AGRIS - 

2023

Минаков, Денис Викторович | Егорова, Елена Юрьевна | Маркин, Вадим Иванович | Базарнова, Наталья Григорьевна

The review is devoted to summarizing scientific data in the field of the chemical structure and properties of chitin and chitosan obtained from fungal biomass, and to analyzing directions for their modification for use in medicine and the food industry as substances with antibacterial, antiviral, wound-healing and anticoagulant activity. The features of chitin biosynthesis by fungi of the Basidiomycota, Ascomycota, Deuteromycota departments and chitosan biosynthesis by fungi of the Zygomycota department are covered. It has been shown that higher fungi contain chitin in their cell walls in the form of a chitin-glucan complex, while lower fungi (zygomycetes) contain chitin in the form of chitosan-glucan. Effective components of substrates that influence the production of polysaccharides by fungi have been identified - carbohydrates in the form of glucose, sucrose and maltose, organic forms of nitrogen in the form of yeast extract and corn flour, mineral components in the form of dihydrogen phosphate and dipotassium monohydrogen phosphate. Particular attention is paid to methods for isolating chitin and modifying it to chitosan with a detailed description of the physicochemical and biological properties of polymers. The review also presents the main reactions and methods for obtaining carboxymethyl and sulfo derivatives of chitin and chitosan. The biological properties and application of these groups of substances are described. In the carboxymethylation of chitin and chitosan, the choice of appropriate reaction conditions and reagents makes it possible to obtain carboxymethyl chitin, N-, O-, N,O-carboxymethylchitosan, or N,N-dicarboxymethylchitosan. The properties and applications of carboxymethyl derivatives of chitin and chitosan strongly depend on their structure, degree of substitution, and arrangement of amino or hydroxyl groups. The main reagents in the preparation of carboxymethyl derivatives are sodium monochloroacetate, monochloroacetic and glyoxalic acids. Carboxymethyl derivatives of chitin and chitosan are used as drug delivery systems, antimicrobial agents, in tissue engineering, as components of cosmetics and food products. Modification of chitosan with sulfate groups makes it possible to obtain chitosan 2-N-, 6-O-, 2-N-6-O- and 3-O-sulphates. The main sulfonating agents are oleum, pyridine and chlorosulfonic acid. Sulfonic derivatives of chitin and chitosan can be used as a basis for obtaining hemocompatible materials (with antithrombotic and antibacterial activities). | Обзор посвящен обобщению научных данных в области химической структуры и свойств хитина и хитозана, полученных из биомассы грибов, и анализу направлений их модификации для использования в медицине и пищевой промышленности в качестве веществ с антибактериальной, противовирусной, ранозаживляющей и антикоагулянтной активностью. Освещены особенности биосинтеза хитина грибами отделов Basidiomycota, Ascomycota, Deuteromycota и биосинтеза хитозана грибами отдела Zygomycota. Показано, что высшие грибы содержат хитин в своих клеточных стенках в виде хитин-глюканового комплекса, низшие (зигомицеты) – в форме хитозан-глюкана. Определены эффективные компоненты субстратов, влияющие на продуцирование полисахаридов грибами – углеводы в виде глюкозы, сахарозы и мальтозы, органические формы азота в виде дрожжевого экстракта и кукурузной муки, минеральные компоненты в виде дигидрофосфата и моногидрофосфата дикалия. Особое внимание уделено аспектам выделения хитина, его направленной химической модификации до хитозана, карбоксиметил- и сульфопроизводных хитиновых полимеров. Описаны биологические свойства и применение основных производных. Показано, что свойства и область применения карбоксиметилпроизводных хитина и хитозана в значительной степени зависят от их структуры, степени замещения и расположения гидроксильных и аминогрупп. Основными реагентами при получении карбоксиметилпроизводных являются монохлорацетат натрия, монохлоруксуная и глиоксалевая кислоты, выбор соответствующих условий реакции и реагентов позволяет получить карбоксиметилхитин, N-, O-, N,O-карбоксиметилхитозаны или N,N-дикарбоксиметилхитозан. Карбоксиметильные производные хитина и хитозана находят применение в составе систем доставки лекарств, противомикробных средств, в тканевой инженерии, в качестве компонентов некоторых косметических средств и продуктов питания. Основными сульфирующими агентами являются олеум, пиридин и хлорсульфоновая кислота, такая модификация позволяет получать 2-N-, 6-O-, 2-N-6-O- и 3-O-сульфаты хитозана. Сульфопроизводные хитина и хитозана могут быть использованы в качестве основы для получения гемосовместимых материалов (с антитромботической и антибактериальной активностями).

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Поташев, Александр Викторович | Гурьев, Александр Владиславович | Медведев, Василий Викторович

Данная работа посвящена рассмотрению возможности и обоснованию использования продуктов на основе технического хитозана как полисахарида животного происхождения в качестве добавки при изготовлении лабораторных образцов упаковочной крафт-бумаги с повышенной гидрофобностью. Цель работы – оптимизация условий получения упаковочной крафт-бумаги с использованием метода математического планирования эксперимента в соответствии с трехфакторным униформ-ротатабельным планом второго порядка Бокса-Хантера. Показана возможность эффективной гидрофобизации достаточно тонкого целлюлозного волокнистого материала, имеющего массу 1 м2 70 г. В исследованном факторном пространстве установлены математические зависимости, адекватно описывающие влияние основных технологических параметров – расхода хитозана (0.5–1.5%), степени помола бумажной массы (25–35 °ШР) и содержания в композиции хвойной целлюлозы (80–100%) на гидрофобность (повышение влагостойкости) бумаги и ее физико-механические характеристики. Показано, что в присутствии в композиции хитозана гидрофобность крафт-бумаги по показателю поверхностная впитываемость воды при одностороннем смачивании (метод Кобба) многократно усиливается и при максимальном расходе продукта (1.5%) достигает 24–25 г/м2. При этом значения степени помола массы и содержание хвойной целлюлозы в композиции могут варьироваться в достаточно широком технологическом диапазоне в соответствии с исследованным факторным пространствам. Увеличение расхода хитозана, степени помола волокон и содержания хвойной целлюлозы в композиции одновременно обеспечивает прирост значений практически всех физико-механических характеристик лабораторных образцов упаковочной крафт-бумаги. | We devoted our research to study and substantiate the possibility of using products based on commercial chitosan. As an animal polysaccharide, it was applied as an additive in manufacturing laboratory samples of kraft packaging paper with increased hydrophobic properties. The research aimed to optimize conditions to produce packaging kraft paper by means of mathematical planning method of the experiment in accordance with the three factor uniform-rotatable second-order model by Box and Hunter. It is shown that that the effective hydrophobization of a fairly thin cellulose fibrous material, weight of 1 m2 70 g, is possible. In the studied factor space, we have established mathematical dependences that fit well the influence of the main technological parameters – the consumption of chitosan (0.5–1.5%), the beating degree of paper pulp (25–35 °SR) and softwood content in fiber furnish (80–100%) on the hydrophobicity (increasing moisture resistance) of paper and its physical and mechanical properties. It is shown that the presence of chitosan in fiber furnish leads to the hydrophobicity of kraft paper in terms of surface water absorption during one-sided wetting (Cobb test) increases many times and reaches 24–25 g/m2 at the maximum product consumption (1.5%). At the same time, the values of beating degree of paper pulp and softwood content in fiber furnish can vary in a fairly wide technological range, in accordance with the studied factor spaces. Increasing the consumption of chitosan, the beating degree of pulp fibers and softwood content in fiber furnish simultaneously provides an increase in the values of almost all physical and mechanical properties of laboratory kraft packaging paper.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Минаков, Денис Викторович | Егорова, Елена Юрьевна | Маркин, Вадим Иванович | Базарнова, Наталья Григорьевна

Обзор посвящен обобщению научных данных в области химической структуры и свойств хитина и хитозана, полученных из биомассы грибов, и анализу направлений их модификации для использования в медицине и пищевой промышленности в качестве веществ с антибактериальной, противовирусной, ранозаживляющей и антикоагулянтной активностью. Освещены особенности биосинтеза хитина грибами отделов Basidiomycota, Ascomycota, Deuteromycota и биосинтеза хитозана грибами отдела Zygomycota. Показано, что высшие грибы содержат хитин в своих клеточных стенках в виде хитин-глюканового комплекса, низшие (зигомицеты) – в форме хитозан-глюкана. Определены эффективные компоненты субстратов, влияющие на продуцирование полисахаридов грибами – углеводы в виде глюкозы, сахарозы и мальтозы, органические формы азота в виде дрожжевого экстракта и кукурузной муки, минеральные компоненты в виде дигидрофосфата и моногидрофосфата дикалия. Особое внимание уделено аспектам выделения хитина, его направленной химической модификации до хитозана, карбоксиметил- и сульфопроизводных хитиновых полимеров. Описаны биологические свойства и применение основных производных. Показано, что свойства и область применения карбоксиметилпроизводных хитина и хитозана в значительной степени зависят от их структуры, степени замещения и расположения гидроксильных и аминогрупп. Основными реагентами при получении карбоксиметилпроизводных являются монохлорацетат натрия, монохлоруксуная и глиоксалевая кислоты, выбор соответствующих условий реакции и реагентов позволяет получить карбоксиметилхитин, N-, O-, N,O-карбоксиметилхитозаны или N,N-дикарбоксиметилхитозан. Карбоксиметильные производные хитина и хитозана находят применение в составе систем доставки лекарств, противомикробных средств, в тканевой инженерии, в качестве компонентов некоторых косметических средств и продуктов питания. Основными сульфирующими агентами являются олеум, пиридин и хлорсульфоновая кислота, такая модификация позволяет получать 2-N-, 6-O-, 2-N-6-O- и 3-O-сульфаты хитозана. Сульфопроизводные хитина и хитозана могут быть использованы в качестве основы для получения гемосовместимых материалов (с антитромботической и антибактериальной активностями). | The review is devoted to summarizing scientific data in the field of the chemical structure and properties of chitin and chitosan obtained from fungal biomass, and to analyzing directions for their modification for use in medicine and the food industry as substances with antibacterial, antiviral, wound-healing and anticoagulant activity. The features of chitin biosynthesis by fungi of the Basidiomycota, Ascomycota, Deuteromycota departments and chitosan biosynthesis by fungi of the Zygomycota department are covered. It has been shown that higher fungi contain chitin in their cell walls in the form of a chitin-glucan complex, while lower fungi (zygomycetes) contain chitin in the form of chitosan-glucan. Effective components of substrates that influence the production of polysaccharides by fungi have been identified - carbohydrates in the form of glucose, sucrose and maltose, organic forms of nitrogen in the form of yeast extract and corn flour, mineral components in the form of dihydrogen phosphate and dipotassium monohydrogen phosphate. Particular attention is paid to methods for isolating chitin and modifying it to chitosan with a detailed description of the physicochemical and biological properties of polymers. The review also presents the main reactions and methods for obtaining carboxymethyl and sulfo derivatives of chitin and chitosan. The biological properties and application of these groups of substances are described. In the carboxymethylation of chitin and chitosan, the choice of appropriate reaction conditions and reagents makes it possible to obtain carboxymethyl chitin, N-, O-, N,O-carboxymethylchitosan, or N,N-dicarboxymethylchitosan. The properties and applications of carboxymethyl derivatives of chitin and chitosan strongly depend on their structure, degree of substitution, and arrangement of amino or hydroxyl groups. The main reagents in the preparation of carboxymethyl derivatives are sodium monochloroacetate, monochloroacetic and glyoxalic acids. Carboxymethyl derivatives of chitin and chitosan are used as drug delivery systems, antimicrobial agents, in tissue engineering, as components of cosmetics and food products. Modification of chitosan with sulfate groups makes it possible to obtain chitosan 2-N-, 6-O-, 2-N-6-O- and 3-O-sulphates. The main sulfonating agents are oleum, pyridine and chlorosulfonic acid. Sulfonic derivatives of chitin and chitosan can be used as a basis for obtaining hemocompatible materials (with antithrombotic and antibacterial activities).

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Кострюков, Сергей Геннадьевич | Петров, Павел Сергеевич

Polysaccharides are high molecular weight compounds represented by long linear and/or branched chains of monosaccharide residues linked by a glycosidic bond. Currently, there is a huge and rapidly-growing interest in the chemistry of polysaccharides due to their widespread use in various spheres of human life. The study of polysaccharide structure is a complex and non-trivial task, and in this area solid-state 13C NMR spectroscopy are widely applied in recent years. The review analyzes the possibilities of solid-state 13C NMR spectroscopy for the study of polysaccharides and natural objects containing polysaccharides. The evolution of 13C solid-state NMR spectroscopy methods is shown with the main focus on the usage of the cross-polarization (CP) technique based on rotating the sample under the magic angle (MAS), since in this case the spectra are obtained without artifacts signals and with the best signal-to-noise ratio and high resolution. The review focuses on cellulose as the most widespread polysaccharide, in addition, the applicability of CP-MAS 13C NMR spectroscopy for the study of other polysaccharides, as well as plant materials, is considered. The represented examples clearly show that CP-MAS 13C NMR spectroscopy is the most powerful experimental method that allows to obtain information on both the composition and structure of polysaccharides, as well as the composition of various plant materials. Moreover, the combination of available equipment and various techniques of solid-state 13C NMR experiment will contribute to the progress of further research in the chemistry of polysaccharides and their derivatives. | Полисахариды – высокомолекулярные соединения, представляющие длинные линейные и/или разветвленные цепочки моносахаридных остатков, соединенных гликозидной связью. В настоящее время наблюдается огромный и быстро нарастающий интерес к химии полисахаридов, обусловленный их широким применением в различных сферах жизнедеятельности человека. Исследование строения полисахаридов – сложная и нетривиальная задача, для решения которой в последние годы стала активно использоваться твердотельная ЯМР 13С спектроскопия. В обзоре проанализированы возможности твердотельной ЯМР 13С спектроскопии для исследования полисахаридов и природных объектов, содержащих в своем составе полисахариды. Показана эволюция методов твердотельной ЯМР 13С спектроскопии, причем основное внимание уделено использованию техники кросс-поляризации (CP) при вращении исследуемого образца под магическим углом (MAS), так как в этом случае получаются наиболее разрешенные спектры с лучшим отношением сигнал/шум, не имеющие артефактных сигналов. Главное внимание в обзоре уделено целлюлозе как наиболее распространенному полисахариду, кроме того, рассмотрена применимость CP-MAS ЯМР 13С спектроскопии для исследования других полисахаридов, а также материалов растительного происхождения. Представленные примеры наглядно показывают, что CP-MAS ЯМР 13С спектроскопия представляет собой наиболее мощный экспериментальный метод, позволяющий получать информацию как о строении, так и о структуре полисахаридов, а также о составе различных растительных материалов. Кроме того, сочетание доступного оборудования и разнообразных методик твердотельного ЯМР 13С эксперимента, безусловно, будут способствовать прогрессу дальнейших исследований в химии полисахаридов и их производных.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Безносюк, Сергей Александрович | Штоббе, Ирина Андреевна | Новикова, Анна Сергеевна

In this paper, we present a technique for the synthesis of colloidal quantum dots ZnSe and CdSe in an aqueous medium stabilized with a solution of chitosan at different pH values, and also studies of the properties of the resulting solutions as a function of temperature and acidity of the medium.It has been established that as the pH is increased in the region of 4.50−5.45, the amount of light transmission of colloidal solutions of quantum dots in the shell of chitosan increases, both in the case of zinc selenide and in the case of cadmium selenide.The effect of the medium acidity on the kinematic viscosity of the colloidal obtained solutions was studied. It has been established that the kinematic viscosity of colloidal solutions of ZnSe and CdSe quantum dots decreases with increasing pH of the medium in the region of 4.50−5.45: in both cases, there is a sharp drop in the kinematic viscosity in the region of 4.50–4.75 and a smoother decrease in the range of 4.75–5.25.It is shown that the stabilizing effect of chitosan in colloidal solutions of semiconductor nanoparticles depends on the temperature. The most stable in time are colloidal solutions prepared at a temperature of 35, 40 and 45 °C, in which the decrease in the light transmission in time was the smallest. Solutions synthesized at temperature 25 °С, as well as at higher temperatures (35, 40, 45 и 70 °С), did not show strong aggregative stability. | В данной работе представлена методика синтеза коллоидных квантовых точек ZnSe и CdSe в водной среде, стабилизированных раствором хитозана при разных значениях pH, а также проведены исследования свойств полученных растворов в зависимости от температуры и рН.Установлено, что с увеличением рН в области 4.50−5.45 величина светопропускания коллоидных растворов квантовых точек в оболочке хитозана увеличивается, как в случае селенида цинка, так и в случае селенида кадмия.Проведено исследование влияния кислотности среды на величину кинематической вязкости полученных коллоидных растворов. Установлено, что с увеличением рН среды в интервале 4.50−5.45 кинематическая вязкость коллоидных растворов квантовых точек ZnSe и CdSe уменьшается: в обоих случаях наблюдается резкое падение значений кинематической вязкости в области 4.50−4.75 и более плавное уменьшение в интервале 4.75−5.25.Показано, что стабилизирующее действие хитозана в коллоидных растворах полупроводниковых наночастиц зависит от температуры. Наибольшей устойчивостью во времени обладают коллоидные растворы, приготовленные при температурах 35, 40 и 45 °С, в которых снижение значений светопропускания во времени было наименьшим. Растворы, синтезированные при температуре 25 °С, так же как и при более высоких температурах (35, 40, 45 и 70 °С), не проявляли высокой агрегативной устойчивости.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Штоббе

In this paper, by a low-temperature colloidal aqueous method, without the use of toxic media, the quantum dots of cadmium selenide in the shell of chitosan were synthesized. Chitosan was used as a matrix for the growth of colloidal semiconductor particles, and it also stabilized the obtained particles.The purpose of this work was studying the protective properties of chitosan in colloidal solutions of cadmium selenide quantum dots. The objective of the study was to analyze the protective effect of chitosan in colloidal systems by analyzing the optical and rheological properties of the obtained solutions.The dependence of the light transmission of colloidal solutions of cadmium selenide quantum dots in the shell of chitosan on the concentration of polysaccharide was investigated.It has been established that the light transmission of colloidal solutions decreases with time, the lower the content of chitosan in solution, which indicates that the protective action of colloidal solutions of quantum dots of cadmium selenide increases with increasing concentration of the polysaccharide.A study was made of the kinematic viscosity of the obtained solutions with different concentrations of chitosan in time. It was established that when the quantum dots are formed in the chitosan matrix, the viscosity of the colloidal system decreases. The protective effect of chitosan increases with increasing concentration in the solution. | В данной работе низкотемпературным коллоидным водным способом без использования токсичных сред был проведен синтез квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана. Хитозан выступал в качестве матрицы для роста коллоидных частиц полупроводника, а также стабилизировал полученные частицы.Целью настоящей работы было исследование защитных свойств хитозана в коллоидных растворах квантовых точек селенида кадмия. Задача исследования – путем анализа оптических и реологических свойств полученных растворов проанализировать защитное действие хитозана в коллоидных системах.Исследовали зависимость величины светопропускания коллоидных растворов квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана от концентрации полисахарида.Установлено, что величина светопропускания коллоидных растворов со временем уменьшается тем быстрее, чем меньше содержание хитозана в растворе, что свидетельствует о том, что с ростом концентрации полисахарида его защитное действие в коллоидных растворах квантовых точек селенида кадмия увеличивается.Провели исследование кинематической вязкости полученных растворов разной концентрации хитозана во времени. Установили, что при формировании квантовых точек в матрице хитозана вязкость коллоидной системы падает. Защитное же действие хитозана растет с увеличением его концентрации в растворе.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Штоббе

В данной работе низкотемпературным коллоидным водным способом без использования токсичных сред был проведен синтез квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана. Хитозан выступал в качестве матрицы для роста коллоидных частиц полупроводника, а также стабилизировал полученные частицы.Целью настоящей работы было исследование защитных свойств хитозана в коллоидных растворах квантовых точек селенида кадмия. Задача исследования – путем анализа оптических и реологических свойств полученных растворов проанализировать защитное действие хитозана в коллоидных системах.Исследовали зависимость величины светопропускания коллоидных растворов квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана от концентрации полисахарида.Установлено, что величина светопропускания коллоидных растворов со временем уменьшается тем быстрее, чем меньше содержание хитозана в растворе, что свидетельствует о том, что с ростом концентрации полисахарида его защитное действие в коллоидных растворах квантовых точек селенида кадмия увеличивается.Провели исследование кинематической вязкости полученных растворов разной концентрации хитозана во времени. Установили, что при формировании квантовых точек в матрице хитозана вязкость коллоидной системы падает. Защитное же действие хитозана растет с увеличением его концентрации в растворе. | In this paper, by a low-temperature colloidal aqueous method, without the use of toxic media, the quantum dots of cadmium selenide in the shell of chitosan were synthesized. Chitosan was used as a matrix for the growth of colloidal semiconductor particles, and it also stabilized the obtained particles.The purpose of this work was studying the protective properties of chitosan in colloidal solutions of cadmium selenide quantum dots. The objective of the study was to analyze the protective effect of chitosan in colloidal systems by analyzing the optical and rheological properties of the obtained solutions.The dependence of the light transmission of colloidal solutions of cadmium selenide quantum dots in the shell of chitosan on the concentration of polysaccharide was investigated.It has been established that the light transmission of colloidal solutions decreases with time, the lower the content of chitosan in solution, which indicates that the protective action of colloidal solutions of quantum dots of cadmium selenide increases with increasing concentration of the polysaccharide.A study was made of the kinematic viscosity of the obtained solutions with different concentrations of chitosan in time. It was established that when the quantum dots are formed in the chitosan matrix, the viscosity of the colloidal system decreases. The protective effect of chitosan increases with increasing concentration in the solution.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation