Богатства, дарованные природой, – это обширные пастбища и сельхозугодья, водоемы с речной рыбой, урожаи овощей, ягод, фруктов и многое другое. Такое разнообразие позволяет человеку жить в гармонии с природой, пополнять запасы продуктов питания, находить новые источники натуральных ингредиентов. В ходе переработки большинства продуктов получаются отходы, которые утилизируют за ненадобностью. Но часть отходов можно переработать, получив новые ингредиенты для косметической, пищевой, фармацевтической индустрии и других сфер применения. Для рационального использования природных ресурсов, поддержания экологии важно создавать новые и поддерживать существующие технологии использования отходов. Реализуемые технологии позволяют получать новые ингредиенты на основе продуктов, остающихся от деятельности агропредприятий, рыбоперерабатывающих, молочных и других производств. Рассмотрим некоторые актуальные технологии и возможности рационального использования отходов.
Коллаген из отходов при переработке рыбы и мяса
Для получения коллагена животного происхождения используют сырье, остающееся на мясоперерабатывающих предприятиях. Это могут быть как спилы шкур животных (КРС, овец, птицы, свиней), так и сухожилия и фасции – все коллагенсодержащее сырье требует предварительного отделения от неколлагеновых фракций. Для реализации этой задачи технологи проводят обработку сырья ферментными препаратами или химической экстракцией, а уже далее извлекают необходимые коллагеновые продукты и очищают их до требуемого уровня. Коллаген животного происхождения используется в качестве БАД. Как правило, его предварительно разводят в воде и принимают внутрь. В косметике высокоочищенный коллаген применяют в составе кремов для лица и рук, средств для ухода за возрастной кожей лица. Использование коллагена в качестве филлера для заполнения морщин затормозилось из-за боязни заражения болезнями животных, приобретения нежелательных иммунных реакций. Так, впервые появившийся в 1981 году на американском косметическом рынке филлер Zyderm® (Inamed Corporation, Калифорния, США) на основе коровьего коллагена был единственным, имевшем одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), вплоть до 2003 года.
При этом аналитическая компания Mordor Intelligence опубликовала отчет, согласно которому в 2023 году рынок препаратов на основе коллагена вырос до $1,01 млрд и, по прогнозам, он вырастет на 7% к 2028 году [1].
В настоящее время научно-образовательный центр «Российская Арктика» и его индустриальные партнеры разрабатывают способ выделения коллагена из отходов переработки речных рыб.В технологии выделения коллагена из речных рыб используются отходы от рыбопереработки (головы, кишечник, чешуя и кожа). Этот ценный продукт имеет потенциал использования в производстве пищевых БАД, медицинских препаратов, а также косметики. Специалисты провели работу по созданию продукции, содержащей коллаген, учитывая удобную для потребителя форму. Исследователи подчеркивают, что коллаген, выделенный из кожи рыбы, усваивается в организме человека на 98%, в то время как его ближайший «конкурент», произведенный из шкур крупного рогатого скота, – только на 60–62% [2]. Разработанная технология готова к запуску в производство. Следует отметить, что на базе научно-образовательного центра проводятся и другие исследовательские разработки в области аквакультуры: технологии разведения рыб ценных пород в системах замкнутого водоснабжения, подбираются рецептуры кормов, рассматриваются возможности и перспективы использования беломорских водорослей.
Коллаген из отходов переработки речных рыб (так называемый речной коллаген) от НОЦ «Российская Арктика» преимущественно направлен на пищевую отрасль и нутрицевтику.
Косметическую направленность использования рыбного коллагена рассматривают специалисты из Воронежского государственного университета инженерных технологий (ВГУИТ). Они уже несколько лет подряд работают в направлении создания и усовершенствования технологии выделения коллагена и гиалуроновой кислоты из шкур белого амура, карпа, карася, щуки и толстолобика. Наибольшего успеха удалось достичь в технологии извлечения коллагена из рыбных отходов – кожи прудовых рыб [3]. Кожа рыб технологичнее в обработке по сравнению с кожей животных. Так, получение коллагена из мясной обрези или свиных ушей занимает около 4–5 недель, а процесс выделения коллагена из кожи карпа занимает всего 8–9 дней. При этом продукт из рыб считается более чистым и безопасным. По словам доцента кафедры биохимии и биотехнологий Станислава Сторублевцева, имеются опасения, что «животный коллаген может переносить инфекции, например, губчатую энцефалопатию (коровье бешенство). У рыб такой проблемы нет». Получаемый рыбный коллаген можно использовать как ингредиент в составах мазей, кремов. Для скрытия специфичного запаха рыбопродуктов в рецептуры добавляют эфирные масла и отдушки. Помимо косметического применения, специалисты работают над технологией коллагеновой пленки, из которой, например, можно делать безопасные и экологичные биоразлагаемые подгузники [3].
Фрукты, ягоды, орехи, кофе и овощи
Отходы, остающиеся от переработки фруктов, ягод и овощей, могут применяться и быть востребованными в косметических целях.
Переработка семян и кожуры томатов, скорлупы орехов, косточек плодов
При переработке томатов на соусы, кетчупы, томатную пасту остаются семена, которые обычно выбрасывают. Внедрение на агроперерабатывающих предприятиях принципа экологичности и рециклинга позволяет получить масло холодного отжима, богатое антиоксидантами. Например, бренд Klur выпускает ароматическое масло для кутикулы, содержащее масло семян томатов и авокадо. В Кубанском государственном технологическом университете (КубГТУ) разработали технологию получения амфифильного эмульсионного продукта на основе томатных выжимок, подходящего для обогащения косметических средств. Исследования проводятся студентами кафедры технологии жиров, косметики, товароведения, процессов и аппаратов под руководством профессора, доктора технических наук Тарасова В. Е. Согласно технологии, томатные выжимки, состоящие из кожуры, семян и остатков мякоти, подвергаются разрушению ударным методом. При такой обработке получается однородная масса мазеобразной консистенции, представляющая собой первичную эмульсию без введения энзимов. В ней содержатся α-токоферол и каротиноиды (в том числе ликопин). Амфифильность первичной эмульсии придает ей свойства ПАВ и позволяет создавать мицеллярные вторичные эмульсии при смешении с другими компонентами и водой [4]. Такой продукт имеет характерный запах томатов, а присутствие каротиноидов (ликопина) придает ему желтое окрашивание – остается только подобрать удобную косметическую рецептуру для ухода за кожей.
Косметический бренд из Великобритании Dr. Craft добавляет остающуюся от переработки мякоть и выжимки черной смородины в состав краски для волос, что делает тон более ярким и насыщенным. Марка Upcircle вводит в рецептуру очищающего бальзама порошок из абрикосовых косточек, а Loli Beauty выпускает эликсир для лица, созданный на базе экстракта сливовых косточек [5]. Абрикосовые и сливовые косточки, скорлупа от орехов находят также применение в составе скрабов для тела. Аналогичным действием обладает жмых кофе, который остается при переработке кофейных зерен. В качестве компонента скрабов рассматриваются даже остатки от варки кофе в кофейнях, отелях, ресторанах. Правда, остается не до конца понятным, как организовать его сбор, проверку качества и отсутствие болезнетворных организмов.
Кожура, семена, мякоть, выжимки, остающиеся при промышленной переработке цитрусовых, могут быть использованы в средствах для ухода за кожей благодаря наличию биологически активных соединений (антиоксидантов, витаминов, полифенольных соединений) и характерному приятному аромату. Так, кожура цитрусовых с высоким содержанием антиоксидантов может использоваться в антивозрастных средствах или для ухода за проблемной кожей, склонной к акне. Кожура апельсинов эффективна в средствах для отбеливания кожи, осветления пигментных пятен и борьбы с пигментацией [6]. Кроме того, эфирные масла, извлеченные из кожуры цитрусовых, могут быть использованы в качестве ароматических компонентов. Крупные экспортеры цитрусовых – Турция и страны Южной Африки, переработкой в большом количестве занимаются Китай, Мексика, Бразилия и другие страны.
Апельсиновое масло из некондиционных плодов
Аромат эфирного масла апельсина обогащает композицию продуктов питания (мармеладов, выпечки, безалкогольных напитков, мороженого) и парфюмерии, тоников для лица. Антицеллюлитные свойства масла апельсина позволяют восстановить тонус кожи, его добавляют в косметические продукты по уходу за кожей тела – кремы, лосьоны, сыворотки, массажные масла.
Апельсиновое масло преимущественно извлекается механически: натиранием или прессованием целых плодов и кожуры, а также методом дистилляции [7]. В Сибирском регионе проводились исследования по получению апельсинового масла из некондиционных, подгнивших плодов. Несмотря на то, что условия Сибирского региона непригодны для выращивания цитрусовых и фруктов, подмороженные или подгнившие плоды (отходы) оставались при хранении таких продуктов, доставлявшихся для продажи в магазинах. Их и взяли за образцы. Эфирное масло отгоняли на традиционных установках и аппаратах Клевенджера, предварительно измельчив и выдержав в воздушной среде или без доступа воздуха. Отгонку вели в три этапа, при этом все фракции имели довольно схожий состав: их основу составляли монотерпеноиды (96%), среди которых превалировал компонент лимонен [7]. Образец масла был оценен по пятибалльной шкале в 3,5 балла Советом парфюмеров существовавшего в то время НИИ синтетических и натуральных душистых веществ (НИИСНДВ) и рекомендован для использования в парфюмерно-косметической продукции в качестве отдушки. Остававшиеся после отгонки жидкие и твердые отходы тоже обладали биологически активными свойствами, представляя потенциал для использования в качестве кормовой добавки для птиц и сельскохозяйственных животных. Для стабилизации полученного эфирного масла, предотвращения окислительных процессов в него вносили антиоксиданты – ионол и диант. При этом наиболее эффективной оказалась защита/стабилизация апельсинового эфирного масла ионолом (0,1% от массы). Эфирное апельсиновое масло было использовано на Новосибирской биокосметической фабрике: его вводили в качестве отдушки в разрабатываемые составы регенерирующего крема для лица «Сиреневая дымка» и крема для тела «Золотая дрема» (в количестве 0,1%).
Жмых подсолнечника
Хорошим отшелушивающим действием на кожу обладает жмых подсолнечника. Этот натуральный абразив дополнительно очищает кожу, а содержащиеся в минорных количествах компоненты масла придают косметическому продукту свойства легкого эмолента. Жмых получают на масложировых предприятиях – здесь он остается как побочный продукт переработки подсолнечника после отжима масла специальными прессами. Большое распространение жмых подсолнечника получил в составе комбикормов для сельскохозяйственных животных: он содержит биологические ценные аминокислоты и протеин. Благодаря высокому содержанию жиров и протеина жмых из подсолнечника характеризуется высокой энергетической ценностью (клетчатка положительно влияет на процессы пищеварения животных). В косметике ингредиент «жмых подсолнечника» имеет INCI-наименование – Helianthus annuus (sunflower) seedcake. Он широко используется брендами Estee Lauder, Clinique, MAC, La Mer и другими. Присутствие витамина E придает этому компоненту свойства натурального антиоксиданта. Использование жмыха семян подсолнечника в качества абразива или легкого эмолента и одновременно влагоудерживающего компонента, по всей видимости, обусловлено степенью его измельчения.
С некоторых пор из богатого протеином жмыха стали делать муку и добавлять в спортивное питание.
Порошкообразный сыпучий продукт на основе жмыха в косметике может играть роль загустителя. Обладая способностью к связыванию воды и жира, мука из жмыха подходит для создания или улучшения технологических характеристик эмульсионных продуктов как для пищевых целей [8], так и для косметики.
Помимо жмыха подсолнечника, для применения в косметике могут быть интересны варианты жмыха семян тыквы, ореха ши, льна, так как они обладают антиоксидантными и смягчающими свойствами. Не стоит забывать, что семена льна и жмых из него содержат натуральные фитоэстрогены – такие компоненты нежелательно добавлять в детскую и подростковую косметику. Подбор процентного содержания с учетом степени измельчения и формы частиц жмыха, его сорастворимости с другими компонентами жировой фазы позволяют создавать новые косметические продукты.
Молочная сыворотка
При переработке молока на творог и сыр остается побочный продукт – сыворотка, известная своими питательными свойствами для организма человека. Это скоропортящийся продукт, состав которого трудно стандартизировать ввиду различия условий выращивания и пород животных. Стерилизация и высушивание продукта позволяют сохранить его на более длительный срок и вводить в составы пищевой продукции. Для косметической индустрии более выгодным и предсказуемым по белковому составу, наличию лактобактерий будет биотехнологический метод получения молочной сыворотки – для этого в молоко добавляют специально подобранные молочные микроорганизмы и ведут технологический процесс получения сыворотки. В этом случае принцип «отходы в доходы» заключается в использовании излишков молока, остающихся на молочно-перерабатывающих производствах, в фермерских хозяйствах. Любая молочная сыворотка содержит в больших количествах лактозу, в ней есть молочные микроорганизмы (лактобактерии), аминокислоты, витамины, микроэлементы, факторы роста (стимулирующие рост эпителиальных клеток). Молочная сыворотка позволяет обогатить состав шампуней, способствовать ускорению роста волос и восстановлению их структуры. Она подходит для обогащения составов кремов и эмульсий, создания средств с защитой микробиома кожи и для отбеливающего эффекта. Помимо косметики, ее можно добавлять в бытовые средства для мытья посуды, мойки полов и другие.
Ванилин
Ароматизатор на синтетической основе – ванилин – характеризуется довольно сладким запахом, однако его применение в косметике, парфюмерии и бытовой химии незначительно. Это связывают с изменением цвета ароматизатора в растворах (обычно белый кристаллический порошок растворяют в спиртах), а у некоторых чувствительных людей он способен вызывать кожные аллергические реакции. Тем не менее выпускаются губные помады с синтетическим ванилином (корригирует запах жиров), недорогие ароматические композиции, его добавляют в домашние средства для уборки помещений. Получают синтетический ванилин преимущественно из гваякола. В тренде переработки растительных отходов долгие годы рассматривался потенциал лигнинсодержащего сырья – отходов древесины, соломы и т. д. Но незначительные выходы побочного продукта переработки лигнина (а именно ванилина), а также затраты на оборудование, реагенты и катализаторы пока не оправдали себя (делают процесс затратным, трудоемким). В последнее время изучаются возможности получения искусственного ванилина микробным разложением PET-емкостей, что может помочь решить проблему утилизации отходов и получить продукт с характерным запахом. Оценить качество подобного ванилина и определить, в каких областях он окажется наиболее востребованным (в химии, фармацевтике, пищевой индустрии, для ароматизации различных продуктов), задача будущих исследований.
В целом набирают популярность биотехнологические методы, что позволяет получать пищевые и косметически продукты альтернативным путем. На сегодняшний день подготавливаются ферментативные технологии по выращиванию белков для питания людей и животных; изучается микробное получение масла какао (на основе рекомбинантных пивных дрожжей, способных продуцировать растительные жиры) и других продуктов, которые со временем могут занять нишу среди альтернативных косметических ингредиентов.
Выводы
Получение привычных ингредиентов из альтернативных источников и отходов от переработки сельскохозяйственной продукции (овощей и фруктов), лесозаготовки, переработки рыбы, мяса и молока обеспечивает решение экологических задач, создает новые варианты ингредиентов для обогащения в том числе косметических продуктов и средств ухода за домом. Критерием оценки технологий, безусловно, является рентабельность производства, востребованность конечных продуктов и ингредиентов на рынке, их безопасность для потребителей и, как не парадоксально, для природы. При переработке отходов в новые продукты особенно важно, чтобы цели экологичности и практичности не приводили к косвенному негативному влиянию на здоровье планеты и живущих на ней людей.
Источники
- Коллаген: новое прочтение классических историй // 1nep.ru, декабрь 18, 2023. URL: https://1nep.ru/articles/kollagen-novoe-prochtenie-klassicheskikh-istoriy/ (дата обращения 04.06.2024).
- Отходы рыбопереработки задействовали для получения коллагена // Fishnews.ru; апрель 8, 2024. URL: https://fishnews.ru/news/49663 (дата обращения 03.06.2024).
- Золотая рыбка: основу для косметики делают из рыбьей шкуры // Scientificrussia.ru февраль 9, 2021. URL: https://scientificrussia.ru/articles/zolotaya-rybka-osnovu-dlya-kosmetiki-delayut-iz-rybej-shkury (дата обращения 03.06.2024).
- Тарасов, В. Е. Вторичное томатное сырье в физической форме множественной эмульсии – источник ликопина для косметических продуктов / В. Е. Тарасов, Л. Ю. Кисилева // Сырье и упаковка для парфюмерии, косметики и бытовой химии. – 2023. – № 267 (Спецвыпуск 2). – С. 8–10.
- https://lady.mail.ru/article/523655-v-modu-voshla-kosmetika-iz-pischevyih-othodov/.
- Использование отходов цитрусовых в косметике // Cosmetology-info.ru; март 17, 2022. URL: https://cosmetology-info.ru/8406/news-Ispolzovanie-otkhodov-tsitrusovykh-v-kosmetike./
- Демакова, Е. А. Утилизация отходов цитрусовых плодов на примере апельсинов: Автореф. дисс. …канд. техн. наук / Красноярск. – 1998. – 25 с.
- Фролова, А. Е. Функционально-технологические свойства подсолнечной муки / А. Е. Фролова, М. П. Щетинин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2020. – № 4. – С. 104–113. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/funktsionalno-tehnologicheskie-svoystva-podsolnechnoy-muki (дата обращения: 06.06.2024).
Подготовила Балакина М. В.