До якої групи органічних сполук належить хітин. Хітін та хітозан

Якщо ви думаєте, що сарана їдять тільки в деяких країнах Африки і на Близькому Сході, то ви глибоко помиляєтеся. Насправді, страви з комах регулярно споживаємо і ми з вами. І це дуже корисно. Ось уже кілька десятиліть у продукти харчування, ліки, косметику і навіть у бинти та хірургічні нитки (шовний матеріал) додають хітин та його похідні. Першими почали це робити японці, за ними екзотичну моду підхопили європейці та американці. Тепер до хітину долучились і ми.

Той, хто в школі не прогулював уроки біології, пам'ятає, що хітин – речовина, з якої виготовлений панцир раку. Однак хітин є не лише раками. Він входить до складу зовнішнього скелета всіх членистоногих: ракоподібних (крабів, креветок, омарів) та комах (жуків, метеликів). Крім того, хітин міститься в клітинній стінці дріжджів, водоростей та грибів.

Від усіх хвороб

Хитинові добавки кладуть у їжу для поліпшення її зовнішнього вигляду, для посилення смаку та аромату або як консервант. Деякі віддають перевагу комахам у вигляді харчових добавок.

Користь від подібної дієти:

• захищає організм від радіоактивного випромінювання;
• пригнічує ріст ракових клітин;
• попереджає розвиток інфарктів та інсультів (підсилює ефект препаратів, що розріджують кров);
• підвищує імунітет ;
• регулює рівень холестерину в крові (допомагає при атеросклерозіта ожирінні);
• покращує травлення (знижує кислотність шлункового соку, стимулює зростання корисних біфідобактерій);
• бореться із запальними процесами;
• прискорює процеси регенерації (відновлення) тканин.

У живій природі хітин зустрічається так часто, що за поширеністю посідає друге почесне місце серед органічних речовин (після целюлози). Деякі вчені навіть вважають, що у найближчому майбутньому людство повністю перейде на хітинову дієту. Так професор хімії полімерів із Північної Кароліни Сем Хадсон нещодавно заявив, що сучасні дослідники«стоять на порозі прекрасного нового світу, такого ж нескінченного, як і кількість продуктів, які можна отримати з хітину».

З історії

А все почалося з того, що в далекому 1811 директор Ботанічного саду в Нансі (Франція) професор Генрі Браконно зайнявся вивченням хімічного складугрибів. Його увагу привернула дивна речовина, яку не змогла розчинити сірчана кислота. Це і був справжнісінький хітин. Незабаром з'ясувалося, що виділений французьким вченим біополімер є не тільки в грибах, а й у надкрилах комах. І 1823 року речовині дали офіційну назву. "Хітін" - від грецького "chiton" - одяг. У 1859 році хіміки, позбавившись кальцію і білків, отримали з хітину нову речовину - хітозан - ще цікавіше, ніж його попередник. Втім, після всіх відкриттів хітином цілих 100 років ніхто, крім вузьких фахівців, не цікавився.

Про те, наскільки корисний хітин з хітозаном для здоров'я, з'ясувалося лише наприкінці XX століття. Проте поїдати членистоногих разом із хітиновим покровом люди почали давним-давно. Ще в Біблії в книзі Левіта згадуються «чисті» та «нечисті» комахи, тобто ті, яких можна чи не можна їсти. Так, наприклад, до «чистих» відносять сарану та коників. Саранкою та диким медом харчувався Іоанн Хреститель у пустелі. Давньогрецький історик Геродот згадував про африканців, які ловлять сарану, сушать її на сонці, обливають молоком та з'їдають. Вважається, що навіть древні римляни не гидували сараною в меду, а дружини засновника ісламу Мохаммеда посилали в дар дружину цілі таці сарани.

Варених мурах подавали на званих обідах при дворі індіанського володаря Монтесуми. Відомий зоолог та мандрівник Альфред Брем у своїй книзі «Життя тварин» описував, як жителі Судану ловлять і із задоволенням їдять термітів. У багатьох народів гастрономічна любов до жучок-павучків збереглася й донині. У деяких країнах Африки та на Близькому Сході у лавках та на базарах продають сарану, а страви з неї входить у меню дорогих ресторанів. На Філіппінах існує безліч способів приготування цвіркунів. У Таїланді їдуть і цвіркуни, і гусениці, і бабки, і личинки жуків. У Мексиці їдять клопів-смердючок та коників.

Хітинова дієта

Цікаво, що дієту з комах придумали ще в наприкінці XIXстоліття. У 1885 році англійський мандрівник і дослідник природи Вінсент Хольт на противагу вегетаріанству і м'ясоїденню став закликати до ентомофагії - харчування комахами. Не здогадуючись про оздоровлюючу дію хітину і хітозану, Хольт писав: «Комахи як джерело поживних речовиннабагато корисніше і чистіше, оскільки вони самі харчуються виключно рослинною їжею».

Наїстися комахами хоч і важко, але можливо. Головне (хоча б приблизно) підрахувати: скільки коників, термітів, бджіл та гною зловити потрібно, щоб вони в сумі важили 100 грамів.

Порівняльна харчова цінністьу грамах на 100 г продукту:

• Коники:білків – 20.6; жирів – 6.1
• Жуки гною:білків – 17.2; жирів – 3.8
• Терміти:білків – 14.2; жирів – 2.2
• Бджоли:білків – 13.4; жирів – 1.4
• Яловичина:білків – 23.5; жирів – 21.2

Ентомофагія – все-таки, екзотика. Сьогодні, щоб випробувати на собі цілющу дію хітину (хітозану) зовсім не обов'язково, перемагаючи гидливість жувати тарганів та скарабеїв. Можна просто зайти в магазин і купити щось дієтичне.

Хітін у нашій країні

Найперший лікарський засібна основі хітину був створений у 1960-ті роки в Радянському Союзі. Він мав захищати людину від іонізуючого випромінювання. Усі дослідження нових ліків були суворо засекречені військовими, причому його склад приховували навіть лікарів. Після серії експериментів на мишах, собаках та мавпах було доведено, що препарат допомагає тваринам вижити після смертельної дозиопромінення. Трохи пізніше вчені з'ясували, що хітинові ліки допомагають і людині, а також, що їх властивості не обмежуються лише радіопротекторним ефектом.

Хітін та його похідні допомагають боротися з раковими пухлинами, алергіями, гіпертонією, захворюваннями кишківника і т.д. Крім того, хітинові включення сприяють більш тривалій дії решти ліків.

Дослідження хітину та хітозану тривають і зараз. У Росії її цим займаються члени, створеного 2000 року, Російського Хитинового Товариства. До його складу увійшли не лише вчені, які займаються дослідженням хітину та хітозану, а й фахівці з інших галузей науки, представники промисловості, медицини, сільського господарства. На Заході найкращим хітинологам вручається Браконівська премія, названа на честь першовідкривача хітину Браконно. У Росії таку премію названо на честь ентузіаста досліджень хітину - академіка Павла Шоригіна.

Хітін– природний амінополісахарид. За поширеністю у живій природі посідає друге місце після целюлози. В організмах членистоногих (крабів, омарів, раків, криля тощо), комах (бджіл, жуків тощо), клітинах грибів та дріжджів, діатомових водоростях хітин у комплексі з мінеральними речовинами, білками та меланінами утворює зовнішній скелет та внутрішні опорні структури. Біосинтез хітину відбувається в особливих клітинних органелах (хітосомах) за участю ферменту хітинсинтетази шляхом послідовного перенесення залишків N-ацетил- D-глюкозаміну з урідінфосфат- N-ацетил- D-глюкозаміну на зростаючий полімерний ланцюг.

Отримання

Найбільш доступним для промислового освоєння та масштабним джерелом отримання хітину є панцирі промислових ракоподібних. Оскільки хітин не розчиняється у воді, то не піддається виділенню з панцира безпосередньо. Для отримання необхідно послідовно відокремити білкову і мінеральну складові панцира, тобто. перевести в розчинний стан і видалити. Узагальнена схема отримання хітину наведено на рис.1.

Рис.1.Етапи процесу одержання хітину.

Існує кілька способів вилучення хітину з сировини, що містить хітин: хімічний, біотехнологічний, електрохімічний.

Хімічний спосібвиділення хітину з панцирсодержащей сировини полягає у проведенні стадій депротеїнування, демінералізації та депігментації за допомогою хімічних реагентів – кислот, лугів, перекисів, поверхнево-активних речовин тощо.

Переваги хімічного способу одержання хітину: високий рівень депротеїнування та демінералізації полісахариду; відносна доступність недорогих реагентів; порівняно невеликий час одержання готового продукту. Недоліки: екологічна небезпека через використання концентрованих реагентів та утворення великих обсягів кислотно-лужних, сольових та органічних стоків; необхідність використання достатньо концентрованих розчинів хімічних реагентів, що викликають погіршення якості цільових продуктів, що зумовлено процесами деструкції хітину, гідролізу та хімічної модифікації білка та ліпідів; використання корозійностійкого обладнання; велика витратаводи на технологічні потреби та багаторазові промивання.

Біотехнологічний спосібполягає у використанні ферментів для видалення залишкового білка та мінеральних речовин. Використовуються ферменти та ферментні препарати мікробіологічного та тваринного походження. Переваги біотехнологічних способів депротеїнування та демінералізації хітину: використовуються "щадні" умови, що дозволяє зберегти найбільшою мірою нативні властивості хітину та білка, одержувані при цьому білкові продукти практично не містять хлориду натрію, присутність якого неминуча у разі застосування кислотно-лужних; використання ряду ферментних препаратів уможливлює поєднання кількох операцій, що спрощує процес; зменшення, порівняно з кислотно-лужним способом, агресивності реакційного середовища, що у свою чергу знижує витрати на обладнання та збільшує термін його служби; можливість здійснення хітину в суднових умовах безпосередньо разом вилову сировини.

Однак біометоди не позбавлені суттєвих недоліків. Це невисокий ступінь депротеїнування хітину навіть при застосуванні кількох послідовних обробок у свіжоінокульованих ферментах, що пов'язано з присутністю частини білка у недоступній для протеолітичних ферментів формі. Багатостадійність та тривалість обробки. Використання дорогих ферментів чи штамів бактерій. Зрештою, необхідність забезпечення стерильності виробництва.

Електрохімічний спосібє альтернативою хімічному та біотехнологічному способам, і дозволяє в одному технологічному процесі отримувати хітин досить високого ступеня очищення та цінні у харчовому відношенні білок та ліпіди.

Сутність технології отримання хітину полягає у проведенні стадій депротеїнування, демінералізації та знебарвлення панцирсодержащей сировини у вигляді водно-сольової суспензії в електролізерах оригінальної конструкції під дією електромагнітного поля, спрямованого потоку іонів і утворюються в результаті електролізу води Н + - і ВОН - - іонів ряду продуктів, що зумовлюють кислу та лужну реакцію середовища та її окисно-відновний потенціал відповідно.

До переваг електрохімічної технології отримання хітину належать: можливість отримання в одному технологічному циклі всіх цінних компонентів сировини з максимальним виходом за збереження їх біологічних та функціональних властивостей за рахунок щадних умов обробки; виключення необхідності використання кислот, лугів та ферментів, і, відповідно, зниження екологічних навантажень на навколишнє середовище; скорочення витрати прісної води на промивання; інтенсифікація процесу; підвищення зносостійкості обладнання через відсутність агресивних середовищ; можливість оперативної зміни продуктивності та технологічної схеми процесу; можливість одержання широкого спектру похідних хітину.

Основне джерело інформації:

• Хітін і хітозан: Отримання, властивості та застосування / За ред. К.Г. Скрябіна, Г.А. Вихорьової, В.П. Варламова. – М.: Наука, 2002. – 368 с.

1 Місце хітину у класифікації хімічних сполук

Хітин (полі-N-ацетил-D-глюкозамін) є широко поширеним у природі біополімером.Полімери (від грец. polymeros - що складається з багатьох частин, різноманітний) - це речовини, молекули яких складаються з великої кількості структурно повторюваних ланок - мономерів. За походженням полімери ділять на природні або біополімери (напр. натуральний каучук) і синтетичні (напр., поліетилен). Завдяки механічної міцності, еластичності, електроізоляційним та іншим властивостям виробу з полімерів застосовують у різних галузяхпромисловості та у побуті. Основні типи полімерних матеріалів- Пластичні маси, гуми, волокна, лаки, фарби, клеї, іонообмінні смоли.

Біополімерами є багато природних високомолекулярних сполук, з яких побудовані клітини живих організмів і міжклітинна речовина, що зв'язує їх між собою. До біополімерів відносяться білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди (складні вуглеводи) і так звані змішані біополімери.наприклад, ліпопротеїни (комплекси містять білки та ліпіди) і т.д. Хітін - це азотомісткий полісахарид (амінополісахарид). Мономерами полісахаридів є моносахариди (монози): глюкоза, фруктоза, галактоза ін.

У зв'язку з біологічною функцією полісахариди поділяються на резервні та структурні. Більшість резервних полісахаридів (крохмаль, глікоген, інулін) є найважливішими компонентами харчових продуктів, виконуючи в організмі людини функцію джерела вуглецю та енергії. Структурні полісахариди (целюлоза, геміцелюлоза) у клітинних стінках рослин утворюють протяжні ланцюги, які, своєю чергою, укладаються у міцні волокна чи пластини і є свого роду каркасом у живому організмі. Найпоширеніший у світі біополімер це структурний полісахарид рослин – целюлоза. Хітін є другим після целюлози щодо поширеності структурним полісахаридом. за хімічної будови, фізико-хімічним властивостям та виконуваним функціям хітин близький до целюлози Хітін – це аналог целюлози у тваринному світі.

2 Хімічна структура хітину та хітозану

2.1 β-D-глюкоза

Елементарною частинкою (мономером) хітину є N-ацетил-β-D-глюкозамін. Термін глюкозамін означає, що мономер хітину є похідним глюкози, А точніше, β-D-глюкози.

Розглянемо докладніше, що означає β-D-глюкоза. Xімічна формула глюкози С 6 (Н2 O)6. З органічної хіміїдобре відомий, що заданій формулі можуть відповідати різні речовини. Такі речовини мають однакову хімічну формулу, молекулярну масу, послідовність з'єднання атомів, але різні властивості називають стереоізомерами.У стереоізомерах різниця у властивостях виникає через різне розташування атомів у просторі. У моносахаридах стереоізомери утворюються через різну конфігурацію гідроксильної групи ВІН і атома водню Н відносите атома вуглецю С. Спрощено це можна уявити розміщенням ВІН і Н справа або зліва від С. У молекулі глюкози є 4 таких атоми вуглецю (обведені синім кольором). У біохімії їх називаютьасиметричними чи хіральними.Змінюючи місцями ОН і Н теоретично можна отримати 16 стереоізомерів. Найбільш важливі ізомери глюкози: D-глюкоза та L-глюкоза.Не тільки глюкоза, але й інші моносахариди відносяться або до - або до L - ізомерів. Віднесення моносахаридів до D- або L-ізомерів проводиться за розташуванням групи ВІН у атома вуглецю С, далі віддаленого від карбонільної групи С=О (для глюкози ці групи С=Н і ОН обведені червоним кольором).

У природі (фрукти, овочі, мед тощо) зустрічається лише D-глюкоза. L-глюкоза отримана синтетично.

Моносахара схильні до утворення циклічних структур.Саме циклічні молекули моноцукорів, з'єднуючись між собою, утворюють молекули полісахаридів. У кристалічному стані моносахариди перебувають лише у циклічній формі. Глюкоза утворює циклічну структуру з 5 атомами вуглецю і одним атомом кисню в кільці. При утворенні циклічної структури глюкози до 4 наявних хіральних атомів вуглецю додається ще один 5-й хіральний атом вуглецю(Обведений чорним кольором). У лінійній структурі це атом вуглецю входив у карбонільну групу С=О. Це призводить до утворення 2-х стереоізомерів D-глюкози: - коли ВІН 5-го хірального атома вуглецю розміщується вище площини кільця і ​​- нижче.Цей додатковий хіральний атом називають аномальним, а - і -стереоізомери D-глюкози аномерами. За фізико-хімічними властивостями α- і β-аномер істотно відрізняються один від одного. Входячи в полісахариди як будівельні блоки вони утворюють зовсім різні вуглеводи (так,α-D-глюкоза утворює амілозу; β -D-целюлозу). У водних розчинах - і -аномери легко переходять один в одного і між ними встановлюється рівновага: 64% -D-глюкози і 36% -D-глюкози.

2.2 β-D-глюкозамін та N-ацетил-β-D-глюкозамін

За класифікацією похідних моносахаридів глюкозамін відноситься до аміносахарів. Аміносахара - це похідні моносахаридів, гідроксильна група яких -ВІН заміщена аміногрупою -NH2(найчастіше у 2 атоми вуглецю - див. рис.). За номенклатурою ІЮПАК назви аміносахарів утворюють додаванням до назви "вихідного" моносахариду назви аміногрупи, що заміщає гідроксил (із зазначенням її положення), та префіксу "дезокси", що вказує на заміщення. За цією номенклатурою повна назва β-D-глюкозаміну: 2-аміно-2-дезокси-D-глюкопіраноза (D-глюкозамін). 2-аміно визнає, що аміногрупа приєднана до 2-го атома вуглецю; 2-дезокси означає, що 2 атома вуглецю відсутня гідроксильна група; закінченняпіраноза присутній у моносахаридах циклічної структури.Спрощена назва походить з кореня відповідного моносахариду, до якого додається слово «амін», наприклад, глюкозамін. Аміносахара, на відміну інших моносахаридів йдуть не так на отримання енергії, але в формування сполучних тканин організму.

N-ацетил-β-D-глюкозамін - це ацетильований β-D-глюкозамін. Ацетилювання - це заміщення атомів водню в органічних сполук залишком оцтової кислоти CH3 CO (ацетильною групою). N-ацетил-β-D-глюкозамін - це мономер (елементарна, структура, що повторюється) хітину,а β-D-глюкозамін – хітозану.

2.3 Хітін та хітозан

Молекула хітину складається з N-ацетил-β-D-глюкозамінових ланок.У живих у природі організмах може утворюватися лише хітин, а хітозан є похідним хітину. Молекула хітозану складається з β-D-глюкозамінових ланок. Хітозан одержують із хітину деацетилюванням за допомогою лугів.Деацетилювання - це реакція, зворотна ацетилюванню, тобто. заміщення атомом водню ацетильної групи СН3. Тому, на відміну хітину, хітозан може мати структурну неоднорідність обумовлену неповною завершеністю реакції деацетилювання. Зміст залишкових ацетильних груп СН3 СО (на рис. обведена сірим) може досягати 30% і характер розподілу цих груп може впливати на деякі фізико-хімічні властивості хітозану. Таким чином, при неповному ацетилюванні молекула хітозану складається з випадково-пов'язаних N-ацетил-β-D-глюкозамінових ланок(основні ланки) та β-D-глюкозамінових ланок(Залишкові ланки) .

Хітін, як і целюлоза, має дві гідроксильні групи, одна з яких у С-3 вторинна, а друга у С-6 - первинна. За цими функціональними групами може бути здійснено отримання похідних, аналогічним відповідним похідним целюлози. Серед них можна відзначити прості (наприклад, карбоксиметилові) та складні ефіри. Хітозан має додаткову реакційну функціональну групу (аміногрупа NH2 )тому крім простих і складних ефірів на хітозані можливе отримання N-похідних. різного типу. Наявність реакційноздатних функціональних груп у структурі молекул хітину та хітозану забезпечує можливість отримання різноманітних хімічних модифікацій придатних для використання у різних галузях промисловості, сільському господарстві, медицині тощо.

Хітін є опорним компонентом:

• клітинної тканини більшості грибів та деяких водоростей;
• зовнішньої оболонки членистоногих(кутикула у комах, панцир у ракоподібних) та черв'яків;
• деяких органів молюсків.

В організмах комах та ракоподібних, клітинах грибів та діатомових водоростей хітин у комплексі з мінеральними речовинами, білками та меламінами утворює зовнішній скелет та внутрішні опорні структури.

Меланіни (від грец. melas, родовий відмінок melanos - чорний), коричневі та чорні (еумеланіни) або жовті (феомеланіни) високомолекулярні водонерозчинні пігменти. Широко поширені у рослинних та тваринних організмах; визначають забарвлення покривів та його похідних (волосся, пір'я, луски) у хребетних, кутикули у комах, шкірки деяких плодів тощо.

Потенційні джерела хітину різноманітні та поширені у природі. Загальна репродукція хітину у океані оцінюється в 2.3 млрд. т на рік, що може забезпечити світовий потенціал виробництва 150-200 тис. т хітину на рік.

Найбільш доступним для промислового освоєння та масштабним джерелом отримання хітину є панцирі промислових ракоподібних. Можливе також використання гладіусу (скелетної платівки) кальмарів, сепіону каракатиці, біомаси міцелярних та вищих грибів. Комахи, що піддаються розведенню, внаслідок їх швидкого відтворення можуть забезпечити значну біомасу, що містить хітин. До таких комах відносяться тутовий шовкопряд, медоносні бджолита кімнатні мухи. У Росії масовим джерелом сировини, що містить хітин, є камчатський краб і краб-стригун, річний вилов яких на Далекому Сході становить до 80 тис. т, а також кута хвосту креветка в Баренцевому морі.

Відомо, що панцирі ракоподібних - досить дорога сировина,і незважаючи на те, що розроблено понад 15 методів отримання з них хітину, було поставлено питання про отримання хітину та хітозану з інших джерел, серед яких розглядалися дрібні ракоподібні та комахи.

За рахунок поширення бджільництва в нашій країні існує можливість отримувати хітинову сировину (підмор бджіл) у значних масштабах.Станом на 2004 р. Російської Федераціїу всіх категоріях господарств є 3290000 бджолиних сімей. Сила бджолиної сім'ї (маса робочих бджіл, що знаходяться в бджолиній сім'ї, що вимірюється в кг) дорівнює в середньому 3,5-4 кг. Влітку в період активного медозбору та навесні після зимівлі бджолина сім'я оновлюється майже на 60-80 %. Таким чином, щорічна сировинна база підмору бджіл може становити від 6 до 10 тисяч тонн, це дає можливість розглядати підмор бджіл як нове перспективне джерело хітозану комах поряд із традиційними видами сировини.

Хімічний склад різних видівхімічної сировини, % на суху речовину

Хітін, що входить до складу панцира ракоподібних, утворює волокнисту структуру. У ракоподібних відразу після линяння панцир м'який, еластичний, що складається тільки з хітин-білкового комплексу, але з часом відбувається його зміцнення за рахунок мінералізації структури в основному карбонатом кальцію. Таким чином, панцир ракоподібних побудований з трьох основних елементів - хітину, що грає роль каркасу, мінеральної частини, що надає панцирю необхідну міцність і білків, що роблять його живою тканиною.До складу панцира входять також ліпіди, меланіни та інші пігменти.

У кутикулі дорослих комах хітин також ковалентно пов'язаний з білками типу артраподину та склеротину, а також великою кількістю меланінових сполук, які можуть становити до 40% кутикули. Кутикула комах відрізняється великою міцністю та водночас гнучкістю завдяки хітину. Перевагою бджолиного підмору є мінімальний вміст мінеральних речовин, тому що кутикула комах практично не мінеральна. У зв'язку з цим відпадає необхідність проводити складну процедуру демінералізації.

Масові джерела ПСС є у багатьох країнах, але промислове виробництво хітину та хітозану освоєно переважно у Японії, де сумарно за даними на 1998 р. випускається до 2500 т хітину та хітозану на рік.У США випускається близько 1000 т хітозану та інших модифікацій хітину на рік. Європейські країни (Італія, Норвегія, Польща) випускають до 100 т хітозану на рік. У Останніми рокамирозвиток промислового виробництвахітіна та його похідних розвивається в Індії, Китаї та Таїланді. В якості сировини для отримання полімерів, в Японії та Китаї використовуються ПСС від переробки крабів та креветок, а в США – ПСС крабів та омарів. Вітчизняна промисловість почала освоювати виробництво хітину та хітозану в 1970-1980 роках. і до теперішнього часу загальний обсяг їхнього випуску досягає 80 т на рік. (Апітерапія. / Хісматуліна Н.3. - Перм: Мобіле, 2005. - 296 с.)

4 Фізико-хімічні властивості та застосування хітину та хітозану

Хітін та його дезацетильоване похідне хітозан привернули увагу широкого кола дослідників та практиків завдяки комплексу хімічних, фізико-хімічних та біологічних властивостей та необмеженою відтворюваною сировинною базою. Полисахаридная природа цих полімерів зумовлює їх спорідненість до живих організмів, а наявність реакційноздатних функціональних груп (гідроксильні групи, аміногрупа) забезпечує можливість різноманітних хімічних модифікацій, що дозволяють посилювати властиві їм властивості або надавати нові відповідно до вимог.

Інтерес до хітину та хітозану пов'язаний з їх унікальними фізіологічними та екологічними властивостями такими як біосумісність, біодеструкція (повне розкладання під дією природних мікроорганізмів), фізіологічна активність за відсутності токсичності, здатність до селективного зв'язування важких металів та органічних сполук, здатність до волокно- та плівкоутворення та ін.

Процес отримання хітину полягає у видаленні з сировини останнього мінеральних солей, білків, ліпідів, пігментів, тому якість хітину та хітозану залежить багато в чому від способу та ступеня видалення цих речовин, а також від умов проведення реакції деацетилювання. Вимоги до властивостей хітину та хітозану визначаються областями їх практичного використання, які дуже різноманітні. У Росії, як і в інших країнах, немає єдиного стандарту, але існує розподіл на хітин та хітозан технічний, промисловий, харчовий та медичний.

На сайті компанії «Хітін і хітозан» виробляє хітин і хітозан промислових масштабахперераховані такі напрямки їх застосування:

• атомна промисловість: для локалізації радіоактивності та концентрації радіоактивних відходів;
• медицина: як шовні матеріали, рано- і опікозагоювальні пов'язки. У складі мазей різних лікувальних препаратів, як ентеросорбент;
• сільське господарство: для виробництва добрив, захисту. насіннєвого матеріалута сільськогосподарських культур;
• текстильна промисловість: при шліхтуванні та протиусадковій або водовідштовхувальній обробці тканин;
• паперова та фотографічна промисловість: для виробництва високоякісних та спеціальних сортів паперу, а також для покращення властивостей фотоматеріалів;
• у харчовій промисловості виконує роль консерванту, освітлювача соків та вин, дієтичного волокна, емульгатора;
• в якості харчової добавкипоказує унікальні результати як ентеросорбент;
• у парфумерії та косметиці входить до складу зволожуючих кремів, лосьйонів, гелів, лаків для волосся, шампунів;
• при очищенні води служить як сорбент та флокулянт.

За хімічною структурою хітин близький до целюлози. Як і молекули целюлози, молекули хітину мають велику жорсткість і схильність до утворення надмолекулярних структур (так звані фібрилярні структури). У фібрилярних структурах молекули хітину, скріплені водневими зв'язками, розташовуючись майже паралельними пучками, утворюють структури регулярні в 3-х вимірах, що характерно для кристалів. Відомі кілька типів таких кристалічних утворень (α-,β-,γ-хітин), які відрізняються ступенем упорядкованості та взаємною орієнтацією полімерних молекул (поліморфізм).

Однією з найважливіших властивостей полімерів, що визначають у багатьох випадках можливість їх переробки та застосування, є їх розчинність. Хітин нерозчинний у воді, розчинах органічних кислот, лугах, спиртах та інших органічних розчинниках.Він розчинний у концентрованих розчинах соляної, сірчаної та мурашиної кислот, а також у деяких сольових розчинах при нагріванні, але при розчиненні він помітно деполімеризується. У суміші диметилацетаміду, N-метил-2-піролідону та хлористого літію хітин розчиняється без руйнування полімерної структури. Низька розчинність ускладнює переробку та застосування хітину.

Одержуваний з хітину хітозан розчиняється в розчинах як органічних так і неорганічних кислот (крім сірчаної). На відміну від практично нерозчинного хітину, хітозан, розчинний навіть у розчинах органічних кислот, має ширші можливості для застосування у харчовій промисловості, медицині, сільському господарстві та інших галузях.

Також важливими важливими властивостямихітозану є гігроскопічність, сорбційні властивості, здатність до набухання.Через те, що в молекулі хітозану міститься багато гідроксильних, амінних та інших крайніх груп, її гігроскопічність дуже велика (2-5 молекул на одну мономерну ланку, яка знаходиться в аморфних областях полімерів). За цим показником хітозан поступається тільки гліцерину і перевершує поліетиленгліколь і калеріоль (високополімерний спирт із груші). Хітозан добре набухає та міцно утримує у своїй структурі розчинник, а також розчинені та зважені в ньому речовини.Тому в розчиненому вигляді хітозан має набагато більші сорбційні властивості, ніж у нерозчиненому.

Хітозан може піддаватися біологічному розкладу під впливом хітінази та лізоциму.Хітінази - це ферменти, що каталіціюють розкладання хітину. Виробляються в організмах тварин, які містять хітин. Лізоцим виробляється в організмі тварин та людини. Лізоцим - фермент, що руйнує стінку бактеріальної клітини, внаслідок чого відбувається її розчинення. Створює антибактеріальний бар'єр у місцях контакту з зовнішнім середовищем. Міститься у слині, сльозах, слизовій оболонці носа. Повністю розкладаються під дією природних мікроорганізмів вироби з хітозану не забруднюють довкілля.

за зовнішньому виглядухітозан є лусочки розміром менше 10 мм або порошки різної тонини помелу, від білого до кремового кольору, часто з жовтуватим, сіруватим або рожевим відтінком, без запаху.Іншими властивостями сухого хітозану є електризування та в'яжучий смак. За токсичністю хітозан належить до 4-го класу та вважається безпечним.

Хітозан показав себе як ефективний радіопротектор, сорбент токсинів та важких металів в організмі, елемент лікувально-профілактичного харчування, засіб захисту рослин, імуномодулятор у ветеринарії та інших областях. На сьогоднішній день відомо понад 70 напрямків застосування хітозану.

Японські фахівці назвали хітозан речовиною ХХІ століття.На їхню думку, вже через два – три десятиліття промислова цивілізація буде немислима без нього так само, як без алюмінію, поліетилену чи персонального комп'ютера.

5 Низькомолекулярний хітозан. Апізан

Для розширення сфери застосування хітозану в медицині велике значеннямає розчинність при нейтральних значеннях рН, що може бути забезпечено зниженням його молекулярної маси.Як показує практика, молекулярна маса хітозанів, одержуваних з панцира ракоподібних хімічними та ферментативними способами, висока і становить до 103 кДа. Такі хітозани розчиняються лише у водних розчинах органічних та мінеральних кислот, що не завжди зручно. Для отримання хітозану, розчинного в нейтральних розчинах (при рН = 7), вихідний хітозан гідролізують за допомогою хімічних реагентів або ферментів.

Як гідролізуючий реагент найчастіше застосовується пергідроль у вигляді 3-10%-ного водного розчину при помірному нагріванні до 30-50 °С. Гідроліз знижує молекулярну масу хітозану та покращує його розчинність у слабокислих водних розчинах. При цьому виходить полідисперсний за молекулярною масою продукт, розчинний у розчинах розведених кислот при рН > 5.

Як ферментні препарати для деградації хітину і хітозану застосовують комплекси ферментів різного походження. Це можуть бути ферментні комплекси гепатопанкреасу краба або криля, а також панкреатин із підшлункової залози великого рогатої худоби. Але найчастіше для цієї мети застосовують ферментні комплекси з хітинолітичною активністю мікробіологічного походження. Застосування ферментних препаратів для деградації хітозану дозволяє отримувати низькомолекулярні хітозани, розчинні у воді і які мають при цьому на порядок вищу біологічну активність порівняно з високомолекулярними хітозанами.Такі властивості низькомолекулярних хітозанів суттєво розширюють сферу їх застосування як медичні полімери. Наприклад, на основі низькомолекулярних хітозанів розроблені ефективні радіопротектори, хіральні селектори різних субстанцій медичного призначення, антикоагулянти з високою активністю гепарину.

Виділений з хітинового покриву бджіл хітозан для надання йому водорозчинності також гідролізу піддається комплексом ферментів мікробного походження. В результаті виходить продукт, названий апізаном (бджолозаном).Апізан в кінці технологічного ланцюжка його одержання, після ліофільної сушіння, являє собою тонкий порошок світло-коричневого кольору, розчинний у кислому середовищі при рН=5.5, має вологість 8-10%, вміст золи 1-2%, ступінь деацетилювання - 80-85 % ( Практична апітерапія. / Хісматуліна Н.3. – Перм: ЕксЛібрум, 2009. – 336 с.).

Часто на сайтах про бджолопродукти можна зустріти, наприклад, таке безглузде твердження про переваги бджолозану: "...Низкомолекулярный хітозан, отриманий з кутикули бджіл засвоюється повністю, на відміну високомолекулярного хітозану отриманого з панцира ракоподібних, який засвоюється частково." По-перше, в кінці технологічного ланцюжка одержання і той і інший хітозани низькомолекулярні. По-друге, і це найголовніше, за своєю біологічною природою хітозан відноситься до харчових волокон, які не засвоюються зовсім або засвоюються дуже слабко. Головна їхня гідність - здатність проходити через ШКТ не засвоюючись "механічно" його очищаючи (див. сторінку

Тип «Членистоногі» включає класи Ракоподібних, Павукоподібних і Комах. Однією із загальних ознак Членистоногих є хітиновий покрив всього тіла. Така оболонка надійно захищає внутрішні органи і є опорною основою. рухової системицих тварин: дізнатися докладніше про склад та функції хітинового покриву Членистоногих допоможе ця стаття.

Що таке хітін?

У перекладі з грецької мови хітін (хітон) – одяг, оболонка, шкіра. Природний азотомісткий полісахарид хітин - це полімер, основою якого входить N-ацетил глюкозамин. За своєю структурою він схожий на целюлозу. Його фізичні властивості:

• твердий;
• безбарвний чи напівпрозорий;
• жорсткий на дотик;
• нерозчинний у воді.

Мал. 1. Структура хітину

У природі хітин рідко зустрічається в чистому вигляді, тому що представлений у комплексі з іншими полісахаридами. Такі сполуки асоціюють із білками.

Хітін вперше був виділений із зовнішньої оболонки тарантула. Назва виникла 1823 року, коли французький учений А. Одьє досліджував покрив комах.

Хітін входить до складу клітинних стінок грибів і бактерій. Він є зовнішнім скелетом Членистоногих та інших безхребетних тварин. Саме завдяки йому тіло зовні захищене від механічного, хімічного та іншого впливу навколишнього середовища.

Дане з'єднання утворюється в тілі кишковопорожнинних тварин, а також різноманітних черв'яках.

Щорічно на планеті у живих організмах утворюється та розпадається близько 10 млрд. тонн хітину.

З хітину в промислових умоводержують хітозан. Для цього використовують панцирі ракоподібних (раків, крабів, криля). Застосовують його як добавку в кормах тварин для виготовлення продуктів харчування, косметики, в медичних цілях і сільському господарстві.

Функції хітинового покриву

Екзоскелет Членистоногих виконує функції:

• зовнішнього панцира, за яким ховаються внутрішні органи;
• виступає у ролі скелета, якого зсередини кріпляться скорочувальні структури м'язової системи;
• надає тілу форму;
• не допускає зайвої втрати вологи з організму тварин.

Будучи досить щільною сполукою, хітинова оболонка не дає змоги рости тварині. Також товщина покриву неоднакова по всьому тілу. Наприклад, у спинній частині шар твердіший, ніж у підстави кінцівок. Тому іноді Членистоногим доводиться змінювати свій покрив. Процес заміни зовнішньої оболонки називається линянням. У цей період, поки нова хітинова оболонка твердіє, тварина швидко росте, але стає вразливою.

Будова хітинової оболонки

Якщо розглядати будову оболонки під мікроскопом, то можна виявити два шари клітин:

• екзокутикулу;
• ендокутикулу.

Мал. 2. Хітинова оболонка

У ракоподібних тіло вкрите хітином, просоченим солями кальцію. Така сполука формує досить міцну оболонку, що нагадує броню.

У Комах оболонка просочена білками.

У наземних представників типу Членистоногих поверх хітинового покриву є воскоподібна речовина, яка запобігає втраті вологи.

Мал. 3. Хітін під мікроскопом

Що ми дізналися?

У цьому тексті ми дізналися, що Членистоногі мають хітиновий покрив. Це особлива природна сполука, яка має щільну структуру і виступає як опорно-рухової системи даного типу тварин. Хітін є природним полісахаридом, що нагадує целюлозу у рослин. У його функції входить захист від пошкоджень та випаровування зайвої вологи.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.5. Усього отримано оцінок: 75.

Побудований із залишків N-ацетил-D-глюкозаміну з 14-зв'язками між ними (див. ф-лу). Деацетильовані (частково або повністю) полімери, що зустрічаються в природі або хімічні. обробкою хітину, носять назв. хітозанів.

Х ітин широко поширений у природі, будучи опорним компонентом клітинної стінки більшості грибів і деяких водоростей, зовнішньої оболонки членистоногих і черв'яків, деяких органів молюсків.
Аналогія у хім. будову хітину та целюлози призводить до близькості їх фіз.-хім. св-в, що дозволяє їм виконувати подібні ф-ції у живих системах. Як і молекули целюлози, молекули хітину мають велику жорсткість і виражену схильність до міжмол. асоціації з утворенням високовпорядкованих надмол. структур. Відомо дек. типів таких кристаліч. утворень (-хітини), які відрізняються ступенем упорядкованості і взаємною орієнтацією окремих полімерних ланцюгів. Хітін не розтв. у воді , і його вдається розчинити тільки у присутності. агентів, що ефективно розривають водневі зв'язки (насичений водний розчин LiSCN, 5-10% розчин LiCl у ДМСО або N,N-диметилацетаміді).
Біосинтез хітину відбувається в спеціальних клітинних органелах (хітосомах) за участю ферменту хітинсинтетази шляхом послідовності. перенесення залишків N-ацетил-D-глюкозаміну з уридиндифосфат-N-ацетил-D-глюкозаміну на зростаючий полімерний ланцюг. Хітозан, наявність якого особливо характерна для клітинних стінок деяких грибів, утворюється шляхом ферментативного N-деацетилювання хітина.