Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКТОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ GALLERIA MELLONELLA

Изобретение относится к области биотехнологии, химической и пищевой промышленности, а именно к способу получению меланиновых веществ, воска и удобрений из продуктов жизнедеятельности большой пчелиной моли (Galleria mellonella). Меланин обладает высокой биологической активностью и может быть использован для получения лечебно-профилактических препаратов, пищевых добавок и косметических средств (кремов). Воск может быть использован в качестве сырья при производстве косметики (мазей, кремов, помад и т.д.), парфюмерии, пищевых добавок, кожевенной продукции, свечей, различных промышленных смазок. Твердый остаток после щелочной экстракции меланина, содержащий минеральные и органические вещества (флавоноиды, углеводы, протеин и т.д.) можно использовать в качестве удобрения для плодовых деревьев и кустарников.

Известен способ получения природного меланинового антиоксиданта, включающий предварительное промывание неизмельченной лузги подсолнечника, ее сушку при температуре 90-110°С до сыпучего состояния, экстракцию водой при кипячении в течение 30-55 минут при соотношении лузги к воде 1:10, фильтрацию, обработку пищевым адсорбентом КСМ №6С, отделение адсорбента, упаривание воды из антиоксиданта и доведение экстракта до желеобразного состояния (RU, №2281779, A61K 36/28, опубл. 2006).

Недостатками данного способа являются невысокий выход продукта, необходимость использования дополнительных стадий обработки конечного продукта, представляющего собой сложную смесь веществ, необходимость использования пищевого адсорбента, что существенно повышает себестоимость продукта.

Известен способ получения антиоксиданта из лузги подсолнечники, включающий промывание водой неизмельченной лузги подсолнечника, сушку при температуре 90-110°С до сыпучего состояния, экстракцию 0,1-0,5 М раствором гидроксида натрия при температуре 18-22°С в вибрационной экстракционной установке в течение 30-60 мин при массовом соотношении лузга-экстрагент, равном 1:(6÷7), фильтрацию, обработку отфильтрованного фильтрата катионитом КУ-2 с доведением рН до 7 и его отделение, обработку пищевым адсорбентом КСМ №6С, отделение адсорбента и упаривание до желеобразного состояния (RU, №2578037, A61K 36/28, B01D 11/02, опубл. 2016).

Недостатками данного способа являются необходимость использования катионита КУ-2 для нейтрализации экстракта и пищевого адсорбента КСМ №6С для его очистки, что существенно повышает себестоимость продукта, а также необходимость использования дополнительной стабилизации конечного продукта, представляющего собой сложную смесь веществ.

Известен также способ получения хитозан-меланинового комплекса из подмора пчел. Способ включает предварительную сушку хитин-меланинового сырья, перетирание до порошкообразного состояния, депротеинизирование 10% раствором щелочи NaOH, дезацетилирование, фильтрование, осаждение меланина, центрифугирование, промывание, сушку хитозана и меланина (RU №2139887, С08В 37/08 С, опубл. 1999).

Недостатками данного способа являются невысокий выход хитин-меланинового комплекса, а также получение смеси веществ с различными характеристиками, свойствами и целевым назначением, что требует дополнительных стадий очистки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения меланиновых веществ из лузги подсолнечника, включающий измельчение лузги подсолнечника, экстракцию меланиновых веществ раствором NaOH, фильтрование, осаждение меланиновых веществ путем добавления раствора соляной кислоты и сушку образовавшегося осадка, при этом экстракцию меланиновых веществ из измельченной лузги подсолнечника фракции 1÷3 мм проводят 0,095÷0,105 н. раствором NaOH при соотношении массы лузги подсолнечника к массе экстрагента 1:35÷1:45 при дополнительном одновременном воздействии ультразвуком с частотой 37±1 кГц и интенсивностью 414±5 Вт/см², при температуре 60±5°С и постоянном перемешивании в течение 25±5 минут, осаждение меланиновых веществ путем добавления концентрированной соляной кислоты в объемном соотношении к фильтрату 1:65÷1:75, отделение полученного осадка от раствора осуществляют центрифугированием при 6000±10 об/мин в течение 5±0,5 мин, далее осадок промывают дистиллированной водой и замораживают его при температуре -19±1°С, после чего лиофильно сушат (RU №2665166, A61K 36/28, B01D 11/02, опубл. 2018).

Недостатком данного способа при использовании сырья, содержащего воск, является применение ультразвуковой экстракции, что увеличивает себестоимость продукта, усиливает вымывание из остаточного воска ароматических углеводородов, эфиров жирных кислот, которые попадают в раствор и взаимодействуют со свободными радикалами меланина и загрязняют конечный продукт, что снижает чистоту целевого продукта и требует использования дополнительной стадии очистки конечного продукта.

Технической проблемой, решаемой при создании настоящего изобретения, является получение меланина и воска с высокой степенью чистоты (низким содержанием побочных продуктов и механических примесей), низкой себестоимостью и хорошей устойчивостью при хранении.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении сырьевой и технологической базы получения меланина и воска; повышении экологической безопасности перерабатывающих комплексов за счет безотходной технологии переработки продуктов жизнедеятельности большой пчелиной моли, включающей получение воска, меланина и удобрения; снижении себестоимости конечных продуктов.

Решение поставленной проблемы и указанного технического результата достигаются тем, что способ комплексной переработки продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella, включающий экстракцию меланиновых веществ раствором NaOH, фильтрование, осаждение меланиновых веществ путем добавления раствора соляной кислоты и сушку образовавшегося осадка, согласно изобретению, дополнительно содержит экстракцию продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella гексаном, упаривание гексана, осветление воска серной кислотой, сливание воска в формы, при этом экстракцию воска гексаном осуществляют при температуре 100±5°С в течение 60 минут, упаривание растворителя производят в течение часа при температуре не более 100±5°С.

Использование каждой стадии способа является обязательным, и ни одна стадия процесса не может быть исключена, так как это существенно снизит эффективность переработки и не позволит достичь указанного технического результата.

Экстракция воска органическим растворителем используется для получения воска с малым содержанием побочных продуктов. Экстракция гексаном или диэтиловым эфиром увеличивает в воске количество жирных кислот из триглицеридов, а также снижает содержание механических примесей и влажность по сравнению с пчелиным воском, получаемым путем вытапливания. Кроме того, предварительная экстракция органическим растворителем воска из сырья позволяет снизить содержание примесей триглицеридов и воска в меланине. Время и температура экстракции определены экспериментально. При увеличении температуры экстракции более 100°С происходит увеличение расхода растворителя вследствие его улетучивания, и в связи с этим существенно уменьшается выход воска. При уменьшении температуры экстракции менее 100°С происходит снижение выхода воска из-за менее интенсивного проникновения растворителя в поры сырья. При увеличении времени экстракции более 65 минут происходит увеличение расхода растворителя вследствие его улетучивания. При уменьшении времени экстракции менее 55 минут происходит снижение выхода воска из-за его незавершенной диффузии из пор сырья в растворитель.

Для получения меланинов, в отличие от прототипа, не используется ультразвуковая экстракция, так как под действием ультразвуковых волн происходит вымывание из остаточного воска ароматических углеводородов, которые попадают в раствор и взаимодействуют со свободными радикалами меланина и в дальнейшем загрязняют конечный продукт. Содержание углеводородов в меланиновых веществах при обработке ультразвуком - 1,2%, без ультразвука - менее 0,1%.

Упаривание гексана (диэтилового эфира) необходимо для полного удаления растворителя и повышения чистоты воска. Время и температура упаривания определены исходя из необходимости полного удаления растворителя из продукта.

Способ комплексной переработки продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella осуществляется следующим образом.

Пример 1

Продукт жизнедеятельности большой пчелиной моли помещали в экстрактор для извлечения воска, где он обрабатывался гексаном при температуре 100°С в течение 60 минут. Затем растворитель отделяли от шрота, и перекачивали в испаритель. Упаривание гексана производили в течение часа при температуре 100°С, полученный воск выгружали и осветляли серной кислотой, а затем сливали в формы.

Полученный воск представляет собой твердый слиток от белого до светло-желтого цвета без определенного запаха, соответствующий требованиям ГОСТ 31923.

Шрот обрабатывали 0,1 н. раствором NaOH при соотношении массы продукта к массе экстрагента 1:40, при температуре 60°С и постоянном перемешивании в течение 25 минут. Затем осуществляли фильтрование. Осаждение меланиновых веществ проводили путем добавления концентрированной соляной кислоты в объемном соотношении к фильтрату 1:70. Меланины выпадали в осадок в виде хлопьев бурого цвета. Отделение полученного осадка от раствора осуществляли центрифугированием при 6000 об/мин в течение 5 мин. Осадок промывали дистиллированной водой. Полученный осадок замораживали при температуре не выше -19°С и высушивали лиофильно.

Полученный меланин представляет собой порошок темно-коричневого цвета, в котором практически отсутствуют примеси (воск, белок, влага).

Твердый остаток, отделяемый после щелочной экстракции меланиновых веществ из шрота, подвергается высушиванию. Полученный продукт представляет собой твердую массу от светлооливкого до темно-зеленого цвета, содержащую минеральные и органические вещества (флавоноиды, углеводы, протеин, воск и т.д.).

Определение массы выделенных меланиновых веществ, воска и твердого остатка проводили с помощью аналитических весов. Степень чистоты меланиновых продуктов рассчитывали из массы меланинов, поделенной на общую массу продукта. Влажность воска определяли по ГОСТ 31920 высушиванием в сушильном шкафу при температуре 103÷105°С до постоянной массы. Массовую долю механических примесей в воске определяли по ГОСТ 21179 экстрагированием четыреххлористым углеродом на песочной бане в течение 1,5 часов с последующим фильтрованием через складчатый фильтр и высушиванием его при температуре 103÷105°С до постоянной массы. Йодное число воска определяли по ГОСТ 21179 растворением воска в смеси, содержащей хлороформ и бром-йод, выдерживанием в течение 1 часа, с последующим добавлением растворов йодистого калия и крахмала и титрованием смеси раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания раствора.

Выход меланиновых веществ составил 13,2%; степень чистоты меланиновых веществ - 99,2%; выход воска - 35,8 от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,3%; йодное число воска - 26,5 г йода в 100 г воска, массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 2

Аналогичен примеру 1, однако для экстракции воска использовали хлороформ.

Выход меланиновых веществ составил 12,6%; степень чистоты меланиновых веществ - 97,4%; выход воска - 29,8% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,6%; йодное число воска - 28,7 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 3

Аналогичен примеру 1, однако для экстракции воска использовали бензин.

Выход меланиновых веществ составил 12,8%; степень чистоты меланиновых веществ - 97,8%; выход воска - 33,4% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,6%; йодное число воска - 27,8 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 4

Аналогичен примеру 1, однако для экстракции воска использовали диэтиловый эфир.

Выход меланиновых веществ составил 13,2%, степень чистоты меланиновых веществ - 99,3%; выход воска - 34,6% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,5%; йодное число воска - 27,3 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Таким образом, из результатов по примерам 1-4 очевидно, что наиболее высокий выход воска и меланиновых веществ с наилучшими характеристиками обеспечивается при использовании гексана в качестве растворителя для экстракции воска из продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella.

Пример 5

Аналогичен примеру 1, однако экстракция воска проводилась при температуре 80°С.

Выход меланиновых веществ составил 12,2%, степень чистоты меланиновых веществ - 97,6%; выход воска - 30,8% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,7%; йодное число воска - 28,6 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 6

Аналогичен примеру 1, однако экстракция воска проводилась при температуре 110°С.

Выход меланиновых веществ составил 11,5%, степень чистоты меланиновых веществ - 93,8%; выход воска - 25,6% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,4%; йодное число воска - 28,1 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Таким образом, из результатов по примерам 1, 5 и 6 очевидно, что наиболее высокий выход воска и меланиновых веществ с наилучшими характеристиками обеспечивается при экстракции воска из продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella при температуре 100°С.

Пример 7

Аналогичен примеру 1, однако экстракция воска проводилась в течение 50 минут.

Выход меланиновых веществ составил 12,7%, степень чистоты меланиновых веществ - 96,3%; выход воска - 28,1% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,5%; йодное число воска - 27,3 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 8

Аналогичен примеру 1, однако экстракция воска проводилась в течение 70 минут.

Выход меланиновых веществ составил 13,2%, степень чистоты меланиновых веществ - 99,1%; выход воска - 35,6% от массы сырья; массовая доля воды в воске - 2,4%; йодное число воска - 27,4 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Таким образом, из результатов по примерам 1, 7 и 8 очевидно, что наиболее высокий выход воска и меланиновых веществ с наилучшими характеристиками обеспечивается при экстракции воска из продуктов жизнедеятельности Galleria mellonella в течение 60 минут.

Пример 9

Аналогичен примеру 1, однако экстракция меланина проводилась при температуре 20°С.

Выход меланиновых веществ составил 7,9%, степень чистоты меланиновых веществ - 91,3%; выход воска - 29,8% от массы сырья, массовая доля воды в воске - 2,6%; йодное число воска - 28,7 г йода в 100 г воска; массовая доля механических примесей в воске - менее 0,1%.

Пример 10

Аналогичен примеру 1, однако экстракция меланина проводилась при температуре 30°С.

Выход меланиновых веществ составил 8,5%, степень чистоты меланиновых веществ - 92,8%.

Пример 11

Аналогичен примеру 1, однако экстракция меланина проводилась при температуре 40°С.

Выход меланиновых веществ составил 10,7%, степень чистоты меланиновых веществ - 95,4%.

Пример 12

Аналогичен примеру 1, однако экстракция меланина проводилась при температуре 50°С.

Выход меланиновых веществ составил 11,6%, степень чистоты меланиновых веществ - 96,9%.

Пример 13

Аналогичен примеру 1, однако экстракция меланина проводилась при температуре 70°С.

Выход меланиновых веществ составил 11,5%, степень чистоты меланиновых веществ - 96,6%.

Таким образом, из результатов по примерам 1, 9-13 очевидно, что наибольший выход меланиновых веществ с оптимальной чистотой наблюдается при температуре экстракции меланиновых веществ 60°С.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить выход и чистоту воска и меланиновых веществ на 20-30%, снизить себестоимость воска и меланиновых веществ на 15-20% по сравнению с традиционными технологиями, повысить экологическую безопасность перерабатывающих комплексов за счет безотходной технологии переработки продуктов жизнедеятельности большой пчелиной моли. Получаемые меланиновые вещества и воск могут быть использованы для производства лечебно-профилактических препаратов, биологически активных и пищевых добавок, а также антиоксидантов в пищевой и химической промышленности, твердый остаток после щелочной экстракции меланина может быть использован в качестве удобрения для плодовых деревьев и кустарников.