Исследование процессов получения хитинодержащих полимеров из грибной биомассы

ВВЕДЕНИЕ 6
1 ХИТИН/ХИТОЗАН 8
1.1 Структура и физико-химические характеристики 8
1.2 Распространение в природе и функции 12
1.2.1 Ракообразные 12
1.2.2 Грибы 14
1.2.3 Насекомые 16
1.3 Выделение. Предварительная обработка хитина 18
1.4 Микробный синтез хитина 21
1.5 Деструкция хитина у микроорганизмов 22
1.6 Новые микроорганизмы, осуществляющие деградацию хитина в природных сообществах 24
1.7 Механизм гидролиза полимеров микроорганизмами 26
1.8 Хитозан и его производные как ингибиторы фитопатогенных грибов 28
1.9 Противогрибное действие хитозана относительно фитопатогенов в зависимости от основных физико-химических характеристик 30
1.9.1 Влияние молекулярной массы 30
1.9.2 Влияние степени полимеризации 33
1.9.3 Влияние степени дезацетилирования 34
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
2.1 Выделение ХГК 37
2.2 Получение ХтГК 38
2.3 Методы определения степени деацетилирования хитина 39
2.3.1 Метод потенциометрического титрования 39
2.3.2 Метод инфракрасной спектроскопии 40
2.3.3 Метод кислотного гидролиза 44
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 49
3.1 Выделение хитин- и хитозан-глюкановых комплексов из биомассы мицелия и плодовых тел грибов 49
3.2 Физико-химические свойства образцов хитин-глюкановых комплексов 51
3.3 Гидролиз хитин-глюканового комплекса гриба Fomes fomentarius фосфорной кислотой 53
3.4 Деацетилирование ХГК из различных источников 55
ВЫВОДЫ 59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 60

Весь текст будет доступен после покупки

Биополимеры хитин и хитозан обратили на себя внимание ученых почти 200 лет назад. Хитин был открыт в 1811 г. (Н. Braconnot, A. Odier), а хитозан в 1859 году (С. Rouget), хотя свое нынешнее название получил в 1894 г.. В первой половине XX века к хитину и его производным был проявлен заслуженный интерес, в частности, три Нобелевских лауреата: F. Fischer (1903) синтезировал глюкозамин, P. Karrer (1929) провел деградацию хитина с помощью хитиназ, a W. H. Haworth (1939) установил абсолютную конфигурацию глюкозамина.[43]
По химической структуре хитин близок к целлюлозе и только ей уступает по распространенности в природе. Хитин нерастворим в воде, разбавленных кислотах, щелочах, спиртах и других органических растворителях. Он растворим в концентрированных растворах соляной, серной и муравьиной кислот, а также в некоторых солевых растворах при нагревании, но при растворении он заметно деполимеризуется. В смеси диметилацетамида, N-метил-2-пирролидона и хлористого лития хитин растворяется без разрушения полимерной структуры.
Хитин как неразветвленный полисахарид с ?-(1-4)-гликозидными связями, образует фибриллярные структуры, для которых характерна линейная конформация молекул, закрепленная водородными связями. Подобные молекулы, располагаясь приблизительно параллельными пучками, образуют структуры, регулярные в трех измерениях, что характерно для кристаллов.
В организмах насекомых и ракообразных, клетках грибов и диатомовых водорослей хитин в комплексе с минеральными веществами, белками и меланинами образует внешний скелет и внутренние опорные структуры. Потенциальные источники хитина многообразны и широко распространены в природе. Общая репродукция хитина в мировом океане оценивается 2,3 млрд. т. В год, что может обеспечить мировой потенциал производства 150-200 тыс. т. хитина в год.
Наиболее доступным для промышленного освоения и масштабным источником получения хитина являются панцири промысловых ракообразных. Возможно также использование гладиуса кальмаров, сепиона каракатицы, биомассы мицелярных и высших грибов.[42]
Целью данной работы является изучение процессов хитинсодержащих полимеров из грибной биомассы.
В связи с целью данной работы можно выделить комплекс задач:
1. Изучить литературу по источникам и способам получения хитина и хитинсодержащих полимеров
2. Сравнить свойства хитина, полученного из разных источниках и изучить способы получения хитинсодержащих комплекса.
3. Получить хитинсодержащие комплексы из грибной биомассы и определить степень деацетилироования, вязкость, молекулярную массу
4. На основании исследования провести обсуждение результатов

Весь текст будет доступен после покупки

1 ХИТИН/ХИТОЗАН
1.1 Структура и физико-химические характеристики
Хитин содержит 6-7% азота, представляет собой семейство линейных полисахаридов, состоящих из различных количеств (1?4) связанных остатков N-ацетил-2 амино-2-дезокси-D-глюкозы и остатков 2-амино-2-дезокси-D-глюкозы (рисунок 1) Образцы хитина имеют низкое количество D-единиц, и, следовательно, полимер нерастворим в кислых и водных средах [1].

Рисунок 1 – Химическое строение хитина
Структурно хитин похож на целлюлозу, которая состоит из субъединиц глюкозы и также соединена ?-(1?4)-связями, за исключением того, что он имеет ацетиламиновую группу вместо гидроксильной на каждом мономере.
Наличие ацетамидных групп способствует образованию многочисленных меж- и внутримолекулярных водородных связей между линейными цепями хитина. Кроме того, эти группы расположены рядом с гидроксильными группами в транс положении, что обуславливает высокую степень кристалличности и нерастворимость в воде и органических растворителях. Функционально хитин напоминает белок кератин, который используется в качестве структурного компонента во многих организмах [2].
Хитин может быть растворен в концентрированной соляной, серной, азотной и фосфорной кислотах. При растворении хитина в кислотах происходит его постепенный гидролиз. В результате глубокого гидролиза образуется соответствующая соль глюкозамина.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Inmaculada Aranaz, Marian Mengibar, Ruth Harris, Ines Panos, Beatriz Miralles, Niuris Acosta, Gemma Galed and Angeles Heras. Functional Characterization of Chitin and Chitosan. 2009, 203-230.
2. Kaczmarek Michal Benedykt, Struszczyk-Swita Katarzyna, Li Xingkang, Szczesna-Antczak Miroslawa, Daroch Maurycy. Enzymatic Modifications of Chitin, Chitosan, and Chitooligosaccharides. 2019, 7. https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2019.00243
3. И.И. Осовская, Д.Л. Будилина Е.Б. Тарабукина, Л.А. Нудьга Хитин-глюкановые комплексы (ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ характеристики) Санкт-Петербург, СПбГТУРП, 2010. - 52 с.
4. Стой, Э. (2019). Хитин. Извлечено из www.chemistryworld.com/podcasts/chitin/6478.article Ссылка
5. Jagadish C. Roy, Fabien Salaun, Stephane Giraud, Ada Ferri. Solubility of Chitin: Solvents, Solution Behaviors and Their Related Mechanisms. 2017. DOI: 10.5772/intechopen.71385
6. Sandra Patricia Ospina Alvarez,David Alexander Ramirez Cadavid,1 Diana Marcela Escobar Sierra , Claudia Patricia Ossa Orozco, Diego Fernando Rojas Vahos , Paola Zapata Ocampo and Lucia Atehortua. Comparison of Extraction Methods of Chitin from Ganoderma lucidum Mushroom Obtained in Submerged Culture. 2014.
7. Zlotko, K.; Wasko, A.; Kaminski, D.M.; Budziak-Wieczorek, I.; Bulak, P.; Bieganowski, A. Isolation of Chitin from Black Soldier Fly (Hermetia illucens) and Its Usage to Metal Sorption. Polymers 2021, 13, 818. https://doi.org/10.3390/polym13050818
8. Suryawanshi, Nisha & Seenivasan, Ayothiraman & Vasanth, D. Chitin and its derivatives: structure, production, and their applications. 2016.
9. Aurelia Poerio, Chloe Petit, Jean-Philippe Jehl, Elmira Arab-Tehrany, Joao F. Mano, Franck Cleymand. Extraction and Physicochemical Characterization of Chitin from Cicadaorni Sloughs of the South-Eastern French Mediterranean Basin. 2020. https://doi.org/10.3390/molecules25112543
10. Broqua J, Zanin B.G, Flach A.M, Mallmann C, Taborda F.G.D, Machado L.E.L, Alves S.M.L, Silva M.M, Dias R.J.S.P, Reis O.V, Pighinelli L. Different Aspects of Chemical and Biochemical Methods for Chitin Production a Short Review. 2018. DOI: 10.29011/2577-1477.100045
11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТИНА И ХИТОЗАНА ИЗ НАСЕКОМЫХ В.П. Курченко1 , С.В. Буга1 , Н.В. Петрашкевич1 , Т.В. Буткевич1 , А.А. Ветошкин1 , Е.Л. Демченков2 , А.Д. Лодыгин2 О.Ю. Зуева3 , В.П. Варламов3 , О.И. Бородин4 Труды БГУ 2016, том 11, часть 1 2016
12. Badawy, Mohamed & Rabea, Entsar. (2016). Chitosan and Its Derivatives as Active Ingredients Against Plant Pests and Diseases.
13. Vincent, J.V. Arthropod cuticle: a natural composite shell system / J.V. Vincent // Composites: Part A. – 2002. – Vol.33, N.10. – P.1311–1315.
14. Stankiewicz, B. Biodegradation of the chitin-protein complex in crustacean cuticle / B. Stankiewicz, M. Mastalerz, C. J. Hof, A. Bierstedt, M.B. Flannery, G. Dereke, B. Evershed // Org. Geochem. – 1998. – V.28, N. 1/2. – P. 67–76.
15. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. – М.: Наука, 2002.? 368 с.
16. Мезенова, О.Я. Гаммарус балтийский – потенциальный источник получения хитина и хитозана / О.Я. Мезенова, А.С. Лысова, Е.В. Григорьева // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: материалы VII Международной конференции. – М.: ВНИРО, 2003. – C. 32.–33.
17. Hahn, Thomas & Tafi, Elena & Paul, Aman & Salvia, Rosanna & Falabella, Patrizia & Zibek, Susanne. (2020). Current state of chitin purification and chitosan production from insects. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 10.1002/jctb.6533.
18. ОСНОВНІ РЕСУРСИ ХІТИНУ І ХІТОЗАНУ ГРИБНОГО ПОХОДЖЕННЯ Нікітіна О.О., Нікіфорова Д.О. Київський національний університет технологій та дизайну, м. Київ, Україна nikitinap1046@gmail.com
19. Muthukrishnan, Subbaratnam & Merzendorfer, Hans & Arakane, Yasuyuki & Kramer, Karl. (2012). Chitin Metabolism in Insects. 10.1016/B978-0-12-384747-8.10007-8.
20. Nwe, Nitar & Furuike, Tetsuya & Tamura, Hiroshi. (2010). Chitin and Chitosan from Terrestrial Organisms. Chitin, Chitosan, Oligosaccharides and Their Derivatives: Biological Activities and Applications. 3-10. 10.1201/EBK1439816035-c1.
21. Chapman, R.F. The insects. Structure and function / R.F. Chapman // London: The English universities press, 1969. – 600 р.
22. Journal of Scientific & Industrial Research Vol. 63, January 2004, pp 20-31 Chitin and chitosan: Chemistry, properties and applications. Pradip Kumar Dutta*, Joydeep Dutta" and V S Tripathi"
23. Khoushab, Feisal & Yamabhai, Montarop. (2010). Chitin Research Revisited. Marine drugs. 8. 1988-2012. 10.3390/md8071988.
24. AUTHOR = {Dave, Uday and Somanader, Esther and Baharlouei, Parnian and Pham, Linh and Rahman, M. Azizur}, TITLE = {Applications of Chitin in Medical, Environmental, and Agricultural Industries}, JOURNAL = {Journal of Marine Science and Engineering}, VOLUME = {9}, YEAR = {2021}, NUMBER = {11}, ARTICLE-NUMBER = {1173}, URL = {https://www.mdpi.com/2077-1312/9/11/1173}
25. Dutta P K, Ravikumar M N V & Dutta J, Chitin and chitosan for versatile applications, JMS Polym Rev, C42 (2002) 307
26. Broussignac P. Chitosan, a natural polymer not well known by the industry. Chun. Ind. Genie Chim., N 99, p.1241-1247, 1968.
27. Domard A. Determination of iV-acetyl content in chitosan samples by c.d. measurements. Biol. Macromoi., N 9, p.333-336, 1987.
28. Domszy J.G., Roberts G.A.F. Evaluation of infrared spectroscopic techniques for analysing chitosan. Macromol. Chem., v.186, N 8, p.1671-1677, 1985.
29. Khan T.A., Peh K.K., Ch'ng H.S. Reporting degree of deacetylation values of chitosan: The influence of analytical methods. J. Pharmacy and Pharm. Sci., v.5, N 3, p.205-212, 2002.
30. Nanjo F., Katsumi R., Sakai K. The quantitative determination of chitosan. Anal. Biochem., N 193, p.164-167, 1991.
31. Niola F., Basora N., Chornet Е., Vidal P.F. A rapid method for the determination of the degree of N-acetylation of chitin-chitosan samples by acid hydrolysis and HPLC. Carbohydrate Research, v.238, p.1-9, 1993.
32. Ottoy M.H., Varum K.M., Smidsrod O. Compositional heterogeneity of heterogeneously deacetylated chitosans. Carbohydrate Polymers, v.29, N 1, p.17-24, 1996.
33. Saito H., Tabeta R., Ogawa K. Solid-state NMR spectroscopy of chitin and chitosan. Progr. Biotechnol., N 3, p.267-280, 1987.
34. Van Scheltinga A.C.T. Stereochemistry of chitin hydrolysis by a plant chitinase/lysozyme and X-ray structure of a complex with allosamidin: Evidence for substrate assisted catalysis. Biochemistry, v.34, N 48, p.15619- 15623, 1995.
35. Varum K.M., Anthonsen M.W., Grasdalen H., Smidsrod O. Determination of the degree of N-acetylation and the distribution of N-acetyl groups in partially N-deacetylated chitins (chitosans) by high-field n.m.r. spectroscopy. Carbohydrate Research, v.211, p.17-23, 1991.
36. Wang T., Turhan M., Gunasekaran S. Selected properties of pH-sensitive, biodegradable chitosan–poly(vinyl alcohol) hydrogel. Polymer International, v.53, p.911-918, 2004.
37. Быкова В.М., Немцев С.В. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана: хитин, его строение и свойства. В кн.: Хитин и хитозан = Chitin and chitosan: получение, свойства и применение. Под ред. Н.Г. Скрябина. М., Рос. акад. наук, Центр "Биоинженерия", Общерос. обществ. орг. "Рос. хитиновое об-во", c.7-23, 2002.
38. Долгопятова Н.В. Совершенствование технологии получения D(+)-глюкозамина на основании изучения кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина. Дис. … канд. техн. наук. Мурманск, МГТУ, 157 с., 2011.
39. Орлова Т.А., Новиков В.Ю., Волкова Н.И. Технология получения хитина, хитозана и продуктов на их основе из панциря ракообразных. Интенсиф. технол. процессов в рыб. пром-ти. Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф., 4-6 окт. 1989 г. Владивосток, ч. 2, с.137-138, 1989.
40. Павлов Г.М., Селюнин С.Г. Скоростная седиментация, молекулярная масса и конформационные параметры некоторых растворимых производных хитина. Высокомолек. соед. А., т.28, № 8, с.1727- 1731, 1986.
41. Чеботок Е.Н., Новиков В.Ю., Коновалова И.Н. Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деацетилировании. Журнал прикл. химии, т.79, № 7, с.1172-1176, 2006
42. Е.П. Феофилова/хитин грибов: распространение, биосинтез, физико-химические свойства и прексперктивы использования/ В книге «Хитин и Хитозан» 2002. М. «НАУКА» 365 С.
43. Л,А, Нудьга, В.А. Петрова, Г.А. Петропавловский, Г.А. Пазухина, И.В. Овчинников // Химический состав и свойства культивированных дереворазрушающих грибов PHANEROCHAETE SANGUINEA И GANODERMA APPLANTUM // Журнал прикладной химии 2001. Т. 74. №1. С. 135-137.

Весь текст будет доступен после покупки