А. А. Ветошкин, Т. В буткевич

Белорусский государственный университет, г. Минск,

email: [e-mail]

Введение. Структура макромолекул хитина и хитозана обусловливает проявление антиоксидантных, радиопротекторных, иммуномодулирующих, волокно-
и пленкообразующих свойств. А низкая токсичность и способность данных биополимеров к биодеградации раскрывают широкие перспективы к их использованию в медицине, пищевой промышленности, фармакологии, микробиологии, сельском хозяйстве и косметической промышленности [1]. Расширение областей применения данных полисахаридов обусловливает поиск их новых перспективных источников.

Одним из таких потенциальных источников природных полисахаридов является кутикула насекомых. Как известно, покровы насекомых содержат до 50% хитина, который, наряду с белками, придает прочность экзоскелету [2]. Таким образом, кутикулу насекомых можно рассматривать как источник различных биологически активных веществ с возможностью выделения их в отдельном виде или в виде комплексов. Учитывая, что практический выход хитина обычно составляет не более 5% от общей начальной массы сырьевого источника, нужен легко возобновляемый ресурс получения этих биополимеров. К таким источникам можно отнести мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorina grandidieri). Из этого представителя зоокультуры можно получить значительное количество сырья, пригодного для получения хитина
и хитозана. Заготовка сырья не представляет трудности, так как при сбалансированном рационе питания, температурном режиме, относительной влажности воздуха, освещенности и оптимальной плотности насекомых в садках с учетом сезонных изменений в структуре популяции возможно легко сохранить и в приемлемые сроки размножить культуру этих насекомых. Таким образом, актуальным является разработка ресурсосберегающих технологических основ получения биологически активных соединений из этого сырья.

Цель работы – разработка технологии комплексной переработки зоокультуры мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorina grandidieri)для получения биологически активных соединений: хитина и хитозана.

Материалы и методика исследований. Объектом исследования являлось имаго мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorina grandidieri).

Технологическая схема комплексной переработки объекта исследования включала следующие стадии:

На стадии подготовки сырья образцы мадагаскарских тараканов измельчали
и проводили водную экстракцию из 10% суспензии при температуре 80°С в течение 1 ч, тем самым удаляли водорастворимый меланин. Фильтрацией отделяли меланиновую фракцию, а твердый остаток замораживали, лиофильно высушивали
и использовали для переработки.

Хитин-меланиновый комплекс (ХМК) получали в результате депротонирования твердого осадка 10%-ным раствором NaOH при температуре 45–55°С в течение 2 ч,
и отделения его фильтрацией с последующей промывкой дистиллированной водой до рН промывных вод 7,0 и лиофильной сушкой.

Стадия обесцвечивания ХМК осуществляли 3%-ным раствором Н₂О₂ при температуре 45–55°С в течение 4 ч. После фильтрации реакционной смеси, твердый остаток – хитин – промывали дистиллированной водой до рН 7,0, высушивали
и использовали далее для получения хитозана.

Деацетилирование хитина проводили 50%-ным раствором NaOH при температуре 125–130°С в течение 1,5 ч. По окончании процесса суспензию охлаждали до 50°С и фильтровали для получения твердого остатка, который тщательно промывался до нейтральных промывных вод. Полученный продукт – высокомолекулярный хитозан.

Результаты исследований и их обсуждение. Мадагаскарский таракан (Gromphadorina grandidieri) может рассматриваться в качестве возобновляемого источника хитина и его производных. В составе его кутикулы содержится до 35 % хитина [2]. Также особенностью этого сырьевого источника является низкое содержание в кутикуле минеральных веществ (до 4%) и присутствие меланинов. Поэтому, в отличие от технологии переработки основного источника хитина и хитозана (ракообразных), при использовании сырья из исследуемого объекта можно убрать из технологической схемы стадию деминерализации. Предложенная технология комплексной переработки включает постадийное удаление сопутствующих веществ
с использованием химических способов обработки.

В результате переработки из зоокультуры мадагаскарского таракана (Gromphadorina grandidieri)получены биологически активные соединения: хитин-меланиновый комплекс, хитин и хитозан. Выход продуктов технологии переработки представлен в таблице.

Таблица –Характеристика продуктов переработки подмора пчел

Стадия	Продукты	Выход, %
Депротеинирование	Хитин-меланиновый комплекс	27,05
Обесцвечивание	Хитин	93,75
Деацетилирование	Высокомолекулярный хитозан	72,5

Наибольшие потери происходят на стадиях депротеинирования и деацетилирования. Практический выход хитозана составил около 5% от общей начальной массы сырьевого источника, что показывает возможность успешного применения зоокультуры мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorina grandidieri) в качестве источника для выделения хитина и последующего получения из него хитозана. При переработке зоокультуры мадагаскарского таракана по разработанной технологии удалось полностью избавиться от пигмента и на выходе получить чистый хитин и хитозан, в отличие от работ, где из других представителей членистоногих получили хитозан-меланиновый комплекс [3]. Что также является плюсом выбранного сырья и технологии его переработки.

Заключение. Зоокультура мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorina grandidieri)является перспективным источником для выделения биологически активных соединений.

Предложенная технология комплексной переработки позволяет получить: хитин-меланиновый комплекс, хитин и хитозан, различающиеся по структуре
и свойствам, что расширяет возможности их практического использования
в биотехнологии.

Хитин-меланиновый комплекс, как и хитин способны эффективно связывать тяжелые металлы, радионуклиды и другие поллютанты и могут найти применение
в качестве сорбента для очистки воды, почвы от этих антропогенных загрязнителей [4]-[5].

Хитозан может быть использован в качестве элиситора для предпосевной обработки семян различных сельскохозяйственных растений, а также для конструирования современных ранозаживляющих средств [6]-[7].

Литература

1. Скрябина, К. Г. Хитозан / Под. ред. К. Г. Скрябина, С. Н. Михайлова,
В. П. Варламова. – М: Центр «Биоинженирия» РАН. – 2013. – 574 с.

2. Chapman, R.F. The insects. Structure and function / R. F. Chapman – London: The English universities press. – 1969. – 600 р.

3. Получение хитина и хитозана из медоносных пчел / С. В. Немцев [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 2004 – Т. 40, № 1. – С. 46–50.

4. Курченко, В. П. Физико-химические и биологические свойства меланиновых пигментов / В. П. Курченко, Т. А. Кукулянская, Д. А. Новиков // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: материалы VII Междунар. конф. – М.: ВНИРО. – 2003. – C. 23–31.

5. Сорбция тяжелых металлов высшими грибами и хитином разного происхождения в опытах in vitro / М. Е. Маркова [и др.] // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2008. – № 6. – С. 118–124.

6. Модулирование болезнеустойчивости растений с помощью низкомолекулярного хитозана / Н. И. Васюкова [и др.] // Прикладная биохимия
и микробиология. – 2001. – Т. 37, № 1. – С. 115–122.

7. Baldrick, P. The safety of chitosan as a pharmaceutical excipient / P. Baldrick // Regulatory Toxicology and Pharmacology. – 2010. – V. 56. – P. 290–299.

Дата добавления: 2017-01-14