Хитин представляет собой. Хитин - что такое? Определение, понятие

Все знают о целлюлозе: по общему объему органической массы этот полисахарид занимает первое место на Земле. И все знают, насколько важен этот углевод для промышленности. А вот о полисахариде, который стоит на втором месте по своей массе и не менее полезен человеку, — хитине — помнят разве что любители биологии. Вещество является основным компонентом экзоскелета (панцирь и клешни) членистоногих и некоторых беспозвоночных, а также входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий. О невероятных свойствах хитина и их применении в медицине, пищевой промышленности и радиационной защите говорили на совместной научной сессии Российского хитинового общества и кафедры технологии мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом Университета ИТМО.

Источник: www.gorilao.com.br

В природе хитин выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая прочность ракообразных, грибов и бактерий. В этом он похож на целлюлозу, которая является опорным материалом клеточной стенки растений. Но хитин является более реакционноспособным, говорится в материалах Российского хитинового общества. При нагревании и обработке концентрированной щелочью он превращается в хитозан. Этот полимер может растворяться в растворах разбавленных кислот, а также связываться и реагировать с другими химическими веществами. Таким образом, иногда химики называют хитозан «конструктором», с помощью которого можно создавать различные полимеры. Чтобы получить хитин в чистом виде, из содержащих его органических веществ удаляют белок, кальций и другие минералы, переводя их в растворимую форму. В результате получается хитиновая крошка.

«Для получения хитина используются ракообразные, грибы и насекомые. К слову, это вещество было впервые обнаружено в шампиньонах. Применение хитина и производного от него хитозана только расширяется. Полисахарид входит в состав пищевых добавок, лекарств, противоожоговых препаратов, растворимых хирургических нитей, используется в противорадиационных целях и во многих других. Хитозан — это полезная вещь, которая требует дальнейшего изучения », — прокомментировал президент Российского хитинового общества, доктор химических наук Валерий Варламов

Хитин в медицине

Благодаря тому, что хитозан отлично реагирует с другими химическими веществами, на цепочку полимера можно «навешивать», например, лекарства и рецепторы. Таким образом, действующее вещество будет высвобождаться только там, где оно нужно, не подвергая токсикозу весь организм. Более того, хитозан сам по себе совершенно не токсичен для живых существ, подчеркнул профессор Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности Алексей Албулов .

Хитозан также используется в качестве БАДа. Например, его низкомолекулярная фракция непосредственно всасывается в кровь и работает на уровне иммунной системы. Среднемолекулярная фракция является антибактериальным компонентом, который подавляет развитие патогенной микрофлоры в кишечнике. Кроме того, она способствует образованию пленки на слизистых оболочках кишечника, которая защищает их от воспаления. При этом пленка быстро растворяется, что важно для применения в медицине. Высокомолекулярная фракция хитозана служит в качестве сорбента для токсинов, которые есть в желудочно-кишечном тракте.

«Мы знаем много сорбентов, которые также обладают вредными для человека свойствами — они всасываются, откладываются в мышцах и костях. Хитозан лишен всех этих побочных эффектов. Более того, он может сорбировать экстракты трав, которые в связке с ним долго не теряют своих полезных свойств, и использоваться в качестве БАДа. Также хитозан используется в гелевой форме для лечения заболеваний полости рта или ожогов », — добавил Алексей Албулов.

Кроме того, хитозан обладает противоопухолевым эффектом, поэтому может применяться для профилактики рака, подчеркнула ученый секретарь Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН Ирина Мысякина . Вещество снижает уровень холестерина, так как связывает пищевые липиды и препятствует всасыванию жиров из кишечника. Также ведутся исследования применения хитозана в качестве медицинских имплантов.

Хитин и генная терапия

Генная терапия сейчас активно развивается. С помощью научного метода можно устранить активность того или иного «вредного» гена или вставить вместо него другой. Но для того, чтобы это сделать, необходимо каким-то образом доставлять «нужную» генную информацию в клетку. Раньше для этого использовались вирусы, однако у этой системы есть множество недостатков: канцерогенность и дороговизна в первую очередь подчеркнул сотрудник Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии Андрей Критченков . Но с помощью хитозана можно доставлять необходимую генную информацию в клетку без вредных последствий и относительно дешево.

«Невирусные векторы для доставки РНК можно буквально музыкально настраивать с помощью химических модификаций. Хитозан — более эффективный вектор, чем липосомы или катионные полимеры, потому что он лучше связывается с ДНК. Кроме того, такие системы нетоксичны, и их можно получать при комнатной температуре », — рассказал ученый.

Хитин в пищевой промышленности

Способность хитозана к абсорбированию используется в пивоварении для удаления осадка. Так называемые помутнения в напитке образуются из-за компонентов сырья и вспомогательных материалов в виде белков, углеводов, живых клеток и оксалатов. Чтобы удалять живые клетки, на этапе осветления продукта используется хитозан, привела пример профессор кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья Университета ИТМО Татьяна Меледина .

Об использовании хитозана для сохранения свежести сырого мяса рассказал доцент кафедры Денис Бараненко . Для этого пленка из хитозана в составе с другими веществами (крахмал, клетчатка или желатин) была нанесена на продукт, чтобы предотвратить потерю влаги. Дело в том, что понижение активности воды на поверхности продукта увеличивает время его хранения. Кроме того, хитозановая пленка понижает скорость распространения микробов в сыром мясе, подавляет появление бактерии золотистого стафилококка.

«Обычно свежее мясо хранится не более двух дней. В результате экспериментов с хитозаном нам удалось повысить продолжительность хранения в полтора-два раза. В некоторых случаях срок доходил и до двух недель. Кроме того, с точки зрения потребительских свойств, пленка из хитозана — идеальная упаковка, так как ее практически не видно », — сказал Денис Бараненко.

Хитозан в пищевой индустрии также применяется для свертывания сывороточных белков в молочной промышленности, для производства йодированных продуктов питания на основе создания комплексов «йод-хитозан» и для других целей.

На научной сессии также были представлены возможности Университета ИТМО по разработкам и исследованиям в области применения хитозана.

Если вы считаете, что саранчу употребляют в пищу лишь на Ближнем Востоке и в некоторых государствах Африки, вы сильно заблуждаетесь. Блюда из насекомых, на самом деле, регулярно потребляем и мы. Считается, что они очень полезны. Уже несколько десятилетий хитин входит в косметики, лекарств.

Даже в и бинты уже многие годы добавляют это вещество или же используют в их изготовлении его производные. Японцы начали это делать первыми. Экзотическую моду за ними подхватили американцы и европейцы. Сейчас же и россияне приобщились к этому веществу.

Хитин: что это такое

Что же представляет собой вещество, о котором идет речь? Давайте разберемся. Те из нас, кто в не прогуливал в школе уроки биологии, конечно же, знакомы с таким веществом, как хитин. Что это такое, знают многие. Из этого вещества состоят панцири раков. Однако не только у этих животных есть оно. Хитин входит в состав всех видов членистоногих: насекомых (бабочек, жуков) и ракообразных (омаров, креветок, крабов).

Это вещество, кроме того, содержится также в клеточной стенке грибов и дрожжей. И водоросли - не обделенные им растения. Хитин находится и в их клеточной стенке.

Хитиновые структуры, строение вещества

Информация о свойствах и строении целлюлозы (самого важного представителя полисахаридов, который является главным структурным компонентом растений) сегодня изложена в литературе в доступной форме. Однако сведений о том, каково строение хитина, значительно меньше. Тем не менее именно он составляет основу скелетной системы, которая поддерживает структуру клеток, образующих ткани в кутикуле насекомых, панцирях ракообразных, клеточной стенке бактерий и грибов. То, что хитиновым структурам в организмах насекомых и ракообразных присуща твердость, связано с формированием особого хитин-карбонатного комплекса. Он появляется в результате отложения интересующего нас вещества на карбонате кальция, который выступает в качестве своего рода неорганической матрицы.

Имеется некоторая аналогия между строением целлюлозы и хитина. Однако, в отличие от первой, у хитина заместителем 2-го углеродного атома элементарного звена является ацетамидная группа. У целлюлозы эта же роль принадлежит гидроксильной. Макромолекулы нативного хитина (то есть природного) при этом обычно содержат некоторое число звеньев с первичными свободными аминогруппами.

Полезные свойства хитина

Это вещество добавляют в целях усилить аромат и вкус пищи, улучшить внешний вид, или же используют в качестве консерванта. Существуют также пищевые добавки, в которых он содержится. Состав хитина таков, что это вещество обладает лечебными свойствами. Польза от него, как считается, следующая:

подавляет развитие раковых клеток;
защищает наш организм от действия радиоактивного излучения;
повышает иммунитет;
предупреждает развитие инсультов и инфарктов, поскольку усиливает действие препаратов, которые разжижают кровь;
борется с различными воспалительными процессами;
улучшает пищеварение (уменьшает кислотность желудочного сока, а также способствует росту полезных бифидобактерий);
поддерживает низкий уровень холестерина в нашей крови, что помогает при ожирении и атеросклерозе;
ускоряет процессы восстановления тканей.

Очень полезным веществом является хитин. Что это такое и каковы его лечебные свойства, хорошо было бы запомнить.

Насколько распространен хитин в природе

Он встречается в природе очень часто. Настолько, что он занимает второе место по распространенности среди (первое принадлежит целлюлозе). Ряд ученых даже считает, что человечество в ближайшем будущем перейдет на исключительно хитиновую диету. Например, Сэм Хадсон, профессор химии полимеров, недавно сообщил, что в настоящее время исследователи находятся на пороге открытия "нового мира", где количество продуктов, которые можно получить из хитина, будет бесконечным.

Немного истории

Расскажем о том, как все начиналось в отношении такого вещества, как хитин. Что это такое, узнали в 19 веке. Еще в 1811 году профессор Генри Браконно, директор находящегося в Нанси (Франция) Ботанического сада начал исследовать химический Внимание этого ученого привлекло необычное вещество. Серная кислота не способна была растворить его. Это и был хитин. Через некоторое время выяснилось, что биополимер, выделенный ученым из Франции, присутствует не только в грибах. Его нашли также в надкрыльях насекомых.

Хитин, свойства которого были еще малоизучены, в 1823 году получил официальное название. В переводе с греческого "хитин" означает "одежда". Ученые, избавившись в 1859 году от белков и кальция, получили из него новое вещество. Оно было названо хитозаном. Это вещество еще более любопытно, нежели его предшественник. Оно активизирует клеточную деятельность, налаживает гормональную секрецию и нервную саморегуляцию, способствуя функционированию организма и здоровой жизнедеятельности, как показали недавние исследования. И это лишь некоторые его полезные свойства. Впрочем, хитином после всех первоначальных открытий никто не интересовался в течение ста лет, за исключением узких специалистов.

Лишь в конце 20 века удалось выяснить, насколько полезны для здоровья эти вещества. Однако люди еще очень давно начали поедать членистоногих и, соответственно, хитин у животных.

О том, как древние поедали насекомых

Еще в книге Левита из Библии встречается упоминание "нечистых" и "чистых" насекомых, то есть пригодных и непригодных в пищу. К "чистым", к примеру, относят кузнечиков и саранчу. Иоанн Креститель, находясь в пустыне, питался диким медом и саранчой. Геродот, древнегреческий историк, упоминал о том, что африканцы ловят этих насекомых. Затем они сушат саранчу на солнце, поливают ее молоком и употребляют в пищу. Считается, что саранчой в меду не брезговали даже древние римляне. А жены Мохаммеда, основателя ислама, посылали целые подносы с этими насекомыми в дар супругу.

При дворе Монтесумы, индейского властителя, во время званых обедов подавали вареных муравьев. известный путешественник и зоолог, в своей книге под названием "Жизнь животных" писал о том, что жители Судана ловят термитов и с удовольствием их едят.

Современные деликатесы из членистоногих

Гастрономическая любовь к насекомым у многих народов сохранилась и сегодня. На Ближнем Востоке, а также в некоторых государствах Африки на базарах и в лавках продают саранчу, а в меню дорогих ресторанов неизменно включаются блюда из нее. На Филиппинах известно множество вариантов приготовления сверчков. В Мексике употребляют в пищу кузнечиков и клопов-вонючек. В Таиланде лакомятся и личинками жуков, и стрекозами, и гусеницами, и сверчками.

Хитиновая диета

Интересно, что еще в конце 19 века придумали диету из насекомых. Винсент Хольт, английский естествоиспытатель и путешественник, начал призывать в противовес мясоедению и вегетарианству к энтомофагии (так называется питание насекомыми). Хольт, не догадываясь о том, что хитин и хитозан оздоравливающе действуют на организм, писал, что как источник питательных веществ насекомые намного чище и полезнее, чем другие животные. Ведь сами они едят лишь растительную пищу.

Пищевая ценность насекомых

Можно ли насытиться насекомыми? Сделать это непросто, но возможно, особенно если помнить о том, какими чудодейственными свойствами обладает хитин. Применение диеты будет эффективным, если хотя бы приблизительно подсчитать, сколько необходимо поймать кузнечиков, пчел и термитов, чтобы в сумме их вес составлял 100 граммов. Пищевая ценность 100 граммов различных насекомых следующая.

Кузнечики дадут вам 20,6 белков и 6,1 г жиров.
Навозные жуки - 17,2 г белков и 3,8 г жиров.
Термиты - 14,2 г белков и 2,2 г жиров.
В пчелах содержится 13,4 г белков и 1,4 г жиров.

Для сравнения: в говядине - 23,5 г белков и 21,2 г жиров.

Однако энтомофагия остается, все-таки, экзотикой. В наше время для того чтобы убедиться в целительных свойствах хитина или хитозана, вовсе не обязательно съедать скарабеев и тараканов, превозмогая брезгливость. Для этого достаточно просто отправиться в магазин и выбрать что-нибудь диетическое.

Исследования, проведенные в нашей стране

Лекарственное средство на основе хитина впервые было создано в Советском Союзе в 1960- годы. Этот препарат должен был способствовать защите от ионизирующего излучения. Разработка нового лекарства была засекречена военными. При этом состав этого средства был скрыт даже от медиков. После ряда экспериментов на обезьянах, собаках и мышах было доказано, что это лекарственное средство помогает им выжить даже после того, как они получили смертельную дозу облучения. Немного позднее ученые обнаружили, что польза от хитиновых лекарств есть и для человека. Их свойства, кроме того, не ограничиваются одним лишь радиопротекторным эффектом.

Удалось выяснить, что хитин, а также его производные, способны бороться с аллергиями, раковыми опухолями, заболеваниями кишечника, гипертонией и т. д. Хитиновые включения, кроме того, способствуют увеличению продолжительности действия других лекарств.

Современные исследования

И в наши дни продолжаются исследования хитозана и хитина. В России ими занимаются ученые, которые являются членами Российского хитинового общества, созданного в 2000 году. В его состав входят не только те исследователи, которые изучают непосредственно эти вещества, но и представители других областей науки, а также сельского хозяйства, медицины и промышленности. Лучшим хитинологам на Западе вручается специальная Браконновская премия. Она получила свое название в честь Браконно, который был первооткрывателем хитина. В нашей стране подобная премия называется в честь Павла Шорыгина. Этот академик является энтузиастом исследований хитина.

Общая характеристика

Когда речь заходит о хитине, сразу вспоминаются школьные уроки биологии. Членистоногие, ракообразные и все что с ними связано…

Но, несмотря на это, хитин оказался также очень полезен для человека.

Хитин является полисахаридом, который относится к группе трудноусваиваемых углеводов. По своим физико-химическим свойствам, а также биологической роли он близок к растительной клетчатке.

Хитин входит в состав клеточной оболочки грибов, а также некоторых бактерий.

Образованный остатками аминосахара ацетилглюкозамина, хитин является одним из самых распространенных полисахаридов в природе.

Это вещество, находящийся в грибах, бактериях, членистоногих. Было выделено несколько видов хитина различающегося по своему химическим составу и свойствам.

Открытие

Впервые хитин был обнаружен в 1821 году директором ботанического сада Генри Браконом. В процессе химических опытов им было выявлено вещество, неподдающееся растворению в серной кислоте. А два года спустя хитин был извлечен из оболочек тарантула. Тогда же был предложен термин «хитин» французским ученым Одье, исследовавшим вещество с помощью внешних оболочек (наружного скелета) насекомых.

Полезные свойства хитина и его влияние на организм

По материалам некоторых медицинских исследований были сделаны выводы о пользе хитина для человеческого организма. Хитин используется при гипертонии, ожирении, сахарном диабете, как имуномодулирующее вещество, препятствующее раннему старению организма. Также как и клетчатка, хитин улучшает функционирование кишечника, облегчая эвакуацию содержимого, хорошо очищает ворсинки кишечника. Чистит сосуды от вредного холестерина.

Новейшие медицинские исследования свидетельствуют о пользе хитина в профилактике и лечении многих онкологических заболеваний.

Продукты с максимальным содержанием хитина

Обозначено приблизительное количество (гр) в 100 г продукта

Гладиус кальмара 35
Лобстеры 8
Грузди 3.7
Раки 35
Белоснежный гриб 6.7
Антарктический криль 3
Крабы (панцирь) 32.4
Гамарус 6.2
Сыроежки 3
Моховик (польский гриб) 15.7
Японский гриб 5
Шампиньоны 2
Креветки 9.7
Рыжики 5
Дрожжи пекарские 2

Суточная потребность в хитине

Употребление более 3000мг в день может привести к проблемам с функционированием желудочно-кишечного тракта. Поэтому желательно в применении любых компонентов питания соблюдать золотую середину.

Потребность в хитине возрастает:

при избыточной массе тела;
нарушении обмена жиров в организме;
высоком уровне холестерина в крови;
стеатозе печени;
при избытке жиров в рационе питания;
частых запорах;
сахарном диабете;
аллергиях и интоксикации организма.

Потребность в хитине снижается:

при избыточном газообразовании;
дисбактериозе;
гастрите, панкреатите и других воспалительных заболеваниях ЖКТ.

Усваиваемость хитина

Хитин является твердым прозрачным веществом, которое не переваривается в организме человека. Как и целлюлоза, хитин улучшает моторику желудочно-кишечного тракта, а также имеет другие полезные для организма свойства.

Взаимодействие с другими элементами

Хитин взаимодействует с полисахаридами, белками. Нерастворим в воде и других органических растворителях, хотя способен удерживает влагу в организме. При нагревании, взаимодействуя с некоторыми солями, он гидролизируется, то есть разрушается. Сокращает всасывание ионов хлора в кровеносную систему, тем самым корректирует водно-солевой баланс в организме.

Признаки нехватки хитина в организме:

ожирение, избыточный вес;
вялая работа желудочно-кишечного тракта (ЖКТ);
неприятный запах тела (избыток шлаков и токсинов);
частые аллергические заболевания;
проблемы с хрящами и суставами.

Признаки избытка хитина в организме:

нарушения в работе желудка (тошнота);
метеоризм, вздутие живота;
неприятные ощущения в области поджелудочной железы;
аллергические реакции на хитин.

Факторы, влияющие на содержание хитина в организме

Организм человека самостоятельно не вырабатывает хитин, поэтому содержание его в организме целиком и полностью зависит от наличия в рационе питания. Исходя из этого следует, что если вы хотите быть здоровы, необходимо регулярное употребление хитина в виде его мономера – хитозана.

Хитин для красоты и здоровья

В последнее время косметологи всем чаще пишут о положительном эффекте, обнаруженном от применения лечебно-косметических средств с хитином. Его добавляют в шампуни для увеличения объема и эластичности волос, используют в лосьонах, добавляют в кремы, гели для душа, выпускаются средства для личной гигиены (гелевые зубные пасты). Он входит в состав различных спреев и лаков для укладки.

Хитин используют в качестве биологически-активных добавок в рационе питания для улучшения эластичности кожи, как противовоспалительное и увлажняющее средство. Создает защитную пленку на коже и волосах, облегчая тем самым процесс расчесывания, препятствует потере кожей влаги и хрупкости ногтей.

Аргентинские ученые выявили особенность хитина как помощника регенератора скорейшего заживления кожных покровов при их повреждениях. Кроме того, хитин путем нагревания трансформируется в новое водорастворимое вещество хитозан, которое входит в состав антивозрастной косметики. Благодаря косметическим средствам «анти-эйдж» кожа быстрее разглаживается, морщины становятся менее заметны. Кожа приобретает более свежий и молодой вид, благодаря свойству хитина снимать спазм мельчайших капилляров кожи.

Что касается пользы хитина для стройности вашей фигуры, то она очевидна. Хитозан еще называют животной клетчаткой, которая связывает в организме и выводит лишние жиры, помогает при переедании, увеличивает количество бифидобактерий в кишечнике и мягко способствует снижению лишнего веса. Кроме того, он отвечает за адсорбцию загрязняющих веществ, после эвакуации которых, наш организм чувствует себя легко и свободно.

Хитиновая диета

Хитиновая диета основана на употреблении продуктов, в состав которых и входит этот самый хитин. Но это совсем не значит, что на протяжении всей диеты вам придется употреблять жуков или жареных кузнечиков, ведь это вещество встречается и во многих приправах.

Хитиновая диета относится к разряду низкокалорийных диет. Дело в том, что продукты, богатые хитином, содержат небольшое количество жиров, так, например, на 100 г кузнечиков, содержится 20,6 % белков и всего 6,1% жиров, тогда как в 100 г говядины содержится примерно столько же белков, а жиров 2-3 раза больше. Насытиться насекомыми трудно, но если правильно их приготовить, то можно получить различные диетические блюда, которые будут способствовать снижению веса.

Хитин и фотография

В фотографических процессах, связанных с быстрым проявлением изображения, используют такие важные характеристики хитозана, как его пленкообразующие свойства, поведение в системах, содержащих желатин и комплексы серебра, обеспечивающее отсутствие поперечной (в слоях пленки) диффузии красителя, оптические характеристики полимера.

Современные исследования

Дары моря хитин и хитозан обратили на себя внимание ученых почти 200 лет назад. Хитин был открыт в 1811 г., а хитозан в 1859 г. Но более интенсивное освоение его начато позже, о чём свидетельствуют материалы международных конференций по хитозану, проводимых с 1977 года. После 1985 года резко возросло количество сообщений по применению этого замечательного продукта. В настоящее время интерес к хитозану лавинообразно нарастает с каждым годом – в этой области теперь работают и крупнейшие мировые концерны, ранее не связанные ни с природными соединениями, ни даже вообще с химией.

Что такое хитин?

Хитин(C8H13NO5)n (фр. chitine, от др.-греч.: хитон - одежда, кожа, оболочка) высокомолекулярный линейный полисахарид, который в комплексе с белками, меланинами и минеральными веществами образует твердый наружный покров и внутренние опорные структуры насекомых, ракообразных, а также входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий. Т.е., хитин природное вещество, созданное для защиты живых организмов от вредного воздействия.

Хитин является вторым веществом по распространенности в природе после целлюлозы, а их химическая структура и очень близка.

На сегодняшний день хитин получают в основном из панцирей ракообразных. В России главным источником хитина является камчатский краб, краб стригун и углохвостая креветка, обитающая в Баренцевом море. Основное производное хитина - хитозан.

Что такое хитозан?

Хитозан – это биоактивный катионный полисахарид, мономером которого является N-ацетил-1,4-b-D-глюкопиранозамин, его получают только из хитина, путем жесткой обработки щелочными растворами.

Хитозан обладает антибактериальными, противогрибковыми, антиоксидантными, противодиабетическими, противовоспалительными и противораковыми свойствами, а также он способен снижать уровень холестерина в крови. Ему свойственны такие характеристики как биосовместимость, нетоксичность, низкая аллергенность и биоразлагаемость.

Широкое применение хитозан нашел в следующих сферах человека

Медицина
Сельское хозяйство
Текстильная промышленность
Пищевая и молочная промышленность
Водоподготовка

Молекула хитозана представляет собой длинную цепочку, состоящую из множества гексозных (мономерных) колец, доходящих до десятков миллионов, поэтому данный биополимер не растворяется в воде и не всасывается в кишечнике, а действует как мощный сорбент. Благодаря своим сильным сорбционным свойствам хитозан похож на большой товарный поезд, который выводит из кишечника не только вредные, но и полезные вещества, подвергая организм тотальной чистке. В ряде случаев такая «чистка» имеет смысл, но зачастую причиняет организму человека значительный вред. Таким образом, хитозан – это сорбент, который нерастворим в воде и не участвует в обменных процессах организма в полном объеме.

Что такое олигосахариды хитозана и чем они отличаются от хитозана?

Чтобы активно участвовать в обменных процессах организма, необходимы водорастворимые формы хитозана, которые при внутреннем употреблении легко будут проникать через стенки кишечника в кровеносную систему и активно участвовать в профилактике нарушений обмена веществ. Для получения водорастворимых форм хитозана необходимо разорвать длинную (полимерную, с количеством звеньев n=∞) цепочку хитозана на короткие – олигомеры (малые, n< 20) путем воздействия на них натуральных ферментов. В результате образуются низкомолекулярные водорастворимые формы хитозана – олигосахариды хитозана .

Олигосахариды хитозана близки по своей структуре к олигосахаридам женского грудного молока. Являясь полностью натуральным продуктом, по своим свойствам олигосахариды хитозана биосовместимы с тканями человеческого организма (соединительной, хрящевой), беспрепятственно проникают через стенку кишечника при внутреннем употреблении или через кожу в случае наружного применения.

Олигосахариды хитозана , обладая хелатными (захватывающими) свойствами являются мощным транспортным средством, способным доставлять в кровоток организма витамины, аминокислоты, лекарственные средства, макро- и микроэлементы, и другие различные необходимые вещества. С помощью олигосахаридов хитозана могут быть доставлены в организм самые трудноусвояемые полезные вещества даже на клеточном уровне.

Японские специалисты считают, что уже через два три десятилетия промышленная цивилизация будет немыслима без хитозана точно также, как без алюминия, полиэтилена или персонального компьютера, а доходность и товарооборот этой отрасли в самое ближайшее время станет выше, чем в целлюлозно-бумажной.

Основной источник информации:

Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение / Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с.

1 Место хитина в классификации химических соединений

Хитин (поли-N-ацетил-D-глюкозамин) является широко распространенным в природе биополимером. Полимеры (от греч. polymeros - состоящий из многих частей, многообразный) -это вещества, молекулы которых состоят из большого числа структурно повторяющихся звеньев - мономеров. По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (напр. натуральный каучук) и синтетические (напр., полиэтилен). Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы.

Биополимерами являются многие природные высокомолекулярные соединения из которых построены клетки живых организмов и межклеточное вещество, связывающее их между собой. К биополимерам относятся белки , нуклеиновые кислоты , полисахариды (сложные углеводы) и так называемые смешанные биополимеры , например, липопротеины (комплексы содержащие белки и липиды) и т.д. Хитин - это азотосодержащий полисахарид (аминополисахарид) . Мономерами полисахаридов являются моносахариды (монозы): глюкоза , фруктоза , галактоза др.

В связи с биологической функцией полисахариды делятся на резервные и структурные . Большинство резервных полисахаридов (крахмал, гликоген, инулин) являются важнейшими компонентами пищевых продуктов, выполняя в организме человека функцию источника углерода и энергии. Структурные полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза) в клеточных стенках растений образуют протяженные цепи, которые, в свою очередь, укладываются в прочные волокна или пластины и служат своего рода каркасом в живом организме. Самый распространенный в мире биополимер это структурный полисахарид растений - целлюлоза. Хитин является вторым после целлюлозы по распространённости структурным полисахаридом . По химическому строению, физико-химическим свойствам и выполняемым функциям хитин близок к целлюлозе. Хитин - это аналог целлюлозы в животном мире.

2 Химическая структура хитина и хитозана

2.1 β-D-глюкоза

Элементарной частицей (мономером) хитина является N-ацетил-β-D-глюкозамин . Термин глюкозамин означает, что мономер хитина является производным глюкозы , а точнее, β-D-глюкозы .

Рассмотрим подробнее, что означает β-D-глюкоза . Xимическая формула глюкозы С6 (Н2 O)6 . Из органической химии хорошо извест, что заданной формуле могут соответствовать разные вещества. Такие вещества , имеющие одинаковую химическую формулу, молекулярную массу, последовательность соединения атомов, но различные свойства называют стереоизомерами. В стереоизомерах различие в свойствах возникает из-за различного расположения атомов в пространстве. В моносахаридах стереоизомеры образуются из-за различной конфигурации гидроксильной группы ОН и атома водорода Н относите атома углерода С. Упрощённо это можно представить размещением ОН и Н справа или слева от С. В молекуле глюкозы имеется 4 таких атома углерода (обведены синим цветом). В биохимии их называют ассиметричными или хиральными. Меняя местами ОН и Н теоретически можно получить 16 стереоизомеров. Наиболее важные изомеры глюкозы: D-глюкоза и L-глюкоза. Не только глюкоза, но и другие моносахариды относятся либо к В- либо к L- изомерам. Отнесение моносахаридов к D- или L- изомерам производится по расположению группы ОН у атома углерода С , дальше всех отстоящего от карбонильной группы С=О (для глюкозы эти группы С=Н и ОН обведены красным цветом).

В природе (фрукты, овощи, мёд и т.д.) встречается только D-глюкоза. L-глюкоза получена синтетически.

Моносахара склонны к образованию циклических структур. Именно циклические молекулы моносахаров соединяясь между собой образуют молекулы полисахаридов. В кристаллическом состоянии моносахариды находятся только в циклической форме. Глюкоза образует циклическую структуру с 5-ю атомами углерода и одним атомом кислорода в кольце. При образовании циклической структуры глюкозы к 4 имеющемся хиральным атомам углерода добавляется ещё один 5-й хиральный атом углерода (обведён чёрным цветом). В линейной структуре это атом углерода входил в карбонильную группу С=О. Это приводит к образованию 2-х стереоизомеров D-глюкозы: α- когда ОН 5-го хирального атома углерода размещается выше плоскости кольца и β- ниже. Этот дополнительный хиральный атом называют аномальным, а α- и β-стереоизомеры D-глюкозы аномерами. По физико-химическим свойствам α- и β-аномеры существенно отличаются друг от друга. Входя в полисахариды в качестве строительных блоков они образуют совершенно разные углеводы (так,α-D-глюкоза образует амилозу; β-D- целлюлозу). В водных растворах α- и β-аномеры легко переходят друг в друга и между ними устанавливается равновесие: 64% β-D-глюкозы и 36% α-D-глюкозы.

2.2 β-D-глюкозамин и N-ацетил-β-D-глюкозамин

По классификации производных моносахаридов глюкозамин относится к аминосахарам. Аминосахара - это производные моносахаридов, гидроксильная группа которых -ОН замещена аминогруппой -NH2 (чаще всего у 2 атома углерода - см. рис.). По номенклатуре ИЮПАК названия аминосахаров образуют прибавлением к названию "исходного" моносахарида названия аминогруппы, замещающей гидроксил (с указанием ее положения), и префикса "дезокси", указывающего на замещение. По этой номенклатуре полное название β-D-глюкозамина: 2-амино-2-дезокси-D-глюкопираноза (D-глюкозамин) . 2-амино ознаяает, что аминогруппа присоединена ко 2-му атому углерода; 2-дезокси означает, что у 2 атома углерода отсутствует гидроксильная группа; окончание пираноза присутствует в моносахаридах циклической структуры. Упрощённое название исходит из корня соответствующего моносахарида, к которому добавляется слово «амин», например глюкозамин. Аминосахара, в отличие от других моносахаридов идут не на получение энергии, а на формирование соединительных тканей организма.

N-ацетил-β-D-глюкозамин - это ацетилированный β-D-глюкозамин. Ацетилирование - это замещение атомов водорода в органических соединениях остатком уксусной кислоты CH3 CO (ацетильной группой). N-ацетил-β-D-глюкозамин - это мономер (элементарная, повторяющаяся структура) хитина, а β-D-глюкозамин - хитозана.

2.3 Хитин и хитозан

Молекула хитина состоит из N-ацетил- β-D-глюкозаминовых звеньев. В живых в природе организмах может образовываться только хитин, а хитозан является производным хитина. Молекула хитозана состоит из β-D-глюкозаминовых звеньев. Хитозан получают из хитина деацетилированием с помощью щелочей. Деацетилирование - это реакция обратная ацетилированию, т.е. замещение атомом водорода ацетильной группы СН3 СО. Поэтому, в отличии от хитина, хитозан может иметь структурную неоднородность обусловленную неполной завершённостью реакции деацетилирования. Содержание остаточных ацетильных групп СН3 СО (на рис. обведена серым) может достигать 30% и характер распределения этих групп может заметно влиять на некоторые физико-химические свойства хитозана. Таким образом, при неполном ацетилировании молекула хитозана состоит из случайно-связанных N-ацетил-β-D-глюкозаминовых звеньев (основные звенья) и β-D-глюкозаминовых звеньев (остаточные звенья) .

Хитин, как и целлюлоза, обладает двумя гидроксильными группами, одна из которых у С-3 вторичная, а вторая у С-6 - первичная. По этим функциональным группам может быть осуществлено получение производных, аналогичным соответствующим производным целлюлозы. Среди них можно отметить простые (например, карбоксиметиловые) и сложные эфиры. Хитозан имеет дополнительную реакционноспособную функциональную группу (аминогруппа NH2 ) , поэтому кроме простых и сложных эфиров на хитозане возможно получение N-производных различного типа. Наличие реакционноспособных функциональных групп в структуре молекул хитина и хитозана обеспечивает возможность получения разнообразных химических модификаций пригодных для использования в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и т.п.

Хитин является опорным компонентом:

клеточной ткани большинства грибов и некоторых водорослей;
наружной оболочки членистоногих (кутикула у насекомых, панцирь у ракообразных) и червей;
некоторых органов моллюсков.

В организмах насекомых и ракообразных, клетках грибов и диатомовых водорослей хитин в комплексе с минеральными веществами, белками и меламинами образует внешний скелет и внутренние опорные структуры.

Меланины (от греч. melas, родительный падеж melanos - чёрный), коричневые и чёрные (эумеланины) или жёлтые (феомеланины) высокомолекулярные водонерастворимые пигменты. Широко распространены в растительных и животных организмах; определяют окраску покровов и их производных (волос, перьев, чешуи) у позвоночных, кутикулы у насекомых, кожуры некоторых плодов и т.д.

Потенциальные источники хитина многообразны и широко распространены в природе. Общая репродукция хитина в мировом океане оценивается в 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 (скелетной пластинки) кальмаров, сепиона каракатицы, биомассы мицелярных и высших грибов. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые вследствие их быстрого воспроизводства могут обеспечить значительную биомассу, содержащую хитин. К таким насекомым относятся тутовый шелкопряд, медоносные пчелы и комнатные мухи. В России массовым источником хитинсодержащего сырья является камчатский краб и краб-стригун, годовой вылов которых на Дальнем Востоке составляет до 80 тыс. т, а также углохвостая креветка в Баренцевом море.

Известно, что панцири ракообразных - достаточно дорогостоящее сырье, и несмотря на то, что разработано более 15 методов получения из них хитина, был поставлен вопрос о получении хитина и хитозана из других источников, среди которых рассматривались мелкие ракообразные и насекомые.

За счет широкого распространения пчеловодства в нашей стране существует возможность получать хитиновое сырье (подмор пчел) в значительных масштабах. По состоянию на 2004 г. в Российской Федерации во всех категориях хозяйств имеется 3,29 млн пчелиных семей. Сила пчелиной семьи (масса находящихся в пчелиной семье рабочих пчел, измеряемая в кг) равна в среднем 3,5-4 кг. Летом в период активного медосбора и весной после зимовки пчелиная семья обновляется почти на 60-80 %. Таким образом, ежегодная сырьевая база подмора пчел может составить от 6 до 10 тысяч тонн, это дает возможность рассматривать подмор пчел как новый перспективный источник хитозана насекомых наряду с традиционными видами сырья.

Химический состав различных видов хитиносодержащего сырья, % на сухое вещество

Хитин, входящий в состав панциря ракообразных, образует волокнистую структуру. У ракообразных сразу после линьки панцирь мягкий, эластичный, состоящий только из хитин-белкового комплекса, но с течением времени происходит его упрочнение за счет минерализации структуры в основном карбонатом кальция. Таким образом, панцирь ракообразных построен из трех основных элементов - хитина, играющего роль каркаса, минеральной части, придающей панцирю необходимую прочность и белков, делающих его живой тканью. В состав панциря входят также липиды, меланины и другие пигменты.

В кутикуле взрослых насекомых хитин также ковалентно связан с белками типа артраподина и склеротина, а также большим количеством меланиновых соединений, которые могут составлять до 40% массы кутикулы. Кутикула насекомых отличается большой прочностью и в то же время гибкостью благодаря хитину. Преимуществом пчелиного подмора является минимальное содержание минеральных веществ, так как кутикула насекомых практически не минерализована. В связи с этим отпадает необходимость проводить сложную процедуру деминерализации.

Массовые источники ПСС имеются во многих странах, но промышленное производство хитина и хитозана освоено преимущественно в Японии, где суммарно по данным на 1998 г. выпускается до 2500 т хитина и хитозана в год. В США выпускается около 1000 т хитозана и других модификаций хитина в год. Европейские страны (Италия, Норвегия, Польша) выпускают до 100 т хитозана в год. В последние годы развитие промышленного производства хитина и его производных развивается в Индии, Китае и Таиланде. В качестве сырья для получения полимеров, в Японии и Китае используются ПСС от переработки крабов и креветок, а в США - ПСС крабов и омаров. Отечественная промышленность начала осваивать производство хитина и хитозана в 1970-1980 гг. и к настоящему времени общий объем их выпуска достигает 80 т в год. (Апитерапия. / Хисматуллина Н.3. - Пермь: Мобиле, 2005. - 296 с.)

4 Физико-химические свойства и применение хитина и хитoзана

Хитин и его дезацетилированное производное хитозан привлекли внимание широкого круга исследователей и практиков благодаря комплексу химических, физико-химических и биологических свойств и неограниченной воспроизводимой сырьевой базой. Полисахаридная природа этих полимеров обусловливает их сродство к живым организмам, а наличие реакционноспособных функциональных групп (гидроксильные группы, аминогруппа) обеспечивает возможность разнообразных химических модификаций, позволяющих усиливать присущие им свойства или придавать новые в соответствии с предъявляемыми требованиями.

Интерес к хитину и хитозану связан с их уникальными физиологическими и экологическими свойствами такими как биосовместимость, биодеструкция (полное разложение под действием природных микроорганизмов), физиологическая активность при отсутствии токсичности, способность к селективному связыванию тяжелых металлов и органических соединений, способность к волокно- и пленкообразованию и др.

Процесс получения хитина заключается в удалении из сырья последнего минеральных солей, белков, липидов, пигментов поэтому качество хитина и хитозана зависит во многом от способа и степени удаления этих веществ, а также от условий проведения реакции деацетилирования. Требования к свойствам хитина и хитозана определяются областями их практического использования, которые весьма разнообразны. В России, как и в других странах, нет единого стандарта, но существует деление на хитин и хитозан технический, промышленный, пищевой и медицинский.

На сайте компании «Хитин и хитозан» производящей хитин и хитозан в промышленных масштабах перечислены следующие направления их применения:

атомная промышленность: для локализации радиоактивности и концентрации радиоактивных отходов;
медицина: в качестве шовных материалов, рано- и ожогозаживляющих повязок. В составе мазей, различных лечебных препаратов, как энтеросорбент;
сельское хозяйство: для производства удобрений, защиты семенного материала и сельскохозяйственных культур;
текстильная промышленность: при шлихтовке и противоусадочной или водоотталкивающей обработке тканей;
бумажная и фотографическая промышленность: для производства высококачественных и специальных сортов бумаги, а также для улучшения свойств фотоматериалов;
в пищевой промышленности выполняет роль консерванта, осветлителя соков и вин, диетического волокна, эмульгатора;
в качестве пищевой добавки показывает уникальные результаты как энтеросорбент;
в парфюмерии и косметике входит в состав увлажняющих кремов, лосьонов, гелей, лаков для волос, шампуней;
при очистке воды служит как сорбент и флокулянт.

По химической структуре хитин близок к целлюлозе. Как и молекулы целлюлозы, молекулы хитина обладают большой жёсткостью и склонностью к образованию надмолекулярных структур (так называемые фибрилярные структуры). В фибрилярных структурах молекулы хитина, скреплённые водородными связями, располагаясь почти параллельными пучками образуют структуры регулярные в 3-х измерениях, что характерно для кристаллов. Известны несколько типов таких кристаллических образований (α-,β-,γ-хитины), которые различаются степенью упорядоченности и взаимной ориентацией полимерных молекул (полиморфизм).

Одним из важнейших свойств полимеров, определяющих во многих случаях возможность их переработки и применения, является их растворимость. Хитин нерастворим в воде, растворах органических кислот, 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. Низкая растворимость затрудняет переработку и применение хитина.

Получаемый из хитина хитозан растворяется в растворах как органических так и неорганических кислот (кроме серной). В отличие от практически нерастворимого хитина, хитозан, растворимый даже в растворах органических кислот, имеет более широкие возможности для применения в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве и других отраслях.

Также важными важными свойствами хитозана являются гигроскопичность, сорбционные свойства, способность к набуханию. Из-за того, что в молекуле хитозана содержится много гидроксильных, аминных и других крайних групп, её гигроскопичность очень велика (2-5 молекул на одно мономерное звено, которое находится в аморфных областях полимеров). По этому показателю хитозан уступает только глицерину и превосходит полиэтиленгликоль и каллериоль (высокополимерный спирт из груши). Хитозан хорошо набухает и прочно удерживает в своей структуре растворитель, а также растворенные и взвешенные в нем вещества. Поэтому в растворенном виде хитозан обладает намного большими сорбционными свойствами, чем в нерастворенном.

Хитозан может подвергаться биологическому разложению под воздействием хитиназы и лизоцима. Хитиназы - это ферменты, каталицирующие разложения хитина. Вырабатываются в организмах животных, содержащих хитин. Лизоцим вырабатывается в организме животных и человека. Лизоцим - фермент, разрушающий стенку бактериальной клетки в результате чего происходит её растворение. Создаёт антибактериальный барьер в местах контакта с внешней средой. Содержится в слюне, слёзах, слизистой оболочке носа. Полностью разлагающиеся под действием природных микроорганизмов изделия из хитозана не загрязняют окружающую среду .

По внешнему виду хитозан представляет собой чешуйки размером менее 10 мм или порошки различной тонины помола, от белого до кремового цвета, часто с желтоватым, сероватым или розоватым оттенком, без запаха. Другими свойствами сухого хитозана являются электризуемость и вяжущий вкус. По токсичности хитозан относится к 4-му классу и считается безопасным.

Хитозан показал себя как эффективный радиопротектор, сорбент токсинов и тяжелых металлов в организме, элемент лечебно-профилактического питания, средство защиты растений, иммуномодулятор в ветеринарии, а также в других областях. На сегодняшний день известно более 70 направлений применения хитозана.

Японские специалисты назвали хитозан веществом ХХI века. По их мнению, уже через два – три десятилетия промышленная цивилизация будет немыслима без него точно также, как без алюминия, полиэтилена или персонального компьютера.

5 Низкомолекулярный хитозан. Апизан

Для расширения сферы применения хитозана в медицине большое значение имеет его растворимость при нейтральных значениях рН, что может быть обеспечено снижением его молекулярной массы. Как показывает практика, молекулярная масса хитозанов, получаемых из панциря ракообразных химическими и ферментативными способами, высока и составляет до 103 кДа. Такие хитозаны растворимы только в водных растворах органических и минеральных кислот, что не всегда удобно. Для получения хитозана, растворимого в нейтральных растворах (при рН = 7), исходный хитозан подвергают гидролизу с помощью химических реагентов или ферментов.

В качестве гидролизующего реагента чаще всего применяется пергидроль в виде 3-10%-ного водного раствора при умеренном нагревании до 30-50 °С . Гидролиз снижает молекулярную массу хитозана и улучшает его растворимость в слабокислых водных растворах. При этом получается полидисперсный по молекулярной массе продукт, растворимый в разбавленных растворах кислот при рН > 5.

В качестве ферментных препаратов для деградации хитина и хитозана применяют комплексы ферментов различного происхождения. Это могут быть ферментные комплексы гепатопанкреаса краба или криля, а также панкреатин из поджелудочной железы крупного рогатого скота. Но чаще для этой цели применяют ферментные комплексы с хитинолитической активностью микробиологического происхождения. Применение ферментных препаратов для деградации хитозана позволяет получать низкомолекулярные хитозаны, растворимые в воде и обладающие при этом на порядок более высокой биологической активностью по сравнению с высокомолекулярными хитозанами. Такие свойства низкомолекулярных хитозанов существенно расширяют сферу их применения в качестве медицинских полимеров. Например, на основе низкомолекулярных хитозанов разработаны эффективные радиопротекторы, хиральные селекторы различных субстанций медицинского назначения, антикоагулянты с высокой гепариновой активностью.

Выделенный из хитинового покрова пчёл хитозан для придания ему водорастворимости также подвергается гидролизу комплексом ферментов микробного происхождения. В результате получается продукт, названный апизаном (пчелозаном). Апизан в конце технологической цепочки его получения, после лиофильной сушки, представляет собой тонкий порошок светло-коричневого цвета, растворимый в кислой среде при рН=5.5, имеет влажность 8-10%, содержание золы 1-2%, степень деацетилирования - 80-85% (Практическая апитерапия. / Хисматуллина Н.3. - Пермь: ЭксЛибрум, 2009. - 336 с. ).

Часто на сайтах о пчелопродуктах можно встретить, например, такое нелепое утверждение о преимуществах пчелозана: "...Низкомолекулярный хитозан, полученный из кутикулы пчёл усваивается полностью, в отличие от высокомолекулярного хитозана полученного из панциря ракообразных, который усваивается частично." Во-первых, в конце технологической цепочки получения и тот и другой хитозаны низкомолекулярные. Во-вторых, и это самое главное, по своей биологической природе хитозан относится к пищевым волокнам, которые не усваиваются совсем или усваиваются очень слабо. Глвное их достоинство - способность проходить через ЖКТ не усваиваясь "механически" его очищая (см. страницу