Механічний реактор із триступеневою рециркуляцією був використаний для виробництва біоактивних пептидів та для дослідження нових біоактивностей. Крім того, знання методів ізоляції, а також специфічних властивостей колагену та желатину із шкіри риб, як очікується, дозволить вирішити поточні проблеми, пов’язані з використанням цих матеріалів з різних джерел.

побічні

Також хітин, хітозан та їх похідні, отримані з відходів екзоскелету ракоподібних, давно представляють інтерес як біоматеріали для різних застосувань. Безперервне ферментативне виробництво олігосахаридів хітозану бажаної молекулярної маси збільшило можливості використання цих матеріалів у продуктах для людського використання.

Біоактивність, така як гіпотензивна, антиоксидантна, протипухлинна та прискорювальна абсорбцію кальцію, що спостерігається у різних морських побічних продуктах, може бути використана для розробки потенційних нутрицевтиків та зміцнення здоров'я людини.

Зростає інтерес до зміцнення здоров’я ролі певних продуктів, що перевищує їх харчову цінність. Отже, активізувались дослідницькі зусилля з метою виявлення функціональних та біоактивних компонентів багатьох природних джерел, включаючи рослини, тварин, мікроорганізми та інші організми, як наземні, так і водні, особливо морські. Як результат, на ринок представлено дві нові групи продуктів - „функціональні продукти харчування” та „нутрицевтики”, деякі з яких вже виробляються у великих масштабах. Функціональні продукти - це продукти, багаті на функціональні компоненти, що забезпечують медичні та фізіологічні переваги або зменшують ризик хронічних захворювань, окрім їх основних харчових функцій. Навпаки, нутрицевтики - це біоактивні матеріали, виділені або очищені з їжі, які використовуються в медичних цілях. Разом фізіологічно функціональні продукти харчування та нутрицевтики продемонстрували багато користі для здоров’я та фізіології.

Гідролізати білків риби та функціональні матеріали, отримані з кісток риб, привернули основну увагу серед функціональних біоактивних матеріалів, виявлених із морських рибних побічних продуктів. Показано, що деякі біоактивні пептиди, виділені з гідролізатів білків риби, діють як антиоксиданти, а також як інгібітори ангіотензинперетворюючого ферменту I (АПФ), які працюють на зниження артеріального тиску шляхом інгібування АПФ. На додаток до користі цих матеріалів для здоров’я, вони не чинять шкідливого впливу на організм людини навіть при дуже високих дозах. Безпечна природа цих матеріалів для використання в якості нутрицевтиків або фізіологічно функціональних продуктів харчування ще більше збільшує їхню потребу в порівнянні з синтетичними біоактивними матеріалами. На додаток до цих розкритих біоактивних матеріалів, хітозан та його олігомери, отримані з хітину з екзоскелетів ракоподібних, викликали великий інтерес завдяки широкому застосуванню у багатьох галузях, включаючи фармацевтику та медицину.

Протягом багатьох років виявлення біоактивних матеріалів з морських джерел, включаючи рибу та молюсків, представляло значні зусилля для багатьох дослідницьких груп. Для ідентифікації та ізоляції біоактивних матеріалів був розроблений новий метод безперервного виробництва, і ізольовані сполуки показали перспективні біоактивність. Однак розробка цих біоактивних матеріалів як нутрицевтиків вимагає більшої дослідницької роботи.

Розробка морських біоактивних матеріалів

Первинне виявлення біоактивних матеріалів з морських джерел відкрило шлях для утилізації великої кількості відходів переробки риби, що мало значний вплив на забруднення навколишнього середовища. Після виявлення потенціалу виділення нових функціональних біоматеріалів з риби та молюсків відходи риболовецької переробки придбали комерційну цінність як промислова сировина. Крім того, в даний час для виділення різних біоактивних матеріалів використовуються різні матеріали, такі як шкіра, м’язи, брухт, кістки та внутрішні органи. Рибна кістка є хорошим джерелом кальцію. Шкіра та залишки білка в залишках (продукт, що залишається після філетування) можуть бути використані як недорогі матеріали для ідентифікації та виділення біоактивних пептидів. Крім того, були успішні спроби виділити сирі ферменти з рибного кишечника, які використовувались для вироблення деяких біоактивних пептидів.

Шкіра риби

Побічні продукти переробки риби містять значну кількість шкіри, яка була визначена як потенційне джерело для виділення колагену та желатину. Колаген є основним структурним білком шкіри та кісток усіх тварин. Виходячи зі своїх структурних ролей та кращої сумісності в організмі людини, колаген зазвичай використовується в медичній та фармацевтичній промисловості, особливо як носії для ліків. Крім того, його зазвичай використовують у косметичній промисловості для виробництва деяких шкірних лосьйонів, оскільки він утворює чудову захисну плівку для пом’якшення та зволоження шкіри; це пов’язано з тим, що він хімічно зв’язаний з водою та забезпечує тривалий зволожуючий ефект. В даний час існує великий інтерес до використання колагену як нутрицевтику, особливо в країнах Південно-Східної Азії, таких як Японія, Китай та Південна Корея. Його використання вважається інновацією в технології догляду за шкірою.

Незважаючи на те, що побічні продукти переробки риби є потенційним джерелом колагену, було проведено мало досліджень з метою виявлення потенційного використання колагену зі шкіри риб, порівняно з дослідженнями колагену, отриманого від ссавців. Основними джерелами промислового колагену є шкури і кістки биків та свиней. З релігійних причин свинячий колаген втратив популярність. Застосування бичачого колагену активно обговорюється через хворобу «божевільної корови» (губчаста енцефалопатія великої рогатої худоби) та ризик, який він може представляти для людини. Ця хвороба вразила кілька країн, включаючи Великобританію, Канаду та США. Це хронічне дегенеративне захворювання, яке вражає центральну нервову систему великої рогатої худоби. Хоча важливо звернути увагу на проблему губчастої енцефалопатії великої рогатої худоби у зв'язку з дієтичним споживанням яловичих продуктів, можливість того, що інгредієнти, що використовуються в косметиці, може приховувати хворобу та спричинити загрозу здоров’ю, а також факт знання особливостей риби шкірного колагену, привертають інтерес промисловості до цієї альтернативи.

Були зроблені спроби вивчити деякі властивості колагену зі шкіри та луски риб. Колаген, виділений з наждачного паперу Novoden modestus та тріски Gadus macrocephalus, був перевірений на його фізико-хімічні властивості. Розчинність обох колагенів була нижчою при рН 7,0 і зростала із зменшенням рН. В'язкість, яку спостерігали в шкірному колагені з наждачного паперу та в колагені з тріски, була вищою при рН 4,0 та 2,0 відповідно. Було помічено, що колаген зі шкіри тріски мав вищу гідратаційну здатність, ніж колаген із шкіри наждачного паперу. Крім того, розчинний у кислотах колаген у наждачному папері був модифікований каталізатором папаїну, включеним до складу алкілового ефіру L-лейцину (Leu-Ocn). Функціональні властивості ферментативно модифікованого колагену показали кращу емульгуючу здатність та піноутворюваність, що робить його ідеальним матеріалом як нежирне білкове ПАР.

Желатин, неоднорідна суміш високомолекулярних водорозчинних білків, отримують з колагену. Завдяки своїм унікальним фізичним властивостям, желатин широко використовується у фармацевтичній та харчовій промисловості для інкапсуляції ліків та як харчова добавка для поліпшення текстури, здатності утримувати воду та стабільності різних харчових продуктів. Желатин має унікальне розташування амінокислот у своїй послідовності і містить відносно велику кількість гліцину, проліну та аланіну. Незважаючи на його використання, враховуючи їх унікальні фізичні та структурні властивості, можливі біологічні дії желатину та колагену недостатньо вивчені. Однак попередні звіти про желатин свідчать про те, що споживання желатину може допомогти поліпшити структуру та здоров’я волосся та нігтів.

Желатин із риб’ячої шкіри та желатин з риб’ячої кістки можна легко витягти за допомогою обробки гарячою водою, а оптимальні умови вилучення дещо відрізняються від одного виду до іншого. Концентрація лужної обробки, співвідношення води до шкіри риби, рН, температура та час екстракції - основні міркування при витяганні желатину зі шкіри риби.

Ціла форма желатину безцінна з точки зору біоактивності; багато біоактивності білків пояснюються наявністю біологічно активних пептидних послідовностей у їх первинній структурі. Тому використовуються різні методи вивільнення біоактивних пептидних фракцій з природних білків, і протеолітичне травлення стало найпоширенішим методом. Розроблено послідовний метод травлення, який використовує 3 ферменти та різні ультрафільтраційні мембрани (UF) різних діапазонів молекулярної маси (MWCO, для його абревіатури англійською мовою) для отримання біоактивних пептидів. Відокремлені фракції чітко демонструють різні профілі молекулярного розподілу, і ці пептидні фракції скринінгуються для виявлення різних біоактивностей. Цікаво, що відокремлені пептиди можуть діяти як інгібітори АПФ та антиоксиданти в системах перекисного окислення ліпідів.

Інгібуюча активність ангіотензинперетворюючого ферменту

Білок із залишків риби

Інгібіторна та антиоксидантна активність ангіотензин-перетворюючого ферменту

Серед 4 ізольованих фракцій найвища інгібуюча активність АПФ спостерігалася у фракції, яка пройшла через мембрану 3 кДа. Значення IC 50 зазначеної фракції становило 3 (PO 4) 2], що з’явилося внаслідок розкладання гідроксиапатиту з підвищенням температури. Основними фазами склокераміки, приготовленої з використанням гідроксиапатиту, були визначені відповідно псевдовилластоніт та трикальційфосфат. Максимальна виміряна міцність склокераміки, приготовленої при 900 ° C протягом 4 годин на повітрі, становила 90 мегапаскалей (МПа), і це значення знаходилось в межах міцності кісткової тканини кори.

Хімічний зв'язок також досліджували в імітованій рідині тіла в різних композитах, що містять гідроксиапатит, таких як вагове співвідношення 5: 1, 6: 1 та 7: 1 гідроксиапатит: волластоніт. Композити, що містять гідроксиапатит, хімічно зв’язані між собою через 4 тижні. Їх композиційні тіла приєднувались неоднорідним зародком, і в імітованій рідині тіла спостерігалося чітке зростання поверхні розділу. Біоскло (відоме під англійським терміном „bioglass“, що використовується в імплантатах) було сильним у імітованій рідині тіла, але міцність зв’язку не залежала від складу. На відміну від інших фосфатів кальцію, гідроксиапатит не розкладався у фізіологічних умовах. Насправді він термодинамічно стабільний при фізіологічному рН і бере активну участь у зв’язці кісток, утворюючи міцні хімічні зв’язки з навколишньою кісткою. Ця властивість була використана для швидкого відновлення кісток після серйозних травм або операцій.

Для оцінки безпеки агломерату гідроксиапатиту, виробленого з тунцевої кістки, у сирійських хом'яків було проведено тест на подразнення слизової оболонки порожнини рота; Дослідження проводили шляхом введення хом'яків в дозі 5 г/кг маси спеченого гідроксиапатиту під наркозом пентобарбіталом натрію. Протягом 14 днів у контрольної та лікувальної груп не спостерігалось ніяких аномалій клінічних ознак. Ніякої різниці між гістопатологічними ураженнями слизової оболонки порожнини рота обох груп не спостерігалось. Крім того, гостру токсичність гідроксиапатиту оцінювали у щурів Sprague Dawley. Гідроксиапатитовий агломерат вводили підшкірно в різних дозах, і щурів спостерігали протягом 14 днів; спікання не викликало токсичних ознак смертності, клінічних даних, маси тіла та загальних даних у щурів. Таким чином, було зроблено висновок, що гідроксиапатит з тунцевої кістки не впливає на гостру токсичність та побічні ефекти у щурів, відкриваючи двері для його вивчення в інших організмах, включаючи людей.

Внутрішні органи риби

Внутрішні органи також можуть пропонувати потенційне джерело біоактивних матеріалів, що може збільшити вартість відходів від переробки риби. Два фракції інгібітора АПФ були виділені та охарактеризовані з ферментативного гідролізату печінки тріски після фракціонування через UF мембранну реакторну систему. Амінокислотними послідовностями 2 очищених пептидів були Met-Ile-Pro-Pro-Tyr-Tyr (IC 50 = 10,9 мкМ) та Gly-Leu-Arg-Asn-Gly-Ile (IC 50 = 35,0 мкМ). В іншому дослідженні було виявлено, що сирі гідролізати печінки та голови тріски мають високу інгібуючу активність АПФ, і ці дії залежали від протеолітичного ферменту, що використовується для процесу гідролізу. Гідролізати демонстрували подібну ефективність як антиоксиданти в системах in vitro. Крім того, з гідролізату білка тріски після послідовних хроматографічних поділів був виділений сильно антиоксидантний пептид з амінокислотною послідовністю Ser-Asn-Pro-Glu-Trp-Ser-Asn. Спостережувана антиоксидантна активність була вищою, ніж у α-токоферолу. Ці результати дозволяють припустити, що білкові компоненти внутрішніх органів також можна використовувати для виділення біоактивних пептидів.

В іншому дослідженні їстівну частину ковчега Scapharca broughtonii використовували для виділення антикоагулянтного білка. Цей білок подовжував активований частковий час тромбопластину та діяв як інгібітор активованого фактора згортання крові IXa (FIXa) у внутрішньому шляху згортання. Крім того, багато антикоагулянтних білків було виділено з різних джерел, і антикоагулянти з морських організмів, крім морських водоростей, рідко обговорювались. Ці білкові послідовності можуть бути використані як безпечні антикоагулянти в антикоагулянтній терапії для усунення відхилень, пов'язаних зі згортанням крові.

Екзоскелети ракоподібних

Екзоскелети ракоподібних, такі як краби, омари та креветки, використовуються для отримання хітину та хітозану, добре відомих біоактивних матеріалів, що використовуються в різних галузях промисловості. Хітин є складним полімером N-ацетилглюкозаміну, тоді як хітозан є деацетильованою формою хітину. Останнім часом хітину та низькомолекулярним олігосахаридам хітозану (COS) приділяється значна увага як фізіологічно функціональних матеріалів, і виявляється, що вони відповідають за біологічну активність, таку як протипухлинна активність, імунопотенціююча активність та антибактеріальна активність.

Щорічно з промислових відходів виробляється близько 80 тис. Тонн хітину. Виробництво COS гідролізом хітозану може бути досягнуто хімічними або ферментативними методами. Хімічний метод вимагає великої енергії та виробляє значну кількість шкідливих промислових хімічних речовин. Отже, ферментативний метод є кращим через його бажані та менш шкідливі властивості. Навпаки, ферментативний метод є порівняно дорожчим завдяки інвестиціям у фермент. Отже, був розроблений новий недорогий метод безперервного виробництва для отримання COS бажаної молекулярної маси.

Підсумовуючи, морське рибальство, як для риб, так і для молюсків, виробляє величезну кількість побічних продуктів, які при належних дослідженнях можуть призвести до безцінних джерел біоматеріалів, які будуть використовуватися в галузі охорони здоров’я, таких як нутріцевтики, сировина для імплантації тощо Очікується, що протягом багатьох років ми станемо свідками значного збільшення кількості інгредієнтів, отриманих з моря, у нашому повсякденному житті та в профілактичних та корекційних процедурах у багатьох дисциплінах, пов’язаних зі здоров’ям.