Kokiai organinių junginių grupei priklauso chitinas? Chitinas ir chitozanas

Jei manote, kad skėriai valgomi tik kai kuriose Afrikos ir Artimųjų Rytų šalyse, tuomet labai klystate. Tiesą sakant, jūs ir aš reguliariai valgome patiekalus iš vabzdžių. Ir tai labai naudinga. Jau kelis dešimtmečius chitinas ir jo dariniai dedami į maistą, vaistus, kosmetiką, netgi tvarsčius ir chirurginius siūlus (siuvimo medžiagą). Pirmieji tai padarė japonai, paskui europiečiai ir amerikiečiai. Dabar mes taip pat susipažinome su chitinu.

Kas mokykloje nepraleido biologijos pamokų, prisimena, kad chitinas yra medžiaga, iš kurios gaminamas vėžio apvalkalas. Tačiau chitino yra ne tik vėžiuose. Tai yra visų nariuotakojų egzoskeleto dalis: vėžiagyviai (krabai, krevetės, omarai) ir vabzdžiai (vabalai, drugeliai). Be to, chitino yra mielių, dumblių ir grybų ląstelių sienelėse.

Nuo visų ligų

Chitino priedai į maistą dedami siekiant pagerinti jo išvaizdą, sustiprinti skonį ir aromatą arba kaip konservantas. Kai kurie teikia pirmenybę vabzdžiams maisto papildų pavidalu.

Tokios dietos privalumai:

• apsaugo organizmą nuo radioaktyviosios spinduliuotės;
• slopina vėžio ląstelių augimą;
• neleidžia išsivystyti širdies priepuoliams ir insultams (stiprina kraują skystinančių vaistų poveikį);
• dideja imunitetas ;
• reguliuoja cholesterolio kiekį kraujyje (padeda aterosklerozė ir nutukimas);
• gerina virškinimą (mažina skrandžio sulčių rūgštingumą, skatina naudingųjų bifidobakterijų augimą);
• kovoja su uždegiminiais procesais;
• pagreitina audinių regeneracijos (atstatymo) procesus.

Gyvojoje gamtoje chitinas aptinkamas taip dažnai, kad pagal paplitimą tarp organinių medžiagų užima antrą vietą (po celiuliozės). Kai kurie mokslininkai netgi mano, kad labai netolimoje ateityje žmonija visiškai pereis prie chitino dietos. Taigi Šiaurės Karolinos polimerų chemijos profesorius Samas Hudsonas neseniai tai pareiškė šiuolaikiniai tyrinėtojai„Stovėkite ant drąsaus naujojo pasaulio slenksčio, tokio begalinio, kiek produktų, kuriuos galima gauti iš chitino“.

Iš istorijos

Ir viskas prasidėjo nuo to, kad dar 1811 metais Nansi (Prancūzija) botanikos sodo direktorius profesorius Henry Braconneau pradėjo studijuoti. cheminė sudėtis grybai Jo dėmesį patraukė keista medžiaga, kurios sieros rūgštis negalėjo ištirpinti. Tai buvo tikras chitinas. Netrukus paaiškėjo, kad prancūzų mokslininko išskirtas biopolimeras rastas ne tik grybuose, bet ir vabzdžių elitre. O 1823 metais medžiagai buvo suteiktas oficialus pavadinimas. "Chitin" - iš graikų "chiton" - drabužiai. 1859 metais chemikai, atsikratę kalcio ir baltymų, iš chitino gavo naują medžiagą – chitozaną – dar įdomesnę nei jo pirmtakas. Tačiau po visų atradimų niekas, išskyrus siaurus specialistus, chitinu nesidomėjo 100 metų.

Tik XX amžiaus pabaigoje buvo atrasta chitino su chitozanu nauda sveikatai. Tačiau žmonės nariuotakojai pradėjo valgyti kartu su chitininiu dangalu seniai. Net Biblijoje, Leviticus knygoje, minimi „švarūs“ ir „nešvarūs“ vabzdžiai, tai yra tie, kuriuos galima arba negalima valgyti. Pavyzdžiui, skėriai ir amūrai laikomi „švariais“. Jonas Krikštytojas dykumoje valgė skėrius ir laukinį medų. Senovės graikų istorikas Herodotas minėjo afrikiečius, kurie gaudė skėrius, džiovino juos saulėje, apliejo pienu ir valgė. Manoma, kad net senovės romėnai nepaniekino skėrių meduje, o islamo įkūrėjo Mahometo žmonos savo sutuoktiniams siųsdavo dovanų ištisus skėrių padėklus.

Virtos skruzdėlės buvo patiekiamos per vakarienę Indijos valdovo Montezumos dvare. Žymus zoologas ir keliautojas Alfredas Bremas savo knygoje „Gyvūnų gyvenimas“ aprašė, kaip Sudano gyventojai gaudo ir mielai valgo termitus. Daugelio tautų gastronominė meilė voratinklinėms blakėms išliko iki šių dienų. Kai kuriose Afrikos ir Artimųjų Rytų šalyse skėriai parduodami parduotuvėse ir turguose, o iš jų pagaminti patiekalai įtraukiami į brangių restoranų valgiaraščius. Filipinuose yra daug būdų, kaip paruošti svirplius. Tailande valgomi svirpliai, vikšrai, laumžirgiai, vabalų lervos. Meksikoje jie valgo smirdžius ir žiogus.

Chitino dieta

Įdomu, kad vabzdžių dieta buvo išrasta dar m pabaigos XIX amžiaus. 1885 metais anglų keliautojas ir gamtininkas Vincentas Holtas, kaip atsvarą vegetarizmui ir mėsos valgymui, pradėjo kviesti entomofagiją – maitinimąsi vabzdžiais. Nežinodamas apie chitino ir chitozano sveikatą gerinantį poveikį, Holtas vis dėlto rašė: „Vabzdžiai kaip šaltinis maistinių medžiagų daug sveikesni ir švaresni, nes jie patys valgo tik augalinį maistą.

Nors sunku gauti pakankamai vabzdžių, tai įmanoma. Svarbiausia paskaičiuoti (bent jau apytiksliai): kiek reikia sugauti amūrų, termitų, bičių ir mėšlo vabalų, kad jie iš viso svertų 100 gramų.

Lyginamasis maistinę vertę gramais 100 g produkto:

• Žiogai: baltymai - 20,6; riebalai - 6,1
• Mėšlo vabalai: baltymai - 17,2; riebalai - 3,8
• Termitai: baltymai - 14,2; riebalai - 2,2
• Bitės: baltymai - 13,4; riebalai - 1,4
• Jautiena: baltymai - 23,5; riebalai - 21,2

Galų gale, entomofagija yra egzotika. Šiandien, norint pajusti gydomąjį chitino (chitozano) poveikį, visai nebūtina įveikti pasibjaurėjimą kramtyti tarakonus ir skarabėjus. Galite tiesiog nueiti į parduotuvę ir nusipirkti ką nors dietinio.

Chitinas mūsų šalyje

Pats pirmasis vaistinis preparatas chitino pagrindu sukurtas septintajame dešimtmetyje Sovietų Sąjungoje. Jis turėjo apsaugoti žmones nuo jonizuojančiosios spinduliuotės. Visi naujojo vaisto tyrimai buvo griežtai įslaptinti kariuomenės, o jo sudėtis buvo paslėpta net nuo gydytojų. Po daugybės eksperimentų su pelėmis, šunimis ir beždžionėmis buvo įrodyta, kad vaistas padeda gyvūnams išgyventi po mirtina dozėšvitinimas. Šiek tiek vėliau mokslininkai išsiaiškino, kad chitino vaistai padeda ir žmogui, o taip pat jų savybės neapsiriboja vien tik radioprotekciniu poveikiu.

Chitinas ir jo dariniai padeda kovoti vėžiniai navikai, alergijos, hipertenzija, žarnyno ligos ir kt. Be to, chitininiai intarpai prisideda prie ilgesnio kitų vaistų veikimo.

Chitino ir chitozano tyrimai tęsiami ir šiandien. Rusijoje tai daro Rusijos Chitino draugijos nariai, įkurti 2000 m. Joje dalyvavo ne tik chitino ir chitozano tyrimais užsiimantys mokslininkai, bet ir kitų mokslo sričių specialistai, pramonės, medicinos, žemės ūkio atstovai. Vakaruose geriausi chitinologai apdovanojami Braconno premija, pavadinta chitino atradėjo Braconno vardu. Rusijoje panašus apdovanojimas pavadintas chitino tyrimų entuziasto, akademiko Pavelo Šorygino vardu.

Chitinas- natūralus aminopolisacharidas. Pagal paplitimą laukinėje gamtoje ji užima antrą vietą po celiuliozės. Nariuotakojų (krabų, omarų, vėžių, krilių ir kt.), vabzdžių (bičių, vabalų ir kt.), grybelių ir mielių ląstelėse, diatomėse, chitinas kartu su mineralais, baltymais ir melaninais sudaro egzoskeletą ir vidinės atraminės konstrukcijos. Chitino biosintezė vyksta specialiose ląstelių organelėse (chitosomose), dalyvaujant fermentui chitino sintetazei, nuosekliai pernešant likučius. N-acetilas- D- gliukozaminas iš uridino fosfato, N-acetilas- D- gliukozaminas į augančią polimero grandinę.

Kvitas

Labiausiai prieinamas ir didelio masto chitino šaltinis pramoniniam vystymuisi yra komercinių vėžiagyvių kiautai. Kadangi chitinas netirpsta vandenyje, jo negalima tiesiogiai išskirti iš apvalkalo. Norint jį gauti, reikia nuosekliai atskirti apvalkalo baltyminius ir mineralinius komponentus, t.y. paverčia juos tirpia būsena ir pašalina. Apibendrinta chitino gamybos schema parodyta 1 pav.

1 pav. Chitino gamybos proceso etapai.

Yra keletas būdų, kaip chitiną išgauti iš chitino turinčių žaliavų: cheminis, biotechnologinis, elektrocheminis.

Cheminis metodas Chitino išskyrimas iš žaliavų, kurių sudėtyje yra apvalkalo, apima deproteinacijos, demineralizacijos ir depigmentacijos etapus, naudojant cheminius reagentus - rūgštis, šarmus, peroksidus, aktyviąsias paviršiaus medžiagas ir kt.

Cheminio chitino gamybos metodo privalumai: didelis polisacharido deproteinacijos ir demineralizacijos laipsnis; santykinis nebrangių reagentų prieinamumas; palyginti trumpas laikas galutiniam produktui gauti. Trūkumai: pavojus aplinkai dėl koncentruotų reagentų naudojimo ir didelių rūgščių-šarmų, druskų ir organinių atliekų kiekių susidarymo; poreikis naudoti pakankamai koncentruotus cheminių reagentų tirpalus, dėl kurių pablogėja tikslinių produktų kokybė, atsirandanti dėl chitino naikinimo, hidrolizės ir baltymų bei lipidų cheminės modifikacijos procesų; korozijai atsparios įrangos naudojimas; didelis suvartojimas vandens technologinėms reikmėms ir pakartotiniam plovimui.

Biotechnologinis metodas susideda iš fermentų naudojimo baltymų ir mineralų likučiams pašalinti. Naudojami mikrobiologinės ir gyvūninės kilmės fermentai ir fermentų preparatai. Biotechnologinių chitino deproteinavimo ir demineralizavimo metodų privalumai: naudojamos „švelnios“ sąlygos, leidžiančios maksimaliai išsaugoti natūralias chitino ir baltymų savybes gautuose baltyminiuose produktuose praktiškai nėra natrio chlorido yra neišvengiamas naudojant rūgščių-šarmų tirpalus; naudojant daugybę fermentų preparatų, galima derinti kelias operacijas, o tai supaprastina procesą; reakcijos terpės agresyvumo sumažinimas, palyginti su rūgščių-šarmų metodu, o tai savo ruožtu sumažina įrangos sąnaudas ir pailgina jos tarnavimo laiką; galimybė chitino gamybą vykdyti laivo sąlygomis tiesiogiai kartu su žaliavų nuėmimu.

Tačiau biometodai neturi didelių trūkumų. Tai yra mažas chitino deproteinacijos laipsnis, net kai naudojami keli nuoseklūs šviežiai pasėti fermentai, nes dalis baltymo yra proteolitiniams fermentams neprieinamos formos. Daugiapakopis ir apdorojimo trukmė. Brangių fermentų ar bakterijų padermių naudojimas. Galiausiai, poreikis užtikrinti sterilią gamybą.

Elektrocheminis metodas yra alternatyva cheminiams ir biotechnologiniams metodams, leidžianti vienu technologiniu procesu gauti pakankamai aukšto gryninimo laipsnio chitiną bei maistiniu požiūriu vertingus baltymus ir lipidus.

Chitino gamybos technologijos esmė yra atlikti lukštų turinčių žaliavų deproteinacijos, demineralizacijos ir balinimo etapus vandens-druskos suspensijos pavidalu originalios konstrukcijos elektrolizatoriuose, veikiant elektromagnetiniam laukui. nukreiptas jonų ir H + - ir OH - - jonų srautas ir daugybė mažos molekulinės masės, susidarančių dėl vandens produktų elektrolizės, lemiančių atitinkamai rūgštinę ir šarminę aplinkos reakciją ir jos redokso potencialą.

Elektrocheminės chitino gamybos technologijos pranašumai apima: galimybę per vieną technologinį ciklą gauti visus vertingus žaliavų komponentus su maksimalia išeiga, išlaikant jų biologines ir funkcines savybes dėl švelnaus apdorojimo sąlygų; panaikinti poreikį naudoti rūgštis, šarmus ir fermentus ir atitinkamai sumažinti aplinkos naštą aplinkai; sumažinti gėlo vandens suvartojimą skalavimui; proceso intensyvinimas; padidinti įrangos atsparumą dilimui, nes nėra agresyvios aplinkos; gebėjimas greitai keisti proceso produktyvumą ir technologinę schemą; galimybė gauti platų chitino darinių asortimentą.

Pagrindinis informacijos šaltinis:

• Chitinas ir chitozanas: paruošimas, savybės ir taikymas / Red. KILOGRAMAS. Skryabina, G.A. Vikhoreva, V.P. Varlamova. - M.: Nauka, 2002. - 368 p.

1 Chitino vieta cheminių junginių klasifikacijoje

Chitinas (poli-N-acetil-D-gliukozaminas) yra gamtoje plačiai paplitęs biopolimeras. Polimerai (iš graikų kalbos polimeros – susidedantys iš daugelio dalių, įvairūs) yra medžiagos, kurių molekulės susideda iš daugybės struktūriškai pasikartojančių vienetų – monomerų. Pagal kilmę polimerai skirstomi į natūralius arba biopolimerus (pavyzdžiui, natūralią kaučiuką) ir sintetinius (pavyzdžiui, polietileną). Ačiū mechaninis stiprumas, elastingumas, elektros izoliacija ir kitos savybės, naudojami gaminiai iš polimerų įvairios pramonės šakos pramonėje ir kasdieniame gyvenime. Pagrindiniai tipai polimerinės medžiagos- plastikai, gumos, pluoštai, lakai, dažai, klijai, jonų mainų dervos.

Biopolimerai – tai daug natūralių didelės molekulinės masės junginių, iš kurių pastatytos gyvų organizmų ląstelės ir jas jungianti tarpląstelinė medžiaga. Biopolimerai apima baltymus, nukleorūgštis, polisacharidus (sudėtingus angliavandenius) ir vadinamuosius mišrius biopolimerus. pavyzdžiui, lipoproteinai (kompleksai, kuriuose yra baltymų ir lipidų) ir kt. Chitinas yra azoto turintis polisacharidas (aminopolisacharidas). Polisacharidų monomerai yra monosacharidai (monozės): gliukozė, fruktozė, galaktozė ir kt.

Dėl biologinė funkcija polisacharidai skirstomi į rezervinius ir struktūrinius. Dauguma rezervinių polisacharidų (krakmolas, glikogenas, inulinas) yra svarbiausi maisto produktų komponentai, tarnaujantys kaip anglies ir energijos šaltinis žmogaus organizme. Struktūriniai polisacharidai (celiuliozė, hemiceliuliozė) augalų ląstelių sienelėse sudaro pailgintas grandines, kurios savo ruožtu telpa į tvirtus pluoštus ar plokšteles ir tarnauja kaip gyvo organizmo karkasas. Labiausiai paplitęs biopolimeras pasaulyje yra struktūrinis augalų polisacharidas – celiuliozė. Chitinas yra antras pagal gausumą struktūrinis polisacharidas po celiuliozės.. Autorius cheminė struktūra, fizikines ir chemines savybes ir funkcijas, chitinas yra artimas celiuliozei. Chitinas yra celiuliozės analogas gyvūnų pasaulyje.

2 Chitino ir chitozano cheminė struktūra

2.1 β-D-gliukozė

Chitino elementarioji dalelė (monomeras) yra N-acetil-β-D-gliukozaminas. Terminas gliukozaminas reiškia chitino monomeras yra gliukozės darinys, tiksliau, β-D-gliukozė.

Pažvelkime atidžiau, ką reiškia β-D-gliukozė. Gliukozės C cheminė formulė 6 (H2O)6. Nuo organinė chemija Gerai žinoma, kad tam tikrą formulę gali atitikti skirtingos medžiagos. Tokios medžiagos, turinčios tą pačią cheminę formulę, molekulinę masę, atomų seką, bet įvairių savybių yra vadinami stereoizomerai. Stereoizomerų savybių skirtumai atsiranda dėl skirtingo atomų išsidėstymo erdvėje. Monosachariduose stereoizomerai susidaro dėl skirtingos hidroksilo grupės OH ir vandenilio atomo H konfigūracijos anglies atomo C atžvilgiu. Tai galima supaprastinti pastačius OH ir H į dešinę arba kairę nuo C. Yra 4 tokios anglies. atomai gliukozės molekulėje (apskritu mėlyna spalva). Biochemijoje jie vadinamiasimetrinis arba chiralinis. Pakeitus OH ir H, teoriškai galima gauti 16 stereoizomerų. Svarbiausi gliukozės izomerai yra D-gliukozė ir L-gliukozė. Ne tik gliukozė, bet ir kiti monosacharidai priklauso arba B-, arba L-izomerams. Monosacharidai priskiriami D- arba L-izomerams pagal OH grupės vietą anglies atome C, toliausiai nuo karbonilo grupės C=O (gliukozei šios C=H ir OH grupės apibrėžiamos raudonai). .

Gamtoje (vaisiuose, daržovėse, meduje ir kt.) randama tik D-gliukozė. L-gliukozė gaunama sintetiniu būdu.

Monosacharidai linkę formuoti ciklines struktūras. Tai yra ciklinės monosacharidų molekulės, kurios jungiasi viena su kita ir sudaro polisacharidų molekules. Kristalinėje būsenoje monosacharidai randami tik ciklinėje formoje. Gliukozė sudaro ciklinę struktūrą su 5 anglies atomais ir vienu deguonies atomu žiede. Kai susidaro ciklinė gliukozės struktūra, prie 4 esamų chiralinių anglies atomų pridedamas dar 5 chiralinis anglies atomas(juodu apskritimu). Linijinėje struktūroje šis anglies atomas buvo karbonilo grupės C=O dalis. Dėl to susidaro 2 D-gliukozės stereoizomerai: α- kai 5-ojo chiralinio anglies atomo OH yra virš žiedo plokštumos ir β- žemiau.Šis papildomas chiralinis atomas vadinamas anomaliu, o D-gliukozės α- ir β-stereoizomerai vadinami anomerais. Pagal fizikines ir chemines savybes α- ir β-anomerai labai skiriasi vienas nuo kito. Patekę į polisacharidus kaip statybinius blokus, jie sudaro visiškai skirtingus angliavandenius (pavyzdžiui, α-D-gliukozė sudaro amilozę; β -D-celiuliozė). Vandeniniuose tirpaluose α- ir β-anomerai lengvai virsta vienas kitu ir tarp jų susidaro pusiausvyra: 64% β-D-gliukozės ir 36% α-D-gliukozės.

2.2 β-D-gliukozaminas ir N-acetil-β-D-gliukozaminas

Pagal monosacharidų darinių klasifikaciją gliukozaminas priklauso aminocukrų grupei. Amino cukrus yra monosacharidų dariniai, kurių hidroksilo grupė -OH yra pakeista amino grupe -NH2(dažniausiai esant 2 anglies atomams – žr. pav.). Pagal IUPAC nomenklatūrą amino cukrų pavadinimai sudaromi prie „originalaus“ monosacharido pavadinimo pridedant amino grupės pavadinimą, pakeičiantį hidroksilą (nurodantį jo vietą) ir priešdėlį „deoksi“, nurodantį pakeitimą. Pagal šią nomenklatūrą pilnas β-D-gliukozamino pavadinimas: 2-amino-2-deoksi-D-gliukopiranozė (D-gliukozaminas). 2-amino reiškia, kad amino grupė yra prijungta prie 2-ojo anglies atomo; 2-deoksidas reiškia, kad anglis 2 neturi hidroksilo grupės; baigiasi piranozė yra ciklinės struktūros monosachariduose. Supaprastintas pavadinimas kilęs iš atitinkamo monosacharido šaknies, prie kurios pridedamas žodis „aminas“, pavyzdžiui, gliukozaminas. Amino cukrus, skirtingai nei kiti monosacharidai, naudojami ne energijai gauti, o jungiamojo kūno audinio formavimui.

N-acetil-β-D-gliukozaminas yra acetilintas β-D-gliukozaminas. Acetilinimas yra vandenilio atomų pakeitimas organiniuose junginiuose likučiais acto rūgštis CH3 CO (acetilo grupė). N-acetil-β-D-gliukozaminas - tai yra chitino monomeras (elementari, pasikartojanti struktūra), ir β-D-gliukozaminas – chitozanas.

2.3 Chitinas ir chitozanas

Chitino molekulė susideda iš N-acetil-β-D-gliukozamino vienetų. Gamtoje gyvenančiuose organizmuose gali susidaryti tik chitinas, o chitozanas yra chitino darinys. Chitozano molekulė susideda iš β-D-gliukozamino vienetų. Chitozanas gaunamas iš chitino deacetilinant šarmais. Deacetilinimas – tai atvirkštinė reakcija į acetilinimą, t.y. CH3CO acetilo grupės pakeitimas vandenilio atomu. Todėl, skirtingai nei chitinas, chitozanas gali turėti struktūrinį nevienalytiškumą dėl nepilno deacetilinimo reakcijos užbaigimo. Likutinių acetilo grupių CH3CO (paveikslėlyje pilka spalva) kiekis gali siekti 30%, o šių grupių pasiskirstymo modelis gali reikšmingai paveikti kai kurias chitozano fizikines ir chemines savybes. Taigi, esant nepilnam acetilinimui, chitozano molekulė susideda iš atsitiktinai sujungtų N-acetil-β-D-gliukozamino vienetų(pagrindinės nuorodos) ir β-D-gliukozamino vienetai(likutinės nuorodos).

Chitinas, kaip ir celiuliozė, turi dvi hidroksilo grupes, iš kurių viena yra antrinė C-3, o antroji C-6 yra pirminė. Šios funkcinės grupės gali būti naudojamos dariniams, panašiems į atitinkamus celiuliozės darinius, gauti. Tarp jų yra paprasti (pavyzdžiui, karboksimetilas) ir esteriai. Chitozanas turi papildomą reaktyvią funkcinę grupę (amino grupę NH2), todėl, be eterių ir esterių, galima gauti ir N-darinius iš chitozano įvairių tipų. Reaktyvių funkcinių grupių buvimas chitino ir chitozano molekulių struktūroje leidžia gauti įvairių cheminių modifikacijų, tinkamų naudoti įvairiose pramonės šakose, žemės ūkyje, medicinoje ir kt.

Chitinas yra pagalbinis komponentas:

• daugumos grybų ir kai kurių dumblių ląstelių audinys;
• išorinis nariuotakojų apvalkalas(vabzdžių odelė, vėžiagyvių apvalkalas) ir kirmėlės;
• kai kurie moliuskų organai.

Vabzdžiuose ir vėžiagyviuose, grybų ir diatominėse ląstelėse Chitinas, kartu su mineralais, baltymais ir melaminais, sudaro išorinį skeletą ir vidines atramines struktūras.

Melaninai (iš graikų kalbos melas, genitive case melanos – juoda), rudi ir juodi (eumelaninai) arba geltoni (feomelaninai) didelės molekulinės masės vandenyje netirpūs pigmentai. Plačiai paplitęs augalų ir gyvūnų organizmuose; nustatyti stuburinių gyvūnų odos ir jų darinių (plaukų, plunksnų, žvynų), vabzdžių odelės spalvą, kai kurių vaisių žievelę ir kt.

Galimi chitino šaltiniai yra įvairūs ir plačiai paplitę gamtoje. Skaičiuojama, kad bendra chitino reprodukcija pasaulio vandenynuose siekia 2,3 milijardo tonų per metus, o tai gali užtikrinti pasaulinį 150-200 tūkstančių tonų chitino gamybos potencialą per metus.

Labiausiai prieinamas ir didelio masto chitino šaltinis pramoniniam vystymuisi yra komercinių vėžiagyvių kiautai. Taip pat galima naudoti kalmarų gladiusą (skeleto plokštelę), sepijų sepiją, siūlinių ir aukštesniųjų grybų biomasę. Prijaukinti ir veisiami vabzdžiai dėl greito dauginimosi gali suteikti didelę chitino turinčią biomasę. Šie vabzdžiai apima šilkaverpius, medaus bitės ir naminių musių. Rusijoje paplitęs chitino turinčių žaliavų šaltinis yra Kamčiatkos krabai ir snieginiai krabai, kurių metinis sugaunamas Tolimuosiuose Rytuose kiekis siekia iki 80 tūkst. tonų, taip pat kampuodegės krevetės Barenco jūroje.

Yra žinoma, kad vėžiagyvių kriauklės yra gana brangios žaliavos, ir nepaisant to, kad buvo sukurta daugiau nei 15 chitino gavimo iš jų būdų, buvo iškeltas klausimas dėl chitino ir chitozano gavimo iš kitų šaltinių, tarp kurių buvo laikomi maži vėžiagyviai ir vabzdžiai.

Dėl plačiai paplitusio bitininkystės panaudojimo mūsų krašte galima gauti chitininės žaliavos (negyvos bitės) nemenkai. Nuo 2004 m Rusijos Federacija Visų kategorijų ūkiuose yra 3,29 mln. bičių šeimų. Bičių šeimos stiprumas (bičių darbininkų masė bičių šeimoje, matuojama kg) yra vidutiniškai 3,5-4 kg. Vasarą aktyvaus medaus rinkimo laikotarpiu ir pavasarį po žiemojimo bičių šeima atnaujinama beveik 60-80 proc. Taigi, metinė negyvų bičių žaliavos bazė gali svyruoti nuo 6 iki 10 tūkst. tonų, todėl mirusias bites galima laikyti nauju perspektyviu vabzdžių chitozano šaltiniu kartu su tradicinėmis žaliavų rūšimis.

Cheminė sudėtis įvairių tipų chitino turinčios žaliavos, % sausosios medžiagos

Chitinas, kuris yra vėžiagyvių apvalkalo dalis, sudaro pluoštinę struktūrą. Vėžiagyvių apvalkalas iš karto po išlydymo yra minkštas, elastingas, susidedantis tik iš chitino-baltymų komplekso, tačiau laikui bėgant jis stiprėja dėl struktūros mineralizacijos daugiausia kalcio karbonatu. Taigi vėžiagyvių kiautas yra pastatytas iš trijų pagrindinių elementų – chitino, kuris atlieka karkaso vaidmenį, mineralinės dalies, kuri suteikia kiautui reikiamo stiprumo, ir baltymų, kurie jį paverčia gyvu audiniu. Korpuse taip pat yra lipidų, melaninų ir kitų pigmentų.

Suaugusių vabzdžių odelėse chitinas taip pat kovalentiškai susijęs su tokiais baltymais kaip artrapodinas ir sklerotinas, taip pat su daugybe melanino junginių, kurie gali sudaryti iki 40 % odelės masės. Vabzdžių odelė dėl chitino yra labai stipri ir kartu lanksti. Mirusių bičių pranašumas yra minimalus mineralų kiekis, nes vabzdžių odelė praktiškai nėra mineralizuota. Šiuo atžvilgiu nereikia atlikti sudėtingos demineralizacijos procedūros.

Daugelyje šalių yra daugybė PSS šaltinių, tačiau daugiausia buvo išplėtota pramoninė chitino ir chitozano gamyba. Japonijoje, kur, 1998 metų duomenimis, per metus pagaminama iki 2500 tonų chitino ir chitozano. JAV per metus pagaminama apie 1000 tonų chitozano ir kitų chitino modifikacijų. Europos šalyse (Italija, Norvegija, Lenkija) per metus pagaminama iki 100 tonų chitozano. IN pastaraisiais metais plėtra pramoninės gamybos chitinas ir jo dariniai kuriami Indijoje, Kinijoje ir Tailande. Kaip žaliava polimerų gamybai Japonijoje ir Kinijoje naudojamas krabų ir krevečių perdirbimo PSS, o JAV - krabų ir omarų PSS. Vidaus pramonė chitino ir chitozano gamybą pradėjo įsisavinti 1970–1980 m. ir iki šiol bendras jų produkcijos kiekis siekia 80 tonų per metus. (Apiterapija. / Khismatullina N.3. - Permė: Mobilus, 2005. - 296 p.)

4 Chitino ir chitozano fizikinės ir cheminės savybės ir panaudojimas

Chitinas ir jo deacetilintas darinys chitozanas patraukė daugybės mokslininkų ir praktikų dėmesį dėl savo cheminių, fizikinių ir cheminių bei biologinių savybių komplekso ir neribotos atkuriamos žaliavos bazės. Šių polimerų polisacharidinė prigimtis lemia jų giminingumą gyviems organizmams, o reaktyvių funkcinių grupių (hidroksilo grupių, aminogrupių) buvimas suteikia galimybę atlikti įvairias chemines modifikacijas, kurios leidžia sustiprinti jiems būdingas savybes arba pridėti naujų pagal reikalavimai.

Susidomėjimas chitinu ir chitozanu yra susijęs su jų unikaliomis fiziologinėmis ir aplinkos savybėmis, tokiomis kaip biologinis suderinamumas, biologinis skaidymas (visiškas skilimas veikiant natūraliems mikroorganizmams), fiziologinis aktyvumas, kai nėra toksiškumo, gebėjimas selektyviai surišti sunkiuosius metalus ir organiniai junginiai, gebėjimas formuoti pluoštą ir plėvelę ir kt.

Chitino gamybos procese iš žaliavos pašalinamos mineralinės druskos, baltymai, lipidai ir pigmentai, todėl chitino ir chitozano kokybė labai priklauso nuo šių medžiagų pašalinimo būdo ir laipsnio, taip pat nuo šėrimo sąlygų; deacetilinimo reakcija. Reikalavimus chitino ir chitozano savybėms lemia jų praktinio panaudojimo sritys, kurios yra labai įvairios. Rusijoje, kaip ir kitose šalyse, nėra vieno standarto, bet Yra skirstymas į chitiną ir chitozaną, skirtą techniniams, pramoniniams, maisto ir medicinos tikslams.

Chitiną ir chitozaną gaminančios įmonės „Chitin and Chitosan“ svetainėje pramoniniu mastu Išvardintos šios jų taikymo sritys:

• branduolinė pramonė: radioaktyvumo lokalizavimui ir radioaktyviųjų atliekų koncentracijai;
• vaistas: kaip siuvimo medžiagos, žaizdas ir nudegimus gydantys tvarsčiai. Kaip tepalų dalis, įvairūs vaistiniai preparatai, tokie kaip enterosorbentas;
• Žemdirbystė: trąšų gamybai, apsaugai sėklinė medžiaga ir žemės ūkio pasėlius;
• tekstilės pramonė: audinių rūšiavimui ir nesusitraukimui arba vandeniui atspariam apdorojimui;
• popieriaus ir fotografijos pramonė: aukštos kokybės ir specialių rūšių popieriui gaminti, taip pat fotografinių medžiagų savybėms gerinti;
• maisto pramonėje veikia kaip konservantas, sulčių ir vyno skaidrintuvas, maistinės skaidulos ir emulsiklis;
• kaip maisto priedai rodo unikalius rezultatus kaip enterosorbentas;
• parfumerijoje ir kosmetikoje yra drėkinamųjų kremų, losjonų, gelių, plaukų lakų, šampūnų dalis;
• Valant vandenį, jis tarnauja kaip sorbentas ir flokuliantas.

Chitino cheminė struktūra yra artima celiuliozei. Kaip ir celiuliozės molekulės, chitino molekulės turi didelį standumą ir polinkį formuoti supramolekulines struktūras (vadinamas fibrilines struktūras). Fibrilinėse struktūrose chitino molekulės, laikomos kartu vandeniliniais ryšiais, išsidėsčiusios beveik lygiagrečiais ryšuliais, sudaro taisyklingas struktūras 3 matmenimis, kas būdinga kristalams. Yra žinomi keli tokių kristalinių darinių tipai (α-, β-, γ-chitinai), kurie skiriasi polimero molekulių tvarkos ir tarpusavio orientacijos laipsniu (polimorfizmu).

Viena iš svarbiausių polimerų savybių, daugeliu atvejų lemianti jų perdirbimo ir panaudojimo galimybę, yra jų tirpumas. Chitinas netirpus vandenyje, organinių rūgščių tirpaluose, šarmuose, alkoholiuose ir kituose organiniuose tirpikliuose. Kaitinamas tirpsta koncentruotuose druskos, sieros ir skruzdžių rūgščių tirpaluose, taip pat kai kuriuose druskos tirpaluose, tačiau ištirpęs pastebimai depolimerizuojasi. Dimetilacetamido, N-metil-2-pirolidono ir ličio chlorido mišinyje chitinas ištirpsta nesuardydamas polimero struktūros. Dėl mažo tirpumo sunku apdoroti ir naudoti chitiną.

Iš chitino gaunamas chitozanas tirpsta tiek organinių, tiek neorganinių rūgščių (išskyrus sieros rūgštį) tirpaluose. Kitaip nei praktiškai netirpus chitinas, chitozanas, tirpus net organinių rūgščių tirpaluose, turi didesnį panaudojimo potencialą maisto pramonėje, medicinoje, žemės ūkyje ir kitose pramonės šakose.

Taip pat svarbu svarbios savybės chitozanas yra higroskopiškumas, sorbcijos savybės, brinkimas. Dėl to, kad chitozano molekulėje yra daug hidroksilo, aminų ir kitų galinių grupių, jos higroskopiškumas yra labai didelis (2-5 molekulės viename monomero vienete, kuris yra amorfinėse polimerų srityse). Pagal šį rodiklį chitozanas yra antras po glicerino ir pranašesnis už polietilenglikolį ir kaleriolį (daug polimero alkoholis iš kriaušės). Chitozanas gerai išbrinksta ir tvirtai sulaiko savo struktūroje tirpiklį, taip pat jame ištirpusias ir suspenduotas medžiagas. Todėl ištirpęs chitozanas turi daug didesnes sorbcijos savybes nei neištirpęs.

Chitozaną gali biologiškai skaidyti chitinazė ir lizocimas. Chitinazės yra fermentai, kurie katalizuoja chitino skilimą. Gaminamas gyvūnų organizmuose, kuriuose yra chitino. Lizocimas gaminasi gyvūnų ir žmonių organizme. Lizocimas yra fermentas, kuris sunaikina bakterijos ląstelės sienelę, todėl jos ištirpsta. Sukuria antibakterinį barjerą sąlyčio vietose išorinė aplinka. Esama seilėse, ašarose ir nosies gleivinėje. Natūralių mikroorganizmų visiškai suskaidomi chitozano produktai neteršia aplinkos..

Autorius išvaizda Chitozanas – tai mažesni nei 10 mm dydžio dribsniai arba įvairaus smulkumo milteliai, nuo baltos iki kreminės spalvos, dažnai su gelsvu, pilkšvu ar rausvu atspalviu ir bekvapiai. Kitos sauso chitozano savybės yra elektrifikavimas ir sutraukiantis skonis. Pagal toksiškumą chitozanas priklauso 4 klasei ir laikomas saugiu.

Chitozanas pasirodė esąs veiksmingas radioprotektorius, toksinų ir sunkiųjų metalų sorbentas organizme, gydomosios ir profilaktinės mitybos elementas, augalų apsaugos priemonė, imunomoduliatorius veterinarijoje ir kitose srityse. Šiandien žinoma daugiau nei 70 chitozano naudojimo būdų.

Japonijos ekspertai chitozaną pavadino XXI amžiaus medžiaga. Jų nuomone, po dviejų ar trijų dešimtmečių industrinė civilizacija bus neįsivaizduojama be jos, kaip ir be aliuminio, polietileno ar asmeninio kompiuterio.

5 Mažos molekulinės masės chitozanas. Apizan

Praplėsti chitozano taikymo sritį medicinoje didelę reikšmę tirpumas yra neutralus pH vertės, kurią galima pasiekti sumažinus jo molekulinę masę. Kaip rodo praktika, chitozanų, gautų iš vėžiagyvių lukštų cheminiais ir fermentiniais metodais, molekulinė masė yra didelė ir siekia 103 kDa. Tokie chitozanai tirpsta tik vandeniniuose organinių ir mineralinių rūgščių tirpaluose, o tai ne visada patogu. Norint gauti chitozaną, tirpų neutraliuose tirpaluose (esant pH = 7), pradinis chitozanas hidrolizuojamas naudojant cheminius reagentus arba fermentus.

Perhidrolis dažniausiai naudojamas kaip hidrolizuojantis reagentas 3-10% vandeninio tirpalo pavidalu, vidutiniškai kaitinant iki 30-50 °C. Hidrolizė sumažina chitozano molekulinę masę ir pagerina jo tirpumą silpnai rūgštiniuose vandeniniuose tirpaluose. Taip gaunamas produktas, kurio molekulinė masė yra polidispersinė ir tirpsta praskiestuose rūgšties tirpaluose, kurių pH > 5.

Įvairios kilmės fermentų kompleksai naudojami kaip fermentiniai preparatai chitinui ir chitozanui skaidyti. Tai gali būti krabų ar krilių kepenų kasos fermentų kompleksai, taip pat pankreatinas iš didelės kasos galvijai. Tačiau dažniau tam naudojami fermentų kompleksai, turintys mikrobiologinės kilmės chitinolizinį aktyvumą. Naudojant fermentinius preparatus chitozanui skaidyti galima gauti mažos molekulinės masės chitozanai, tirpūs vandenyje ir turintys daug didesnį biologinį aktyvumą, palyginti su didelės molekulinės masės chitozanais. Tokios mažos molekulinės masės chitozanų savybės žymiai išplečia jų, kaip medicininių polimerų, taikymo sritį. Pavyzdžiui, mažos molekulinės masės chitozanų pagrindu sukurti veiksmingi radioprotektoriai, chiraliniai įvairių medicininių medžiagų selektoriai, didelio heparino aktyvumo antikoaguliantai.

Chitozaną, išskirtą iš chitininio bičių dangos, taip pat hidrolizuoja mikrobinės kilmės fermentų kompleksas, kad jis būtų tirpus vandenyje. Rezultatas yra produktas, vadinamas apizan (bičių zan). Apizan gamybos technologinės grandinės pabaigoje, po džiovinimo šalčiu, yra ploni šviesiai rudi milteliai, tirpūs rūgščioje terpėje esant pH = 5,5, drėgmės kiekis 8-10%, pelenų kiekis 1-2 %, deacetilinimo laipsnis - 80-85 % ( Praktinė apiterapija. / Khismatullina N.3. - Permė: ExLibrum, 2009. - 336 p.).

Dažnai svetainėse apie bičių produktus galite rasti, pavyzdžiui, tokį juokingą teiginį apie bee-san naudą: „...Mažos molekulinės masės chitozanas, gaunamas iš bičių odelių, yra visiškai absorbuojamas, priešingai nei didelės molekulinės masės chitozanas. gaunamas iš vėžiagyvių kiauto, kuris iš dalies absorbuojamas“. Pirma, gamybos grandinės pabaigoje abu chitozanai yra mažos molekulinės masės. Antra, ir tai yra svarbiausia, pagal savo biologinę prigimtį chitozanas yra maistinės skaidulos, kurios visiškai nepasisavinamos arba pasisavinamos labai prastai. Pagrindinis jų pranašumas yra galimybė prasiskverbti pro virškinamąjį traktą neįsisavinant „mechaniškai“, jį išvalant (žr.

Nariuotakojų klasei priklauso vėžiagyvių, voragyvių ir vabzdžių klasės. Viena iš bendrų nariuotakojų savybių yra chitininis viso kūno dangalas. Šis apvalkalas patikimai apsaugo vidaus organus ir yra atramos pagrindas variklio sistemašie gyvūnai: šis straipsnis padės sužinoti daugiau apie nariuotakojų chitininio dangtelio sudėtį ir funkcijas.

Kas yra chitinas?

Išvertus iš graikų kalbos, chitinas (chitonas) reiškia drabužį, apvalkalą, odą. Natūralus azoto turintis polisacharidas chitinas yra N-acetilgliukozamino pagrindu pagamintas polimeras. Jo struktūra panaši į celiuliozę. Jo fizinės savybės:

• kietas;
• bespalvis arba permatomas;
• sunku liesti;
• netirpsta vandenyje.

Ryžiai. 1. Chitino sandara

Gamtoje chitinas retai aptinkamas gryna forma, nes jis pateikiamas kartu su kitais polisacharidais. Tokie junginiai asocijuojasi su baltymais.

Chitinas pirmą kartą buvo išskirtas iš išorinio tarantulo apvalkalo. Pavadinimas atsirado 1823 m., kai prancūzų mokslininkas A. Odier tyrinėjo vabzdžių dangą.

Chitinas yra grybelių ir bakterijų ląstelių sienelių dalis. Tai nariuotakojų ir kitų bestuburių gyvūnų egzoskeletas. Būtent jo dėka kūnas yra apsaugotas iš išorės nuo mechaninio, cheminio ir kitokio aplinkos poveikio.

Šis junginys susidaro koelenterinių gyvūnų, taip pat įvairių kirminų, organizme.

Kasmet planetoje gyvuose organizmuose susidaro ir suyra apie 10 milijardų tonų chitino.

Nuo chitino iki pramoninėmis sąlygomis gauti chitozaną. Tam naudojami vėžiagyvių (vėžių, krabų, krilių) kiautai. Jis naudojamas kaip pašarų priedas, maisto, kosmetikos gamyboje, medicinos tikslams ir žemės ūkyje.

Chitininio dangalo funkcijos

Nariuotakojų egzoskeletas atlieka šias funkcijas:

• išorinis apvalkalas, už kurio paslėpti vidiniai organai;
• veikia kaip skeletas, prie kurio iš vidaus yra pritvirtintos raumenų sistemos susitraukiančios struktūros;
• suteikia kūnui formą;
• apsaugo nuo pernelyg didelio drėgmės praradimo iš gyvūnų kūno.

Būdamas gana tankus junginys, chitininis apvalkalas neleidžia gyvūnui augti. Be to, dangos storis visame kūne nėra vienodas. Pavyzdžiui, nugarinėje dalyje sluoksnis yra kietesnis nei ties galūnių pagrindu. Todėl karts nuo karto nariuotakojams tenka keisti dangą. Išorinio apvalkalo keitimo procesas vadinamas liejimu. Šiuo laikotarpiu, kol naujas chitininis apvalkalas sukietėja, gyvūnas greitai auga, tačiau tampa gana pažeidžiamas.

Chitininio apvalkalo struktūra

Jei mikroskopu išnagrinėsime apvalkalo struktūrą, galime aptikti du ląstelių sluoksnius:

• egzokutika;
• endokutikulė.

Ryžiai. 2. Chitino lukštas

Vėžiagyvių kūnas yra padengtas chitinu, impregnuotu kalcio druskomis. Šis ryšys sudaro gana tvirtą apvalkalą, primenantį šarvus.

Vabzdžiams apvalkalas yra impregnuotas baltymais.

Antžeminių nariuotakojų tipo atstovų chitino dangos viršuje yra vaškinė medžiaga, kuri neleidžia prarasti drėgmės.

Ryžiai. 3. Chitinas po mikroskopu

Ko mes išmokome?

Aukščiau pateiktame tekste sužinojome, kad nariuotakojai turi chitininį dangą. Tai specialus natūralus junginys, turintis tankią struktūrą ir veikiantis kaip raumenų ir kaulų sistema šio tipo gyvūnams. Chitinas yra natūralus polisacharidas, panašus į augalų celiuliozę. Jo funkcijos apima apsaugą nuo pažeidimų ir drėgmės pertekliaus išgaravimo.

Testas tema

Ataskaitos vertinimas

Vidutinis reitingas: 4.5. Iš viso gautų įvertinimų: 75.

Pagaminta iš N-acetil-D-gliukozamino liekanų, tarp kurių yra 14 jungčių (žr. formulę). Deacetilinti (iš dalies arba visiškai) polimerai, randami gamtoje arba gaminami chemiškai. chitino apdorojimas, vadinami. chitozanas.

X Itinas yra plačiai paplitęs gamtoje, nes yra daugelio grybų ir tam tikrų dumblių ląstelių sienelės, nariuotakojų ir kirminų išorinio apvalkalo bei tam tikrų moliuskų organų atraminė sudedamoji dalis.
Analogija chemijoje chitino ir celiuliozės struktūra lemia jų fizikinių-cheminių savybių artumą. Šv., kuri leidžia jiems atlikti panašias funkcijas gyvose sistemose. Kaip ir celiuliozės molekulės, chitino molekulės turi didelį standumą ir ryškų polinkį į tarpmolekulines savybes. asociacijos su labai tvarkingų nadmolių susidarymu. struktūros. Yra žinomi keli. tokių kristalinių rūšių dariniai (-chitinai), kurie skiriasi atskirų polimerų grandinių eiliškumo ir tarpusavio orientacijos laipsniu. Chitinas netirpsta. vandenyje, ir jį galima ištirpinti tik esant. agentai, kurie efektyviai ardo vandenilinius ryšius (sotus vandeninis LiSCN tirpalas, 5-10 % LiCl tirpalas DMSO arba N,N-dimetilacetamidas).
Chitino biosintezė vyksta specialiose ląstelių organelėse (chitosomose), nuosekliai dalyvaujant fermentui chitino sintetazei. N-acetil-D-gliukozamino likučių perkėlimas iš uridino difosfato-N-acetil-D-gliukozamino į augančią polimero grandinę. Chitozanas, kurio buvimas ypač būdingas tam tikrų grybų ląstelių sienelėms, susidaro fermentiškai N-deacetilinant chitiną A.