Разработка эффективных технологий выделения органического кальция из отходов переработки арктических креветок

Введение. Кальций является ключевым макроэлементом, обеспечивающим минеральную плотность костей, функционирование мышечной и сердечно-сосудистой систем, а также участвует в ферментативных и нейротрансмиттерных процессах. Дефицит кальция широко распространен и ассоциирован с развитием остеопороза и других метаболических нарушений. Прием лекарственных препаратов кальция позволяет компенсировать его недостаток в организме пациентов и способствовать профилактике и терапии заболеваний. В контексте устойчивого развития возрастает интерес к разработке технологии выделения органических солей кальция из морских биоресурсов для получения лекарственных препаратов.

Цель. Разработать и сравнить технологии выделения органических солей кальция из отходов производства арктических креветок Pandalus borealis и оценить состав и чистоту полученных продуктов.

Материалы и методы. В качестве сырья использовали панцири варено-мороженых креветок Pandalus borealis, являющиеся отходом пищевого производства. Сравнили две технологии экстракции кальция: (1) прямую деминерализацию органическими кислотами (лимонной, яблочной, молочной) и (2) с предварительным обезжириванием сырья этанолом. Количественное определение кальция (Са) и других элементов проводили методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП). Для оценки безопасности рассчитывали коэффициент опасности (HQ).

Результаты и обсуждение. Установлено, что максимальный выход кальция достигается с использованием лимонной кислоты (153,0 ± 10,3 мг Са/г). Яблочная и молочная кислоты показали меньшую эффективность. Предварительное обезжиривание сырья снижало выход Са в среднем на 2,2 %, однако липидная фракция представляет интерес как источник каротиноидов и других природных липидов. Токсичные элементы (Pb, Cd, Ni, Cr, As) либо не детектировались, либо их концентрация была ниже предела количественного определения. Содержание сопутствующих элементов (Mg, Zn, Fe, Cu и Mn) было ниже токсичного уровня (расчетный HQ < 1). Употребление выделенных продуктов Са позволит обеспечить обогащение пищевого рациона некоторыми микроэлементами.

Заключение. Панцири арктических креветок являются ценным источником органического кальция для получения экологически безопасных и физиологически сбалансированных солей – цитрата, малата и лактата кальция. Полученные соли кальция не загрязнены токсичными элементами и могут использоваться в фармацевтической и пищевой промышленности.

1. Shlisky J., Mandlik R., Askari S., Abrams S., Belizan J. M., Bourassa M. W., Cormick G., Driller-Colangelo A., Gomes F., Khadilkar A., Owino V., Pettifor J. M., Rana Z. H., Roth D. E., Weaver C. Calcium deficiency worldwide: prevalence of inadequate intakes and associated health outcomes. Annals of the New York Academy of Sciences. 2022;1512(1):10–28. DOI: 10.1111/nyas.14758.

2. Barbosa-Nuñez J. A., Espinosa-Andrews H., Haro-González J. N., Herrera-Rodríguez S. E., García-Márquez E. Improving Calcium Bioavailability: Strategies, Challenges, and Future Perspectives. Food Bioscience. 2025;68:106718. DOI: 10.1016/j.fbio.2025.106718.

3. Munns C. F., Shaw N., Kiely M., Specker B. L., Thacher T. D., Ozono K., Michigami T., Tiosano D., Mughal M. Z., Mäkitie O., Ramos-Abad L., Ward L., DiMeglio L. A., Atapattu N., Cassinelli H., Braegger C., Pettifor J. M., Seth A., Idris H. W., Bhatia V., Fu J., Goldberg G., Sävendahl L., Khadgawat R., Pludowski P., Maddock J., Hyppönen E., Oduwole A., Frew E., Aguiar M., Tulchinsky T., Butler G., Högler W. Global Consensus Recommendations on Prevention and Management of Nutritional Rickets. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2016;101(2):394–415. DOI: 10.1210/jc.2015-2175.

4. Громова О. А., Торшин И. Ю., Гоголева И. В., Гришина Т. Р., Керимкулова Н. В. Органические соли кальция: перспективы использования в клинической практике. РМЖ. Клиническая фармакология. 2012;20(28):1407–1411.

5. Saronga H. P., Dwarkanath P., Cui H., Muhihi A., Kurpad A. V., Sri Poornima V., Sando M. M., Poornima R., Yelverton C., Masanja H. M., Sudfeld C. R., Pembe A. B., Fawzi W. W., Menzies N. A. Low-dose calcium supplementation during pregnancy in low and middle-income countries: A cost-effectiveness analysis. PLOS Global Public Health. 2025;5(9):e0004002. DOI: 10.1371/journal.pgph.0004002.

6. Reid I. R. Calcium Supplementation – Efficacy and Safety. Current Osteoporosis Reports. 2025;23:8. DOI: 10.1007/s11914-025-00904-7.

7. Straub D. A. Calcium supplementation in clinical practice: a review of forms, doses, and indications. Nutrition in Clinical Practice. 2007;22(3):286–296. DOI: 10.1177/0115426507022003286.

8. Shkembi B., Huppertz T. Calcium Absorption from Food Products: Food Matrix Effects. Nutrients. 2022;14(1):180. DOI: 10.3390/nu14010180.

9. Lorieau L., Le Roux L., Gaucheron F., Ligneul A., Hazart E., Dupont D., Floury J. Bioaccessibility of four calcium sources in different whey-based dairy matrices assessed by in vitro digestion. Food Chemistry. 2018;245:454–462. DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.10.108.

10. Kressel G., Wolters M., Hahn A. Bioavailability and Solubility of Different Calcium-Salts as a Basis for Calcium Enrichment of Beverages. Food and Nutrition Sciences. 2010;1(2):53–58. DOI: 10.4236/fns.2010.12009.

11. Pahune R. P., Jaiswal V. J., Tekade O. V., Kale V. V., Umekar M. J. Sustainable Sources and Extraction Methods of Calcium for Expanding Dietary Supplement Sector. Journal of Chemical Health Risks. 2024;14(3):461–473.

12. Xu Y., Ye J., Zhou D., Su L. Research progress on applications of calcium derived from marine organisms. Scientific Reports. 2020;10:18425 DOI: 10.1038/s41598-020-75575-8.

13. Mititelu M., Moroșan E., Nicoară A. C., Secăreanu A. A., Musuc A. M., Atkinson I., Pandele Cusu J., Nițulescu G. M., Ozon E. A., Sarbu I., Balaci T. D. Development of Immediate Release Tablets Containing Calcium Lactate Synthetized from Black Sea Mussel Shells. Marine Drugs. 2022;20(1):45. DOI: 10.3390/md20010045.

14. Облучинская Е. Д., Пожарицкая О. Н., Шиков А. Н. Способ получения морского биологического кальция из панцирных отходов креветки. РФ на изобретение № 2802759. 01.09.2023. Доступно по: https://patents.google.com/patent/RU2802759C1/ru Ссылка активна на 26.02.2026.

15. Pérez W. A., Marín J. A., López J. N., Burgos M. A., Rios L. A. Development of a Pilot-ecofriendly Process for Chitosan Production from Waste Shrimp Shells. Environmental Processes. 2022;9:55. DOI: 10.1007/s40710-022-00605-8.

16. Mahmoud N. S., Ghaly A. E., Arab F. Unconventional approach for demineralization of deproteinized crustacean shells for chitin production. American Journal of Biochemistry and Biotechnology. 2007;3(1):1–9. DOI: 10.3844/ajbbsp.2007.1.9.

17. Wang H., Sun J. and Wang J. Study on utilization of lactic acid for the decalcifying of the shrimp head and shell. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 2014;6(8):130–134.

18. Obluchinskaya E. D., Pozharitskaya O. N., Gorshenina E. V., Daurtseva A. V., Flisyuk E. V., Generalova Y. E., Terninko I. I., Shikov A. N. Ascophyllum nodosum (Linnaeus) Le Jolis from Arctic: Its biochemical composition, antiradical potential, and human health risk. Marine Drugs. 2024;22(1):48. DOI: 10.3390/md22010048.

19. Рахманин Ю. А., Синицына О. О., Новиков С. М., Авалиани С. Л., Шашина Т. А., Кислицин В. А., Додина Н. С., Сковронская С. А., Иванова С. В., Зайцева Н. В., Устинова О. Ю., Шур П. З., Землянова М. А., Лебедева-Несевря Н. А., Голева О. И., Барг А. О. Руководство по комплексной профилактике экологически обусловленных заболеваний на основе оценки риска. М.; 2017. 68 с.

20. Zhang S., Liu C., Su M., Zhou D., Tao Z., Wu S., Xiao L., Li Y. Development of citric acid-based biomaterials for biomedical applications. Journal of Materials Chemistry B. 2024;12(45):11611–11635. DOI: 10.1039/D4TB01666A.

21. Ma W., Lv Y,. Cao X., Wang M., Fan Y., Shan Y. Ultrasound-assisted preparation of calcium malate and its absorption. PLOS ONE. 2021;16(7):e0254583. DOI: 10.1371/journal.pone.0254583.

22. Pohling J., Dave D., Liu Y., Murphy W., Trenholm S. Two-step demineralization of shrimp (Pandalus borealis) shells using citric acid: an environmentally friendly, safe and cost-effective alternative to the traditional approach. Green Chemistry. 2022;24(3):1141–1151. DOI: 10.1039/D1GC03140F.

23. Chen D., Cao X., Tian X., Peng Q., Zhang J., Zhang J., Yuan Y., Wang N. Highly Enriched Metal Elements in Marine Biological Shells as New Resources for the Sustainable Extraction of Metals. Sustainability. 2025;17(6):2683. DOI: 10.3390/su17062683.

24. Al-Sultan S. I., El-Bahr S. M., Darwish W. S., Meligy A. M. A., El Sebaei M., Mohamed M. H. A., Megahed A., Elzawahry R. R. Potential toxic elements in edible shrimp and other edible parts: A health risk assessment. Open Veterinary Journal. 2025;15(2):1024–1031. DOI: 10.5455/OVJ.2025.v15.i2.50.

25. Topal M., Arslan Topal E. I., Öbek E. Potential Human Health Risks from Heavy Metals in Crayfish Shells Used as Food and Organic Fertilizer. In: Kumar N., editor. Heavy Metal Toxicity. Human Health Impact and Mitigation Strategies. Cham: Springer; 2024. P. 293–309. DOI: 10.1007/978-3-031-56642-4_10.