоящими веществами.There is also a known method of producing chitin from crab processing waste, including pressing thawed raw materials, separating a liquid protein-fat and enzyme fraction. Fermentation of washed pulp, pigment removal, washing, re-deproteinization with sodium hydroxide solution (8). The disadvantages of the method include the complexity of the technology, the use of numerous reagents - enzyme preparations, antiseptics and stabilizers, vegetable oil, chloroform, many of which are expensive substances.

Известны способы получения хитина с применением протеолитически активных культур микроорганизмов с целью удаления белков. Однако данные способы отличаются длительностью за счет введения этапа приготовления питательной среды для бактерий и продолжительностью инкубационного процесса не менее 1.5-3 суток. Причем получение питательной среды связано с дополнительными трудовыми и материальными расходами (9, 10, 11, 12, 13).Known methods for producing chitin using proteolytically active cultures of microorganisms to remove proteins. However, these methods differ in duration due to the introduction of the stage of preparation of a nutrient medium for bacteria and the duration of the incubation process for at least 1.5-3 days. Moreover, obtaining a nutrient medium is associated with additional labor and material costs (9, 10, 11, 12, 13).

Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ получения хитина из панциря ракообразных (14 - прототип). Способ предусматривает измельчение сырья, удаление белковых и минеральных веществ в процессе ферментации, отделение хитина. К недостаткам способа относится недостаточно высокая степень удаления протеина, так как после ферментации извлекается не более 7% белка, что требует введения дополнительных этапов для его удаления, высокие расходы, связанные с добавлением в питательную среду источников углеводов.The closest in essence to the proposed method is a method for producing chitin from the shell of crustaceans (14 - prototype). The method involves grinding raw materials, removing protein and mineral substances in the fermentation process, separating chitin. The disadvantages of the method include an insufficiently high degree of protein removal, since after fermentation no more than 7% of the protein is extracted, which requires the introduction of additional steps for its removal, high costs associated with the addition of carbohydrate sources to the nutrient medium.

Сущностью изобретения является упрощение способа, снижение себестоимости и повышение качества продукта с максимальным уровнем сохранения природных свойств конечных продуктов.The essence of the invention is to simplify the method, reduce costs and improve product quality with a maximum level of conservation of the natural properties of the final products.

Техническим результатом изобретения являются:The technical result of the invention are:

- упрощение технологии и снижение себестоимости получения хитина за счет применения в качестве питательной среды при ферментации микроорганизмов, суспензии личинок насекомых, при этом исключается ее дополнительное обогащение источниками питания, проведение ферментации в стационарных условиях в течение 1.5-7.0 час, что уменьшает материальные, энергетические и трудовые затраты;- simplification of the technology and reduction of the cost of producing chitin due to the use of a suspension of insect larvae as a nutrient medium for the fermentation of microorganisms, while its additional enrichment with food sources, fermentation in stationary conditions for 1.5-7.0 hours, which reduces material, energy and labor costs;

- повышение качества хитина и вторичных продуктов, образующихся при его получении, достигается в результате проведения технологического процесса в «мягких» условиях заменой высококонцентрированных щелочных и кислотных растворов молочнокислыми бактериями с высокой протеолитической и кислотообразующей активностью, невысокие температурные режимы, максимальное снижение содержания белка (не более 1% протеина) в конечном продукте.- improving the quality of chitin and secondary products resulting from its production is achieved as a result of the technological process in “mild” conditions by replacing highly concentrated alkaline and acid solutions with lactic acid bacteria with high proteolytic and acid-forming activity, low temperature conditions, maximum reduction in protein content (not more than 1% protein) in the final product.

Технический результат достигается тем, что сырье - биомассу личинок насекомых измельчают, ферментируют в стационарных условиях после инокуляции молочнокислыми бактериями при продолжительности ферментации 1.5-7.0 час при t 25-45°С, затем разделяют суспензию на белковую фракцию и хитин (схема 1).The technical result is achieved by the fact that the raw material - the biomass of insect larvae is crushed, fermented under stationary conditions after inoculation with lactic acid bacteria with a fermentation duration of 1.5-7.0 hours at t 25-45 ° С, then the suspension is separated into a protein fraction and chitin (Scheme 1).

Технический результат достигается также тем, что в качестве депротеинизирующего агента используют бифидобактерии, и/или молочнокислые стрептококки, и/или лактобактерии, активно образующие протеолитические ферменты и молочную кислоту.The technical result is also achieved by the fact that bifidobacteria and / or lactic streptococci and / or lactobacilli actively forming proteolytic enzymes and lactic acid are used as deproteinizing agent.

Технический результат достигается также тем, что питательной средой при проведении ферментации молочнокислых бактерий служит измельченная биомасса личинок насекомых, которую заливают (1:1-1:8) 0.01-1.0% раствором щелочи, перемешивают в течение 5-30 мин при температуре 25-100°С и охлаждают до температуры 25-45°С.The technical result is also achieved by the fact that the nutrient medium during the fermentation of lactic acid bacteria is the crushed biomass of insect larvae, which is poured (1: 1-1: 8) with a 0.01-1.0% alkali solution, stirred for 5-30 minutes at a temperature of 25-100 ° C and cooled to a temperature of 25-45 ° C.

Предлагаемый прием позволяет повысить качество как целевого, так и побочных продуктов производства хитина (белково-липидной суспензии), удешевить конечный продукт за счет использования дешевого сырья - личинок насекомых и снижения транспортных расходов - важной составляющей стоимости товара, значительно снизить количество отходов.The proposed method allows to improve the quality of both target and by-products of the production of chitin (protein-lipid suspension), reduce the cost of the final product through the use of cheap raw materials - insect larvae and lower transportation costs - an important component of the cost of goods, significantly reduce the amount of waste.

Пример 1. Биомассу личинок мухи Musca domestica измельчают, заливают 0.01% раствором щелочи при соотношении 1:1, нагревают до температуры 25°С и перемешивают в течение 5 мин. Охлаждают до температуры 25°С, вносят 3% суспензии бифидобактерий, перемешивают, ферментируют при температуре 25°С в течение 1.5 час, затем ферментированную массу отжимают. Белково-липидную фракцию отделяют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин промывают, заливают 1% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 27°С в течение 30 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают.Example 1. The biomass of Musca domestica fly larvae is crushed, poured with a 0.01% alkali solution at a ratio of 1: 1, heated to a temperature of 25 ° C and stirred for 5 minutes. Cool to a temperature of 25 ° C, add 3% suspension of bifidobacteria, mix, ferment at a temperature of 25 ° C for 1.5 hours, then squeeze the fermented mass. The protein-lipid fraction is separated and used as a feed additive. The chitin is washed, poured with a 1% acid solution, additional demineralization is carried out at a temperature of 27 ° C for 30 minutes, the acid solution is removed, the chitin is washed and dried.

Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием 1% протеина (схема 1).The obtained chitin has the appearance of flakes of a light cream color without extraneous odors with a content of 1% protein (Scheme 1).

Пример 2. Биомассу личинок мучного червя Tenebrio molitor измельчают, заливают 0.5% раствором щелочи при соотношении 1:6, нагревают до температуры 80°C, и перемешивают в течение 20 мин. Охлаждают до температуры 30°C, вносят 8% суспензии лактобактерий, перемешивают и ферментируют, поддерживая температуру 35°C 6.0 час, затем ферментированную массу отжимают. Белково-липидную фракцию удаляют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин дочищают 0.1% раствором щелочи, промывают водой, заливают 0.5% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 25°C в течение 20 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают. Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием 0.05% протеина.Example 2. The biomass of the larvae of the flour worm Tenebrio molitor is crushed, poured with a 0.5% alkali solution at a ratio of 1: 6, heated to a temperature of 80 ° C, and stirred for 20 minutes. Cool to a temperature of 30 ° C, add 8% suspension of lactobacilli, mix and ferment, maintaining a temperature of 35 ° C for 6.0 hours, then squeeze the fermented mass. The protein-lipid fraction is removed and used as a feed additive. Chitin is cleaned with a 0.1% alkali solution, washed with water, poured with a 0.5% acid solution, additional demineralization is carried out at a temperature of 25 ° C for 20 minutes, the acid solution is removed, the chitin is washed and dried. The obtained chitin has the appearance of flakes of a light cream color without odors with a content of 0.05% protein.

Пример 3. Биомассу личинок саранчи Locusta migratoria измельчают, заливают 1.0% раствором щелочи при соотношении 1:8, нагревают до температуры 100°C и перемешивают в течение 30 мин. Охлаждают до температуры 45°C, вносят 8% суспензию лактобактерий, перемешивают и ферментируют, поддерживая температуру 45°C 7.0 час, затем ферментированную массу отжимают, белково-липидную фракцию удаляют и используют в качестве кормовой добавки. Хитин дочищают 0.2% раствором щелочи, промывают водой, заливают 1% раствором кислоты, дополнительную деминерализацию проводят при температуре 25°C в течение 30 мин, раствор кислоты удаляют, хитин промывают и высушивают. Полученный хитин имеет вид хлопьев светло-кремового цвета без посторонних запахов с содержанием не более 0.001% протеина.Example 3. The biomass of Locusta migratoria locust larvae is crushed, poured with a 1.0% alkali solution at a ratio of 1: 8, heated to a temperature of 100 ° C and stirred for 30 minutes. It is cooled to a temperature of 45 ° C, an 8% suspension of lactobacilli is added, stirred and fermented, maintaining a temperature of 45 ° C for 7.0 hours, then the fermented mass is squeezed out, the protein-lipid fraction is removed and used as a feed additive. Chitin is cleaned with a 0.2% alkali solution, washed with water, poured with a 1% acid solution, additional demineralization is carried out at a temperature of 25 ° C for 30 minutes, the acid solution is removed, the chitin is washed and dried. The obtained chitin has the appearance of flakes of a light cream color without odors with a content of not more than 0.001% protein.

Технический результат достигается тем, что биомассу личинок насекомых измельчают, заливают в соотношении 1:1 - 1:8, 0.01-1.0% раствором щелочи, перемешивают в течение 5-30 мин при температуре 25-100°C и охлаждают до температуры 25-45°C, инокулируют молочнокислыми бактериями, ферментируют в стационарных условиях в течение 1.5-7.0 час при t 25-45°C. Затем отделяют и промывают хитин водой, проводят дополнительную деминерализацию хитина раствором кислоты, после чего удаляют раствор кислоты, хитин промывают и высушивают (схема 1).The technical result is achieved by the fact that the biomass of insect larvae is crushed, poured in a ratio of 1: 1 - 1: 8, 0.01-1.0% alkali solution, mixed for 5-30 minutes at a temperature of 25-100 ° C and cooled to a temperature of 25-45 ° C, inoculate with lactic acid bacteria, fermented under stationary conditions for 1.5-7.0 hours at t 25-45 ° C. Then chitin is separated and washed with water, an additional demineralization of chitin is carried out with an acid solution, after which the acid solution is removed, the chitin is washed and dried (Scheme 1).

Технический результат достигается также тем, что в качестве депротеинизирующего агента используют бифидобактерии, и/или молочнокислые стрептококки, и/или лактобактерии, активно образующие протеолитические ферменты и молочную кислоту. The technical result is also achieved by the fact that bifidobacteria and / or lactic streptococci and / or lactobacilli actively forming proteolytic enzymes and lactic acid are used as deproteinizing agent.

ЛитератураLiterature

1. Рашидова С.Ш., Милушева Р.Ю., Пак Т.С., Воропаева Н.Л., Рубан И.Н. Создание технологии получения хитина и сопутствующих веществ из отходов производства шелка.1. Rashidova S.Sh., Milusheva R.Yu., Pak T.S., Voropaeva N.L., Ruban I.N. Creation of technology for the production of chitin and related substances from silk waste.

2. Ахмедова X., Рубан И.Н. Хитозан из куколок тутового шелкопряда как основа для получения полимерметаллокомплексов.2. Akhmedova X., Ruban I.N. Silkworm chitosan as a basis for the production of polymer metal complexes.

3. Александрова М.В, Чигир И.Н., Царенков В.М, Казакевич И.Я. Пат РФ, Способ получения хитина. №92003797, C08В 37/08.3. Alexandrova M.V., Chigir I.N., Tsarenkov V.M., Kazakevich I.Ya. Pat RF, Method for producing chitin. No. 92003797, C08B 37/08.

4. Мижуева С.А., Ковшова И.В. Пат. РФ №97121591. Способ получения хитина из панциря речных раков, 2000 г. A23L 1/33.4. Mizhueva S.A., Kovshova I.V. Pat. RF №97121591. A method of obtaining chitin from the shell of crayfish, 2000 A23L 1/33.

5. 5. Новиков В.Ю., Мухин В.А., Чилингарян Г.Г. Пат. РФ. №2000117616. 2003 г. Способ безотходной косплексной переработки хитинсодержащего сырья. A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, С08В 37/08.5. 5. Novikov V.Yu., Mukhin V.A., Chilingaryan G.G. Pat. RF No.2000117616. 2003. A method of non-waste coslex processing of chitin-containing raw materials. A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, C08B 37/08.

6. Новиков В.Ю., Мухин В.А., Чилингарян Г.Г. Пат. РФ №2207033. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 2003 г. A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, С08В 37/08.6. Novikov V.Yu., Mukhin V.A., Chilingaryan G.G. Pat. RF №2207033. Method of non-waste complex processing of chitin-containing raw materials. 2003 A23L 1/33, A23J 1/04, A23J 3/00, C08B 37/08.

7. Левоньков С.В., Купина Н.М., Блинов Ю.Г., Шпанко Л.А. Пат. РФ №97115965. Способ комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 1999 г. С08В 37/08, A23L 1/33, A23J 1/04.7. Levonkov S.V., Kupina N.M., Blinov Yu.G., Shpanko L.A. Pat. RF №97115965. The method of complex processing of chitin-containing raw materials. 1999, C08B 37/08, A23L 1/33, A23J 1/04.

8. Левоньков С.В., Купина Н.М., Блинов Ю.Г. Пат. РФ №2123269. Способ безотходной комплексной переработки хитинсодержащего сырья. 1998 г.8. Levonkov S.V., Kupina N.M., Blinov Yu.G. Pat. RF №2123269. Method of non-waste complex processing of chitin-containing raw materials. 1998 year

9. Shimahara К., Ohkoushi К., Ikeda M. // In chitin and chitosan. Ed. S.Hirano, S.Tokura. The Japanese Sosiety of Chitin and Chitosan. 1982. P.10-15.9. Shimahara K., Ohkoushi K., Ikeda M. // In chitin and chitosan. Ed. S. Hirano, S. Tokura. The Japanese Sosiety of Chitin and Chitosan. 1982. P. 10-15.

10. Розенталь А.Д. Биотехнологические основы переработки панциря арктического криля. Дисс. канд. биол. наук. Л.: ЛТИ им. Ленсовета. 1988. с.102.10. Rosenthal A.D. Biotechnological basis for processing shells of Arctic krill. Diss. Cand. biol. sciences. L .: LTI them. Lensoviet. 1988.S. 102.

11. Cira L.A., Huerta S., Guerrero I. et al. Advances in chitin sxience, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p. 21-27.11. Cira L.A., Huerta S., Guerrero I. et al. Advances in chitin sxience, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p. 21-27.

12. Rao M., Sh., Stevens W.P., Processing parameters in scaling-up of lactobacillus fermentation shrimp biowaste. Advances in chitin science, 7 th ICCC, Lion: 1997, p.88-93.12. Rao M., Sh., Stevens W.P., Processing parameters in scaling-up of lactobacillus fermentation shrimp biowaste. Advances in chitin science, 7th ICCC, Lion: 1997, p. 88-93.

13. Bautista J., Cremades O., Corpas R. et al. Advances in chitin science, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p 28-33.13. Bautista J., Cremades O., Corpas R. et al. Advances in chitin science, EUCHIS-99. Potsdam. 1999, p 28-33.

14. Hall G.M., Reid C.L. Chitin and chitosan, the versatile environmental friendly modem materials. Malaysia: UKM. 1995, p.47.14. Hall G.M., Reid C.L. Chitin and chitosan, the versatile environmental friendly modem materials. Malaysia: UKM. 1995, p. 47.

Claims

1. A method of producing chitin, characterized in that the crushed biomass of insect larvae is poured in a ratio of 1: 1-1: 8, 0.01-1.0% alkali solution, mixed for 5-30 minutes at a temperature of 25-100 ° C then, after inoculation with lactic acid bacteria, they are fermented under stationary conditions with a fermentation duration of 1.5-7.0 hours at a temperature of 25-45 ° C, the chitin is separated, washed with water and additional demineralization with an acid solution is carried out, after which the acid solution is removed, the chitin is washed and dried.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the lactic acid bacteria, proteolytically active, lactic acid-forming bifidobacteria or lactic streptococci and / or lactobacilli are used.