Получение хитина и хитозана из медоносного местного пчелиного подмора Apis Mellifera

Separation of chitin and chitosan from local honey bee Apis Mellifera
Цитировать:
Ихтиярова Г.А., Маматова Ш.Б., Курбанова Ф.Н. Получение хитина и хитозана из медоносного местного пчелиного подмора Apis Mellifera // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 5 (50). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5931 (дата обращения: 07.07.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты получения биополимеров хитина и хитозана из нового перспективного источника – сухого местного подмора пчел Apis mellifera. В работе использован высушенный и измельченный подмор, собранный во время весеннего обновления пчелиной семьи и содержащий значительное количество хитина. Для получения хитина, на первом этапе, последовательно отделяли белковую (депротеинирование) и минеральную (деминерализация) составляющие подмора, т.е. переводили их в растворимое состояние и удалили. Деминерализация проведена 2 М соляной кислотой в течение 5 часов при комнатной температуре. Процесс депротеинирования осуществлен путем обработки измельченного сырья 1 Н раствором гидроксида натрия в течение 1 часа при температуре 800С. Каждый процесс сопровождали промыванием сырья до нейтральной реакции промывных вод (рН=7).

На следующем этапе дезацетилированием хитина под воздействием 35%-ного водного раствора NaOH при температуре 850С в течение 4 часов получен хитозан, представляющий собой высокомолекулярный полимер глюкозамина, и высушен при 50-55оС. Полученную массу обесцвечивали 3%-ным раствором H2O2и промывали этанолом.

Полученные биополимеры идентифицировали снятием инфракрасных спектров на ИК-Фурье спектрометреNicolet iS50 производства Thermo Fisher Scientific (США).

ABSTRACT

This article presents the results of producing chitin and chitosan biopolymers from a perspective new source – dried Apis mellifera bee. We used the dried and crushed dee collected during spring update of bee family and containing a significant amount of chitin. For extraction of chitin, in the first stage, sequentially separated protein (deproteinization) and mineral (demineralization) components of bee, i.e. translated them into a soluble state and removed. Demineralization carried out under influence of 2M hydrochloric acid for 5 hours at room temperature. Deproteinization carried out by treating the crushed material in presence 1 N sodium hydroxide for 1 hour at 800C. Each process is accompanied by washing the raw material until neutral wash water (pH = 7).

In the next step deacetylation of chitin under the influence of 35% aqueous NaOH solution at a temperature of 850C for 4 hours to get chitosan, which is a high molecular weight polymer of glucosamine, and dried at 50-550С. The resulting mass destained with 3% H2O2 solution and washed with ethanol.

These biopolymers have identified the removal of infrared spectra FT-IR spectrometer Nicolet iS50 production of Thermo Fisher Scientific (USA).

 

Ключевые слова: хитин, хитозан, депротеинирование, деминерализация, дезацетилирование.

Keywords: chitin, chitosan, deproteinization, demineralization, deacetylation.

 

В условиях острой нехватки природных ресурсов и обострения проблем окружающей среды особую ценность приобретают исследования, позволяющие осваивать и внедрять новые технологии получения биополимеров из возобновляемых природных источников сырья. Особое место среди биополимеров занимает хитин и его весьма распространенная модификация –хитозан.

Хитин является линейным аминополисахаридом, состоящим из К-ацетил-2-амино-2-дезокси-О-гликопиранозных звеньев.

По химической структуре он близок к целлюлозе и только ей уступает по распространенности в природе [5, с. 11]. Структура хитина представляет собой кристаллическую решетку, в связи с чем степени растворимости и набухания хитина в различных средах довольно низки.

Хитозан представляет собой продукт дезацетилирования хитина и является наиболее изученным его водорастворимым производным. По распространенности он уступает только целлюлозе и воспроизводится в природе из полностью возобновляемого природного сырья.

Всевозрастающий интерес к хитозану обусловлен расширением области его практического применения в качестве специфического сорбента, биологически активного соединения и др. Хитозан способен вступать в реакциях как межмолекулярного взаимодействия с полиэлектролитами, образуя интерполимерные комплексы, так и комплексообразования с ионами металлов.

Особый вид хитозана – пчелозан более мощное биологически активное вещество, чем хитозан ракообразных. Значительный резерв сырья для получения хитозана представляют местные подморы пчел Узбекистана Apis mellifera.

 

Рисунок 1. Медоносные пчелы Apis mellifera (приносящая мед)

 

В этой связи, вполне целесообразным является получение воспроизводимых биополимеров хитина и хитозана из пчелиного подмора Apis mellifera. Подмор – пчелы, погибшие, главным образом в период зимовки и осыпавшиеся на дно улья. Летом гибель пчел гораздо значительнее, чем зимой, но менее заметна, поскольку они обычно погибают вне улья [3, с. 41; 4, с. 48]. Из пчелиного подмора получают апизан или, как его называют по-научному низкомолекулярный хитозан-меланиновый комплекс [6, с.28].

Летом в период активного медосбора и весной после зимовки пчелиная семья обновляется почти на 60-80%. Сила пчелиной семьи (масса находящихся в пчелиной семье рабочих пчел, измеряемая в кг) равна, в среднем, 7,5- 8 кг. Это дает возможность рассматривать подмор пчел как новый перспективный источник хитина и хитозана наряду с традиционными видами сырья [2, с. 78].

Нами использован сухой подмор пчел, собранный во время весеннего обновления пчелиной семьи и содержащий значительное количество хитина. Сырье представляет собой черно-коричневую массу со специфическим запахом. При детальном рассмотрении видны целые неразрушенные пчелы и различные части пчел (голова, грудь, ножки, брюшко, крылья и др.). Пчелиный подмор содержит минимальное количество минеральных веществ, так как кутикула насекомых практически не минерализована. Массу подмора подсушивали при температуре около 35°С, выложив тонким слоем. Высушенное сырье масса 50 г измельчили и провели деминерализацию (ДМ), далее депротеинирование (ДП) по следующей схеме.

 

Рисунок 2. Общая схема получения хитин и хитозана

 

Деминерализацию (ДМ) проводили по способу Hackmanа путем обработки подмора пчел 2 М соляной кислотой в течение 5 часов при комнатной температуре. Депротеинирование осуществили путем обработки измельченного сырья 1 Н раствором гидроксида натрия в течение 1 часа при 800С. Массу отфильтровали и высушили при комнатной температуре. Каждый процесс сопровождали промыванием сырья до нейтральной реакции промывных вод (рН=7).

Хитозан получили деацелированием хитина 35%-ным водным раствором NaOH в течение 4 часов при температуре 850С и сушили при 50-55оС.

В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы N-ацетил-D-глюкозамина ацетильной группировки или реакция деацетилирования (ДА) (рис.2).

 

Рисунок 2. Реакция деацетилирования хитина

 

Реакция ДА сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе D-глюкозамина, содержащий 5-15 % ацетамидных групп, а также до 1 % групп, соединенных с аминокислотами и пептидами.

При сушке в условиях более высоких температур хитозан уплотняется, темнеет и теряет растворимость, что снижает возможность его использования.

Далее полученную массу обесцвечивали 3%-ным раствором перекисью водорода и промывали этанолом. Продукт реакции представляет собой светло-бежевую массу со специфическим запахом [1, с. 34].

Интерпретация полученных биополимеров осуществили снятием ИК-спектров на ИК-Фурье спектрометре Nicoleti S 50 (Thermo Fisher Scientific,США), которые представлены на рис. 3.

Как видно в ИК-спектре хитина наблюдаются характерные полосы поглощения в областях 3290 см-1 относящиеся колебанием связи -N–Н-, а также полосы поглощения 1371 см-1, которые свидетельствуют о присутствии -СH3 группы, поглощения в области 1579 см-1 характерны С=О группе. ИК-спектр хитозана показывает пики в области 3272 см-1 и 1377–1028 см-1, которые свидетельствуют о присутствии NH2-группы.

 

Рисунок 3. ИК-спектры хитина и хитозана, полученных из подмора пчёл

 

При этом поглощении в области 1360–1000 см-1 у всех типов аминов появляются полосы поглощения, вызванные участием С–N связи в скелетных колебаниях молекулы. В образце хитина и хитозана зарегистрированы также полосы с максимумами при 1446 см-1 деформационного колебания СН2- и СН3-групп и 1373 см-1 (перегиб) деформационного колебания ОН-связи. В образце хитозана наблюдается широкая полоса средней интенсивности в области 1320–1387 см-1, соответствующая колебанию ОН-связи.

Таким образом, получены и характеризованы биополимеры хитин и хитозан на основе нового перспективного источника – сухого подмора пчел Apis mellifera. Учитывая природное происхождение пчелиного подмора и ее степени возобновляемости, можно заключить, что данное сырье имеет большое значение как исходный материал для получения полиэлектролитов с набором уникальных свойств. Работа выполняется по теме прикладного гранта ОТ-А 12-11 по теме: Разработка лабораторной технологии получения полимерных нанокомпозитных текстильных материалов на основе полиакрилатов, хитозана и его производных.

 

Список литературы:
1. Ихтиярова Г.А. и др. Новая технология получения воспроизводимых биополимеров хитина и хитозана из подмора пчел. Журнал Химия и химическая технология Ташкент, 2017. -№4.-С.33-37.
2. Ихтиярова Г.А., Нуритдинова Ф.М., Муинова Н.Б. Новый перспективный метод получения хитина, хитоза-на из подмора пчел и его применение // Современные проблемы науки о полимерах: cб. ст. по матер. меж-дунар. науч.-практ. конф. – Ташкент, 2016. - С.77-80.
3. Немцев С.В. и др. Хитозан из подмора пчел новый продукт пчел // Пчеловодство. – 2001. – №5. – С. 50-51.
4. Немцев С.В.и др. Получение хитина и хитозана из медоносных пчел // Прикладная биохимия и микроб. – 2004.– №1.– С. 46-50.
5. Скрябина К.Г., Вихоревой Г.А., Варламова В.П. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / Под ред.– М.: Наука, 2002. – 368 с.
6. Хисматуллина Н.З. Практическая апитерапия. – Пермь: ЭксЛибрум, 2009. – 336 с.

 

Информация об авторах

док. хим. наук, Бухарский государственный университет, 200117, Узбекистан, г. Бухара, ул. М. Икбол, 11

Doctor of Chemical Sciences, Bukhara State University, 200117, Uzbekistan, Bukhara, М. Iqbol Street, 11

преподаватель, Каршинский государственный университет, 180103, Узбекистан, г.Карши, ул. Кучабог, 17

 

Lecturer, Karshi State University, 180103, Uzbekistan, Karshi, Кuchabog Street, 17

 

докторант кафедры органической и физколлоидной химии, Бухарского Государственного университета, Узбекистан, г. Бухара
Doctoral student of the Department of organic and physical сolloid сhemistry, Bukhara State Universityst, Uzbekistan, Bukhara
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top