За производството на биоактивни пептиди и за изследване на нови биоактивности е използван 3-степенен рециклиращ мембранен реактор. Освен това знанията за методите на изолиране, както и специфичните свойства на колагена и желатина от рибената кожа се очаква да предоставят решение на настоящите проблеми, свързани с използването на тези материали от различни източници.

като

Също така хитинът, хитозанът и техните производни, получени от екзоскелетните отпадъци от ракообразни, отдавна представляват интерес като биоматериали в различни приложения. Непрекъснатото ензимно производство на хитозанови олигозахариди с желано молекулно тегло увеличи възможностите за използване на тези материали в продукти за хуманна употреба.

Биоактивност като хипотензивна, антиоксидантна, антитуморна и ускорител на абсорбция на калций, наблюдавана в различни морски странични продукти, може да се използва за разработването на потенциални хранителни вещества и за насърчаване на човешкото здраве.

Нараства интересът към здравословната роля на някои храни, извън тяхната хранителна стойност. Следователно, усилени са изследователските усилия за идентифициране на функционалните и биоактивни компоненти на много природни източници, включително растения, животни, микроорганизми и други организми, както сухоземни, така и водни, особено морски организми. В резултат на това на пазара бяха представени две нови продуктови групи, „функционални храни“ и „нутрицевтици“, някои от които вече се произвеждат в голям мащаб. Функционалните храни са тези, които са богати на функционални компоненти, които предлагат медицински и физиологични ползи или които намаляват риска от хронични заболявания, извън техните основни хранителни функции. За разлика от тях, нутрицевтиците са биоактивни материали, изолирани или пречистени от храната, които се използват медицински. Заедно физиологично функционалните храни и нутрицевтиците демонстрират много ползи за здравето и физиологията.

Рибните протеинови хидролизати и функционални материали, получени от рибни кости, привлякоха основния фокус сред функционалните биоактивни материали, идентифицирани от странични продукти от морския риболов. Доказано е, че някои биоактивни пептиди, изолирани от хидролизати на рибни протеини, действат като антиоксиданти, както и като инхибитори на ангиотензин конвертиращия ензим I (ACE), които работят за понижаване на кръвното налягане чрез инхибиране на ACE. В допълнение към ползите за здравето от тези материали, те не оказват вредно влияние върху човешкото тяло дори при много високи дози. Безопасният характер на тези материали за употреба като хранителни вещества или физиологично функционални храни увеличава още повече тяхното търсене в сравнение със синтетичните биоактивни материали. В допълнение към тези разкрити биоактивни материали, хитозанът и неговите олигомери, получени от хитин от екзоскелети на ракообразни, привличат голям интерес поради широкото им приложение в много области, включително фармацевтиката и медицината.

В продължение на много години идентифицирането на биоактивни материали от морски източници, включително риби и миди, представлява значително усилие в много изследователски групи. За идентифициране и изолиране на биоактивни материали е разработен нов метод за непрекъснато производство и изолираните съединения показват обещаващи биоактивност. Разработването на тези биоактивни материали като хранителни вещества обаче изисква повече изследователска работа.

Разработване на морски биоактивни материали

Първоначалната идентификация на биоактивни материали от морски източници проправи пътя за оползотворяване на големи количества отпадъци от преработката на риба, които оказаха значително влияние върху замърсяването на околната среда. След идентифицирането на потенциала за изолиране на нови функционални биоматериали от риби и миди, отпадъците от риболовната преработка придобиха търговска стойност като индустриална суровина. Освен това в момента се използват различни материали като кожа, мускули, скрап, кости и вътрешни органи за изолиране на различни биоактивни материали. Рибената кост е добър източник на калций.Кожата и останалите протеини в остатъците (продукт, който остава след филетирането) могат да се използват като евтини материали за идентифициране и изолиране на биоактивни пептиди. Освен това има успешни опити за изолиране на сурови ензими от рибните черва, които са били използвани за разработване на някои биоактивни пептиди.

Рибена кожа

Страничните продукти от преработката на риба съдържат значително количество кожа, която е идентифицирана като потенциален източник за изолиране на колаген и желатин. Колагенът е основният структурен протеин в кожата и костите на всички животни. Въз основа на своите структурни роли и по-добра съвместимост в човешкото тяло, колагенът често се използва в медицинската и фармацевтичната индустрия, особено като носители на лекарства. Освен това, той често се използва в козметичната индустрия за производството на някои дермални лосиони, тъй като образува превъзходен защитен филм за омекотяване и хидратиране на кожата; това е така, защото е химически свързан с вода и осигурява дълготрайни овлажняващи ефекти. В момента има голям интерес към използването на колаген като хранителен препарат, особено в страните от Югоизточна Азия като Япония, Китай и Южна Корея. Използването му се счита за иновация в технологията за грижа за кожата.

Въпреки че страничните продукти от преработката на риба са потенциален източник на колаген, са проведени малко проучвания за идентифициране на потенциални употреби на колаген от рибена кожа в сравнение с проучвания върху колаген, получен от бозайници. Основните източници на промишлен колаген са ограничени до говежди и свински кожи и кости. Поради религиозни причини свинският колаген е загубил популярност. Употребата на произведен от говеда колаген е в процес на активно обсъждане поради болестта „луда крава” (спонгиформна енцефалопатия по говедата) и риска, който може да представлява за хората. Това заболяване е засегнало няколко страни, включително Великобритания, Канада и САЩ. Това е хронично дегенеративно заболяване, което засяга централната нервна система на говедата. Въпреки че е важно да се обърне внимание на въпроса за спонгиформната енцефалопатия по говедата по отношение на диетичната консумация на говеждо месо, възможността съставките, използвани в козметиката, да носят болестта и да причинят рискове за здравето и факта, че познавате характеристиките на рибите кожен колаген, привличат интереса на индустрията към тази алтернатива.

Правени са опити за изследване на някои свойства на колагена от рибената кожа и люспите. Колагенът, изолиран от шкурка Novoden modestus и треската Gadus macrocephalus, е тестван за неговите физикохимични свойства. Разтворимостта на двата колагена е по-ниска при рН 7,0 и се увеличава с намаляване на рН. Вискозитетите, наблюдавани в колагена на кожата от шкурка и в кожата на треска, са били по-високи при рН 4.0 и 2.0, съответно. Беше забелязано, че колагенът от кожата на треска има по-висока хидратираща способност, отколкото колагенът от кожата на шкурка. Освен това, киселинно разтворимият колаген в шкурка е модифициран чрез катализиране на папаин, включено в алкиловия естер на L-левцин (Leu-Ocn). Функционалните свойства на ензимно модифицирания колаген показват по-добра емулгираща способност и пенообразуване, което го прави идеален материал като белтъчно повърхностно активно вещество с ниско съдържание на мазнини.

Желатинът, хетерогенна смес от високомолекулни водоразтворими протеини, се получава от колаген. Поради уникалните си физични свойства, желатинът се използва широко във фармацевтичната и хранителната индустрия за капсулиране на лекарства и като хранителна добавка за подобряване на текстурата, капацитета за задържане на вода и стабилността на различни хранителни продукти. Желатинът има уникално подреждане на аминокиселините в своята последователност и съдържа относително големи количества глицин, пролин и аланин. Въпреки използването му, като се имат предвид техните уникални физични и структурни свойства, възможните биологични дейности на желатина и колагена не са достатъчно проучени. Предварителните доклади за желатина обаче показват, че консумацията на желатин може да помогне за подобряване на структурата и здравето на косата и ноктите.

Желатинът от рибена кожа и желатинът от рибена кост могат лесно да бъдат извлечени чрез обработка с гореща вода, а оптималните условия за екстракция варират леко при различните видове. Концентрацията на алкалната обработка, съотношението вода/риба на кожата, рН, температурата и времето на екстракция са основните съображения при извличането на желатин от рибената кожа.

Непокътнатата форма на желатина е безценна по отношение на биоактивността; много от биоактивността на протеините се дължат на наличието на биологично активни пептидни последователности в тяхната първична структура. Поради това се използват различни методи за освобождаване на биоактивни пептидни фракции от естествени протеини и протеолитичното храносмилане се превръща в най-разпространения метод. Разработен е метод на последователно разграждане, който използва 3 ензима и различни ултрафилтрационни мембрани (UF) с различни диапазони на молекулно тегло (MWCO, за неговото съкращение на английски), за да се получат биоактивните пептиди. Разделените фракции ясно показват различни профили на молекулярно разпределение и тези пептидни фракции се скринират, за да се идентифицират различните биоактивности. Интересното е, че отделените пептиди могат да действат като АСЕ инхибитори и антиоксиданти в липидните системи за пероксидация.

Инхибиторна активност на ангиотензин-конвертиращия ензим

Протеин от остатъци от риба

Инхибиторна активност на ангиотензин-конвертиращия ензим и антиоксидантна активност

Сред 4-те изолирани фракции, най-високата АСЕ инхибиторна активност се наблюдава във фракцията, преминала през мембраната 3 kDa. Стойностите на IC50 на споменатата фракция са 3 (PO 4) 2] се появяват поради разлагането на хидроксиапатит с повишаване на температурата. Основните фази за стъклокерамиката, приготвена с използване на хидроксиапатит, бяха идентифицирани съответно като псевдоволастонит и трикалциев фосфат. Максималната измерена якост на стъклокерамиката, приготвена при 900 ° C в продължение на 4 часа във въздуха, е 90 мегапаскала (МРа) и тази стойност е в диапазона на костната якост на кората.

Химичното свързване също е изследвано в симулирана телесна течност в различни композити, съдържащи хидроксиапатит, като тегловно съотношение 5: 1, 6: 1 и 7: 1 хидроксиапатит: воластонит. Композитите, съдържащи хидроксиапатит, се свързват химически заедно след 4 седмици. Техните композитни тела се съединяват чрез хетерогенно зародиш и се наблюдава ясен растеж на интерфейса в симулираната телесна течност. Биостъклото (известно с английския термин „био стъкло“, използвано в импланти) е силно в симулираната телесна течност, но силата на свързване не зависи от състава. За разлика от други калциеви фосфати, хидроксиапатитът не се разгражда при физиологични условия. Всъщност той е термодинамично стабилен при физиологично рН и участва активно в свързването на костите, образувайки силни химически връзки с околната кост. Това свойство е използвано за бързо възстановяване на костите след тежка травма или операция.

За да се оцени безопасността на хидроксиапатитовия агломерат, произведен от риба тон, е извършен тест за дразнене на устната лигавица при сирийски хамстери; Изследването е проведено чрез инжектиране на хамстерите с доза 5 g/kg телесно тегло на синтериран хидроксиапатит под анестезия с натриев пентобарбитал. Не са наблюдавани анормални клинични признаци както в контролната, така и в лекуваната група в продължение на 14 дни. Не се наблюдава разлика между хистопатологичните лезии на устната лигавица и на двете групи. Освен това, при плъхове Sprague Dawley е оценена острата токсичност на хидроксиапатит. Синтерът на хидроксиапатит се прилага подкожно в различни дози и плъховете се наблюдават в продължение на 14 дни; синтероването не предизвиква токсични признаци при смъртност, клинични находки, телесно тегло и общи находки при плъхове. Поради това беше направено заключението, че хидроксиапатитът от костта на рибата тон не оказва влияние върху острата токсичност и страничните ефекти при плъхове, отваряйки вратата за неговото изследване при други организми, включително хора.

Вътрешни органи на рибите

Вътрешните органи също могат да предложат потенциален източник на биоактивни материали, което може да увеличи стойността на отпадъците от преработката на риба. 2 АСЕ инхибиторни пептиди са изолирани и характеризирани от ензимния хидролизат на черния дроб на треска след фракциониране през UF мембранна реакторна система. Аминокиселинните последователности на 2-те пречистени пептиди бяха Met-Ile-Pro-Pro-Tyr-Tyr (IC50 = 10.9 цМ) и Gly-Leu-Arg-Asn-Gly-Ile (IC50 = 35.0 цМ). В друго проучване се наблюдава, че суровият хидролизат на черния дроб на треска и главата проявява висока ACE инхибиторна активност и тези дейности зависят от протеолитичния ензим, използван за процеса на хидролиза. Хидролизатите показват подобна сила като антиоксидантите в in vitro системи. Освен това, силно антиоксидантен пептид с аминокиселинна последователност Ser-Asn-Pro-Glu-Trp-Ser-Asn беше изолиран от хидролизат на треска протеин след последователно хроматографско разделяне. Наблюдаваната антиоксидантна активност е по-висока от тази на α-токоферола. Тези резултати предполагат, че протеиновите компоненти на вътрешните органи могат да се използват и за изолиране на биоактивни пептиди.

При друго разследване, ядливата част от ковчега Scapharca broughtonii е била използвана за изолиране на антикоагулантен протеин. Този протеин удължава активираното частично тромбопластиново време и действа като инхибитор на активиран фактор на кръвосъсирване IXa (FIXa) във вътрешния път на съсирване. Освен това много антикоагулантни протеини са изолирани от различни източници и рядко се обсъждат антикоагуланти от морски организми, различни от водорасли. Тези протеинови последователности могат да се използват като безопасни антикоагуланти в антикоагулационната терапия за разрешаване на аномалии, свързани с кръвосъсирването.

Екзоскелети на ракообразни

Екзоскелетите на ракообразните като раци, омари и скариди се използват за получаване на хитин и хитозан, добре известни биоактивни материали, които се използват в различни индустрии. Хитинът е сложен полимер на N-ацетилглюкозамин, докато хитозанът е деацетилираната форма на хитин. Напоследък хитозанът и хитиновите олигозахариди с ниско молекулно тегло (COS) получават значително внимание като физиологично функционални материали с констатациите, че те са отговорни за биологични дейности като антитуморна активност, имунопотенциираща активност и антибактериална активност.

Годишно от промишлени отпадъци се произвеждат около 80 хиляди тона хитин. Производството на COS чрез хидролиза на хитозан може да се постигне чрез химически или ензимни методи. Химичният метод изисква висока енергия и произвежда значителни количества вредни индустриални химикали. Следователно ензимният метод е предпочитан поради неговите желани и по-малко вредни свойства. За разлика от това, ензимният метод е сравнително по-скъп поради инвестицията в ензима. Следователно е разработен нов метод за непрекъснато производство с ниска цена за получаване на COS с желаното молекулно тегло.

В заключение, морският риболов, както за риби, така и за черупкови организми, произвежда огромно количество странични продукти, които при правилни изследвания могат да доведат до безценни източници на биоматериали, които биха били използвани в здравната индустрия, като хранителни вещества, суровини за импланти и т.н. Очаква се през годините да станем свидетели на значително увеличаване на количеството съставки, получени от морето, в нашето ежедневие и в превантивното и коригиращо лечение в множество дисциплини, свързани със здравето.