Низкомолекулярный хитозан что это
Низкомолекулярный хитозан что это
Хитозан – природный полимер XXI века. Уникальные свойства хитина и хитозана привлекают внимание большого числа специалистов самых разных специальностей. Роль полимеров в нашей жизни является общепризнанной, и все области их применения в быту, промышленном производстве, науке, медицине, культуре трудно даже просто перечислить. Если до XX века человеком использовались полимеры природного происхождения – крахмал, целлюлоза (дерево, хлопок, лен), природные полиамиды (шелк), природные полимерные смолы на основе изопрена – каучук, гуттаперча, то развитие химии органического синтеза в XX веке привело к появлению в различных областях деятельности человека огромного разнообразия полимеров синтетического происхождения – пластмасс, синтетических волокон и т.п. Происшедший технологический прорыв не только кардинально изменил нашу жизнь, но и породил массу проблем, связанных с охраной здоровья человека и защитой окружающей среды.
Поэтому закономерным является большой интерес науки и промышленности к поиску и использованию полимеров природного происхождения, таких как хитин и хитозан. Эти полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами микроорганизмов, могут широко применяться в проведении природоохранных мероприятий.
Реакция сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера т.е. уменьшением молекулярной массы изменением надмолекулярной структуры степени кристалличности и т.д. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе полимер D-глюкозамина содержащий 5-15% ацетамидных групп а также до 1% групп соединенных с аминокислотами и пептидами. Процесс проводят обычно с помощью концентрированных щелочей при повышенных температурах. Первым опытом получения хитозана было сплавление хитина с твердой щелочью при 1800С. Этим способом получали продукт со степенью деацетилирования (СД) 95% но значительно деструктированный (до 20 единиц).
N- и О-сульфатированные производные частично деацетилированного карбоксиметилхитина не только препятствуют свертыванию крови благодаря селективной адсорбции антитромбина но и резко уменьшают интенсивность деления раковых клеток.
Однородные гибкие не дающие трещин хитозановые пленки обладают избирательной проницаемостью подобно другим полимерным покрытиям на поверхности плодов и овощей играют роль микробного фильтра и/или регулируют состав газов у поверхности и в толще тканей влияя тем самым на активность и тип дыхания что в целом способствует продлению сроков хранения растительного сырья. Помимо этого покрытие из хитозана вызывает некоторые морфологические изменения в возбудителях порчи томатов и перца. Пленка хитозана способствующая продлению срока хранения мороженого тунца вероятнее всего играет роль барьера регулирующего проникновение кислорода воздуха и испарение воды. Хитозан присутствуя в составе пищевых продуктов положительно влияет на их биологическую ценность. Кроме того хитозан относится к диетическим волокнам которые не усваиваются организмом человека а в кислой среде желудка образует раствор высокой вязкости. Как компонент пищи или как лечебно профилактический препарат хитозан проявляет свойства энтеросорбента иммуномодулятора антисклеротического и антиартрозного фактора регулятора кислотности желудочного сока ингибитора пепсина и др. [11].
Хитозан отличается от большинства природных и химически синтезированных гелеобразователей применяемых в косметике тем что при биологических значениях рН они имеют положительный заряд т.е. является поликатионом (если рН
Низкомолекулярный хитозан что это
Поиск
Действие низкомолекулярного хитозана в отношении Candida albicans
В работе исследовано влияние низкомолекулярного хитозана на музейный и клинический штаммы гриба Candida albicans. Показано, что хитозан вызывает различные изменения в строении клеточной стенки у исследуемых штаммов.
Введение
На протяжении всей жизни человек постоянно сталкивается с представителями грибного царства. Иногда такое взаимодействие приводит к нежелательным последствиям в виде грибковых заболеваний, микотоксикозов, аллергических реакций. Для борьбы с грибами успешно используются многочисленные антимикотики и фунгициды. Однако, разработка новых форм препаратов сохраняет свою актуальность и в настоящее время из-за появления резистентных штаммов микроорганизмов, а также все возрастающих требований по безопасности к противогрибковым веществам.
Одним из таких веществ является хитозан — биогенный полимер, получаемый из хитина методом щелочного деацетилирования и состоящий из остатков глюкозамина и ацетилглюкозамина [1]. Биоцидной активности хитозана посвящено большое количество экспериментальных работ [2, 3]. При этом, проявляя ингибирующее действие в отношении мицелиальных и дрожжеподобных грибов, хитозан оказывает меньшее влияние на клетки млекопитающих [4]. Тем не менее, механизмы противогрибкового действия этого биополимера на клеточном и молекулярном уровнях раскрыты неполностью. Важность изучения противогрибковой активности хитозана связана также с все более широким использованием этого полимера в качестве биомедицинских материалов и как компонента косметических средств [1]. Остается до конца невыясненной взаимосвязь между химической структурой хитозанового полимера и его биологическим эффектом на клетки микроорганизмов. Установление подобной взаимосвязи осложняется тем, что хитозан, являющийся гетерополимером, представляет собой разнородную группу веществ, различающихся по молекулярной массе, степени ацетилирования, расположению ацетилированных звеньев вдоль полимерной цепи, вязкости, значению рКа [5, 6]. Поэтому для исследования биологической активности хитозана необходимо использовать хитозановые образцы с охарактеризованным молекулярно-массовым распределением и известной химической структурой [7, 8].
Цель работы — определение концентрационной зависимости действия низкомолекулярного узкодисперсного хитозана на музейный и клинический штаммы Candida albicans и выявление, вызываемых хитозановым полимером, морфологических изменений в грибных клетках.
Материалы и методы
В работе использовали производственный штамм Candida albicans №4 из музея КНИИЭМ, а также клинический изолят, выделенный от больного с выраженным кандидозом. Клинический штамм обладал устойчивостью к дифлюкану, низоралу, флуконазолу, брунгалу, итраконазолу, клотримазолу, пимафуцину, был слабочувствителен к амфотерицину, ламизилу, нистатину. Штаммы грибов поддерживались на агаризованной среде Сабуро.
В работе использовали низкомолекулярный гидрохлорид хитозана, полученный с помощью кислотной деполимеризации. Степень деацетилирования хитозана ≥99,9%. Средневесовая молекулярная масса (Mw) 8,3 кДа, индекс полидисперсности (Ip) 1,5. Средневесовую молекулярную массу и значение полидисперсности хитозана определяли методом гель-проникающей ВЭЖХ на приборе «Sykam» (Германия) c использованием тандема колонок Ultrahydrogel 250 и Ultrahydrogel 500 (Waters, США). Контроль и обсчет хроматографии осуществляли с помощью программы «Мультихром» версия 1.6 (ЗАО «Амперсенд», Москва). Растворы хитозана стерилизовали посредством фильтрации через мембраны с диаметром пор 0,22 мкм.
Противогрибковое действие хитозана исследовали в жидкой среде Сабуро при рН 5,5-5,7. Для этого в среду добавляли раствор хитозана до необходимой конечной концентрации. Затем вносили свежеприготовленную суспензию грибов в той же среде до конечной концентрации 105 КОЕ/мл. После 48 ч инкубации при 30°С оценивали рост культуры и проводили микроскопический анализ.
Результаты
Было показано, что хитозан в концентрациях 25, 50 и 100 мкг/мл не ингибировал рост культур обоих штаммов грибов. Однако при проведении микроскопии культуры музейного штамма Candida albicans отмечено утолщение клеточных стенок, наблюдались изменения во внутреннем строении клеток — количество вакуолей увеличивалось, ядро становилось плохо различимым, нарушалось расхождение клеток после почкования, из-за чего образовывались крупные клеточные скопления.
В концентрации 200 мкг/мл рост культуры музейного штамма Candida albicans не наблюдался. Микроскопический анализ выявил наличие небольшого количества живых клеток, которые практически все имели угловатую, вытянутую или иную неправильную форму (рис. 1). Некоторые из них имели размер, превышающий нормальный в два-три раза, возможно, из-за нарушения регуляции осмотического баланса или нерасхождения ядерного материала в ходе размножения. У некоторых живых клеток с нарушенной целостностью клеточной стенки наблюдалось вытекание цитоплазматического содержимого в среду. В самой среде находилось большое количество материала от погибших клеток, который, благодаря агглютинирующим свойствам хитозана, образовывал различного размера конгломераты (рис. 1).
Рис. 1. Действие хитозана на клетки музейного штамма Candida albicans. А — без хитозана; Б, В, Г — хитозан 25-100 мкг/мл; ц — цитоплазма; км — клеточный материал
Практически не влиял на рост культуры клинического штамма Candida albicans хитозан даже в концентрации 500 мкг/мл. Однако по сравнению с контрольным вариантом без хитозана клетки не образовывали ростовые трубки и псевдомицелий (рис. 2).
Рис. 2. Действие хитозана на клетки клинического штамма Candida albicans. А — без хитозана; Б — хитозан 500 мкг/мл; п — псевдомицелий; т — ростовые трубки
Обсуждение
Исходя из полученных нами экспериментальных данных, следует, что музейный и клинический штаммы Candida albicans обладают различной чувствительностью к низкомолекулярному хитозану. В присутствии хитозана клетки музейного штамма гриба в отличие от клинического изолята подвергаются существенным морфологическим изменениям, а при повышении концентрации полимера в среде погибают. Морфология клеток клинического изолята гриба остается практически неизменной, а сами клетки продолжают размножаться даже в присутствии той концентрации хитозана, при которой не растет музейная культура. Однако клинический штамм перестает образовывать ростовые трубки и псевдомицелий, которые являются одними из важнейших показателей его высокой вирулентности [9].
Очевидно, что несмотря на разницу в чувствительности музейного и клинического штаммов Candida albicans, хитозан затрагивает важные физиологические процессы, протекающие в клетках обоих культур микроорганизмов. Как видно из рисунка 1, под действием хитозана изменяется форма клеток, которая, как известно, определяется, прежде всего, состоянием клеточной стенки. У отдельных клеток наблюдается выход цитоплазматического содержимого через поврежденные внешние клеточные структуры. Вероятно, клеточная стенка кандиды становится первым объектом действия для хитозана. Это подтверждается и тем, что действие полимера на клетки другого гриба Saccharomyces cerevisiae одним из первых активизирует группы генов, которые участвуют в биогенезе клеточной стенки и поддержании ее нормальной структуры, например, гены, кодирующие 1,3-β-глюкансинтетаза и белки, участвующие в гликозилировании маннопротеинов клеточной стенки, а также имеющие отношение к ЦПМ [10]. Таким образом, действие хитозана приводит к изменению экспрессии тех генов, которые имеют отношение к структурам-мишеням для хитозанового полимера, каковыми являются клеточная стенка и ЦПМ, а также ЭПР, в котором образуются составные компоненты для поверхностных структур [10]. Возможно, нарушения, происходящие в клеточных стенках под действием хитозана, могут являться причиной прекращения образования ростовых трубок и псевдогиф у клеток клинического изолята Candida albicans (рис. 2).
Важно отметить, что клетки микроорганизмов, находящиеся в контакте с хитозановым поликатионом, приобретают повышенную чувствительность к другим антибиотическим веществам за счет нарушения барьерной функции как клеточной стенки, так и ЦПМ [10, 11]. Таким образом, совместное применение хитозана и фунгицидных препаратов может стать одним из подходов к увеличению эффективности борьбы с заболеваниями, вызываемыми Candida albicans и другими грибами.
Видимые существенные изменения во внутриклеточном строении музейного штамма Candida albicans указывают на то, что хитозан затрагивает и биохимические процессы, происходящие внутри клеток грибов. Известно, что клетки дрожжей становятся гиперчувствительными к действию хитозана, если у них нарушен синтез и процессинг РНК, организация актинового цитоскелета, координация эндоцитоза [12]. Поэтому отрицательное воздействие хитозана на какой-либо из этих процессов может стать пусковым механизмом для уменьшения устойчивости клетки к хитозановому полимеру.
На основании литературных данных можно сделать вывод, что в отличие от классических веществ с антибиотическими свойствами, хитозан не имеет единственной мишени для своего действия, а его биоцидный эффект является совокупностью нескольких возможных механизмов, складывающихся в сложный процесс, который приводит в конечном итоге к гибели клеток микроорганизмов, таких как: изменение проницаемости ЦПМ, разрыв электрон-транспортной цепи, нарушение гликозилирования белков и другие [10, 13].
Заключение
Таким образом, показано, что музейный и клинический штаммы Candida albicans отличаются по своей чувствительности к низкомолекулярному хитозану. Хитозановый полимер по-разному воздействует на штаммы, вызывая существенные морфологические изменения клеток музейной культуры и ингибируя образование ростовых трубок и псевдогиф у клеток клинического изолята. Это указывает на обоснованность проведения дальнейших исследований по выяснению механизма действия полимера на молекулярном уровне с целью создания более эффективных подходов в борьбе с заболеваниями вызываемые Candida albicans и другими грибами.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 09-04-99035
С. Н. Куликов, С. А. Лисовская, Н. И. Глушко, А. Н. Левов, С. А. Лопатин, В. П. Варламов
Казанский НИИ Эпидемиологии и Микробиологии Роспотребнадзора
Центр «Биоинженерия» РАН, Москва
Куликов Сергей Николаевич — кандидат биологических наук, с.н.с. лаборатории иммунологии Казанского НИИ эпидемиологии и микробиологии Роспотребнадзора
1. Скрябин К.Г., Вихорева Г.А., Варламов В.П. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. М.: Изд-воНаука, 2002. с. 368.
2. Lim S.H., Hudson S.M. Review of chitosan and its derivatives as antimicrobial agents and their uses as textile chemicals. J. Macromol. Sci. 2003; v. C43: 2: 223 — 269.
3. Rabea E.I., Badawy M.E., Stevens C.V., et al. Chitosan as antimicrobial agent: applications and mode of action. Biomacromol. 2003; v. 4: 6: 1457 — 1465.
4. Rhoades J., Roller S. Antimicrobial actions of degraded and native chitosan against spoilage organisms in laboratory media and foods. Appl. Environ. Microbiol. 2000; v. 66: 80 — 86.
5. Singla A.K., Chawla M. Chitosan: some pharmaceutical and biological aspects — an update. J. Pharm. Pharmacol. 2001; v. 53: 1047 — 1067.
6. Tharanathan R.N., Kittur F.S. Chitin — the undisputed biomolecule of great potential. Crit. Rev. Nutr. 2003; v. 43: 61 — 87.
7. Куликов С.Н., Тюрин Ю.А., Долбин Д.А., Хайруллин Р.З. Роль структуры в биологической активности хитозана. Вестник Казанского технологического университета 2007; 6: 10 — 15.
8. Лопатин С.А., Дербенева М.С., Куликов С.Н., и др. Фракционирование хитозана методом ультрафильтрации. Журнал Аналитической Химии 2009; т. 64: 3: 648 — 651.
10. Zakrzewska A., Boorsma A., Brul S. et al. Transcriptional response of Saccharomyces cerevisiae to the plasma membrane-perturbing compound chitosan. Eukar. Cell. 2005; v. 4: 4: 703 — 715.
11. Liu H., Du Y., Wang X., Sun L. Chitosan kills bacteria through cell membrane damage. Int. J. Food Microbiol. 2004; v. 95: 147 — 155.
12. Zakrzewska A., Boorsma A., Delneri D. et al. Cellular processes and pathways that protect Saccharomyces cerevisiae cells against the plasma membrane-perturbing compound chitosan. Eukar. Cell. 2007; v. 6: 4: 600 — 608.
13. Raafat D., Bargen K., Haas A. et al. Insight into the mode of action of chitosan as an antibacterial compound. Appl. Env. Microbiol. 2008; v. 74: 1: 3764 — 3773.
Хитозан: свойства, польза и особенности использования
Хитозан – полисахарид, является компонентом хитина. Производят из панцирей ракообразных, верхнего покрова насекомых и крыльев бабочек. В большом количестве содержится в панцире красного краба. Входит в состав морских водорослей и грибов.
Вещество химически связано с целлюлозой являющейся опорным материалом клеточной стенки растений. Хитозан относится к классу пищевых волокон. В желудочно-кишечном тракте преобразуется в гель. Способен соединятся с жирами, токсинами, холестерином. Оказывает на них разрушающее действие. Выводится из организма в неизменном виде, естественным путем.
Натуральное биологическое вещество регулирует множество физиологических процессов в организме. Широко используется в медицине. Входит в состав средств для борьбы с дисбактериозом кишечника и нарушениями работы ЖКТ. Диетологи назначают хитозан в виде пищевой добавки для профилактики и очищения организма от шлаков. При попадании в желудок хорошо усваивается. Распадается на простые составляющие, всасывается в кровь. Препарат применяют для лечения травм, порезов, ожогов. Ускоряет регенерацию кожных покровов. Стимулирует заживление без образования рубцов.
История открытия
В 1821 году хитин обнаружен в стенках грибов. Вещество нерастворимое в серной кислоте названо фунгином. В 1822 году французский химик выделил из тканей насекомых нерастворимую в щелочной среде фракцию и назвал хитином. В 1829 году описана структура вещества. В 1859 году профессор С. Роже получил хитозан путем извлечения из хитина карбоновых соединений. В 1970 году ученые начали подробно изучать полезные свойства. В 1991 году разработана технология получения хитозана из панциря крабов. В 1997 году вещество начали применять при производстве лекарственных средств и пищевых добавок. Природный полимер включили в состав косметических средств по уходу за волосами, кожей лица и телом. Хитозан активно используют в биомедицине. Благодаря способности быстро соединяться со слизистыми оболочками и впитывать влагу. На его основе изготавливают препараты для остановки крови.
Морфология хитина
В зависимости от источника хитин встречается в виде двух алломорфов, а именно α и β форм, которые можно различить с помощью инфракрасной и твердотельной NMR спектроскопии, а также рентгеновской X-ray дифракции. В твердом состоянии хитиновые цепи собраны сетью, которая контролирует растворимость, набухание и реакционную способность.
Изоморф α-хитина является наиболее распространенным; он встречается в клеточных стенках грибов и дрожжей, в сухожилиях криля, омаров и крабов, в панцирях креветок, а также в кутикуле насекомых. Помимо нативного хитина, α-хитин систематически образуется путем: перекристаллизации из раствора хитина, биосинтеза invitro или ферментативной полимеризации из-за высокой термодинамической стабильности этого изоморфа.
Фармацевтическое и биомедицинское применение хитина и хитозана
Основные свойства хитина и хитозана, применяемые для конкретных целей, уже описаны, например: биосовместимость, возобновляемое происхождение, не токсичность, не аллергенность и биоразлагаемость в организме. Кроме того, благодаря их привлекательной биологической активности (противогрибковая, антибактериальная, противоопухолевая, иммуноадъювантная, антитромбогенная, антихолестериновая) и биоадгезивности (особенно хитозана и его производных, они широко используются в качестве промоторов абсорбции и гидратирующих агентов, а также для производства пленки и заживления ран.
Кроме того, эффект хитозана, способствующий трансмукозальному всасыванию, особенно важен для назальной и пероральной доставки полярных лекарств, для введения пептидов и белков, а также для доставки вакцин. Катионный хитозан может влиять на транспорт ионов через взаимодействие с клеточной поверхностью (вызывая возмущение бислоев фосфолипидов мембраны).
Польза хитозана для организма
1.Снижает уровень холестерина в крови.
Олигамерыхитозана соединяются с отрицательно заряженным холестерином и выводят его из организма. Избыток приводит к развитию атеросклероза. Ежедневный прием вещества на протяжении 2 месяцев снижает уровень холестерина на 20%.
2.Уменьшает риск возникновения заболеваний сердца и сосудов.
Уменьшает артериальное давление. Укрепляет стенки сосудов и улучшает проходимость крови. Предотвращает образование бляшек. Подавляет негативное воздействие поваренной соли. Хитозан связывается с ионами хлора и выводит их из организма естественным путем. Обладает антиоксидантным действием. Подавляет негативное воздействие свободных радикалов. Поддерживает здоровье сердечно-сосудистой системы.
3.Оказывает очищающее действие.
Выводит из организма соли тяжелых металлов, шлаки, токсины, остатки лекарственных средств. Вредные соединения накапливаются и негативно влияют на здоровье человека. Хитозан очищает лимфатическую систему, в которой скапливаются токсические вещества.
4.Улучшает состояние кожи.
Стимулирует циркуляцию крови в микрососудах и капиллярах. Хитозан укрепляет стенки дермы, поддерживает водный баланс. Делает кожу упругой и эластичной. На основе вещества изготавливают маски, крема и сыворотки. Предотвращают появление пигментных пятен, шелушение, угревую сыпь, прыщи.
5.Поддерживает нормальную работу ЖКТ.
В организм попадают вредные бактерии, вирусы, аллергены. Хитозан обладает адсорбирующим действием. Подавляет развитие патогенных микроорганизмов. Поддерживает здоровую микрофлору кишечника. Предотвращает развитие дисбактериоза. Нормализует обмен веществ, улучшает перистальтику.
6.Поставляет полезные вещества в кровь.
Обладает захватывающими свойствами. На клеточном уровне поставляет в кровь аминокислоты, витамины, минералы, лекарственные средства. Улучшает усвоение полезных элементов, поступивших в желудочно-кишечный тракт с продуктами питания или пищевыми добавками.
7.Укрепляет иммунную систему.
Хитозан улучшает синтез иммуноглобулинов и интерферонов необходимых для производства лимфоцитов, нейтрофилов и макрофагов. Стимулирует защитные функции иммунной системы. Предотвращает развитие вирусов и инфекций.
8.Снижает риск возникновения сахарного диабета.
Ежедневный прием вещества снижает уровень сахара в крови. Повышает чувствительность клеток к инсулину.
9.Поддерживает здоровье суставов и хрящей.
Хитозан является источником глюкозамина необходимого для образования связок, сухожилий и суставных хрящей. При попадании в кишечник молекулы хитозана поступают в ткани и хрящи. Преобразуются в необходимые для организма соединения. Хитозан снимает болевые ощущения в ногах. Повышает подвижность и укрепляет кости. Ускоряет восстановление связок, хрящей. Предотвращает развитие артрита и артроза.
Чрезмерное употребление белков может привести нарушению пуринового обмена. Образованию большого количества мочевой кислоты. Хитозан воздействует на обмен, снижает ее уровень в организме.
Съедобная пищевая пленка, биодобавка для пчел и натуральный антисептик: как ученые ищут новые применения одному из самых распространенных биополимеров
В конце февраля в Университете ИТМО состоялась научная конференция «Перспективы использования полифункциональных компонентов хитина и хитозана в пищевых системах». Она была проведена в рамках стратегического партнерства Университета ИТМО и Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук. Ученые со всей России собрались в Петербурге для обсуждения последних тенденций в области исследования хитина и его производного — хитозана. Редакция ITMO.NEWS поговорила с участниками конференции о новых исследованиях в этой сфере и о том, как один из самых распространенных биополимеров используется в различных областях — от медицины до пищевой промышленности и сельского хозяйства.
Елена Кипрушкина, доцент факультета пищевых биотехнологий и инженерии мегафакультета биотехнологий и низкотемпературных систем (МФБТиНС) Университета ИТМО, председатель Санкт-петербургского отделения хитинового общества
Хитин — это один из самых распространенных биополимеров в природе, наряду с целлюлозой. Он и его производные активно используются более чем в 70 направлениях, наиболее важными признаны биотехнология, пищевая промышленность, медицина и космецевтика, сельское хозяйство и ветеринария.
Что такое хитозан?
С помощью концентрированной щелочи и нагревания можно модифицировать хитин, превратив его в хитозан. Хитозан приобретает аминогруппу, обеспечивающую повышенную реакционную способность полимеру, способность растворения в воде, кислотах, делает возможным различные химические превращения. Хитозан превращается в настоящий конструктор, где каждый создает уникальный полимер для своих нужд. Он хорошо связывается с другими химическими веществами, на цепочку полимера можно «навешивать» различные другие соединения.
Елена Кипрушкина
Хитозан отличается высокой биосовместимостью, поэтому его активно используют в медицине: это различные ранозаживляющие, адъювантные, онкопротекторные препараты, хирургические растворимые шовные материалы, не обладающие аллергическими свойствами. Он также используется в противорадиационных целях, входит в состав противоожоговых, кровоостанавливающих материалов — например, в Военно-медицинской Академии разрабатывают кровоостанавливающие повязки с хитозаном.
Какие исследования в этой области ведут ученые Университета ИТМО?
В Университете ИТМО на базе факультета пищевых биотехнологий и инженерии активно ведется разработка различных пищевых пленок на основе хитозана, которые обладают пролонгирующими свойствами и могут повысить сроки хранения пищевых продуктов в несколько раз. При этом визуально такая пленка не обнаруживается, обладает бактериостатическими и бактерицидными свойствами.
Научная конференция «Перспективы использования полифункциональных компонентов хитина и хитозана в пищевых системах»
Также на факультете пищевых биотехнологий и инженерии проводятся исследования по применению хитозана для абсорбирования осадка в пивоварении, для коагуляции сывороточных белков, производства йодированных продуктов питания на основе создания комплексов «йод-хитозан», функциональных пищевых продуктов на основе хитина, снижающего уровень холестерина в крови, апробируются стабилизаторы для кондитерского производства, разрабатываются биопрепараты — биогенные элиситоры, индуцирующие болезнеустойчивость плодов и овощей при вегетации и/или холодильном хранении и так далее.
Актуальные проблемы
Сейчас в СМИ во всем мире активно обсуждается массовая гибель пчел, которая является поводом для беспокойства. Мировая наука доказала, что благодаря пчелам производится треть потребляемой человечеством пищи. Стоимость дополнительного урожая от опыления пчелами превышает стоимость прямого пчеловодства в 10-12 раз. Ученые говорят, что, когда исчезнут пчелы, исчезнет и человечество. Пчеловодство как отрасль сельского хозяйства объединяет многие мировые державы, являясь хорошей основой для внешнеэкономических связей.
Научная конференция «Перспективы использования полифункциональных компонентов хитина и хитозана в пищевых системах»
В связи с этим магистранты нашего факультета активно включились в проект «Природные иммуностимулирующие добавки в пчеловодстве, их влияние на выживаемость пчел и качество меда». Во многих странах пчеловоды используют в основном антибиотики для лечения болезней пчел. Однако при использовании антибиотиков воск накапливает продукты их распада, впоследствии насыщая ими мед.
В рамках разрабатываемой нами кормовой добавки для снижения развития основных групп возбудителей инфекционных заболеваний медоносной пчелы мы предлагаем использовать иммуномодуляторы в составе кормовых добавок на основе природных веществ-β-глюканов и хитозанового комплекса, которые повышают иммунокомпетентность. Также, что немаловажно, это снижает и предотвращает резистентность возбудителей к антибиотикам, а также улучшает качество и безопасность меда как конечного продукта.
Елена Куприна, профессор факультета пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО, международный научный центр «Биотехнологии третьего тысячелетия»
Елена Куприна
Так как хитозан — это природный полимер, и у нас, и у других ученых, естественно, возник интерес использовать его в качестве пленок для пищевых покрытий, потому что он съедобен и биоразлагаем. Именно эти два его качества выгодно отличают его от использующихся сейчас упаковочных материалов, того же полиэтилена.
Но некоторые его свойства — например, отсутствие эластичности, недостаточная прочность — не удовлетворяют требования к пищевым пленкам. Поэтому необходимо его модифицировать другими полимерами, чем мы и занимаемся.
Мы получили интересные результаты при сочетании хитозана с альгинатом натрия, которые вообще-то термодинамически несовместимы, но нам удалось построить технологию так, что мы сделали их совместимыми. Теперь мы ждем последних данных по исследованию свойств этих пленок. Надеемся, что это будет новое слово в этой области исследования.
Валерий Варламов, профессор, заведующий лабораторией Института Биоинженерии, ФИЦ Биотехнологии РАН, президент Российского хитинового общества
Валерий Варламов на конференции научная конференция «Перспективы использования полифункциональных компонентов хитина и хитозана в пищевых системах» в Университете ИТМО
В нашей лаборатории мы разработали несколько оригинальных подходов, позволяющих получать низкомолекулярный хитозан, что позволяет повысить его растворимость в нейтральных средах. Мы разработали методы изменения заряда гидрофобности этой молекулы, что позволяет варьировать место, куда молекула хитозана или его производных попадет в клетке. В зависимости от ее строения она селективно попадает либо в одни органеллы, либо в другие. Это очень важно.
Сейчас нашим основным направлением является сертифицикация хитозана, чтобы он мог использоваться для доставки лекарств — как бактерицид, антигриппозное средство, антиоксидант и так далее. Научных работ в этом направлении очень много, но работ по сертификации, к сожалению, недостаточно. Это важная задача, которую мы решаем в нашей лаборатории и в нашем Российском хитиновом обществе.
Валерий Галынкин, профессор кафедры технологии микробиологического синтеза, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Валерий Галынкин
Наша кафедра занимается вопросом актиномицетов — это почвенные микроорганизмы, которые синтезируют и гидролизуют хитин.
Так как в основном хитин добывают из различных гидробионтов, на почвенный хитин до сих пор обращали мало внимание. Но на самом деле сегодня существует большая проблема, которая заключается в необходимости очистки поверхности земли от хитина. Дело в том, что он фактически не гидролизуется, а значит, не вымывается водой и поэтому загрязняет берега. Чтобы решить экологическую проблему, нужно обрабатывать поверхность земли хитиназой — это фермент, катализирующий деградацию хитина. А оставшийся после этой химической реакции ацетилглюкозамин можно использовать как лекарственный препарат — так мы сразу убиваем двух зайцев.
Алексей Албулов, профессор, ВНИТИ биологической промышленности РАН
Алексей Албулов
Наше предприятие — Научно-производственная фирма по Внедрению Научных и Инженерно-Технических Инноваций (ВНИТИ) — единственное в России, которое производит продукты из хитина и хитозана. Мы реализуем те наработки, которые создают ученые Москвы, Санкт-Петербурга и всей России.
Мы работаем сразу в нескольких направлениях: ветеринарии, медицине, биотехнологии, пищевой промышленности, очистке сточных вод. Большой спрос по применению хитозана различных модификаций наблюдается в пищевых производствах, особенно он интересен как загуститель, структурообразователь.
Хитозан — это полисахарид, который добывается из панцирей раков, крабов, насекомых, а также грибов. Помимо других его важных свойств, он обладает высокой адсорбционной активностью и, что важно, этот абсорбент не токсичен. Поэтому его можно использовать в составе лекарств, для создания полимерных матриксов заданной морфологии в качестве биоимплантов для решения задач регенеративной медицины благодаря свойствам биосовместимости и биодеградируемости.
Научная конференция «Перспективы использования полифункциональных компонентов хитина и хитозана в пищевых системах»
Добавим, что в этом году Российскому хитиновому обществу исполняется 20 лет. Европейское хитиновое общество впервые за всю историю проводит международную конференцию по хитину и хитозану в России: 14th International Conference of the European Chitin Society (EUCHIS 2020) и молодежный симпозиум — International Young Researchers Symposium on Marine and Plant Polysaccharides (MPP 2020), которые состоятся в Казани с 6 по 10 сентября 2020 года. Среди участников этого конгресса будут и представители факультета пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО.