СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ВЛАГОЕМКОГО МАТЕРИАЛА НА КОЛЛАГЕНОВОЙ ОСНОВЕ
METHOD FOR OBTAINING A POROUS MOISTURE ABSORBENCY MATERIAL ON A COLLAGEN BASIS

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности, к способу получения коллагеновой губки из шкур пресноводных рыб. Изобретение может быть использовано для получения материалов медицинского назначения, а также в качестве впитывающего слоя средств личной гигиены.
Известен способ получения коллагеновой губки [патент на изобретение РФ № 2039766, заявлено 19.03.1993, дата публикации заявки: 10.01.1997], включающий такие стадии как промывка, измельчение, щелочно-солевая обработка сырья, промывка водой, набухание в уксусной кислоте, промывка водой до получения рН 2,5 - 4, разволокнение с одновременным высаживанием волокон коллагена при рН 5,5, отжатие массы, получение 3%-ной дисперсии в 0,5 - 0,7%-ном растворе NaOH, добавление уксусной кислоты до рН 4,2 - 4,5, разлив в поддоны, замораживание, размораживание и сушку. Полученную коллагеновую губку используют в медицине, в частности в качестве повязок для ожоговых ран.
Основным недостатком описанного выше способа является недостаточно хорошее качество продукта в виде неоднородности и присутствия посторонних частиц, недостаточно высокие органолептические показатели, отсутствие прозрачности коллагеновой субстанции, недостаточные физико-химические и прочностные характеристики, а также сложность и длительность процесса.
Также известны способы получения губчатых материалов, способ получения "плетений" из коллагеновых волокон в форме войлокоподобных мембран или губчатых слоев [Заявка ФРГ N 2734506, кл. C 08H 1/06, опублик. 1979], [Патент ФРГ N 1811290, кл. C 08H 1/06, опубл. 1989.]
Недостатком этих способов является то, что они не позволяют получать материалы с высокими физико-механическими показателями.
o
Близким по технической сущности к предлагаемому, является способ получения пористого коллагенсодержащего материала [заявка на изобретение № 95110213, заявл. 15.06. 1995 г., A61L 15/32], включающий приготовление уксуснокислого коллоидного раствора коллагена, осаждение суспензии волокнистого коллагена изменением рН системы, смешивание ее со сшивающим агентом, замораживание, оттаивание и последующую дегидратацию, отличающийся тем, что после оттаивания системы полученный коллагенсодержащий материал обрабатывают водным раствором щелочного агента при рН 10-12 и 0,1-1,0%-ным раствором формальдегида, промывают до нейтральной реакции среды, отжимают несвязанную влагу и окончательно высушивают при 20 - 60C.
Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает возможности использования в качестве сырья для получения пористых материалов шкуры пресноводных рыб, а также конечный пористый материал имеет более низкий показатель влагоемкости (за счет большей плотности и меньшей пористости) и уровень рН (4,8), что может привести к понижению рН среды в ране, раздражая кожные покровы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения коллагеновых пористых материалов [патент РФ № 2704248, заявл. 02.10.2018, опубл. 25.10.2019], включающий перекисно-щелочную обработку шкур пресноводных рыб, выбранных из толстолобика, карпа, белого амура, сазана, для чего шкуры заливают смесью пероксида водорода и гидроксида натрия, выдерживают, затем обработанные таким образом шкуры промывают в проточной воде, промытые шкуры заливают раствором уксусной кислоты и выдерживают, полученную массу гомогенизируют и отправляют на сушку, которую проводят в вакуум-сублимационной машине, высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются при определенных условиях.
Недостатком данного способа является невысокая влагоемкость полученного материала.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения коллагеновой губки, обладающей высокими физико-механическими характеристиками в сочетании с высоким показателем влагопоглощения.
-1
-1
Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения пористого влагоемкого материала на коллагеновой основе, характеризующийся тем, что очищенные от загрязнений и прирезей мышечной ткани шкуры пресноводных рыб, промытые в проточной воде в течение 5-10 мин и выдержанные в мыльном растворе в течение 20-30 минут с последующей промывкой водой до полного удаления остатков мыла, заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2%,  взятых в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа, затем промывают шкуры дистиллированной водой и заливают раствором яблочного уксуса с массовой концентрацией 1,5%, или раствором  аскорбиновой кислоты с массовой концентрацией 7%, или лимонной кислоты с массовой концентрацией 1,5%, или янтарной кислоты с массовой концентрацией 1,5%, или молочной кислоты с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток, затем полученную массу гомогенизируют при добавлении дистиллированной воды с гидромодулем 1:3 до однородной массы и подвергают замораживанию и сушке в вакуум-сублимационной сушилке при вакууме от 1,2·10до 8·10мбар, полученный пористый материал нарезают на платины и герметично упаковывают.
Способ получения пористого влагоемкого материала на коллагеновой основе осуществляется следующим образом.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором яблочного уксуса с массовой концентрацией 1,5% или раствором  аскорбиновой кислоты с массовой концентрацией 7%, или лимонной кислоты с массовой концентрацией 1,5%, или янтарной кислоты с массовой концентрацией 1,5%, или молочной кислоты с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенизируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t=40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка до влажности 12-16%.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Способ получения пористого влагоемкого материала на коллагеновой основе поясняется следующими примерами.
Пример 1 (прототип).
Шкуры толстолобика промывают проточной водой температурой t=12°C в течение τ=15 мин. Затем шкуру очищают ручным способом от чешуи, плавников и прирезей мышечной ткани.
Шкуры заливаются смесью пероксида водорода (с=3%) и гидроксида натрия (с=3%) в соотношении реагентов 4:6, в течение τ=6 ч, t = 25°С, гидромодуль 1:4.
Затем шкуры промывают в проточной воде при температуре 12°С в течение 15 мин и заливают раствором уксусной кислоты с массовой концентрацией 6%, выдерживают в течение 6 суток, полученную массу гомогенизируют.
Далее следует разлив субстанции на поддоны размером 20 на 40 см слоем до 1 см и заморозка продукта в течение 1,5-2 часов при t=-40°C, создание глубокого вакуума 0,5-1,5 часа. Процесс сублимации осуществляют при вакууме от 6х10-1мбарв течение 12 часов, а далее при температуре продукта плюс 50°С идет досушка.
Пример 2.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором яблочного уксуса с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенезируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t=40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Основные характеристики пористого коллагенового материала представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные показатели пористого коллагенового материала
Наименование показателя
Значение показателя пористого материала по примерам
Пример 1 (прототип)
Пример 2(предлагаемый способ)
Массовая доля сухих веществ, %
3,8-4,0
4,4-4,6
Массовая доля золы, %
3,6
4,2
Количество белка методом Кьельдаля, %
6,13
7,19
Содержание коллагена по методу Воловинской В.П., от сухого вещества, %
0,85
0,98
Влажность, %
12-16
12-16
Величина рН
4,1
5,3-7,1
Органолептические показатели-
внешний вид
материал пористый
материал пористый
цвет
светло-желтый цвет
от светло-серого до серого
консистенция
мягкая пористая губка
мягкая пористая губка
запах
нейтральный
нейтральный
вкус
не нормируется
не нормируется
Пример 3.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором аскорбиновой кислоты с массовой концентрацией 7% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенезируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t=–40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Пример 4.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором янтарной кислоты с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенизируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t=40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Пример 5.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором лимонной кислоты с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенизируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t = 40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Пример 6.
С очищенных шкур пресноводных рыб (например, толстолобика, карпа, белого амура, сазана) отделяют остатки мышечной и соединительной тканей. Уплотненные топографические участки обрезают и для дальнейшей обработки используют среднюю часть шкуры.
Подготовленное таким образом сырье промывают проточной водой и выдерживают в мыльном растворе 20-30 минут, затем снова промывают проточной водой до полного удаления остатков мыла.
Промытые шкуры заливают смесью растворов пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 2% в соотношении 6:4 при гидромодуле 1:5 и выдерживают в течение 1 часа.
Затем шкуры промывают и заливают раствором молочной кислоты с массовой концентрацией 1,5% при гидромодуле 1:2 и выдерживают от 3 до 5 суток.
Полученную массу гомогенизируют с добавлением дистиллированной воды с гидромодулем 1:3.
Далее полученную массу разливают на поддоны слоем 0,5 – 1 см и замораживают при t=40°C.
-1
-1
Процесс сублимационной сушки осуществляется при вакууме от 1,2·10 мбар до 8·10 мбар в течение 10-15 часов, а далее при температуре 50°С идет досушка.
Высушенные листы нарезаются на пластинки и герметично упаковываются.
Определение общей пористости проводили по ГОСТ 24468.
По результатам определения истиной и кажущейся плотности вычисляли общую пористость. Пористость пористого материала толщиной 0,3см, полученного по предлагаемой технологии составляет 88,9 ± 11,1% от общего объема губки (против 65% прототипа).
Средний диаметр пор составляет от 40 до 95 мкм (против 35 мкм у прототипа).
При этом показатель PH водной вытяжки составил 5,3-7,1 (4,1 у прототипа).
3
Удельная масса полученного коллагенового пористого материала составила  0,014± 0,005 г/ см.
Полученные по предлагаемой технологии пористые коллагеновые материалы проявляли интенсивность влагопоглощения в пределах 30 минут, затем наблюдалась линейная зависимость впитывания влаги.
Максимальный показатель водопоглощения составил 45 уд.ед поглощения воды относительно массы полученного пористого материала, в сравнении с образцами губок, полученных по прототипу – составляет 35 уд. ед. и время основного поглощения влаги 35 минут. Это связанно с уменьшением гидромодуля до 1:2 и уменьшением концентрации органической кислоты, что позволило добиться более высокого разволокнения фибрилл коллагена.
Осуществление предлагаемого способа позволяет получить коллагеновый пористый материал, обладающий высокими физико-механическими характеристиками в сочетании с высокими показателями влагопоглощения.