Хитозан

Традиционно производство хитина и хитозана имеет своей сырьевой базой панцирь промысловых ракообразных. В нашей стране хитин и хитозан производят из панциря дальневосточных крабов, и объемы этого производства ограничены объемами вылова. В связи с этим встает проблема поиска новых источников получения хитина и хитозана, одним из которых могут стать мелкие ракообразные (гаммариды и талетриды) и насекомые. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин. К таким насекомым относятся тутовый шелкопряд, медоносная пчела и комнатная муха.

Медоносная пчела относится к типу членистоногих (Artropoda), подтипу трахейнодыщащих (Tracheata), классу насекомых (Insect), подклассу крылатых (Pterigota), отряду перепончатокрылых (Hymenoptera), подотряду стебельчатобрюхих (Apocrida), группу жалоносных (Aculeata), надсемейству пчелиных (Apoideal), семейству пчел (Apidae), роду настоящих пчел (Apis).

В 1758 году К.Линней описал медоносную пчелу и присвоил ей название Apis mellifera (приносящая мед). Но так как она приносит нектар, он изменил видовое название на Apis mellifica (производящая мед). В нашей стране широко используется первое название.

Медоносная пчела (Apis mellifera) – общественное жалящее насекомое. Живут пчелы семьями, обычная численность каждой из них 50-80 тыс. особей. В состав пчелиной семьи входят матка, рабочие пчелы и трутни. Основную массу семьи составляют рабочие пчелы (самки с недоразвитой половой системой; длиной 12-14 мм), живущие 26 – 40 суток. Их основная функция – сбор нектара и пыльцы с цветковых растений, необходимые для питания семьи и кормления личинок, строительство сотов, забота о расплоде и др.

Тело пчелы покрыто твердым покровом — кутикулой, которая служит опорой для внутренних органов, а также защитой от внешних воз¬действий. В кутикуле часто образуются выросты и выпячивания, к которым прикрепляются мус¬кулы. Все разнообразие внешнего покрова создается в процессе развития насекомого деятельностью живых клеток, выстилающих кутикулу. Эти клетки кубической или циллиндрической формы образуют один плотный слой, носящий название гиподермы. Кутикула отличается большой прочностью и в то же время гибкостью благодаря хитину, содержание которого от 30 до 50%. Хитин придает кутикуле гибкость и эластичность, а твердость, упругость и непроницаемость ее обеспечивает своеобразная и сложная структура.

Потенциальным источником пчелиного хитозана служит кутикула, содержащая хитин. Сырьем для получения хитина и хитозана из пчелиных может служить подмор пчел. 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. Продолжительность жизни пчелы определяется физиологическим состоянием ее организма, что связано с характером выполнения работ. Матки в среднем живут до 5 лет (максимально 8), трутни – 4 мес. Предельный возраст рабочих пчел не превышает 1 года, а в активный период их жизни (летом) сильно сокращается и составляет в среднем 35 суток. Пчелы осеннего вывода, не выполняющие интенсивную работу, хорошо переносят зимовку и живут 8 – 9 месяцев.

За счет широкого распространения пчеловодства в нашей стране, существует возможность получать хитиновое сырье (подмор пчел) в значимых масштабах. По состоянию на 1.01 2000 г. в Российской Федерации во всех категориях хозяйств имелось 3457, 5 тыс. 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 тыс.т. Это дает возможность рассматривать подмор пчел как новый перспективный источник хитозана насекомых, наряду с традиционными видами сырья.

Для исследований мы использовали два вида сырья:

По содержанию белка подмор близок к гаммарусу, для депротеинирования которого применяется двухстадийная обработка 2 – 3% раствором щелочи. Однако, по содержанию хитина подмор сходен с сухим панцирем криля и поэтому для его депротеинирования применили одностадийную обработку более концентрированным, 10% раствором щелочи. Пчелиный подмор содержит минимальное количество минеральных веществ, так как кутикула насекомых практически не минерализована. В связи с этим отпадает необходимость проводить деминерализацию пчелиного хитина. Экстрагирование липидов смесью Фолча показывает, что в подморе их содержатся следовые количества и поэтому при выделении хитина обезжиривания подмора не проводили.

Гидролиз подмора 10% раствором щелочи (NaOH) позволил отделить основное количество белка, до 80% и большее количество мелонинов. Щелочной гидролизат имеет вид вязкой жидкости черно – коричневого цвета, из которой возможно осадить белковую часть титрованием при рН = 4,4 – 4,6. Хитин промывали большим количеством дистиллированной воды до рН = 7 и высушивали при 55± 5оС. Сухой хитин из подмора имеет вид темно-коричневой массы со специфическим запахом. Хорошо просматриваются отдельные членики насекомого: голова треугольной формы размером 4-5 мм темно-коричневого цвета, грудь округлой формы размером в среднем 4 мм, ножки и крылья в виде слипшихся комочков и в виде отдельных раздробленных частей, а также отдельные сегменты брюшка.

В кутикуле пчелы хитин прочно связан с меланинами так, что в процессе щелочного депротеинирования некоторая их часть удаляется вместе с белком, но при этом хитин сохраняет черно-коричневую окраску. Таким образом, целесообразно считать полученный продукт хитин-меланиновым комплексом.

Деацетилирование хитина пчел проводили в 50% растворе NaOH при 125± 5оС. При этом также происходит растворение меланинов, которые окрашивают щелочь в черный цвет. Дальнейшая промывка позволяет получить кислоторастворимый хитозан коричневого цвета, который свидетельствует об остаточном содержании меланинов.

Для придания хитозану водорастворимости его подвергали гидролизу комплексом хитинолитических ферментов микробиологического происхождения. В результате получен продукт, получивший название «Пчелозан».

«Пчелозан» после лиофильной сушки представляет собой тонкий порошок светло-коричневого цвета, растворимый при рН 5,5.