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

Кожевников, Александр Юрьевич | Шестаков, Семен Леонидович | Сыпалова, Юлия Александровна

In this article, we represented the review of literature data about the study of lignin as one of the most abundant biopolymers. The review is based on the articles published in the most quoted world publishing. It is noted that already nowadays the lignin is considered as a powerful renewable source of valuable organic raw materials, also it’s pointed that potential possibilities of lignin valorization are much wider than those are used in present times. The special attention is paid to the structure and molecular organization of birch lignin, which wood is actively utilized in chemical industry, meanwhile the hardwood lignins are less studied in literature than softwood lignins. The authors touched the most basic methods of research of such complex and irregular polymer as lignin, methods’ advantages, disadvantages and perspectives are analyzed. It is noted that nowadays the most effective methods of lignin structure units study are pyrolisys gas chromatography and nuclear magnetic resonance. The article describes various ways of lignins isolation from the wood, and influence of the isolation way on the structure of isolated substance. Also, the structural features of birch lignin and its differences from other species are shown. | В статье представлен обзор литературных данных по изучению лигнина как одного из наиболее распространенных биополимеров. Обзор составлен по статьям, опубликованным в наиболее цитируемых мировых изданиях. Отмечается, что уже на сегодняшний день лигнин рассматривается как мощный возобновляемый источник ценного органического сырья, при этом указывается, что потенциальные возможности валоризации лигнина гораздо шире, чем те, что используются в настоящее время. Особое внимание уделено структуре и молекулярной организации лигнина березы, чья древесина активно применяется в химической промышленности, при этом лигнинам лиственных пород в литературе уделяется гораздо меньшее внимание, чем лигнинам хвойных пород. Затронуты основные методы исследования структуры такого сложного и нерегулярного биополимера, как лигнин, разобраны их преимущества, недостатки и перспективы. Отмечается, что на сегодняшний день наиболее эффективными методами для исследования структурных звеньев лигнинов являются пиролитическая газовая хроматография и методы спектроскопии ядерного магнитного резонанса, в сочетании одномерной и двумерной спектроскопии. Описаны различные способы выделения лигнинов из древесины и проанализировано влияние способа выделения на структуру выделяемого вещества. Показаны структурные особенности лигнинов некоторых растений, в частности, лигнина древесины березы и их отличия от лигнинов других пород.

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

2016

Ioelovich

В данной работе были проанализированы различные методы расчета высшей (Q) и низшей (q) теплоты сгорания для биополимеров растений (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы, крахмал, пектин, белки) и некоторых других компонентов биомассы (смоляные кислоты, липиды и др.). Результаты исследований показали, что расчеты с использованием Еq-параметра (т.е. энергии сгорания, приходящейся на 1 г О2) дают отклонение от экспериментальных значений около 4% для Q и более чем 7% для q. В случае расчетов, основанных на вкладе структурных групп полимеров, отклонение составляет в среднем 3%. Самое низкое отклонение от экспериментальных данных, около 0,5% для Q и менее 1% для q, было получено с использованием усовершенствованного способа расчета, который основан на определении элементного состава биополимеров и других компонентов биомассы. Расчеты теплот сгорания для образцов биомассы с помощью предлагаемого усовершенствованного метода были очень близки к экспериментальным значениям теплотворной способности. Было установлено, что наиболее предпочтительным способом утилизации отходов является сжигание гранул, состоящих из отходов растительной биомассы и полиолефинов, поскольку такой способ сжигания обеспечивает более высокую теплотворную способность и повышенную плотность тепловой энергии, чем отдельное сжигание лишь биомассы, и сопровождается меньшим количеством углекислого газа по сравнению с отдельным сжиганием лишь отходов полиолефинов. | In this paper, various methods for calculating the higher (Q) and lower (q) calorific values for plant biopolymers (lignin, cellulose, hemicellulose, starch, pectin, proteins) and some other components of biomass (resin acids, lipids, ). The results of the studies showed that calculations using the Eq parameter (i.e., the combustion energy per 1 g of O2) give a deviation from the experimental values of about 4% for Q and more than 7% for q. In the case of calculations based on the contribution of structural groups of polymers, the deviation is on average 3%. The lowest deviation from the experimental data, about 0,5% for Q and less than 1% for q, was obtained using an improved calculation method that is based on determining the elemental composition of biopolymers and other biomass components. Calculations of the calorific values for biomass samples using the proposed improved method were very close to the experimental values of the calorific value. It has been found that the most preferred method of waste disposal is the burning of pellets, their waste plant biomass and polyolefins, since this combustion method provides more high calorific value and increased thermal energy density than a single combustion of only biomass and is accompanied by a smaller amount Carbon dioxide in comparison with the separate burning of only waste polyolefins.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2016

Ioelovich

In this paper, various methods for calculating the higher (Q) and lower (q) calorific values for plant biopolymers (lignin, cellulose, hemicellulose, starch, pectin, proteins) and some other components of biomass (resin acids, lipids, ). The results of the studies showed that calculations using the Eq parameter (i.e., the combustion energy per 1 g of O2) give a deviation from the experimental values of about 4% for Q and more than 7% for q. In the case of calculations based on the contribution of structural groups of polymers, the deviation is on average 3%. The lowest deviation from the experimental data, about 0,5% for Q and less than 1% for q, was obtained using an improved calculation method that is based on determining the elemental composition of biopolymers and other biomass components. Calculations of the calorific values for biomass samples using the proposed improved method were very close to the experimental values of the calorific value. It has been found that the most preferred method of waste disposal is the burning of pellets, their waste plant biomass and polyolefins, since this combustion method provides more high calorific value and increased thermal energy density than a single combustion of only biomass and is accompanied by a smaller amount Carbon dioxide in comparison with the separate burning of only waste polyolefins. | В данной работе были проанализированы различные методы расчета высшей (Q) и низшей (q) теплоты сгорания для биополимеров растений (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы, крахмал, пектин, белки) и некоторых других компонентов биомассы (смоляные кислоты, липиды и др.). Результаты исследований показали, что расчеты с использованием Еq-параметра (т.е. энергии сгорания, приходящейся на 1 г О2) дают отклонение от экспериментальных значений около 4% для Q и более чем 7% для q. В случае расчетов, основанных на вкладе структурных групп полимеров, отклонение составляет в среднем 3%. Самое низкое отклонение от экспериментальных данных, около 0,5% для Q и менее 1% для q, было получено с использованием усовершенствованного способа расчета, который основан на определении элементного состава биополимеров и других компонентов биомассы. Расчеты теплот сгорания для образцов биомассы с помощью предлагаемого усовершенствованного метода были очень близки к экспериментальным значениям теплотворной способности. Было установлено, что наиболее предпочтительным способом утилизации отходов является сжигание гранул, состоящих из отходов растительной биомассы и полиолефинов, поскольку такой способ сжигания обеспечивает более высокую теплотворную способность и повышенную плотность тепловой энергии, чем отдельное сжигание лишь биомассы, и сопровождается меньшим количеством углекислого газа по сравнению с отдельным сжиганием лишь отходов полиолефинов.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation