Комплексная соль олигохитозония и способ получения этой соли
Комплексная соль олигомеров хитозана имеет средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана: от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков; от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков; от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков. Способ получения указанной комплексной соли включает образование раствора хитозана в водном растворе по меньшей мере одной органической кислоты, взятой в количестве от 23 до 115% от стехиометрии, введение в полученный раствор хитозана ферментов и осуществление ферментативного гидролиза раствора хитозана до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной от 1,60 до 1,80 сП·с образованием в растворе целевого продукта, который затем концентрируют и высушивают. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к технологии переработки природного хитозана, а точнее изобретение касается комплексной соли олигомеров хитозана и способа получения этой соли.
Изобретение найдет применение при производстве продуктов функционального питания, биологически активных добавок к пище, фармацевтических препаратов для медицины и ветеринарии, косметических средств.
Хитозан и олигомеры (олигосахариды) хитозана, обладающие мощным транспортным эффектом, способностью направленной доставки в организм человека самых различных полезных и жизненно необходимых веществ - витаминов, аминокислот, макро- и микроэлементов, представляют наибольший интерес для исследований их биологической активности и в настоящее время используются как основа для получения новых продуктов функционального питания, биологически активных добавок к пище, эффективных медицинских и ветеринарных препаратов, косметических средств и т.п.
Наибольшей биологической активностью, в том числе выраженными бактерицидными и фунгицидными свойствами, анти-ВИЧ активностью, обладают самые низкомолекулярные олигомергомологи хитозана, содержащие от 2 до 8-12 повторяющихся звеньев - остатков D-глюкозамина, связанных гликозидными связями. Уникальные свойства продуктов питания, напитков, БАДов, медицинских и ветеринарных препаратов, косметических средств, содержащих олигомеры хитозана, сделали актуальной проблему разработки высокотехнологического способа их промышленного получения. Такой способ был разработан специалистами ЗАО «Био Технологии» (патент РФ №2316592) и успешно реализован в промышленном масштабе.
Однако во многих случаях целесообразно производить и использовать не чистые олигомеры хитозана, а комплексные соединения, образуемые молекулами олигомергомологов с различными кислотами, прежде всего органическими, и другими веществами, содержащими ацильные группы. Такие соединения, например лактат олигохитозония, образуются за счет возникновения донорно-акцепторной связи между атомами азота аминогрупп пиранозных звеньев олигосахаридных цепей и катионами водорода, образованными при диссоциации молекул кислоты в растворах с последующим ионным взаимодействием протонированных аминогрупп и кислотных остатков. После сушки таких растворов получается кристаллическая соль, в молекулах которой комплексный катион олигохитозония связан с анионом кислотного остатка ионной связью.
Целесообразность использования комплексных солей олигомеров хитозана при производстве продуктов питания, БАДов, фармацевтических, косметических средств связана с тем, что при квалифицированном выборе природы кислоты и доли связанных аминогрупп в повторяющихся звеньях олигомергомологов хитозана получается продукт, обладающий более высоким профилактическим и терапевтическим эффектом (за счет синергического эффекта олигомеров хитозана и органических кислот), улучшенными органолептическими показателями, лучшей растворимостью в воде и меньшей себестоимостью по сравнению с чистыми олигомерами хитозана.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ получения ионосвязанных производных олигосахарида хитозана ферментативной деполимеризацией хитозана в присутствии папаина и уксусной кислоты с последующей распылительной сушкой продукта (RU 2232775 С1, 20.07.2004). Полученный продукт затем подвергают попеременно двукратному растворению в воде и распылительной сушке, после чего полученный продукт растворяют в воде совместно с веществами, имеющими кислотные группы, выбранными из никотиновой кислоты, молочной кислоты, гидрохлорида глицина, L-карнитина гидрохлорида, глутаминовой кислоты, гамма-амино-бета-фенилмасляной кислоты гидрохлорида, аденозинфосфата, кокарбоксилазы, аспартама, гемфиброзила, гидрохлорида аминокапроновой кислоты, нимфлумовой кислоты, янтарной кислоты, аскорбиновой кислоты, витамина ВЗ, метионина или ацексамовой кислоты с последующим высушиванием полученного продукта.
Указанный способ обеспечивает получение олигосахаридов хитозана, представляющих собой фракцию с числом "n" повторяющихся звеньев - остатков D-глюкозамина от 2 до 20, что свидетельствует о невысокой биологической активности продукта, так как наибольшей биологической активностью обладают олигомеры хитозана с n от 2 до 8-12.
При этом названный способ имеет крайне низкую производительность, связанную с тем, что при распылительной сушке разбавленных водных растворов, содержащих 5-10% олигосахаридов хитозана и их производных, образуются порошки со значительной долей (величина которой обратно пропорциональна вязкости и концентрации раствора) мелких частиц размером до 5 мкм, что приводит к потерям сухих промежуточных и конечного продуктов в количестве от 35% (при работе с 10%-ным раствором олигосахаридов хитозана) до 40% (при работе с 5%-ным раствором олигосахаридов хитозана) на каждом из этапов распылительной сушки.
Более того, при реализации названного способа необходимы высокие энергозатраты (при распылительной сушке растворов олигосахаридов хитозана и их производных, содержащих 90-95% влаги), что повышают себестоимость целевого продукта.
Помимо сказанного, для указанного способа получения ионосвязанных производных олигосахарида хитозана характерна многоэтапность (нетехнологичность) процесса. Например, трехкратное проведение распылительной сушки 5-10%-ных растворов промежуточных продуктов и сушка 5-10%-ного раствора конечного продукта приводит к колоссальным потерям сухих продуктов (см. выше), огромным энергозатратам. Так, при работе с 5%-ными растворами (см. примеры 1, 2, 9, 13) суммарные потери при сушке промежуточных и конечного продуктов составляют около 87%, при работе с 10%-ными растворами суммарные потери составляют около 82%. Высокое содержание мелких частиц в конечном продукте снижает его качество, так как значительно затрудняет его дальнейшую переработку, в частности прессование, капсулирование, таблетирование, приготовление смесей с другими порошкообразными компонентами; при растворении в воде таких пылевидных порошков наблюдается комкование, связанное с агрегацией частиц с высокоразвитой поверхностью. Пылевидные частицы, содержащиеся в промежуточных и конечном продукте, при сушке не улавливаются рукавным фильтром и скруббером и попадают в атмосферу, создавая экологические проблемы.
Таким образом, получаемый данным способом конечный продукт термически нестабилен и обладает недостаточными органолептическими показателями из-за наличия в нем ацетата олигохитозония (получаемый продукт представляет собой смесь олигомеров хитозана, комплексной соли олигомеров хитозана и органической кислоты и ацетата олигохитозония, причем содержание последнего в смеси составляет 2,4-3,8%).
В основу заявляемого изобретения положена задача путем сокращения примесей и повышения содержания наиболее низкомолекулярных солей олигомеров хитозана в целевом продукте, получаемом в соответственно измененных условиях, создать такую комплексную соль олигомеров хитозана и такой способ получения этой соли, которые обеспечат более высокую биологическую активность целевого продукта с улучшенными термостабильностью и органолептическими свойствами.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании заявляемой комплексной соли олигомеров хитозана, состоит в повышении эффективности продуктов функционального питания, биологически активных добавок к пище, медицинских и ветеринарных препаратов, косметических средств, полученных на основе таких солей.
Поставленная задача достигается созданием комплексной соли олигомеров хитозана, содержащей комплексный катион олигомеров хитозана, связаный ионной связью по меньшей мере с одним анионом кислотного остатка, которая согласно изобретению имеет средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Благодаря изобретению создан продукт на основе самых низкомолекулярных олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 12 повторяющихся звеньев, остатков D-глюкозамина, связанных гликозидными связями, имеющий повышенную биологическую активность, в том числе выраженные бактерицидные и фунгицидные свойства, анти-ВИЧ и антиопухолевую активность.
Целесообразно указанную соль олигомеров хитозана получать способом, включающим образование раствора хитозана в водном растворе органической кислоты, введение в полученный раствор хитозана ферментов и осуществление ферментативного гидролиза раствора хитозана с образованием в растворе целевого продукта, высушивание целевого продукта, в котором согласно изобретению образование раствора хитозана осуществляют в водном растворе по меньшей мере одной органической кислоты, взятой в количестве от 23 до 115% от стехиометрии, а ферментативный гидролиз проводят до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной от 1,60 до 1,80 сП, и образования в растворе комплексной соли олигомеров хитозана, содержащей комплексный катион олигомеров хитозана, связанный ионной связью по меньшей мере с одним анионом кислотного остатка, имеющей средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Согласно изобретению полезно перед высушиванием осуществлять концентрирование реакционной смеси, содержащей целевой продукт, до содержания влаги 62-80 мас.%, что обеспечивает повышение качества и выхода целевого продукта.
Согласно изобретению разумно в качестве органической кислоты использовать кислоту, обладающую биологической активностью, что обеспечивает дополнительное повышение биологической активности целевого продукта.
Согласно изобретению полезно ферментативный гидролиз проводить при использовании в качестве фермента смеси хитозаназы и целлолюкса, взятых в массовом соотношении 1:(0,2-0,3) соответственно, что обеспечивает образование целевого продукта оптимального молекулярно-массового распределения, при этом согласно изобретению полезно ферментативный гидролиз проводить при содержании хитозаназы в количестве 1,8 единиц на 1 грамм хитозана, а целлолюкса в количестве 0,1-0,15% от массы хитозана.
Согласно изобретению полезно в качестве фермента использовать фермент, иммобилизованный на инертном носителе, что обеспечивает повышение чистоты целевого продукта и возможность многократного использования фермента.
Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания комплексной соли олигомеров хитозана и способа ее получения.
Заявляемая комплексная соль олигомеров хитозана имеет следующую структурную формулу:
где R - органический радикал; n - целое число, равное от 2 до 20.
Эта соль содержит комплексный катион олигомеров хитозана, связанный ионной связью по меньшей мере с одним анионом кислотного остатка, и согласно изобретению имеет средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Заявляемая комплексная соль олигомеров хитозана имеет как полностью связанные, так и частично связанные аминогруппы, что расширяет спектр ее биологически активного действия. Кроме того, благодаря преобладанию (до 92%) в составе заявляемой комплексной соли самых низкомолекулярных олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 12 повторяющихся звеньев, остатков D-глюкозамина, связанных гликозидными связями, достигнуто повышение биологической активности комплексной соли, в том числе выраженных бактерицидных и фунгицидных свойств, анти-ВИЧ и антиопухолевой активности. Указанные характеристики заявляемой комплексной соли олигомеров хитозана обеспечивают повышение эффективности продуктов функционального питания, биологически активных добавок к пище, медицинских и ветеринарных препаратов, средств борьбы с заболеваниями сельскохозяйственных культур, косметических средств, полученных на основе таких солей.
Соль с указанными характеристиками возможно получить следующим способом.
Крабовый хитозан [поли-β-(1→4)-2-амино-2-деокси-D-глюкоза] со степенью деацетилирования 90-95% растворяют в водном растворе одной или более кислот, например аскорбиновой, лимонной, щавелевой, бензойной, малоновой, молочной, янтарной, ацетилсалициловой, сорбиновой, фумаровой, стеариновой, линолевой, циануровой, акриловой. Согласно изобретению образование раствора хитозана осуществляют в водном растворе по меньшей мере одной указанной кислоты, взятой в количестве от 23 до 115% от стехиометрии. Варьируя исходную концентрацию выбранной/выбранных кислот, можно менять степень замещения аминогрупп в молекулах олигомеров хитозана (степень кватернизации аминогрупп) в широких пределах. При использовании смеси двух или, например, трех и т.д. органических кислот конечный продукт представляет собой двойные (тройные и т.д.) комплексные соли олигомеров хитозана и двух (трех и т.д.) кислот.
Ферментативный гидролиз проводят в присутствии, например, смеси хитозаназы и липаина (ферменты производства компании Lyven, Франция) в соотношении 1:(1-1,2) по массе, могут быть использованы хитозаназа или хитиназные комплексы на основе таких культур, как Streptomyces Kurssanovii, Streptomyces griseus при температуре 44-48°С. Предпочтительно использовать для гидролиза смесь хитозаназы и целлолюкса (производство «Сиббиофарм», Россия) в соотношении 1:(0,2-0,3) по массе соответственно.
В процессе получения целевого продукта степень гидролиза контролируют путем отбора проб и измерений динамической вязкости раствора комплексной соли олигомеров хитозана на вискозиметре Брукфильда.
Исследования показали целесообразность проведения гидролиза в условиях заявляемого способа при содержании в реакционной смеси хитозаназы в количестве 1,8 единиц на 1 грамм хитозана и целлолюкса в количестве 0,1-0,15% от массы хитозана, что обеспечивает выход комплексных солей олигомеров хитозана с указанным выше молекулярно-массовым распределением молекул олигомергомологов хитозана.
Согласно изобретению ферментативный гидролиз проводят до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной от 1,60 до 1,80 сП. Благодаря выполнению вышеуказанных условий и соблюдения названных режимов технологии в реакционной массе получают раствор комплексной соли олигомеров хитозана и органической кислоты со следующим молекулярно-массовым распределением молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ) на жидкостном хроматографе Bio-Rad с рефрактометрическим детектором и системой компьютерной регистрации; колонка Tosohaas TSK 30 SW XL, в качестве растворителя и элюента используют фосфатный буфер (0,05 М, рН 3,7) с добавлением 0,5 М NaNO3.
Найдено, что полученную реакционную массу, содержащую раствор комплексной соли олигомеров хитозана и органической кислоты - соли олигохитозония - перед проведением сушки целесообразно концентрировать до содержания влаги 62-80%.
Кроме того, для уменьшения энергозатрат на этапе сушки вместо распылительной сушилки возможно использование сушилки с псевдокипящим слоем.
Введение стадии концентрирования раствора комплексной соли олигомеров хитозана перед распылительной сушкой позволило
- повысить производительность процесса за счет исключения потерь целевого продукта при снижении его себестоимости и энергозатрат (на 50-70%) на стадии распылительной сушки;
- повысить чистоту биологически активного целевого продукта и получить комплексные соли олигомеров хитозана в виде порошков светло-желтого цвета оптимального гранулометрического состава, достаточно крупных (диаметр частиц 60-100 мкм) и однородных по размерам, что обеспечивает высокое качество продукта при его дальнейшем использовании в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве.
В результате проведенных исследований было определено оптимальное содержание влаги после концентрирования, которое составляет 62-80%. Отклонение от выбранного интервала в сторону увеличения содержания влаги приводит к существенным потерям целевого продукта и повышению энергозатрат при распылительной сушке. Отклонение в сторону уменьшения содержания влаги приводит к значительному повышению вязкости раствора и затрудняет проведение распылительной сушки.
Для получения более узких по молекулярно-массовому распределению фракций комплексных солей олигомеров хитозана возможно проведение перед сушкой фракционирования раствора методом ультрафильтрации.
Содержание основного вещества (комплексной соли олигомеров хитозана) в конечном продукте не менее 95%. Выход продукта в расчете на исходный хитозан 96%. Получаемые порошки комплексных солей олигомеров хитозана быстро растворимы в воде и физиологическом растворе, хорошо смешиваются с различными ингредиентами, более чистые и термостабильные, имеют улучшенные органолептические свойства (в частности, за счет отсутствия примеси ацетата олигохитозония), гранулометрические параметры, оптимальные для использования в пищевой и фармацевтической промышленности (размер частиц порошка 60-100 мкм) по сравнению с продуктом по прототипу.
Нижеследующие примеры ни в коей мере не ограничивают объем патентных притязаний и приведены лишь с целью иллюстрировать заявляемый способ получения комплексных солей олигохитозония.
Пример 1.
Растворяют 50 кг крабового хитозана со степенью деацетилирования 95% в 1 м3 5,4%-ного водного раствора аскорбиновой кислоты (что составляет 105% от стехиометрии). Проводят ферментативный гидролиз в присутствии хитозаназы активностью 250 ед/г, взятой в количестве 1,8 ед. (7,2 мг) на 1 г хитозана, и целлолюкса-F активностью 1800 ед/г (2 мг на 1 г хитозана) при температуре 44°С в течение 20 часов до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,68 сП, затем гидролизат концентрируют до содержания влаги 77% с использованием вакуумно-выпарной установки, обеспечивающей производительность по испаренной влаге 50 кг/час, при температуре 39°С и подвергают сушке на распылительной сушильной установке при скорости подачи раствора 30 л/час, температуре входящего теплоносителя 115°С, температуре на выходе из сушильной установки 65°С.
В процессе гидролиза динамическую вязкость реакционной смеси контролируют на вискозиметре Брукфильда.
Получена комплексная соль олигомеров хитозана и аскорбиновой кислоты (аскорбат олигохитозония) с полным связыванием аминогрупп в молекулах олигомеров хитозана, со средневязкостной молекулярной массой 1800 Да.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 48
Ионосвязанная аскорбиновая кислота - 52
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии на колонке с акрилексом Р-2 (размер колонки 1100×35 мм) молекулярная масса продукта составляет 2000 Да.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
20% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
8% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Пример 2.
Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но при использовании аскорбиновой кислоты в количестве 105% от стехиометрии, гидролиз хитозана ведут с добавлением хитозаназы (1,8 единиц активности или 7,2 мг на 1 г хитозана) при температуре 46°С в течение 22 часов до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,80 сП.
Гидролизат концентрируют до содержания влаги 80% и сушат.
Получен аскорбат олигохитозония с полным связыванием аминогрупп молекул олигомеров хитозана, со средневязкостной молекулярной массой 2100 Да.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 48
Ионосвязанная аскорбиновая кислота - 52
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2250 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
21% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
64% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
15% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 3.
Растворяют 50 кг хитозана в 1 м3 2%-ного водного раствора янтарной кислоты (что составляет 115% от стехиометрии). Проводят гидролиз в присутствии хитозаназы активностью 250 eU/g (1,8 ед. или 7,2 мг на 1 г хитозана) и папаина активностью 36000 NFPU/mg (8,64 мг на 1 г хитозана) при температуре 48°С в течение 22 часов до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,78 сП. Гидролизат концентрируют до содержания влаги 62% и подвергают распылительной сушке. Получают сукцинат олигохитозония с полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана, со средневязкостной молекулярной массой 2000 Да.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 71
Ионосвязанная янтарная кислота - 29
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
Данные гель-проникающей хроматографии дают значение молекулярной массы около 2200 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
22% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
70% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
8% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 95,8%.
Пример 4.
Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но при использовании молочной кислоты гидролиз хитозана ведут в 1 м3 2,8%-ного водного раствора молочной кислоты (105% от стехиометрии) до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,76 сП. После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 70% гидролизат подвергают распылительной сушке. Получен лактат олигохитозония со средневязкостной молекулярной массой 1950 Да, с полным замещением аминогрупп в молекулах олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 64
Ионосвязанная молочная кислота - 36
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2150 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
23% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
66% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
11% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 5. Растворяют 50 кг крабового хитозана со степенью деацетилирования 95% в 1 м3 0,4%-ного водного раствора уксусной кислоты (23% от стехиометрии). Проводят ферментативный гидролиз в присутствии хитозаназы активностью 250 ед/г, взятой в количестве 1,8 ед. (7,2 мг) на 1 г хитозана, и целлолюкса-F, активностью 1800 ед/г (2 мг на 1 г хитозана) при температуре 44°С в течение 20 часов до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,65 сП.
В процессе гидролиза динамическую вязкость реакционной смеси контролируют на вискозиметре Брукфильда.
Гидролизат концентрируют до содержания влаги 77% с использованием вакуумно-выпарной установки УВВ-50 (производительность по испаренной влаге 50 кг/час) при температуре 39°С и подвергают сушке на сушильной установке с псевдокипящим слоем (сушильная установка «в кипящем слое инертных тел» СИН-04, производительность 50 кг/час по упаренной влаге, скорость сушильного агента 4 м/сек).
Получают комплексную соль олигомеров хитозана и уксусной кислоты (ацетат олигохитозония) с частичным (21,5%-ным) связыванием аминогрупп в молекулах олигомеров хитозана, со средневязкостной молекулярной массой 1700 Да.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 92,6
Ионосвязанная уксусная кислота - 7,4
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии на колонке с акрилексом Р-2 (размер колонки 1100×35 мм) молекулярная масса продукта составляет 1870 Да. Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
66% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
9% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Пример 6. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют 1 м3 водного раствора смеси 2,7% аскорбиновой и 2,8% ацетилсалициловой кислот (103% от стехиометрии).
Получают двойную комплексную соль олигомеров хитозана с аскорбиновой и ацетилсалициловой кислотами с полным связыванием аминогрупп в молекулах олигомеров хитозана, со средневязкостной молекулярной массой 2000 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана. Вязкость раствора составила 1,76 сП.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 47,6
Ионосвязанная аскорбиновая кислота - 34,6
Ионосвязанная ацетилсалициловая кислота - 17,8
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии на колонке с акрилексом Р-2 (размер колонки 1100×35 мм) молекулярная масса продукта составляет 2200 Да.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
20% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
70% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
10% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Пример 7. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют раствор смеси 0,9% уксусной кислоты и 3,4% пантотеновой кислоты в 1 м3 (100% от стехиометрии) до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной 1,69 сП.
После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 71% гидролизат подвергают распылительной сушке.
Получают комплексную смешанную соль (ацетат-пантотеноат олигохитозония) со средневязкостной молекулярной массой 1900 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 54
Ионосвязанная уксусная кислота - 9,7
Ионносвязанная пантотеновая кислота - 36,3
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2100 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
64% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
11% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 8. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но при использовании для растворения хитозана водного раствора смеси 0,6% уксусной, 1,8% аскорбиновой и 0,67% янтарной кислот в 1 м3 (100% от стехиометрии).
После гидролиза (вязкость раствора была равна 1,76 сП) и выпаривания раствора до содержания влаги 72% гидролизат подвергают распылительной сушке. Получают тройную комплексную соль (ацетат-аскорбат-сукцинат олигохитозония) со средневязкостной молекулярной массой 2000 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 57,5
Ионосвязанная уксусная кислота - 7
Ионносвязанная аскорбиновая кислота - 20
Ионосвязанная янтарная кислота - 15,5
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2180 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
20% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
69% (вязкость была равна 1) олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
11% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных частей;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 9. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют водный раствор смеси 2,7% аскорбиновой и 6,8% фолиевой кислот в 1 м3 (100% от стехиометрии). Получен раствор с вязкостью 1,60 сП.
После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 70% гидролизат подвергают распылительной сушке.
Получают комплексную соль со средневязкостной молекулярной массой 1600 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 53
Ионосвязанная аскорбиновая кислота - 28,5
Ионносвязанная фолиевая кислота - 18,5
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 1760 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
67% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
8% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 10. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют раствор 3,8% никотиновой кислоты в 1 м3 (105% от стехиометрии). Вязкость раствора после гидролиза равна 1,80 сП.
После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 71% гидролизат подвергают распылительной сушке.
Получают никотинат олигохитозония со средневязкостной молекулярной массой 2100 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 57
Ионосвязанная никотиновая кислота - 43
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2250 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
20% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
64% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 11. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют водный раствор смеси 0,9% уксусной и 2,28% глутаминовой кислот в 1 м3 (100% от стехиометрии). Вязкость раствора после гидролиза равна 1,65 сП.
После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 72% гидролизат подвергают распылительной сушке.
Получают комплексную двойную соль (ацетат-глутаминат олигохитозония) со средневязкостной молекулярной массой 1700 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 61
Ионосвязанная уксусная кислота - 11
Ионосвязанная глутаминовая кислота - 28
Количество ионосвязанного продукта определялось методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 1850 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
23% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
67% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
10% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Пример 12. Получение комплексной соли олигомеров хитозана ведут аналогично указанному в примере 1, но для растворения хитозана используют водный раствор смеси 1,4% молочной кислоты и 4,6% аспартама в 1 м3 (100,3% от стехиометрии). Вязкость раствора после гидролиза равна 1,80 сП.
После гидролиза и выпаривания раствора до содержания влаги 71% гидролизат подвергают распылительной сушке.
Получают комплексную смешанную соль (лактат-аспарагинат-фенилаланинат олигохитозония) со средневязкостной молекулярной массой 2100 Да и полным замещением аминогрупп молекул олигомеров хитозана.
Полученный продукт содержит, мас.%:
Олигосахарид хитозана - 45,5
Ионосвязанная молочная кислота - 13
Ионосвязанный аспартам - 41,5
Количество ионосвязанного продукта определяют методом потенциометрического титрования.
По данным гель-проникающей хроматографии молекулярная масса продукта составляет 2300 Да.
Молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана определяют методом гель-проникающей хроматографии с получением следующего результата:
21% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
64% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
15% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
Выход продукта в расчете на исходный хитозан равен 96,0%.
Таким образом, предложена новая комплексная соль олигомеров хитозана, имеющая заданное оптимальное молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана, соответственно повышенную биологическую активность и чистоту, в виде порошков с оптимальным размером частиц (60-100 мкм), с повышенной термостабильностью, с улучшенными органолептическими свойствами. При этом предлагаемый способ получения такой комплексной соли олигомеров хитозана позволил повысить производительность процесса за счет исключения потерь целевого продукта (по прототипу они составляют 82-87%) при значительном снижении энергозатрат (на 60-80% по сравнению с прототипом) на стадии распылительной сушки, многократного уменьшения числа стадий процесса.
Указанные преимущества изобретения позволяют реализовать в промышленных условиях экономически эффективную и экологически чистую технологию.
1. Комплексная соль олигомеров хитозана, содержащая комплексный катион олигомеров хитозана, связанный ионной связью по меньшей мере с одним анионом кислотного остатка, отличающаяся тем, что она имеет средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
2. Способ получения комплексной соли олигомеров хитозана, включающий образование раствора хитозана в водном растворе органической кислоты, введение в полученный раствор хитозана ферментов и осуществление ферментативного гидролиза раствора хитозана с образованием в растворе целевого продукта, высушивание целевого продукта, отличающийся тем, что образование раствора хитозана осуществляют в водном растворе по меньшей мере одной органической кислоты, взятой в количестве от 23 до 115% от стехиометрии, а ферментативный гидролиз проводят до достижения динамической вязкости реакционной смеси, равной от 1,60 до 1,80 сП, и образования в растворе комплексной соли олигомеров хитозана, содержащей комплексный катион олигомеров хитозана, связанный ионной связью по меньшей мере с одним анионом кислотного остатка, имеющей средневязкостную молекулярную массу от 1600 до 2100 Да и следующее молекулярно-массовое распределение молекул олигомергомологов хитозана:
от 20 до 25% олигомергомологов хитозана, содержащих от 2 до 6 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 64 до 72% олигомергомологов хитозана, содержащих от 7 до 12 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
от 8 до 16% олигомергомологов хитозана, содержащих от 13 до 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков;
0% олигомергомологов хитозана, содержащих более 20 повторяющихся D-глюкозаминных остатков.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед высушиванием осуществляют концентрирование реакционной смеси, содержащей целевой продукт, до содержания влаги 62-80 мас.%.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве органической кислоты используют кислоту, обладающую биологической активностью.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз проводят при использовании в качестве фермента смеси хитозаназы и целлолюкса, взятых в массовом соотношении 1:(0,2-0,3) соответственно.
6. Способ по п.2 или 5, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз проводят при содержании хитозаназы в количестве 1,8 единиц на 1 г хитозана, а целлолюкса в количестве 0,10-0,15% от массы хитозана.
7. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве фермента используют фермент, иммобилизованный на инертном носителе.
