Хітін-глюкановий комплекс грибного походження

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РОСЛИННИХ

ЗВІТ З ІНЖЕНЕРНОЇ ПРАКТИКИ

Хітин-глюкановий комплекс грибного походження. Склад, властивості, модифікації.

ЛЮДМИЛА ОЛЕКСАНДРІВНА ПОНАД

ВИКОНАВ: СТ. ГР. 144

ЄКИМОВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

Біополімери хітин та хітозан звернули на себе увагу вчених майже 200 років тому. Хітін був відкритий у 1811 р. (Н. Braconnot, A. Odier), а хітозан у 1859 році (С. Rouget), хоча свою нинішню назву отримав у 1894 р. У першій половині XX століття до хітину та його похідним був виявлений заслужений інтерес, зокрема, три Нобелівські лауреати: F. Fischer (1903) синтезував глюкозамін, P. Karrer (1929) провів деградацію хітину за допомогою хітиназ, a W. H. Haworth (1939) встановив абсолютну конфігурацію глюкозаміну.

Хітін - лінійний амінополісахарид, що складається з N-Ацетил-2-аміно-2-дезокси-О-глікопіранозних ланок.

грибного

За хімічною структурою хітин близький до целюлози і тільки їй поступається поширеністю в природі. Хітин нерозчинний у воді, розведених кислотах, лугах, спиртах та інших органічних розчинниках. Він розчинний у концентрованих розчинах соляної, сірчаної та мурашиної кислот, а також у деяких сольових розчинах при нагріванні, але при розчиненні він помітно деполімеризується. У суміші диметилацетаміду, N-метил-2-піролідону та хлористого літію хітин розчиняється без руйнування полімерної структури.

Хітін як нерозгалужений полісахарид з β-(1-4)-глікозидними зв'язками, утворює фібрилярні структури, для яких характерна лінійна конформація молекул, закріпленаводневими зв'язками.

Подібні молекули, розташовуючи приблизно паралельні пучки, утворюють структури, регулярні в трьох вимірах, що характерно для кристалів. Так, за допомогою рентгеноструктурного аналізу показано, що молекулярні ланки хітину мають конформацію 4 C1

Залежно від розташування полімерних молекул розрізняють три форми структури хітину – α, β та γ. -хітин являє собою щільно упакований, найбільш кристалічний полімер, в якому ланцюжки розташовуються антипаралельно, він характеризується стабільним станом. У β-хітині ланцюжка розташовуються паралельно один одному, а в γ-хітіні два ланцюжки полімеру спрямовані "вгору" щодо одного, спрямованого "вниз". β і γ-хітини можуть перетворюватися на α-хітин. В організмах комах та ракоподібних, клітинах грибів та діатомових водоростей хітин у комплексі з мінеральними речовинами, білками та меланінами утворює зовнішній скелет та внутрішні опорні структури. Потенційні джерела хітину різноманітні та поширені у природі. Загальна репродукція хітину у океані оцінюється 2,3 млрд. т. на рік, що може забезпечити світовий потенціал виробництва 150-200 тис. т. хітину на рік.

Найбільш доступним для промислового освоєння та масштабним джерелом отримання хітину є панцирі промислових ракоподібних. Можливе також використання гладіусу кальмарів, сепіону каракатиці, біомаси міцелярних та вищих грибів.

У клітинній стінці (КС) грибів хітин знаходиться не у вільному стані, а пов'язаний іонними або водневими зв'язками з полісахаридами, ліпідами, білками та мікроелементами, причому ці комплекси, наприклад, хітин-глюкановий комплекс (ХГК) або в мукорані нижчих грибів, пов'язані з білком, є більш міцними та специфічними, ніж природнібілкові комплекси хітину в кутикулі безхребетних [1].

Хитин грибів знаходить поки що обмежене практичне використання в порівнянні з хітином ракоподібних. Останній давно вже застосовується в різних галузях господарської діяльності людини, а в даний час найбільш інтенсивно в технології готових лікарських засобів як біологічно активні речовини і допоміжні матеріали. Але саме в цій галузі хітин грибів може стати активним конкурентом хітинуArthropoda.

Пояснити цей факт можна такими причинами. По-перше, відкриттям цінних лікарських властивостей біополімерів клітинної стінки грибів, а саме структурних полісахаридів та білків. Особливий інтерес у цій галузі представляє японський грибLentinusedodes,містить у капелюшку та ніжці 4- та 5% хітину відповідно. Особливі лікувальні властивості гриба пов'язують із наявністю глюканів і особливо поліаміносахаридів, у тому числі хітину. Зазначені вище сполуки мають виражену антиракову активність і отриманий в Японії на основі цих сполук препарат "Лентинан" використовується для лікування онкозахворювань. В даний час встановлено, що й інші вищі гриби(Neomycota),також належать до сімействPolyporaceae,Tricholomotaceae,Agaricales,також містять у КС високомолекулярний гетероглікан та поліаміносахариди, що мають виражену антиракову активність.

По-друге, до теперішнього часу встановлено наявність ранозагоювальної активності міцелію хітину нижчих грибів(Eomycota),зокрема мукорових грибів. Зараз в Україні є лише один (дозволений МОЗ у 1996 р.) препарат "Мікоран", створений на основі хітину мукорового грибаBlakesleatrispora."Мікоран" рекомендований до використання як ранозагоювальний засіб з цільовим протиопіковим призначенням. Роботи з вивчення ранозагоювальної дії міцелію нижчих грибів ведуться в даний час в Австралії та Великобританії, однак, у цих дослідженнях використовується інший продуцентMucorales-Phycomycesblakesleeanus.

Сприятливий ефект міцелію нижчих грибів на загоєння ран пояснюють здатністю стимулювати активність проліферації фібробластів, які знаходяться на мікрофібрилах хітину. Крім того, активному загоєнню ран сприяє також властивість хітину грибів генерувати мікрокількості перекису водню. У зарубіжних роботах пропонується навіть накладати на рани з метою економії стерильний, ліофільно висушений міцелій, не виділяючи поліаміносахарід. Передбачається, що використання міцелію Mucorales забезпечить одночасно і захист від небезпечного мікроорганізму, що сприяє нагноєнню ран - синьогнійної палички.

На основі ХГК вищих грибів (Basidiomycetes) створено новий препарат, що складається з хітину, глюкану та меланіну. Цей препарат, названий "Мікотоном", запропоновано використовувати для лікування низки захворювань, що викликаються бактеріями та вірусами.

Особливий інтерес ХГК викликає як аналог харчових волокон. Ці волокна сорбують у шлунково-кишковому тракті канцерогенні речовини, іони важких та радіоактивних металів, активують діяльність шлунка. В останні роки харчовим волокнам надається особливе значення у профілактичній медицині у зв'язку з їх можливим антиканцерогенним та антимутагенним ефектами.

Поліаміносахариди знаходять останніми роками все більше застосування в сільському господарстві. Це зумовлено такими їх властивостями, як біосумісність,відсутність токсичності; висока потреба до комплексоутворення. Препарати на основі хітину та хітозану крабів, а в останні роки і ХГК грибів застосовують у сільському господарстві у США, Японії, Канаді. Ними проводять передпосівну обробку насіння, що збільшує врожайність сільськогосподарських культур та стійкість до грибкових захворювань. Показано, що стійкість до кореневої гнилі та головні у ячменю значно зростає при застосуванні препарату "Мікосан", що містить глюкани базидіоміцетних грибів та хітозан.

У Японії спеціальні фірми ("Taiyo Chemical Industry Co.", "Nisshia Ksei Co.") розробили стимулятор росту рослин, що складається з хітозану, органічних кислот та амінокислот. Хітозан дієFusariumsolani,зупиняючи зростання цих патогенних для рослин грибів. Органічні кислоти сприяють тому, що ґрунтові бактерії швидше розчиняють фосфорні сполуки ґрунту, полегшуючи тим самим корінням рослин сорбцію фосфорної кислоти. Амінокислоти генерують етилен, що є рослинним гормоном, що також стимулює зростання рослин.

Ще одним напрямом у практичному використанні хітину або ХГС грибів є отримання на його основі сорбуючих засобів, які можуть бути більш ефективними, ніж такі промислово доступні сорбенти, як, наприклад, ХІТОПЕРЛ(и) (Hitoperl, Японія). Сорбуюча здатність ХГК залежить від умов культивування. Хітин і хітозан грибів добре комплексуються з гіпсом, целюлозою, торфом, азбестом, що закладає основу для створення більш дешевих і доступних сорбуючих засобів. Висока сорбуюча здатність ХПСA.niger,залежить від умов культивування.

Нарешті, з огляду на те, що мукорові гриби містять природний хітозан, планується використовувати їхміцелій для створення "нетканих" матеріалів. Ці міцеліальні матеріали мають цінні властивості -токсичну дію щодо ряду патогенних грибів, що викликають шкірні мікози, а також ранозагоювальну активність, що дозволяє застосовувати їх для створення спеціальної лікувальної білизни і як прокладочні матеріали в взуттєвій промисловості.

Можливо, що "міцеліальні нитки", як називають такий матеріал, можуть бути використані для отримання "вічних" сортів паперу. Нині метод отримання паперу з урахуванням хітозану розроблено США і знаходить вже практичне використання. ХГК грибів має позитивний заряд в інтервалі рН вище трьох і нижче дев'яти, що дозволяє використовувати цей грибний комплекс замість азбесту у фільтрувальних матеріалах. Ці властивості ХГК дають можливість знизити аеродинамічний опір, збільшити пило- та брудоємність, надати паперу та картону адсорбційні властивості, що дозволяють використовувати ці матеріали як фільтри для очищення рідких та газоподібних середовищ від аеро- та гідрозолів.