ПРЕМЕНЕНИЕ  ХИТИНА  И  ХИТОЗАНА,  БИОТЕХНОЛОГИЯ  МОДИФИКАЦИИ  ХИТИНА

Гришин  Александр  Алексеевич

магистрант  кафедры  химии  и  пищевой  технологии  ИрГТУ,  г.  Иркутск.

E-mail: 

Евстафьев  Сергей  Николаевич

научный  руководитель,  д.х.н.,  профессор,  зав.  кафедры  химии  и  пищевой  технологии  ИрГТУ,  г.  Иркутск

Последние  десятилетия,  видеться  очень  персептивным  изучение  свойств  хитина,  хитозана  и  их  производных,  а,  следовательно,  и  способов  их  получения.  Хитин  по  химической  природе  схож  с  целлюлозой,  но  если  целлюлозу  легко  добыть  из  древесины,  то  хитин  добывается  в  основном  из  панциря  ракообразных.  Потенциальные  источники  хитина  широко  распространены  в  природе  и  весьма  разнообразны  (ракообразные,  насекомые,  грибы,  растения).  В  России  самым  массовым  источником  хитин  содержащего  сырья  являются  промысловые  крабы  на  Дальнем  Востоке,  а  также  розовая  креветка  и  акклиматизированный  в  Баренцевом  море  камчатский  краб  [4,  с.  5—6].  Очень  перспективным  сырьем  видится  антарктический  криль  (Euphausia  superba  Dana),  промысловые  скопления  которого  находиться  в  водах  Антарктики  [1,  с.  92].  Кроме  этого,  весьма  перспективным  источником  получения  хитина  и  хитозана  можно  считать  мелких  рачков-бокоплавов  гаммарусов  обитающих  в  прибрежных  водах  морей  и  внутренних  водоемах  России,  что  делает  их  более  удобными  для  организации  промысла,  переработки  и  производства.

Рисунок  1.  Рачок  гаммарус

Также  использование  панциря  промысловых  ракообразных  поможет  решить  проблему  загрязнения  промысловых  районов  отходами  переработки.  Таким  образом,  предприятия,  освоившие  переработку  панциря  ракообразных  улучшат  экономические  показатели  и  выведут  на  рынок  новые  наукоемкие  продукты.  Основные  области  применения  хитина  являются  пищевая  промышленность,  биотехнология,  экология,  парфюмерия,  медицина,  сельское  хозяйство  [4,  с.  5—6.]

Хитин  и  хитозан  обладают  высокой  физиологической  активностью.  Хитин  является  исходным  сырьем  для  получения  D-глюкозамина  используемого  в  медицине,  а  также  хитозана  и  карбоксиметилхетина,  имеющих,  чрезвычайно  широкую,  область  применения  в  деятельности  человека  [5,  с.  38—42].  Хитоолигосахориды  проявляют  противоопухолевые  и  иммуностимулирующие  свойства,  стимулируют  рост  растений,  ингибируют  рост  паразитов.  Хитин  и  применяют  для  получения  апирогенных  хирургических  нитей  (само-рассасывающиеся  швы),  контактных  линз,  искусственной  кожи. 

В  медицине  хитин  и  его  производные  используют  для  заживления  ожогов,  ран  и  язв  [8,  с.  197].  Что  сокращает  их  время  заживление  на  75  %.  Также  хитин  используют  для  улучшения  усвояемости  лактозы  и  соевой  муки.  В  настоящее  время  хитин  и  хитозан  используются  как  компоненты  биологически  активных  добавок.

Хитин  может  использоваться  как  коагулянт  и  сорбент  при  отчистке  сточных  и  промышленных  вод,  пищевых  отходов.  Хитин  содержащие  отходы  могут  быть  утилизированы  или  уничтожены  без  вреда  окружающей  среде  благодаря  своей  не  токсичности.  Также  Хитин  используют  для  сорбции  ионов  металлов,  радионуклидов  и  тяжелых  металлов  [8,  с.  197].

Более  широкое  применение  нашли  многочисленные  модификации  хитина,  такие  как  хитозан,  карбоксиметиохетин,  карбоксиметилхитозан  и  другие,  благодаря  способности  растворяться  в  водных  средах  и  органических  растворителях.  Хитозан  нашел  широкое  применение  в  медицине,  например  для  лечения  болезней  желудка.  Хитозановые  мембраны  используют  в  аппаратах  типа  «искусственная  почка»  [9,  с.  909].

Аддукт  йода  с  хитозаном  используют  в  качестве  дезинфицирующего  агента.  Хитозан  имеет  способность  сорбировать  холестерин,  желчные  кислоты  и  триглицериды,  показывая  более  высокую  активность  по  сравнению  с  альнинатами,  пектинами  и  бентонитом.

Пленкообразующее  свойство  хитозана  позволяет  применить  его  для  улучшения  механических  свойств  тканей  или  бумаги. 

Хитозан  нашел  широкое  применение  в  пищевой  технологии  в  качестве  загустителя  и  структурообразователя  при  производстве  муссов,  желе,  соков  и  других  продуктов  [7,  с.  593—595].  Хитозан  можно  использовать  для  снижения  кислотности  и  осветления  фруктовых  соков.  При  добавлении  хитозана  в  молочные  продукты  срок  их  сохранности  повышается.  Хитин  в  комплексе  с  белками  используется  в  качестве  субстрата  для  микроорганизмов,  например  дрожжей.

Возможно  использование  хитозана  при  извлечении  нуклидов  из  сточных  вод  ядерных  реакторов  и  других  жидкостей,  зараженных  продуктами  ядерного  распада.  Даже  в  условии  радиоактивного  облучения,  приводящего  к  деструкции  многих  биополимеров,  хитозан  сохраняет  свою  структуру  и  сорбирующие  свойства.  Хитозан  способен  очищать  сточные  воды  от  различных  анионов  [8,  с.  197].

Обширно  применение  хитозана  в  сельском  хозяйстве,  в  области  защиты  растений.  Было  обнаружено,  что  внесение  в  почву  хитинсодержащих  компонентов  ингибирует  развитие  болезнетворной  микрофлоры.  В  сельском  хозяйстве  хитозан  применяется  в  качестве  компанента  для  приготовления  удобрений.  Хитозан  и  продукты  его  гидролиза  обладают  ярко  выраженой  ростостимулирующей,  антигрибной  активностью,  а  также  элиситорными  свойствами  [2,  с.  60—62].

Хитозаны,  особенно  низкомолекулярные,  индуцирующие  образование  хитинах,  могут  быть  причислены  к  числу  биогенных  элиситоров.  Применение  хитозановых  препаратов  для  защиты  растений  разрешено  в  США  Агентством  по  охране  окружающей  среды.  Защитными  свойствами  более  всего  располагает  низкомолекулярный  водорастворимый  хитозан  с  молекулярной  массой  5  кДА,  который  в  концентрации  1мг/мл  более  чем  в  2  раза  подавляет  распространение  патогена  на  картофельных  клубнях  P.  Infestans.  Высокомолекулярный  хитозан  с  молекулярной  массой  200  кДа  почти  не  защищает  картофель,  тогда  как  хитозан  с  молекулярной  массой  24  кДа  защищает  картофель  на  невысоком  уровне  [6,  с.  339—345].

Результаты  исследования  показали,  что  низкомолекулярный,  водорастворимый  хитозан  имеет  как  локальное  защитное  действие,  так  и  способность  индуцировать  в  клубнях  картофеля  системную  фитофтороустойчивость  и  защищает  от  инфицирования  ткани,  удаленные  от  места  обработки.  Индуцированная  низкомолекулярным,  водорастворимым  хитозаном  системная  защиты  сохранялась  не  менее  месяца.  Кроме  того,  низкомолекулярный,  водорастворимый  хитозан  с  молекулярной  массой  5  кДа  защищает  картофель  от  патогена,  не  содержащего  в  составе  клеточной  стенки  полимеры  аминокислот.

Очевидно,  что  область  применения  хитина  и  его  модификаций  очень  обширна.  В  результате  широкого  исследования  в  разных  странах,  и  благодаря  уникальным  свойствам  этих  полимеров,  область  их  применения  будет  еще  более  расширена.  В  этих  условиях  возможно,  пользуясь  арсеналом  биотехнологии,  получать  хитин  и  его  модификации  стандартного  качества  из  различных  видов  хитина  содержащего  сырья.  Так  как  для  разных  областей  применения  требуются  полимеры  с  различными  свойствами,  то  диапазон  характеристик  промышленного  производства  хитозана  может  быть  велик.  В  связи  с  этим  важно  иметь  возможность  контролировать  и  регулировать  свойства  хитина  и  его  модификаций  в  процессе  его  получения.

Рисунок  2.  Пооперационная  схема  получения  хитина  и  хитозана  при  комплексной  переработке  балтийского  гамаруса.  Автоэнзимолиз  и  биоконсервация

Наиболее  простым  из  биотехнологических  способов  получения  хитина  и  его  модификаций  из  хитина  содержащего  сырья  является  автопротеолиз  или  автоэнзимолиз  —  использование  активного  ферментного  комплекса  самого  сырья.  Такой  способ  описан  применительно  к  мясу  криля,  панцирю  краба,  и  балтийскому  гаммарусу  [3,  ср.  26].

Природное  сырье  для  получения  хитина  весьма  разнообразно,  учитывая  широкое  разнообразие  свойств  хитина  содержащего  сырья  процессы  его  переработки  должны  быть  по  возможности  универсальными,  отличающиеся  мягкими  режимами  обработки  и  низкими  расходами  агрессивных,  труднодоступных  и  дорогостоящих  реагентов.  Процессы  переработки  и  производства  хитина  и  его  модификаций  должны  базироваться  на  стандартном  оборудовании.

Наиболее  перспективными  в  этом  направлении  представляются  биотехнологические  методы  предусматривающие  использование  дешевых  ферментных  препаратов  на  стадии  получения  хитина  и  применение  специальных  приемов  его  активации  на  стадии  деацетилирования  с  целью  снижения  концентрации  используемой  щелочи.  Либо  использование  автоэнзимолиза  в  сочетании  с  биоконсервацией  в  защитной  среде  (молочная  сывортка,  раствор  компонентов  алоэ)  Рисунок  2  [3,  с.  15].

Список  литературы:

1.Быков  В.П.  и  др.  Антарктический  криль.  2001.

2.Дубініна  А.А.,  Дьяков  О.Г.,  Круглова  О.  С.  ВИЗНАЧЕННЯ  СОРБЦІЙНИХ  ХАРАКТЕРИСТИК  ПАКУВАЛЬНИХ  ПЛІВОК  МЕТОДОМ  ЯМР-АНАЛІЗУ  //Східно-Європейський  журнал  передових  технологій.  —  2010.  —  Т.  4.  —  №  5  (46).  —  С.  60—62.

3.Мезенова  О.Я.,  Григорьева  Е.В.  Совершенствование  технологии  хитина/хитозана  из  Балтийского  гаммаруса.  2006.

4.Немцев  С.В.  Комплексная  технология  хитина  и  хитозана  из  панциря  ракообразных.  2006.

5.Новиков  В.Ю.  Химический  гидролиз  хитина  и  хитозана  //Современные  перспективы  в  исследовании  хитина  и  хитозана:  Матер.  Седьмой  Междунар.  конф.(Санкт-Петербург-Репино  15—18  сент.  2003  г.),  М.,  Изд-во  ВНИРО.  2003.  —  С.  38—42.

6.Озерецковская  О.Л.,  Васюкова  Н.И.,  Зиновьева  С.В.  Хитозан  как  элиситор  индуцированной  устойчивости  растений  //Хитин  и  хитозан:  получение,  свойства  и  применение/Под  ред.  К.Г.  Скрябина,  Г.А.  Вихоревой,  ВП  Варламова.  М.:  Наука.  2002.  —  С.  339—345. 

7.Knorr  D.  Functional  properties  of  chitin  and  chitosan  //Journal  of  Food  Science.  —  1982.  —  Т.  47.  —  №  2.  —  С.  593—595.

8.Muzzarelli  R.A.A.,  Jeuniaux  C.,  Gooday  G.W.  Chitin  in  nature  and  technology.  –Plenum  Pub  Corp,  1986.

9.Mima  S.  et  al.  Highly  deacetylated  chitosan  and  its  properties  //Journal  of  Applied  Polymer  Science.  —  1983.  —  Т.  28.  —  №  6.  —  P.  909—917.