«Получение препаратов хитина из креветки Pandalus borealis»

М.В. Ипатова, преподаватель

Высшая школа рыболовства и морских технологий

Северный (Арктический) Федеральный университет им.Ломоносова,

г.Архангельск

Аннотация

В

статье

рассмотрены

понятие

хитин,

получение,

свойства

и

применение.

Знания

о

хитине

и

его

свойствах

могут

быть

полезны

в

медицине,

сельском

хозяйстве,

парфюмерно-косметической

промышленности.

Таким

образом

знания

о

хитине

помогают

понимать

процессы,

происходящие

в

природе

и

различных

сферах

деятельности

человека.

Введение

Объектом для получения хитина в соответствии с целями и задачами

исследовательской работы является северная креветка Pandalus borealis.

Весь

мировой

лов

креветок

производится

преимущественно

в

Тихом,

Индийском

и

Атлантическом

океанах,

а

также

в

Средиземном

море.

И

большая часть добычи этих ракообразных осуществляется в прибрежных

водах. Северная креветка (Pandalus borealis) – один из важнейших видов

промысловых беспозвоночных Баренцева моря. Наиболее часто ее скопления

встречаются на глубинах от 200 до 350 м, а на континентальном склоне – до

700

м.

Северные

креветки

в

промышленных

масштабах,

в

основном,

добывают страны Скандинавии, Канада и Россия. При этом наша страна

практически

полностью

обеспечивает

этими

морепродуктами

международные

рынки

США,

Кореи

и

Японии.

А

на

отечественных

прилавках преобладают Pandalus borealis из Канады и Дании.

Основные

промысловые

районы

добычи

креветки

находятся

у

Западной Камчатки.

2

На Северном бассейне добыча северной креветки в настоящее время

осуществляется в небольшом количестве в Баренцевом море.

Запас северной креветки в Баренцевом море находится в устойчивом

состоянии. Его уровень на протяжении всего периода мониторинга был выше

значения биомассы, соответствующего максимальному устойчивому улову,

поэтому риск падения запаса ниже этого оптимального уровня в ближайшем

будущем низок.

На международном уровне вылов северной креветки не квотируется, но

частично

регулируется

контролем

над

промысловыми

усилиями.

Промысловая

деятельность

имеющих

лицензию

на

добычу

креветки

российских

и

норвежских

судов

регламентируется

только

уровнем

допустимого прилова молоди рыб,

тогда

как третьи страны ограничены

числом судосуток лова и количеством судов.

В

настоящее

время

в

Мурманской

области

осуществляются

мероприятия по восстановлению добычи креветки. Для этого необходимы

специализированные траулеры и специально подготовленные экипажи.

Хитин

-

линейный

аминополисахарид,

состоящий

из

N-ацетил-

2-амино-2-дезокси-D-глюкопиранозы, связанной 1-4-гликозидными связями,

поочередно-повернутых на 180° (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная формула хитина

Хитин,

как

неразветвленный

полисахарид

с

β-(1-4)-гликозидными

связями,

образует

фибриллярные

структуры,

имеющих

характерную

линейную конформацию молекул, закрепленных водородными связями.

3

Химический метод получения хитина

Химический метод является одним из базовых способов выделения

хитина и получения его производных.

Данный метод

выделения хитина

включает

две

основные

стадии.

Первая

–

деминерализация

–

удаление

неорганического вещества (карбоната кальция) в разбавленной кислой среде,

осуществляется

с

использованием

соляной

кислоты.

Вторая

–

депротеинирование – экстрагирование белковых веществ в щелочной среде,

традиционно

реализуется

путем

обработки

водным

раствором

NaOH.

Эффективность

щелочной

депротеинизации

зависит

от

температуры

процесса,

концентрации щелочи

и

отношения

еѐ

раствора

к

оболочкам.

Таким образом, выделение хитина из ракообразных требует удаления двух

основных компонентов оболочки – белков и карбоната кальция вместе с

небольшими количествами пигментов и липидов, которые обычно удаляются

в течение двух перечисленных стадий. В некоторых случаях для удаления

остаточных пигментов применяется дополнительная стадия обесцвечивания.

Существуют

различные

методы

для

получения

чистого

хитина.

Как

депротеинизация, так и деминерализация может проводиться химическим

или

ферментативным

методами.

Порядок

двух

этих

стадий

может

быть

изменен, особенно при использовании ферментативной обработки. Также

используется

микробная

ферментация.

В

этом

случае

стадии

депротеинирования и деминерализации применяются одновременно.

Применение хитина

За

счет

пленкообразующих

свойств

данные

полисахариды

в

парфюмерно-косметической

промышленности

используют

в

составе

косметических

кремов,

снижающих

потерю

воды

и

повышающих

эффективность УФ-фильтров, а также в средствах по уходу за волосами

(шампуни,

бальзамы,

лосьоны)

для

улучшения

расчесываемости,

предупреждения появления перхоти и усиления блеска волос. Также хитозан

может выступать в качестве гелеобразователя в жидких мылах и гелевых

4

зубных

пастах.

В

парфюмерии

применяют

при

изготовлении

духов

в

качестве стабилизатора аромата.

В

медицинской

отрасли

данные

полимеры

используются

в

виде

порошков, гелей, мазей, присыпок, повязок, искусственной кожи для лечения

поражений и ожогов слизистой оболочки полости рта и зубов, репарации

дефектов и регенерации костной ткани. Также хитозан используется для

заживления ран – он обеспечивает механическую защиту и стимулирует

процессы

регенерации

поврежденных

тканей

(обеспечивается

ускорение

заживления в 3-4 раза). Благодаря биодеградируемости, биосовместимости и

малой токсичности, хитозан используется как функциональный материал для

создания мембран, обладающих адгезивными свойствами пленок, наночастиц

и наносистем для доставки витаминов, белков, пептидов и лекарственных

средств.

Сорбционные свойства хитозанов важны не только потому, что эти

полисахариды обладают исключительно высокой гидрофильностью и также

являются

эффективными

сорбентами

неполярных

соединений

(белков,

красителей, ПАВ) и ионов тяжелых металлов, что делает их перспективными

для целей очистки и анализа. Сорбция – важнейший этап таких сложных

многостадийных

процессов

как

катализ,

растворение,

набухание,

поверхностные химические реакции, транспорт низкомолекулярных веществ

через

мембраны.

Хитозаны

могут

быть

использованы

как

материал

для

создания селективно-проницаемых мембран, и знания свойств хитозанов как

сорбентов необходимы при решении задач мембранного разделения.

В сельском хозяйстве возможно использование хитозана как вещества,

вызывающее

продолжительную

болезнеустойчивость

у

растений

к

возбудителям

различных

бактериальных

и

вирусных

заболеваний

при

обработке семян и растений в фазу ветвления. Возможно применение в

качестве

биостимулятора,

обеспечивающего

возрастание

урожайности

овощей на 25-40 %, а также для облагораживания почв в композициях с

природными или искусственными удобрениями.

5

В экологии хитозан и хитин могут использоваться для очистки сточных

вод

от

тяжелых

металлов,

радионуклидов,

белков,

углеводородов,

пестицидов, красителей и бактериальных клеток.

Наиболее

широкое

применение

хитозан

приобрел

в

пищевой

промышленности. Достаточно часто используется в качестве эмульгатора

простых и многокомпонентных эмульсий для стабилизации гомогенных и

гетерогенных

систем

при

производстве

пудингов,

муссов,

желе

и

для

фракционирования молочного сырья. Применяется как загуститель соусов,

приправ,

паштетов,

паст

и

как

структурообразователь

для

продуктов

диетического

питания,

способствующих

выведению

радионуклидов

из

организма, а также для осветления жидкости в производстве вин, пива, соков,

молочной сыворотки. Благодаря своим бактерицидным свойствам данные

биополимеры могут применяться в качестве консерванта с целью подавления

патогенной и условно-патогенной микрофлоры и повышения биологической

ценности продуктов питания и напитков, а также при изготовлении пленок

для

хранения

различных

видов

пищевой

продукции.

Наиболее

широко

известно защитное действие пленок из хитозана, играющих роль микробного

фильтра, наносимых на поверхность плодов и овощей (яблок, цитрусовых,

земляники, томатов).

Помимо этого, хитозан относится к диетическим волокнам, которые не

усваиваются

организмом человека,

в

кислой

среде желудка

он

образует

раствор

высокой

вязкости.

Как

компонент

пищи

или

как

лечебно-

профилактический

препарат

хитозан

проявляет

свойства

энтеросорбента,

иммуномодулятора, регулятора кислотности желудочного сока, ингибитора

пепсина и др.

Применение

ферментов

на

стадии

депротеинирования

позволяет

создать более мягкие условия обработки, а

также

совместить несколько

операций,

а

значит,

и

упростить

процесс,

уменьшается

агрессивность

реакционной среды, что снижает затраты на оборудование и увеличивает

срок его службы. Наиболее эффективные ферменты микробиологического и

6

животного

происхождения.

Применяются

протеазы,

активные

штаммы

бактерий родов Pseudomonas, Bacillus.

При использовании ферментов на стадии деацетилирования хитина нет

необходимости

в

использовании

агрессивных

для

окружающей

среды

реагентов,

что

требует

применения

специального

антикоррозийного

оборудования,

не

образуются

большого

количества

щелочных

отходов,

которые нуждаются в утилизации. Кроме того, производство не требует

больших энергетических затрат, поэтому целесообразным и перспективным

является применение биотехнологических способов получения хитозана с

использованием ферментов.

Технологический процесс получения хитина

Технологический процесс получения хитина представлен следующей

схемой.

+ 4% HCl, t = 25 ºС

+ 4% NaOH, t = 60ºС

Размельченное сырье

Деминерализация

Фильтрование / промывка

Депротеинирование

Фильтрование / промывка

Хитин

7

Образец

сухого

измельченного

панциря

креветок

(5

г)

деминерализовали в конической стеклянной колбе (емкостью 100 см

3

) 4 %

раствором HCl в соотношении 1:6; перемешивали в течение 1,5 часов при

температуре

окружающей

среды

на

шейкере;

полученную

массу

фильтровали и промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции.

Отфильтрованный

осадок

исследуемой

пробы

переносили

в

чистую

коническую

стеклянную

колбу

(емкостью

100

см

3

),

обрабатывали

4

%

раствором NaOH в соотношении 1:6 и перемешивали в течение 1 часа на

шейкере

при

температуре

70-80

ºC.

Далее

полученный

раствор

хитина

фильтровали, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции

высушивали с помощью аппарата для лиофильной сушки LabconcoFreeZone

2,5L. Готовый продукт хитина получен в виде порошка розового цвета.

Выход Х,%, рассчитывали по формуле 1

, (1)

где m

1

– масса выделенного хитина, г;

m – масса исходной навески, г.

17 %.

В результате получен хитин из панциря креветок Pandalus borealis.

Образец полученного хитина представлен на рисунке 2.

8

Рисунок 2 – Образец хитина, полученный из панцирей креветки

Pandalus borealis

На эффективность процесса получения хитина и соответственно его

выход

влияют

следующие

факторы:

температура

проведения

основных

технологических

операций,

концентрации

растворов

HCl

(при

деминерализации), NaOH (при депротеинировании), а также соотношения

растворов к оболочкам. Согласно теоретическим данным выход хитина из

панцирей креветок в зависимости от вышеперечисленных факторов может

быть в пределах от 14 до 20 %.

Эксперимент

доказал,

что

представленная

технологическая

схема

получения хитина эффективна и проста и позволяет получить препарат с

выходом 17 % в лабораторных условиях, что соответствует теоретическим

данным.

Заключение

В

качестве

объектов

исследования использована креветка

Pandalus

borealis.

Креветка

Pandalus

borealis

является

наиболее

массовым

легко

добываемым

объектом.

За

последние

5

лет

(2020-2025 гг.)

наблюдается

стабильный рост

вылова

креветки российскими компаниями.

Ежегодный

прирост составляет от 12 %

до 29 %.

Проведѐнные исследования указывают на

возможность

получения

хитина

панциря

креветки

Pandalus

borealis

в

лабораторных

условиях.

Доказана

возможность

получения

из

панциря

креветки

Pandalus

borealis

посредством

проведения

одноступенчатой

деминерализации 4 % раствором НСl в течение 1,5 часов при комнатной

9

температуре и последующим депротеинированием 4 % раствором NaOH при

температуре 60 °С в течение одного часа. Использованная технологическая

схема

позволяет

получить

хитин

с

низким

содержанием

белковых

и

минеральных примесей, то есть высокоочищенный биополимер с выходом 17

%.

Хитин

находит

широкое

применение

в

различных

отраслях

промышленности,

обладая

сорбционными,

антимикробными

свойствами,

способностью

к

гелеобразованию,

образованию

плѐнок,

низкой

токсичностью,

характерна

биосовместимость,

биоразлагаемость.

Хитин

является

перспективным

природным

биополимером

для

биотехнологического использования.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) В результате исследований получен препарат хитина из панциря

креветки Pandalus borealis с выходом 17 % от исходного сырья.

2)

В

результате

процесса

деминерализации

соляной

кислотой

содержание минеральных веществ в препарате хитина из панциря креветки

Pandalus borealis с 20,2 % уменьшилось до 0,05 %.

Библиографический список

1 Хитозан [Текст]: коллективная монография российских ученых / сост.

К.Г.

Скрябина,

С.Н.

Михайлова,

В.П.

Варламова.

–

М.:

Центр

"Биоинженерия" РАН, 2023. – 593 с.

2 Красавцев, В.Е. Технико-экономические перспективы производства

хитина и хитозана из антарктического криля [Текст] / В.Е. Краcавцев //

Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: материалы VII

Международной конференции. – Москва: ВНИРО, 2023. – С. 7 – 9.

3

Vincent,

J.V.

Arthropod

cuticle:

a

natural

composite

shell

system

[Electronic resource] / J.V. Vincent // Composites: Part A. – 2002. – Iss. 33 (10). –

P. 1311–1315. – Electronic text data. – DOI: 10.1016 / S1359-835X (02)00167-7,

acces from Research gate (20.04.2025). – Title from screen.

4 Мезенова, О.Я. Гаммарус балтийский – потенциальный источник

получения хитина и хитозана [Текст] / О.Я. Мезенова, А.С. Лысова, Е.В.

10

Григорьева // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана:

материалы VII Международной конференции. – М.: ВНИРО, 2003. – C. 32 –

33.

5 Скрябин, К.Г. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение

[Текст] / К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. – М.: Наука,

2021.− 368 с.

12 Немцев, С.В. Комплексная технология хитина и хитозана из панциря

ракообразных

[Текст]

/ С.В. Немцев. − М: Изд-во ВНИРО, 2022. − 134 с.