СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТОЗАНА
CHITOSAN PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, косметической и пищевой промышленности.
Большинство способов получения хитозана связаны с выделением данного полисахарида из панцирей ракообразных (краба, креветки, криля, гаммаруса и др.).
Известен способ получения хитозана из ракообразных 50% раствором едкого натра с последующей выдержкой 5-20 суток при комнатной температуре при периодическом помешивании (Патент, RU №2116733, опубликован 10.08.1998 г.).
Известен способ получения хитозана из панциря камчатского краба, (Патент, RU №2087483, опубликован 20.08.1997 г.), в котором получают хитозан путем измельчения природного хитинсодержащего сырья, декальцинированием 1-5% раствором соляной кислоты и депротеинизацией 1-5% раствором гидроксида натрия, а также промывкой и деацетилированием 46-47% раствором гидроксида натрия. Причем хитинсодержащее сырье измельчают до получения не менее 90% частиц фракции (+5)-(-0,5). Затем перед промывкой проводят три цикла из чередующихся стадий депротеинизации и декальцинирования. Каждый последующий цикл из чередующихся стадий проводят при более высокой температуре, чем предыдущий.
Однако данные технологии характеризуются использованием ограниченного объема природного источника - хитина ракообразных, значительными расходами щелочи и временными затратами.
Известен способ получения хитозана из панцирей креветок, который характеризуется достаточно жестким температурным режимом в процессе деацетилирования (от 90°С до 110°С в течение 1-3 часов), что отрицательно сказывается на качестве готового продукта (Патент, RU 2548178, опубликован 20.04.2015 г.).
Наиболее близким к заявленному способу получения хитозана является способ (Патент RU №2067588, опубликован 10.10. 1996 г.), в котором хитин кутикулярных оболочек насекомых измельчают до частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают 40% раствором едкой щелочи при 100-110°С, жидкостном модуле 1:20 в течение 3-3,5 часов при одновременном воздействии ультразвуком с частотой 15-35 кГц.
К недостаткам следует отнести высокую концентрацию щелочи в сочетании с повышенным температурным режимом, что приводит к быстрому износу оборудования и соответственно к увеличению себестоимости продукта.
Технической задачей является разработка дешевого и быстрого способа получения хитозана из общедоступного хитинсодержащего сырья.
Технический результат заключается в увеличении выхода готового продукта, улучшении химической чистоты продукта, а также упрощении способа получения хитозана за счет более рациональной технологии и легкодоступного сырья.
Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в известном способе получения хитозана, включающем щелочную обработку хитинсодержащего сырья, измельченных пупариев Muscadomestica при повышенной температуре и дальнейшее отмывание остатка дистиллированной водой, при этом щелочная обработка проводится 1-1,5% гидроксидом натрия. Затем проводят последовательную обработку 3,5-5% соляной кислотой и 4,5-5% гидроксидом натрия с механическим перемешиванием, при этом перед измельчением пупарии предварительно промывают водой от посторонних включений.
Способ получения хитозана состоит из следующих последовательных стадий:
1 стадия
Пупарии мух промывают водой до полной очистки от питательного субстрата, далее сушат при температуре 15-20°С.
2 стадия
Полученные пупарии измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц, например, 0,2-0,3 мм.
3 стадия
К 5 г измельченных пупариев добавляют щелочь, например 100 мл 1-1,5% раствора гидроксида натрия, и перемешивают, например, магнитной мешалкой на протяжении 1,5-2 часов, затем фильтруют.
4 стадия
К полученному сухому остатку добавляют неорганическую кислоту, например 3,5-5% НСl, в объеме 100 мл и перемешивают, например, магнитной мешалкой на протяжении 1,5-2 часов, затем фильтруют и промывают 500 мл дистиллированной воды.
5 стадия
К полученному сухому остатку добавляют щелочь, например 100 мл 4,5-5% NaOH, и перемешивают, например, магнитной мешалкой на протяжении 1,5-2 часов, далее фильтруют и промывают 500 мл дистиллированной воды,
6 стадия
Полученный хитозан сушат в термошкафу при температуре 60°С. Выход хитозана составляет 70-80%.
Окраска образцов хитина зависит от исходного сырья, цвет колеблется от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Полученный хитозан является порошком белого цвета со степенью деацетилирования 88-95%, содержанием протеинов менее 0,005% и влажностью менее 5%.
Пример 1
5 г хитинсодержащего сырья из пупариев, например Musca domestica, измельченного до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают 100 мл 1% раствора NaOH при 80°С в течение 1,5 часов. Одновременно весь объем реакционной смеси перемешивают на магнитной мешалке. Затем оставшийся продукт отмывают водой (500 мл) до рН 7,0, к полученному сухому остатку добавляют 5% НСl в объеме 100 мл, перемешивают в течение 1,5 часов, далее добавляют 100 мл 5% NaOH и перемешивают в течение 1,5 часов, далее фильтруют и промывают 500 мл дистиллированной воды, высушивают. Вес высушенного осадка 3,55 г, белого цвета со степенью деацетилирования 89%, содержанием протеинов менее 0,005% и влажностью менее 5%.
Пример 2
5 г хитинсодержащего сырья из пупариев Musca domestica, измельченного до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают 100 мл 1,5% раствора NaOH при 80°С в течение 1,5 часов. Одновременно весь объем реакционной смеси перемешивают на магнитной мешалке. Затем оставшийся продукт отмывают водой (500 мл) до рН 7,0, к полученному сухому остатку добавляют 3,5% НСl в объеме 100 мл, перемешивают в течение 1,5 часов, далее добавляют 100 мл 4,5% NaOH и перемешивают в течение 1,5 часов, далее фильтруют и промывают 500 мл дистиллированной воды, высушивают. Вес высушенного осадка 4,03 г, белого цвета со степенью деацетилирования 88%, содержанием протеинов менее 0,005% и влажностью менее 5%.
Пример 3
5 г хитинсодержащего сырья из пупариев Musca domestica, измельченного до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают 100 мл 1,25% раствора NaOH при 80°С в течение 1,5 часов. Одновременно весь объем реакционной смеси перемешивают на магнитной мешалке. Затем оставшийся продукт отмывают водой (500 мл) до рН 7,0, к полученному сухому остатку добавляют 4,75% НСl в объеме 100 мл и перемешивают в течение 1,5 часов, далее добавляют 100 мл 4,75% NaOH и перемешивают в течение 1,5 часов, далее фильтруют и промывают 500 мл дистиллированной воды, высушивают. Вес высушенного осадка 3,80 г, белого цвета со степенью деацетилирования 95%, содержанием протеинов менее 0,005% и влажностью менее 5%.
Хитозан характеризуется, согласно ТУ 2321-005-63732773-2012, такими параметрами: внешним видом, цветом, массовыми долями воды, остатком после прокаливания нерастворимых веществ и степенью деацетилирования, которые приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что хитозан, произведенный по заявленному способу, соответствует характеристикам ТУ. В таблице 2 показана сравнительная характеристика хитозана, полученного из пупариев насекомых.
Приведенные примеры в таблице 2 свидетельствуют о том, что заявленный способ получения хитозана из пупариев насекомых позволяет с аналогичным количественным выходом продукта повысить его качество с одновременным уменьшением расхода времени и реактивов на производство единицы продукции. Заявленный способ позволяет говорить об усовершенствовании и расширении технологии получения хитозана.