ПОЛУЧЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ИЗ ЛИЧИНОК НАСЕКОМЫХ
PRODUCING FATTY ACIDS FROM MAGGOTS

Жирные n-3 кислоты, обычно называемые омега-3-жирными кислотами, представляют собой семейство ненасыщенных жирных кислот, типичными представителями которых считают альфа линоленовую кислоту (ALA, 18:3, n-3), эйкозапентаеновую кислоту (EPA, 20:5, n-3), докозагексаеновую кислоту (DHA, 22:6, n-6). Также существуют омега-6-жирные кислоты (такие как гамма линоленовая кислота (18:3, n-6)) и арахидоновая кислота (20:6, n-6). Также существуют кислоты, объединяемые под общим названием PUFA, от английского термина «полиненасыщенные жирные кислоты» (Polyunsaturated Fatty Acids) Термин "n-3" или "омега-3" используется для обозначения двойной связи, существующей в качестве третьего углерод-углеродного метилового конца молекулы. Термины "омега-7" и "омега-9" были также придуманы для целой семьи мононенасыщенных жирных кислот или MUFA, от английского термина «мононенасыщенные жирные кислоты» (Monounsaturated Fatty Acids) (Ácidos Grasos Monoinsaturados).
Было показано биологическое значение молекул, подобных омега-3- и омега-6-жирным кислотам, являющихся необходимыми для питания, поскольку на биологическом и физиологическом уровне они представляют собой предшественники биомолекул, чрезвычайно важных для правильного функционирования организма, среди которых могут быть упомянуты простогландины, известные в настоящее время как эйкозаноиды, а также тромбоксаны, простациклины и лейкотриены, все они представляют собой важные молекулы для многочисленных метаболических и биохимических функций биологических систем. Указанные молекулы участвуют в процессах воспаления и свертывания крови, в которых они могут непосредственно участвовать при таких заболеваниях, среди прочих, как артрит, тромбоцитарные нарушения и другие заболевания крови, волчанка и астма.
Польза потребляемой пищи для личного здоровья, среди прочего, отражается на кровеносной и сердечнососудистой системе, в уровнях холестерина и триглицеридов, депрессивных расстройствах, раке, атеросклерозе и диабетах.
Для здоровой диеты рекомендуют потребление рыбы и рыбьего жира, поскольку они содержат омега-3-жирные кислоты, эйкозапентаеновую кислоту (EPA) и докозагексаеновую кислоту (DHA) (Moghadasian, 2008). Указанные жирные кислоты представляют собой предшественники эйкозаноидов, которые уменьшают воспаление и, помимо прочего благоприятного воздействия на здоровье, улучшают функциональность сосудистой и нервной систем (McKenney & Sica 2007, Kris-Etherton et al., 2002, De Deckere, 1999). Последние исследования показали, что рыбий жир может оказывать действие на депрессию и, что важно, на риск суицида (Huan et al. 2004). В одном из этих исследований образцы крови отбирали у 100 пациентов, осуществивших попытки суицида, и их сравнивали с контрольными образцами крови, и было обнаружено, что уровни эйкозапентаеновой кислоты (EPA) были в значительной степени ниже у пациентов, совершавших попытки суицида. С другой стороны, исследование показало, что омега-3 проявляет нейрозащитное действие при болезни Паркинсона. При использовании экспериментальной модели, показано защитное действие (также как и при болезни Альцгеймера) (Bousquet et al. 2007, Lukiw, 2005). Согласно этим результатам, Американская Ассоциация кардиологов рекомендует пациентам с сердечными заболеваниями потребление 1 г рыбьего жира в день, предпочтительно за счет потребления соответствующего количества рыбы (American Heart Association, 2007).
Пищевая цепь рыбы составляет наш пищевой рацион, путем содержания мяса рыбы, демонстрирующего здоровое содержание омега-3-жирных кислот. Рыба, такая как макрель, форель, тунец и лосось, имеет высокую концентрацию омега-3-жирных кислот, однако в связи с ее положением в верхней части пищевой цепи, указанные виды могут аккумулировать токсические вещества (биологическое накапливание). С этой точки зрения FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos) рекомендует ограничивать потребление определенных видов рыб (хищников, таких как тунец, акула или рыба-меч) из-за высоких концентраций токсических загрязнителей, таких как ртуть, диоксины, полихлорбифенилы (PCB) и хлордан (EPA (Агентство по защите окружающей среды), 2007). С другой стороны, тот факт, что хищные рыбы не могут вырабатывать омега-3-кислоты и, поэтому, они получают их из пищи, делает омега-3 важным исходным материалом для коммерческого рыбоводства по всему миру.
Существует тенденция в питании в использовании добавок из рыбьего жира для получения необходимых омега-3-жирных кислот в сбалансированных рационах, которые называют тоновыми диетами или разумными диетами. В последние несколько лет добавки на основе рыбьего жира исследовались в связи с тем, что были отмечены вызывающие тревогу концентрации PCB или других печально известных агентов. Это привело к поискам и внедрению технологических способов очистки продуктов в способах получения рыбьих жиров и экстрактов.
Большинство рыбьих жиров происходит из таких стран как Перу и Чили. Это связано с высоким содержанием омега-3, демонстрируемым рыбой из этих районов, что составляет почти 30% по сравнению с другими районами, такими как страны Скандинавии и другими рыбьими жирами (около 20%). Указанные рыбьи жиры используют в промышленных количествах для получения фармацевтических и пищевых продуктов. Тем не менее, увеличение производства и потребления омега-3 продолжает играть роль в питании разводимых рыб (лосось, форель и др.) Хотя присутствуют производства омега-3 из некоторых микроводорослевых и микробиологических источников, они чрезвычайно маломасштабны по сравнению с большими количествами, производимыми ежегодно рыбной промышленностью.
Производство рыбьего жира по всему миру производится такими странами как Перу, Дания, Испания, Чили, Исландия и Норвегия. В мировом масштабе известно, что продукция снизилась с 2004 г., и между 2004 г. и 2005 г. составила 12%, которые поддерживались до настоящего времени. С другой стороны, при том, что цена рыбной муки понизилась в цене с 2007 г. до 2008 г., цена рыбьего жира в тот же самый период возросла вдвое (http://www.pescaaldia.cl/articulos/?id=107), также как это было описано в случае растительного масла, которое демонстрирует постоянный рост цены.
Основные диетические источники полиненасыщенных жирных кислот варьируют, представляя собой, с точки зрения содержания указанных компонентов, главным образом, рыбу (рыбий жир), льняное семя (льняное масло), яйца и другие масла микроводорослей, зоопланктона и микроорганизмов (нечасто).
С другой стороны, широко известно, что мировые производства рыбной муки, а также рыбьего жира уменьшились в последние годы, демонстрируя сохраняющуюся тенденцию к понижению. Более того, растущее использование растительных масел в производстве биотоплива и дополнительная редкость источников мононенасыщенных (омега-7 и омега-9 или MUFA) и полиненасыщенных (главным образом, омега-3 и омега-6, PUFA) жирных кислот отражает и определяет проблему обеспечения указанного типа молекул.
Изобретение относится к получению моно- и полиненасыщенных жирных кислот, MUFA и PUFA, соответственно. Изобретение основано на экстракции масла высокого качества из личинок насекомых, представляющих собой новый источник масла и, в особенности, типа масла, богатого ненасыщенными жирными кислотами, будучи, в свою очередь устойчивым источником, в значительной степени отличным от показанных в настоящее время морских источников. Фундаментальная цель изобретения состоит в формировании инновационной и альтернативной формы получения ненасыщенных масел и жирных кислот.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основная проблема, которую решает настоящее изобретение состоит в создании и получении мононенасыщенных (омега-7 и омега-9 или MUFA) и полиненасыщенных (главным образом, омега-3 и омега или PUFA) жирных кислот дополнительно к возможности получения масел концентрированных мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот путем использования различных температур плавления для достижения их разделения. В таком контексте, изобретение решает следующее:
- Оно обеспечивает способ получения исходного материала, богатого по содержанию мононенасыщенной жирной кислотой (омега-7 и омега-9 или MUFA-).
- Оно обеспечивает способ получения исходного материала, богатого по содержанию полиненасыщенной жирной кислотой (омега-3 и омега-6 или PUFA).
- Оно обеспечивает регулирование поставки исходного материала, поскольку позволяет контролировать его получение.
- Оно обеспечивает получение масел, богатых жирной кислотой, путем простого недорогого и быстрого способа.
- Оно позволяет получать масла с высокими концентрациями мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, поскольку способ получения масла учитывает стадии концентрации указанного типа жирной кислоты.
Изобретение относится к экстракции жира и липидной фракции, которые содержат личинки насекомых. В данном случае была выбрана работа с личинками домашней мухи (Musca domestica), которых разводили на подходящем для их развития субстрате. Собирание или сбор личинок проводят в определенный момент жизненного цикла насекомого, таким образом, который благоприятен для большего содержания молекул, которые представляют интерес для экстракции масла.
Муха, выбранная для осуществления настоящего изобретения, относится к типу: Членистоногие (Arthropoda), классу: Насекомые (Insecta), отряду: Двукрылые (Diptera), подотряду: круглошовные двукрылые (Cyclorrhapha), надсемейству: настоящие мухи (Muscoidea), семейству: настоящие мухи (Muscidae), роду: муха (Musca), виду: комнатная муха. Жизненный цикл указанной мухи состоит из следующих стадий: каждая самка откладывает до 500 яиц группами. Яйца белые и длиной примерно 1,2 мм. Максимум продукции яиц происходит при средних температурах, включающих диапазон от 10 до 40°C. В течение от 8 до 20 часов на первый день из яиц вылупляются личинки: они, как правило, живут и питаются на продуктах разрушения органического вещества, таких как отбросы и экскременты. Они имеют светлую беловатую или желтоватую окраску и длину 3-12 мм. Они удлиненные, имеют рот и не имеют конечностей. Оптимальная температура развития личинок составляет от 35 до 38°C. Личинки завершают свое развитие в течение периода от 4 до 13 дней при оптимальных температурах, или оно занимает от 14 до 30 дней при температурах от 12 до 17°C. Богатые питательными веществами субстраты, такие как искусственные субстраты, такие как животные корма, состоящие из богатой протеинами растительной муки и животной муки, субстраты на основе растительных остатков и отходы мясоперерабатывающих предприятий, или субстраты на основе фекалий животных обеспечивают превосходный субстрат для развития личинок. При рассмотрении фекалий животных в качестве модели, для развития личинки требуется небольшое количество фекального вещества. На конечной личиночной стадии они превращаются в куколки, имеющие красную или коричневую окраску и 8 мм длиной. Куколка завершает свое развитие в период от 2 до 6 дней при температуре, составляющей от 32 до 37°C или это занимает от 17 до 27 дней при температуре около 14°C. После инкубационного периода в стадии куколки, на которой происходит метаморфоз, они переходят из стадии куколки в стадию взрослой мухи.
Для изобретения в особенности важны личиночные стадии разводимых мух или насекомых, в особенности взрослые личинки или стадии непосредственно до куколки или также формирующиеся или недавно развившиеся куколки. Это важно, поскольку у всех насекомых, жизненная стадия которых включает стадию куколки, эта стадия представляет собой единственную стадию, на которой они не потребляют пищу. Таким образом, личинка должна запасать большое количество жиров и липидов, богатых калориями, для того, чтобы быть способной индуцировать и поддерживать метаморфоз до возникновения развивающейся взрослой особи. Для проведения экстракции масла, богатого омега-7, омега-9 (MUFA) и омега-3, омега-6 (PUFA) молекулами, что составляет основную цель настоящего изобретения, следует обратиться к следующим основным стадиям:
1. Обеспечить систему разведения мух для данной цели на подходящем субстрате.
2. Собрать зрелых личинок, формирующиеся куколки или недавно развившиеся куколки.
3. Собранный материал можно хранить в условиях заморозки.
4. Высушить собранные личинки и куколки.
5. Перемолоть высушенный материал.
6. Экстрагировать масла экстрагирующим растворителем.
7. Испарить и/или рециркулировать экстрагирующий растворитель.
8. Хранить экстрагированное масло в условиях охлаждения.
9. Необязательно добавить антиоксидант к экстрагированному маслу для улучшения его хранения с течением времени.
10. Необязательно добавить стадии очистки интересующих молекул, которые представляют собой компоненты масла.
Описание выхода
При расчете выходов способа экстракции масла возможно утверждать, что:
По сырому остатку, в диапазоне от 3 до 5% от массы собранных личинок составляет экстрагируемое масло.
По сухому остатку, в диапазоне от 13 до 16% от массы высушенного материала соответствуют экстрагируемому маслу.
Процентные вариации объясняются характером субстрата, на котором растут личинки, но главным образом связаны со стадией развития, на которой проводят собирание или сбор личинок, поскольку если в ходе сбора преимущественно получают зрелых личинок или непосредственно перед стадией куколки, содержание масла представляет собой оптимальное для получения. Противоположность этой ситуации представляет случай, когда собраны недавно развившиеся куколки, в этой ситуации содержание масла начинает снижаться.
Типичный процентный состав, описанный для полученного масла, составляет 15 масс.% насыщенных жирных кислот, 40 масс.% мононенасыщенных жирных кислот и 27 масс.% полиненасыщенных жирных кислот, что по пищевым качествам представляет собой сравнимые и улучшенные величины по сравнению с рыбьим жиром и другими источниками, которые в настоящее время существуют на рынке.
Описание масла (анализ)
Изобретение показывает типичный состав в отношении типа и процентного содержания жирных кислот, из которых состоит масло.
С указанной точки зрения, в Таблице 1 представлено содержание насыщенной жирной кислоты, в Таблице 2 содержание мононенасыщенной жирной кислоты и в Таблице 3 содержание полиненасыщенной жирной кислоты.
Таблица 1
Содержание насыщенной жирной кислоты в масле
Насыщенные жирные кислоты
% метиловый сложный эфир
г/100 г
мг/100 г
С12:0 додекановая кислота
0,115
0,093
93,349
С14:0 тетрадекановая кислота
3,220
2,606
2605,994
С16:0 пальмитиновая кислота
11,981
9,696
9696,014
С18:0 стеариновая кислота
2,477
2,004
2004,420
С20:0 эйкозановая кислота
0,167
0,135
135,118
С22:0 докозановая кислота
0,056
0,045
45,416
С24:0 тетракозановая кислота
0,081
0,065
65,288
Все насыщенные жирные кислоты
18,097
14,646
14645,601
Таблица 2
Содержание мононенасыщенной жирной кислоты в масле
Мононенасыщенные жирные кислоты
% метиловый сложный эфир
г/100 г
мг/100 г
Омега-7
С16:1 пальмитолеиновая кислота
17,323
14,019
14019,089
Омега-9
С14:1 тетрадеценовая кислота
0,382
0,309
309,339
С18:1 олеиновая кислота
28,602
23,147
23147,381
С20:1n9 эйкозаеновая кислота
2,083
1,686
1685,644
С22:1n9 эруковая кислота
0,194
0,157
156,763
С24:1 тетракозановая кислота
0,258
0,209
209,135
Все мононенасыщенные жирные кислоты
48,842
39,527
39527,350
Таблица 3
Содержание мононенасыщенной жирной кислоты в масле
Мононенасыщенные жирные кислоты
% метиловый сложный эфир
г/100 г
мг/100 г
Омега-3
С18:3n3 линоленовая кислота (ALA)
0,549
0,444
444,457
С20:5n3 эйкозапентаеновая кислота (EPA)
15,942
12,902
12901,810
С22:6n3 докозагексаеновая кислота (DHA)
9,998
8,091
8090,989
Омега-6
С18:2n6 линолевая кислота
2,364
1,913
1912,946
С18:3n6 линоленовая кислота
0,000
0,000
0,000
С20:2n6 эйкозадиеновая кислота
0,151
0,122
121,848
С20:3n6 эйкозатриеновая кислота
0,000
0,000
0,000
С20:3n3 эйкозатетриеновая кислота
0,000
0,000
0,000
С20:4n6 эйкозатетраеновая кислота
1,131
0,915
915,100
С22:5n3 докозапентаеновая кислота
2,928
2,369
2369,189
Все полиненасыщенные жирные кислоты
33,061
26,756
26756,339
Описание разработанного способа
Разведение мух
Мух можно разводить на различных субстратах, которые можно выбирать из экскрементов (человека и/или животных), органических остатков, продуктов биообработки или биоконверсии городских сточных вод, пшеничных отрубей, разрушающихся промышленных остатков овощей и их смесей. Системы разведения мух были описаны и некоторые из них запатентованы, именно с этим связано то, что настоящее изобретение не исследует никакие аспекты разведения мух. Тем не менее, сбор зрелых личинок и недавно развившихся куколок представляет собой ключевой момент в получении исходного материала для экстракции масла, богатого мононенасыщенными и полиненасыщенными жирными кислотами. С этой точки зрения, использование определенных стадий жизненного цикла мух составляет часть изобретения.
Высушивание
После того как личинки и куколки мух собраны и сформированы в системе разведения мух, их следует высушить. Перед стадией высушивания, при необходимости временного хранения личинок и куколок, хранение следует проводить в условиях заморозки (охлаждение ниже 0°C). Способ высушивания проводят путем инкубации их при 60°C в течение от 16 до 24 часов. Этот способ можно осуществлять в печи с электрическим подогревом с хорошей системой вентиляции или также в системе осушки, основанной на потоке горячего воздуха.
Экстракция
Высушенный материал перемалывают в измельчителе, в лабораторном масштабе это можно осуществить при помощи кухонного измельчителя или блендера, тогда как в промышленном масштабе это можно осуществлять при использовании измельчителя, сходного с измельчителем, используемым для производства муки из зерен или при использовании промышленного размалывающего оборудования. Перемалываемый материал используют в количествах, пригодных для размера подлежащей использованию экстракционной системы. Экстракцию проводят при использовании системы Soxhlet, в которой можно использовать гексан или другой чистый органический растворитель, или экстрагирующую смесь, состоящую из гексана и дихлорметана в соотношении, которое может составлять 1:1, 1:2 или более часто 1:3; указанная смесь улучшает экстракцию умеренно полярных и полярных молекул. Композиция экстрагента и вещества, подлежащего экстракции, должна иметь соотношение 50 г измельченного вещества на 250 мл экстрагирующей смеси (200 г/л).
Экстракции достигают при использовании от 8 до 10 циклов экстракции (в сифонах) кипящим экстрагентом через перемолотое вещество. После отделения перемолотого вещества и выпаривания остатка экстрагента, его восстанавливают перегонкой, что объясняет, почему в качестве источника корма может быть использован материал, богатый белками и углеводами.
После этого экстрагент, включающий экстрагированное масло, подвергают простой перегонке для отделения его от масла. В ходе указанного процесса экстрагент восстанавливают для повторного использования и получают масло без экстрагента. После указанной перегонки масло оставляют охлаждаться до комнатной температуры в течение периода от 8 до 16 часов, обеспечивая в конечном итоге экстракт масла по настоящему изобретению.
Хранение
Полученное чистое масло можно хранить бутилированным в течение долгого времени путем добавления антиоксиданта.
Описание применения и функциональности
Сравнение растительного масла, рыбьего жира и концентраций, которые обычно получают для каждого типа жирной кислоты по настоящему изобретению, описаны в Таблице 4.
Таблица 4
Сравнение процентного содержания жирной кислоты, присутствующей в различных маслах
ПРОЦЕНТНЫЙ СОСТАВ КОМПОЗИЦИИ (масс.%)<sup>1,2</sup>
Компонент
Масло из
Подсолнечник
Рапс
Рыба
По изобретению
Жирные кислоты
12%
7%
37%
11%-16%
15%
Насыщенные
13%
59%
21%
32%-42%
40%
Ненасыщенные
Не присут.
Не присут.
30%
25%-30%
27%
Полиненасыщенные*
*только содержание EPA+DHA сравнивают в качестве полиненасыщенных.
Ссылки
1. Simopoulos A.P., Salem N.Jr. (1989). Purslane: a terrestrial source of omega-3 fatty acids. N. Engl. J. Med. 315, 833.
2. McGill A.S. & Moffat CF. (1992). A Study of the Composition of Fish Liver and Body Oil Triglycerides. Lipids. Vol.27, No. 5. 360-370.
Масла, богатые омега-3 и омега-6, а также омега-7 и Омега-9, как в случае масла личинок, являющегося объектом настоящего изобретения, широко используют в фармацевтической индустрии в качестве компонентов, которые способствуют уменьшению многочисленных дегенеративных заболеваний. В производстве питания и пищевых добавок их все больше используют в качестве добавок к продуктам питания для здоровых рационов и дополнительных рационов для процедур лечения заболеваний или в качестве здоровой и функциональной пищи.
С другой стороны, одно из основных применений мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот состоит в рационе сельскохозяйственных животных. Это связано с тем, что они улучшают качество рыбы, птичьего и свиного мяса, качество коровьего молока и качество и состав жиров яиц, дополнительно улучшая санитарные условия упомянутых выше животных.
Показано, что масло, экстрагированное из личинок, представляет собой чрезвычайно привлекательный по сравнению с рыбьим жиром, наиболее часто используемым исходным материалом, в качестве контрольного ориентира для других масел, поскольку он имеет меньшее содержание насыщенной жирной кислоты, более высокое (в два раза) содержание мононенасыщенных жирных кислот и сходное содержание полиненасыщенной жирной кислоты. Таким образом, возможны многочисленные применения указанного масла.
Наконец, важно отметить, что описаны и запатентованы химические процедуры для обогащения полиненасыщенных жирных кислот в рыбьем жире, а также химические механизмы и протоколы для достижения очистки различных фракций, присутствующих в неочищенном экстракте, таких как фракции насыщенной, мононенасыщенной и полиненасыщенной жирной кислоты. В данном контексте, масло личинок даст возможность его использования самого по себе в качестве исходного материала для получения чистых фракций различных типов жирных кислот, что составляет дополнительное применение в условиях масштабов химического производства с широким применением побочных продуктов среди прочих применений в пищевой индустрии, фармацевтической индустрии и производстве пищевых добавок.
Ссылки
1. Moghadasian MH. May 2008. "Advances in dietary enrichment with n-3 fatty acids". Critical Reviews in Food Science and Nutrition 48 (5): 402-10. DOI:10.1080/10408390701424303. PMID 18464030.
2. Kris-Etherton P.M, Harris W.S, Appel L.J. (2002). Fish Consumption, Fish Oil, Omega-3 Fatty Acids, and Cardiovascular Disease. Circulation 2002; 106; 2747 - 2757. DOI: 10.1161/01. CIR.0000038493.65177.94.
3. McKenney J.M. & Sica D. (2007). "Prescription omega-3 fatty acids for the treatment of hypertriglyceridemia". American Journal of Health-System Pharmacy 64 (6): 595-605. PMID 17353568.
4. De Deckere, E. A. (1999). "Possible beneficial effect of fish and fish n-3 polyunsaturated fatty acids in breast and colorectal cancer". European Journal of Cáncer Prevention 8 (3): 213-221. PMID 10443950.
5. Huan M, Hamazaki K, Sun Y, Itomura M, Liu H, Kang W, Watanabe S, Terasawa K, Hamazaki T. (2004). "Suicide attempt and n-3 fatty acid levels in red blood cells: a case control study in China". Biological psychiatry 56 (7): 490-6. DOI:10.1016/j.biopsych.2004.06.028. PMID 1540784.
6. Bousquet M, Saint-Pierre M, Julien C, Salem N.Jr., Cicchetti F, Calon F. (2007). "Beneficial effects of dietary omega-3 polyunsaturated fatty acid on toxin-induced neuronal degeneration in an animal model of Parkinson's disease". The Federation of American Societies for Experimental Biology 22: 1213. doi:10.1096/fj.07-9677com. PMID 18032633.
7. Lukiw WJ. (2005). "A role for docosahexaenoic acid-derived neuroprotectin D1 in neural cell survival and Alzheimer disease". J. Clin. Invest 115: 2774-2783. doi:10.1172/JCI25420. 2007-02-09.
8. American Heart Association. 2007-02-09. "Fish and Omega-3 Fatty Acids".