Биологически активная добавка из морских гидробионтов - источник хондроитинсульфата и способ ее получения
BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITIVE FROM MARINE HYDROBIONTS - SOURCE OF HONDROITINSULFATE AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано как биологически активная добавка из морских гидробионтов, обладающая хондропротекторным действием, предназначенная для непосредственного употребления в пищу, а также в качестве сырьевого компонента при производстве специализированных пищевых продуктов и поликомпонентных биологически активных добавок.
Известен общеукрепляющий лечебно-профилактический продукт (патент РФ 2161002, A23L 1/325, А61К 35/60), представляющий собой ферментативный гидролизат из хрящевой ткани акул и содержащий свободные аминокислоты (триптофан, тирозин, фенилаланин, лизин, аргинин, глицин, таурин, аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты) в количестве не менее 20 мас. % от массы сухого препарата, гиалуроновую кислоту - 2,1-5,5 мг/г, не более 15% белка от массы сухого препарата и 0,4-1,5 мг/г свободных аминосахаров. Процесс получения этого продукта включает следующие стадии: гомогенизацию акульих хрящей, экстракцию 0,9-2,0% раствором хлорида натрия в течение 10-18 ч при 5-10°C, ферментативный гидролиз с помощью протеолитических ферментных препаратов при 30-45°C в течение 15-24 ч, инактивацию ферментов с последующим выделением целевого продукта путем фильтрации, сушку сублимационным или распылительным способом. Выход конечного продукта составляет 6-8%.
Недостатком данного способа является высокое содержание хлорида натрия, длительность процесса экстракции и ферментолиза, необходимость обеспечения сравнительно низкотемпературного режима при экстракции, что затрудняет использование в промышленных условиях; низкий выход целевого продукта, а также отсутствие в составе продукта хондроитинсульфата.
Известен способ приготовления функционального пищевого продукта хондропротекторного действия из голов головоногих моллюсков (патент РФ 2412619, A23L 1/33, А61К 35/00), включающий измельчение сырья и его ферментативный гидролиз с использованием в качестве ферментного препарата ЦеллоЛюкса-F или Целловиридина В Г20х, предварительно растворенного в воде с добавлением 0,1% бензойнокислого натрия и 2,5% хлорида натрия. Гидролиз осуществляют при температуре 38-43°C в течение 4-5 ч с последующей сушкой при температуре 65±5°C. Содержание основных компонентов в конечном продукте: глюкозамины - 3-4%, галактозамины - 3,5-4%, аминосахара - 3,5-4,5%, белок - 54-58%, липиды - 8-13%, минеральные вещества - 10-13%.
Недостатком указанного способа является использование только одного вида сырья, применение хлорида натрия, отсутствие инактивации фермента, а также использование только ферментов амилолитического действия, что приводит к недостаточно полному извлечению биологически активных компонентов сырья.
Известен способ получения препарата хондропротекторного действия (патент РФ 2355240, A23L 1/325, А61К 35/00, A23L 1/30), включающий измельчение, обезжиривание и обработку ферментами протеолитического действия из гепатопанкреаса камчатского краба хряще-костно-коллагеновой ткани рыб (соотношение ткани составляет соответственно 1:(19±7):(30±10)), инактивацию ферментов, отделение продуктов ферментации с последующей их сушкой. Обработку ферментами проводят в водном экстракте плодов шиповника, или цветов ромашки аптечной, или листьев шалфея с массовой долей сухих веществ 2-5%. Готовый препарат содержит хондроитинсульфат 5,8%, коллаген 68,1%, минеральные вещества 19%, гликозиды 3,6%, витамин С 0,8%, органические кислоты 1,8%, флавоноиды 0,4%, алкалоиды 0,2%,
Недостатком предложенного способа является необходимость компоновки сырья в нужных пропорциях перед обработкой, а также низкое содержание хондроитинсульфата в препарате.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и для продукта, и для способа являются продукт из хрящевой ткани гидробионтов и способ его получения, описанные в патенте (патент РФ 2250047, A23L 1/30, A23L 1/325).
Данный продукт может использоваться как питательная добавка для профилактики заболеваний костно-мышечной системы и соединительной ткани и представляет собой ферментативно-кислотный гидролизат из хрящевой ткани акул, или скатов, или осетровых, или лососевых рыб, или головоногих моллюсков и содержит хондроитинсульфаты - 5,8-7%, свободные гексозамины - 0,8-6,5%, растворимый коллаген - 3,8-13,8%, а также микро- и макроэлементы, свободные аминокислоты, низкомолекулярные ингибиторы металлопротеиназ и белок при определенном количественном соотношении. Способ предусматривает гомогенизацию хрящевой ткани гидробионтов, экстракцию 0,9-2,0% хлористым натрием, ферментативный гидролиз, инактивацию ферментов и отделение конечного продукта. При этом ферментативный гидролиз ведут протеолитическими ферментами микробиального или животного происхождения в течение 7-8 часов. После инактивации ферментов проводят осаждение липидов 0,2-0,3% раствором хитозана в 2-4% уксусной кислоте в течение 9-15 часов. Затем осадок отделяют, обезжиренный ферментативный гидролизат диализируют против дистиллированной воды, осадок подвергают кислотному гидролизу 2-4 М раствором соляной кислоты. Из кислотного гидролизата выделяют гексозамины путем обработки хлоридом кальция.
После чего осадок, содержащий гексозамины, и диализованный ферментативный гидролизат смешивают и сушат с получением пищевого общеукрепляющего профилактического продукта.
Недостатками прототипа являются:
- недостаточно высокое содержание хондроитинсульфата в продукте, высокое содержание хлорида натрия;
- использование хрящевой ткани головоногих моллюсков, которую можно получить только ручным способом, что нецелесообразно при производстве пищевого продукта в промышленных масштабах;
- способ включает сорбцию липидной фракции сырья раствором хитозана, что трудоемко в связи с применением ручного диспергирования и отсутствия соответствующих способов последующей очистки хитозана;
- необходимость процесса солевой экстракции, ее длительность и обеспечение специальных условий, а именно сравнительно низких температур, требует существенных трудовых и энергетических затрат;
- повышенный расход химических реагентов (уксусной и соляной кистлот, хлорида натрия и калия), в том числе дефицитных (хитозана), что в конечном итоге приводит к увеличению себестоимости и рыночной стоимости готового продукта.
- технологический процесс сопровождается химическими загрязнениями производственных стоков, что предусматривает дополнительные меры по экологизации производства.
Задачей заявляемого изобретения является расширение ассортимента биологически активных добавок направленного действия, в частности хондропротекторного, получение биологически активной добавки с повышенной биологической активностью за счет увеличенного содержания хондроитинсульфата, а также сокращение длительности и упрощение технологического процесса.
Поставленная задача достигается тем, что заявляемая биологически активная добавка, обладающая хондропротекторным действием, представляет собой ферментативный гидролизат из вторичного сырья и отходов при первичной переработке головоногих моллюсков, или акул, или скатов, или осетровых, или лососевых рыб, или бычков и содержит в своем составе (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
3-12%
Гексозамины
1,5-4%
Гиалуроновую кислоту
0,15-2%
Свободные аминокислоты
10-17%
Минеральные вещества
6-11%
Белок
40-60%
Воду
8-10%
Как известно, гликозаминогликаны в составе протеогликанов входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани, содержатся в костях, синовиальной жидкости, стекловидном теле и роговице глаза. Вместе с волокнами коллагена и эластина, протеогликаны образуют соединительнотканный матрикс (основное вещество). Хондроитинсульфат, гексозамины и гиалуроновая кислота являются важными компонентами гликозаминогликанов. Хондроитинсульфат стимулирует выработку гликозаминогликанов, протеогликанов, коллагена, гиалуроновой кислоты, улучшает выработку суставной жидкости и нормализацию ее «смазочных» свойств, повышает амортизационные свойства хряща; обладает хондропротекторным свойством, блокируя действие протеолитических ферментов, разрушающих хрящ; подавляет синтез медиаторов воспаления, оказывая тем самым анальгетическое и противовоспалительное действие; усиливает регенерацию хрящевой ткани, способствует нормализации отложения кальция в костях.
Гиалуроновая кислота является главным компонентом синовиальной жидкости, отвечающим за ее вязкость, также она присутствует в виде оболочки каждой клетки сустава (хондроцита).
Аминокислоты, особенно оксипролин, являются строительными блоками для коллагена, который входит в состав коллагеновых волокон, формирующих амортизирующие структуры хряща, обеспечивающих подвижность и гибкость суставов, придающих тканям прочность на разрыв и растяжение. Аминокислоты способствуют восстановлению хрящевых поверхностей суставов, участвуют в формировании связок, суставов, а также сосудов, кожи и внутренних органов, "скелеты" которых тоже построены из соединительной ткани.
Предлагаемая биологически активная добавка в отличие от прототипа, обладающего также хондропротекторным действием, содержит повышенное содержание хондроитинсульфата в готовом продукте до 12%, а также гиалуроновую кислоту, как одну из важных составляющих опорно-двигательного аппарата.
Количество хондроитинсульфата в заявляемой биологически активной добавке в соответствии с нормативной документацией достаточно, чтобы считать полученный продукт функциональным, т.к. известно, что для пищевого продукта хондропротекторного действия содержание активного вещества должно быть не менее 15% от адекватного суточного уровня потребления (решение комиссии таможенного союза от 07.04.2011 №622).
Таким образом, биологически активная добавка, содержащая основные компоненты суставного хряща и соединительной ткани, позволит своевременно предотвратить дефицит этих веществ в организме или частично восполнить уже имеющийся их недостаток. Использовать БАД возможно в качестве профилактического средства заболеваний опорно-двигательного аппарата или при начальных стадиях заболевания, пока нет сильного повреждения сустава, либо в комплексе с лекарственной противовоспалительной терапией при более серьезном течении заболеваний как вспомогательное средство.
Заявляемый способ получения биологически активной добавки хондропротекторного действия включает измельчение сырья, его ферментативный гидролиз с использованием в качестве ферментных препаратов Протамекса или ЦеллоЛюксом-F, или их сочетание в количестве 0,5-2% от массы сырья при гидромодуле, равном 1:0,5-1:1,5, последующую инактивацию ферментов, фильтрование или отстаивание с декантированием верхней части, очистку от липидов (при необходимости) на жировом сепараторе и сушку при температуре 60-80°C, согласно изобретению, в качестве сырья используют вторичное сырье и (или) отходы при первичной переработке головоногих моллюсков, или акул, или скатов, или осетровых, или лососевых рыб, или бычков. Непрогидролизованный остаток собирают и используют повторно при гидролизе последующей партии сырья.
Технический результат достигается за счет использования в качестве сырья вторичного сырья и отходов при первичной переработке гидробионтов, что позволяет отказаться от ручного труда, который неизбежен при обработке сырья в случае использования хрящевой ткани гидробионтов, что значительно сократит длительность технологического процесса; применение непрогидролизованного остатка повторно при гидролизе последующей партии сырья делает процесс использования сырья из гидробионтов практически безотходным. Использование протеолитического фермента Протамекса и амилолитического фермента ЦеллоЛюкса-F позволяет максимально полно извлечь биологически активные компоненты из сырья, увеличив тем самым их содержание в готовом продукте, что повысит биологическую ценность добавки.
Ферментный препарат ЦеллоЛюкс-F получают высушиванием фильтратов культуральной жидкости гриба Trichoderma viride на распылительной сушилке. Фермент стабилен в диапазоне рН 6,5-8,5, активность согласно сопроводительным документам и ТУ 2000±100 ед/г. Оптимум действия фермента рН 3,5-6,0, температура 30-60°C.
При гидролизе сырья с использованием ЦеллоЛюкса-F происходит глубокая деструкция белка и отдельных полисахаридов: целлюлозы, глюкана, ксилана, гемицеллюлозы и других некрахмалистых полисахаридов (www.sibbio.ru).
Протамекс является протеазным комплексом, продуцируемым микроорганизмами рода Bacillus. Активность ферментативного препарата составляет 400 протеолитических единиц на 1 г. Протамекс не образует горьких пептидов на любой стадии ферментативного гидролиза.
Применение Протамекса для гидролиза сырья позволяет провести гидролитическое расщепление белков различных видов гидробионтов до пептидов и аминокислот, что обеспечивает лучшую усвояемость белкового компонента сырья морского происхождения, а это, в свою очередь, повышает пищевую ценность готового продукта. Кроме того, использование фермента Протамекс, разрешенного для применения в пищевых производствах и пищевых системах, обеспечивает приятный вкус (мясной привкус) готовому продукту без наличия горечи в отличие от известных аналогичных продуктов.
Для равномерного распределения при гидролизе ферментный препарат перед внесением его в сырье растворяют в воде, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия (БКН) и перемешивают до полного растворения фермента.
Ферментативный гидролиз осуществляется при температуре 38-55°С. Данный интервал обусловлен тем, что биохимическая активность ферментов зависит от температуры. Время гидролиза было установлено экспериментальным путем и составляет 3-6 ч.
Глубина гидролиза составляет 41-72%, что обеспечивает накопление в конечном продукте аминокислот, необходимых организму, в том числе незаменимых (триптофан, фенилаланин и тирозин, лизин, валин, изолейцин, треонин, метионин и цистеин), а также такой ценной аминокислоты, как таурин, что способствует усилению функциональных свойств конечного продукта.
Инактивация фермента проводится при температуре 80°С в течение 20 мин.
Гидролизат фильтруют или отстаивают с декантированием верхней части. В случае если в качестве сырья используют отходы жирных рыб, например лососевых, гидролизат очищают от липидов на жировом сепараторе, это необходимо для обеспечения надлежащей хранимоспособности продукта, поскольку жир гидробионтов быстро окисляется и делает препарат непригодным для использования.
Температура сушки гидролизата составляет 60-80°С до содержания воды 8-10%. Возможно использование любого сушильного оборудования.
Способ позволяет получить порошок от светло-кремового до сероватого цвета с характерным запахом, который легко измельчается и поддается прессованию.
Добавку фасуют во влагонепроницаемую упаковку из полимерных материалов, т.к. порошок может набрать влагу и потеряет частично свои товарные качества.
Срок хранения 2 года при температуре до 25°C.
Экспериментальным путем было установлено, что для получения максимального содержания в конечном продукте хондроитинсульфата, соотношение компонентов должно составлять - сырье : вода - 1:0,5-1:1,5, предпочтительно 1:1, с добавлением 0.5-2% фермента.
В отличие от прототипа использование в заявляемом способе в качестве сырья вторичного сырья и (или) отходов при первичной переработке головоногих моллюсков, или акул, или скатов, или осетровых, или лососевых рыб, или бычков, а также повторно непрогидролизованного остатка позволит более рационально использовать морские биоресурсы и увеличить выход целевого продукта. Фильтрование и отстаивание гидролизата с декантированием верхней части и последующее очищение от липидов на жировом сепараторе без использования химических реактивов позволит получить экологически более чистый продукт. Исключение экстракции хлорида натрия сокращает длительность технологического процесса и приводит к увеличению выхода хондроитинсульфата за счет уменьшения содержания солей в готовом продукте.
Данный способ может использоваться на любом рыбообрабатывающем предприятии и не требует специализированного дополнительного оборудования.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1
10 кг отходов от разделки осетровых рыб (головы, хребты, плавники) тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 200 г фермента Протамекс, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, оставшуюся воду (9,5 л), смесь нагревают до температуры 40°C и выдерживают при регулярном помешивании в течение 4 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°C и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат фильтруют, собирая непрогидролизованный остаток, и пропускают через жировой сепаратор. Гидролизат сушат в сушилке барабанного типа до содержания воды в продукте 10%.
Получаем 1,1 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
11%
Гексозамины
3,5%
Гиалуроновую кислоту
1,1%
Свободные аминокислоты
13%
Минеральные вещества
11%
Белок
50,4%
Воду
10%
Пример 2
10 кг голов лососевых рыб тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 180 г фермента Протамекс, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, оставшуюся воду (4,5 л), смесь нагревают до температуры 55°C и выдерживают при регулярном помешивании в течение 6 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°C и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат фильтруют, собирая непрогидролизованный остаток, и пропускают через жировой сепаратор. Гидролизат сушат в сушилке инфракрасного типа до содержания воды в продукте 9%.
Получаем 1,1 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
9,5%
Гексозамины
2,6%
Гиалуроновую кислоту
2,0%
Свободные аминокислоты
10%
Минеральные вещества
8,9%
Белок
58%
Воду
9%
Пример 3
10 кг отходов от разделки акулы (голова, хребет, плавники) тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 200 г фермента Протамекс, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, оставшуюся воду (9,5 л), смесь нагревают до температуры 38°C и выдерживают при регулярном помешивании в течение 5 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°C и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат фильтруют, собирая непрогидролизованный остаток, и пропускают через жировой сепаратор. Гидролизат сушат в сушилке инфракрасного типа до содержания воды в продукте 10%.
Получаем 1,2 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
10,0%
Гексозамины
2,5%
Гиалуроновую кислоту
1,5%
Свободные аминокислоты
17%
Минеральные вещества
10%
Белок
49%
Воду
10%
Пример 4
10 кг отходов от разделки осетровых рыб (головы, хребты, плавники) тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 100 г фермента Протамекс, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, воду (9,0 л), смесь нагревают до температуры 45°C и выдерживают при регулярном помешивании в течение 2,5 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°C и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента, остужают до температуры 45°C. Затем готовят раствор фермента ЦеллоЛюкс-F следующим образом: берут 100 г фермента, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, перемешивают до полного растворения фермента. К ранее полученному гидролизату добавляют раствор фермента ЦеллоЛюкс-F, смесь выдерживают при температуре 45°C и регулярном помешивании в течение 2,5 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°С и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат отстаивают, затем декантируют верхнюю надосадочную жидкость, собирая непрогидролизованный остаток. Гидролизат сушат в сушилке барабанного типа до содержания воды в продукте 9%.
Получаем 1,25 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
12%
Гексозамины
4%
Гиалуроновую кислоту
1,3%
Свободные аминокислоты
14%
Минеральные вещества
11%
Белок
48,7%
Воду
9%
Пример 5
10 кг голов командорского кальмара тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 50 г фермента Протамекс, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, оставшуюся воду (9,5 л), смесь нагревают до температуры 40°С и выдерживают при регулярном помешивании в течение 5 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°С и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат отстаивают, затем декантируют верхнюю надосадочную жидкость, собирая непрогидролизованный остаток. Гидролизат сушат в сушилке барабанного типа до содержания воды в продукте 8%.
Получаем 0,85 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
6,5%
Гексозамины
3,8%
Гиалуроновую кислоту
1,4%
Свободные аминокислоты
11,3%
Минеральные вещества
11%
Белок
58%
Воду
8%
Пример 6
10 кг голов лососевых рыб тщательно моют водопроводной водой, измельчают на волчке до размера частиц не более 5 мм. Готовят раствор фермента следующим образом: берут 200 г фермента ЦеллоЛюкс-F, вносят его в воду (0,5 л), предназначенную для гидролиза, добавляют 0,1% бензойнокислого натрия, перемешивают до полного растворения фермента. К полученной массе сырья добавляют раствор фермента, оставшуюся воду (9,5 л), смесь нагревают до температуры 45°С и выдерживают при регулярном помешивании в течение 5 ч. Далее гидролизат нагревают до температуры 80°С и выдерживают 20 мин для инактивирования фермента. Гидролизат фильтруют, собирая непрогидролизованный остаток, и пропускают через жировой сепаратор. Гидролизат сушат в сушилке инфракрасного типа до содержания воды в продукте 9%.
Получаем 1,0 кг БАД, которая представляет собой порошок светло-кремового цвета с характерным запахом и содержащей (% от общей массы):
Хондроитинсульфат
8,5%
Гексозамины
2,0%
Гиалуроновую кислоту
1,5%
Свободные аминокислоты
10%
Минеральные вещества
10%
Белок
59%
Воду
9%