Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана

Изобретение относится к области химии биополимеров. Описан способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана методом химической деполимеризации, включающий гидролиз хитозана в присутствии кислоты с последующими фильтрацией, фракционированием, очисткой и сушкой продуктов, отличающийся тем, что гидролиз хитозана проводят 2,5-12,5% разбавленной азотной кислотой при температуре 70°С с последующим разделением гидролизата на две фракции - осадок низкомолекулярного хитозана и маточный раствор, далее из маточного раствора при добавлении изопропилового спирта и охлаждении осаждают олигомеры хитозана, затем оба продукта промывают изопропиловым спиртом и высушивают на воздухе, окончательно продукты деполимеризации хитозана перерастворяют в воде и высушивают лиофильно. Технический результат: предложен способ получения продукта узкого фракционного состава, хорошо растворимого в воде. 5 пр.

 

Изобретение относится к области химии биополимеров, а именно к способу получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана. Полученные продукты могут быть использованы в медицине, а именно в хирургической стоматологии при лечении переломов, дистракционном остеогенезе, лечении остеомиелита; в области тканевой инженерии, при регенерации хрящевой ткани, стимуляции роста фибробластов; в качестве детоксицирующего сорбента, при воспалительных заболеваниях желудочно-кишечного тракта; в качестве системы доставки лекарств, генов.

В качестве прототипа выбран патент, который включает гидролиз гранул хитозана в присутствии соляной кислоты. Гидролиз осуществляется без растворения хитозана, при перемешивании гетерогенной системы. После гидролиза разделение и очистку проводят в органическом растворителе, получают деполимеризованный хитозан как в форме гидрохлорида, так и со свободной аминогруппой [patent JP 4759151 В2 «The preparation of low molecular weight chitosan due to non-uniform system», 16.02.2011].

Недостатком данного способа является получение продукта только высокомолекулярных масс 360-144 кДа, получают одну фракцию, не указывая индекс полидисперсности.

Задачей заявленного изобретения является создание способа получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана методом химической деполимеризации.

Технический результат заключается в эффективном методе получения продуктов гидролиза, содержащих в себе низкомолекулярный хитозан и олигомеры за счет использования гидролиза азотной кислотой.

Хитозан является продуктом переработки хитина - одного из самых распространенных биополимеров в природе. За счет своих уникальных свойств: биоразлагаемости, низкой токсичности, биосовместимости, и проявляемых биологических активностей он находит широкое применение в различных областях науки [Dutta Р.K. et al. Chitin and chitosan: Properties and applications. Journal of Scientific & Industrial Research, 2004, v. 63, p. 20-31]. Для применения хитозана в медицине и ветеринарии требуется увеличить его растворимость при нейтральных значениях рН, этому способствует снижение его молекулярной массы. Деполимеризация хитозана чаще проводится ферментативным или химическим способом.

Ферментативный гидролиз расщепляет О-гликозидные связи между соседними звеньями, что позволяет сохранить основную структуру и степень дезацетилирования. При этом в основном используются ферментные комплексы с хитинолитической активностью микробиологического происхождения [Хасанова Л.М. и др. Деполимеризация хитозана с использованием ферментного комплекса, продуцируемого Myceliophthora sp. Прикладная биохимия и микробиология, 2014, т. 50, №4, с. 1-7, патент RU 2425844 С2 «Способ получения низкомолекулярного хитозана в бессолевой среде путем ферментативной деполимеризации», 17.08.2009], ферментные комплексы гепатопанкреаса краба и криля [Быкова В.М, Немцев С.В. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана. В кн.: Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. Москва: Наука, 2002. С. 7-23]. Также могут использоваться гидролазы, не обладающие специфической активностью в отношении хитозана, например липазы, протеазы, карбогидразы, целлюлазы, амилазы, пектиназы. Однако зачастую использование высокоочищенных ферментов является экономически нецелесообразным за счет их высокой стоимости. Ферментативный метод имеет еще ряд недостатков: высокая полидисперсность получаемых фракций, присутствие белковых примесей, а также компонентов питательной среды, ферментных препаратов и, как следствие, сложная система очистки продуктов гидролиза.

Для деполимеризации хитозана также используют химический метод, например под действием окислительно-восстановительного разрушения, один из подходов использует в качестве главного реагента перекись водорода. Данная реакция характеризуется высокой скоростью реакции и, как правило, приводит к высокому содержанию мономеров (40-50%). Однако конечный продукт темнеет, что свидетельствует о деструкции и модификации сахарных остатков [Немцев С.В. и др. Получение низкомолекулярного водорастворимого хитозана. Биотехнология 2001, №6, С. 37-42, Tian F. et al. Study of the depolymerization behavior of chitosan by hydrogen peroxide. Carbohydrate Polymers, 2004, v. 57, p. 31-37]. Также в качестве реагента окислительно-восстановительного разрушения может использоваться азотистая кислота, этот подход является селективным и легко контролируемым, так как азотистые группы кислоты селективно атакуют аминогруппы, а не ацетильные остатки и разрушают β-гликозидные связи хитозана. Недостатком же данного подхода является побочный процесс дезаминирования, приводящий к появлению 2,5-ангидро-D-маннозы на редуцирующем конце полимера, что обуславливает изменение первичной структуры хитозана, которая приводит к неконтролируемому изменению биологической активности [Tømmeraas K. et al. Preparation and characterisation of oligosaccharides produced by nitrous acid depolymerisation of chitosans. Carbohydrate Research, 2001, v. 333, №2, p. 137-144].

Для деполимеризации хитозана также используют химический способ, происходящий под действием различных кислот, при этом расщепляются как гликозидные связи, так и амидные, то есть происходят процессы дезацетилирования, деполимеризации. При кислотном гидролизе низкомолекулярный хитозан получают под действием неорганических кислот, например 0.1 М соляной, при 83°С, продолжительности реакции от 10 до 30 ч, при концентрации хитозана 10 мг/мл, получаемая степень полимеризации от 41.5 до 12.9; также 12 М соляной при 30°С, продолжительности реакции 60-240 мин, получаемая степень полимеризации от 20.8 до 7.81 [Varum K.М. et al. Acid hydrolysis of chitosans. Carbohydrate Polymers, 2001, v 46, p. 89-98]. Данным методом получают узкий диапазон молекулярных масс (ММ) от 1.5 кДа до 7 кДа. Также используют фосфорную кислоту 85%, при различных температурах и времени реакции (8 часов - 35 дней), получая при этом продукт с выходом от 68 до 40%, и диапазоном ММ от 21 до 7 кДа. Недостатком данного подхода является длительность процесса, достигающая 35 дней [Jia Zh., Shen D. Effect of reaction temperature and reaction time on the preparation of low-molecular-weight chitosan using phosphoric acid. Carbohydrate Polymers, 2002, v. 49, №4, p. 393-396].

Известно, что деполимеризация происходит также при воздействии на хитозан органическими кислотами: винной, пировиноградной, аскорбиновой, лимонной, молочной, пропионовой, уксусной и их смесями. Реакции проводились в автоклаве при температурах от 100 до 150°С, ММ исходного хитозана 310-375 кДа, в результате гидролиза вязкость растворов хитозана изменялась от 2 до 80 сП [patent KR 1019990084226 «Process for producing chitosan oligosaccharide», 01.05.1998]. Недостатком можно считать большую гетерогенность и сложность выделения и обработки получаемых продуктов.

Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в получении низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана.

Способ осуществляется следующим образом.

Хитозан в количестве 10 г с ММ 300-1000 кДа и степенью дезацетилирования (СД) 75-95% суспендируют в 200 мл разбавленной азотной кислоты (2.5-12.5%). Полученную суспензию при перемешивании нагревают до 70°С и проводят гидролиз в течение 8 часов. Реакцию останавливают охлаждением до 0°С. Выпавший осадок отделяют фильтрованием на пористом стеклянном фильтре, а также собирают прошедший через фильтр маточный раствор. Осадок представляет собой низкомолекулярный хитозан со среднечисловой ММ (Mn) 10-70 кДа, индексом полидисперсности (ИП) 1.7-2.3 и СД 92-98%. Из маточного раствора после добавления изопропилового спирта и охлаждения до минус 18°С с помощью фильтрации на пористом стеклянном фильтре выделяют выпавшие в осадок олигомеры хитозана со Mn 0.5-1.0 кДа, ИП 1.2-1.4 и СД 98-99%, что соответствует набору олигомеров со степенью полимеризации от 3 до 7.

Пример 1. К 10 г хитозана с ММ 1000 кДа и СД 85% добавляют при комнатной температуре 200 мл разбавленной 10% азотной кислоты. Полученную суспензию при перемешивании нагревают до 70°С и проводят гидролиз в течение 8 часов. Реакцию останавливают охлаждением до 0°С. Выпавший осадок отделяют фильтрованием на пористом стеклянном фильтре, а также собирают прошедший через фильтр маточный раствор. К маточному раствору добавляют 150 мл изопропилового спирта и оставляют при минус 18°С на 16 часов, а осадок промывают 100 мл изопропилового спирта для удаления остатков азотной кислоты и высушивают на воздухе. Полученный низкомолекулярный хитозан перерастворяют в 100 мл дистиллированной воды, фильтруют на пористом стеклянном фильтре и лиофильно высушивают.

Получают 6,2 г хитозана с ММ 27 кДа, ИП 1.8 и СД 95%.

Выпавший в охлажденном маточном растворе осадок отфильтровывают на пористом стеклянном фильтре, промывают 50 мл изопропилового спирта, охлажденного до минус 18°С, и высушивают на воздухе. Затем осадок перерастворяют в 40 мл дист. воды и лиофильно высушивают. Получают 1.2 г олигомеров хитозана с ММ 0.7 кДа, ИП 1.36 и СД 99%.

Пример 2. Аналогично примеру 1, но в реакцию берут хитозан с ММ 700 кДа, СД 75% и добавляют 200 мл разбавленной 12,5% азотной кислоты. Получают 5,9 г низкомолекулярного хитозана с ММ 14 кДа, ИП 1.75 и СД 96%, а также 1.3 г олигомеров хитозана с ММ 0.6 кДа, ИП 1.22 и СД 99%.

Пример 3. Аналогично примеру 1, но в реакцию берут хитозан с ММ 700 кДа, СД 75% и добавляют 200 мл 2,5% разбавленной азотной кислоты. Получают 6.6 г низкомолекулярного хитозана с ММ 70 кДа, ИП 2.3 и СД 92%, а также 0.9 г олигомеров хитозана с ММ 1.0 кДа, ИП 1.40 и СД 98%.

Пример 4. Аналогично примеру 1, но в реакцию берут хитозан с ММ 300 кДа, СД 95% и добавляют 200 мл 12,5% разбавленной азотной кислоты. Получают 5.1 г низкомолекулярного хитозана с ММ 10 кДа, ИП 1.7 и СД 98%, а также 1.4 г олигомеров хитозана с ММ 0.5 кДа, ИП 1.20 и СД 99%.

Пример 5. Аналогично примеру 1, но в реакцию берут хитозан с ММ 500 кДа, СД 80% и добавляют 200 мл 10% разбавленной азотной кислоты. Получают 6.3 г низкомолекулярного хитозана с ММ 46 кДа, ИП 1.9 и СД 94%, а также 1.1 г олигомеров хитозана с ММ 0.7 кДа, ИП 1.36 и СД 98%.

Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана методом химической деполимеризации, включающий гидролиз хитозана в присутствии кислоты с последующими фильтрацией, фракционированием, очисткой и сушкой продуктов, отличающийся тем, что гидролиз хитозана проводят 2,5-12,5% разбавленной азотной кислотой при температуре 70°С с последующим разделением гидролизата на две фракции - осадок низкомолекулярного хитозана и маточный раствор, далее из маточного раствора при добавлении изопропилового спирта и охлаждении осаждают олигомеры хитозана, затем оба продукта промывают изопропиловым спиртом и высушивают на воздухе, окончательно продукты деполимеризации хитозана перерастворяют в воде и высушивают лиофильно.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены способ получения капсульного полисахарида Neisseria meningitidis серогруппы X, его конъюгат с белком-носителем и иммуногенная композиция на основе конъюгата для приготовления вакцин против менингита.

Изобретение относится к области биотехнологии. Штамм Haemophilus influenzae SPB тип b, обладающий высокоактивной продуктивностью капсульного полисахарида полирибозилрибитолфосфата, депонирован в Государственной коллекции патогенных микроорганизмов и клеточных культур «ГКПМ - Оболенск» под номером В-7884.

Настоящее изобретение относится к способу переработки лигноцеллюлозы и может быть использовано в химической промышленности. Предложенный способ включает подготовку лигноцеллюлозной биомассы, которая содержит первую твердую фракцию, содержащую целлюлозу и лигнин, первую жидкую фракцию; отделение указанной первой твердой фракции от указанной первой жидкой фракции; смешивание указанной первой твердой фракции с водой с образованием суспензии; где указанная суспензия имеет рН от рН 3,0 до рН 4,5; повышение указанного рН указанной суспензии на величину от 0,5 единицы рН до 5,0 единиц рН, чтобы получить суспензию со скорректированным рН; где указанная суспензия со скорректированным рН имеет рН от рН 5,0 до рН 8,0; необязательно, предварительное нагревание указанной суспензии со скорректированным рН до температуры, которая ниже критической точки воды; приведение указанной суспензии со скорректированным рН в контакт с текучим веществом для второй реакции, содержащим сверхкритическое или близкое к сверхкритическому текучее вещество, с получением реакционной смеси, которая содержит вторую твердую фракцию, содержащую лигнин; и вторую жидкую фракцию, содержащую растворимый С6-сахарид, выбранный из группы, состоящей из целлоолигосахаридов, глюкозы, галактозы, маннозы, фруктозы и их смесей; где указанное сверхкритическое или близкое к критическому текучее вещество содержит воду и, необязательно, СО2 при температуре, равной 300°С или выше, и давлении, по меньшей мере достаточно высоком для того, чтобы гарантировать, что все текучее вещество для второй реакции находится в жидкой фазе или сверхкритической фазе; и где указанное приведение указанной суспензии со скорректированным рН в контакт с указанным текучим веществом для второй реакции имеет длительность больше чем 2 секунды; необязательно, снижение температуры указанной реакционной смеси до температуры ниже 280°С; и необязательно, гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием С6-сахарида, выбранного из группы, состоящей из С6-олигосахарида, имеющего звенья с меньшей степенью полимеризации, глюкозы, галактозы, маннозы, фруктозы и их смесей.

Настоящее изобретение относится к способу гидролиза лигноцеллюлозы и может быть использовано в химической промышленности. Предложенный способ включает предоставление фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, содержащей фракцию твердых веществ, содержащую необязательно нерастворимый С5-олигосахарид, целлюлозу и лигнин, и первую жидкую фракцию при первой температуре не более 240°С, содержащую растворимые C5-сахариды, выбранные из C5-олигосахаридов, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей; контактирование указанной первой жидкой фракции с твердым кислотным катализатором с образованием второй жидкой фракции при температуре не более 240°С; где указанная вторая температура меньше, чем указанная первая температура; где указанное контактирование сдвигает молекулярно-массовое распределение указанных растворимых C5-сахаридов к меньшей средней молекулярной массе; необязательно гидролиз указанной второй жидкой фракции с использованием кислоты или фермента с получением C5-сахаридов, выбранных из C5-олигосахаридов, содержащих меньше мономерных звеньев, ксилозы, арабинозы, ликсозы, рибозы и их смесей; где указанную фракционированную лигноцеллюлозную биомассу получают приведением указанной целлюлозной биомассы в контакт с первой реакционной жидкостью, содержащей горячую воду под давлением и необязательно диоксид углерода; где указанная первая реакционная жидкость дополнительно содержит кислоту, где указанная лигноцеллюлозная биомасса содержит древесину мягких пород; где указанная первая реакционная жидкость находится при температуре менее 100°С под давлением, достаточным для поддержания указываемой первой реакционной жидкости в жидкой форме.

Настоящее изобретение относится к способам переработки лигноцеллюлозной биомассы. Предложенный способ включает подачу лигноцеллюлозной биомассы, включающей первую твердую фракцию целлюлозы и лигнина и первую жидкую фракцию; необязательно, разделение указанных твердой и жидкой фракций; смешение указанной твердой фракции с водой с образованием пульпы с предварительным нагреванием пульпы до 210°С-240°С при 225-250 бар; контактирование указанной пульпы со второй реакционной жидкостью с образованием второй реакционной смеси, включающей вторую твердую фракцию лигнина и вторую жидкую фракцию растворимого С6 сахарида, выбранного из С6 моносахаридов, С6 олигосахаридов и их смесей; где указанная вторая реакционная жидкость включает сверхкритическую воду и, необязательно, диоксид углерода и находится при температуре, по меньшей мере, 374,2°С и давлении, достаточном для поддержания указанной второй реакционной жидкости в сверхкритическом состоянии; понижение температуры указанной пульпы ниже 140°С; необязательно кислотный гидролиз указанной второй жидкой фракции с образованием композиции, включающей С6 сахарид, выбранный из С6 олигосахарида, имеющего меньшее число элементарных звеньев, глюкозы, галактозы, маннозы, фруктозы и их смесей.

Настоящее изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения капсульного полисахарида с пневмококковым серотипом.

Предложен бактериальный макромолекулярный комплекс для профилактики или лечения воспалительного ревматизма и остеоартрита. Комплекс продуцирован штаммом бактерий Bifidobacterium longum CNCM I-3994.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены способы получения сиалированной сахарной цепи.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для получения полисахаридов, а именно бактериальной целлюлозы. Предложен способ получения бактериальной целлюлозы, включающий культивирование симбиотической культуры Medusomyces gisevii на жидкой питательной среде ферментативного гидролизата мискантуса, или плодовых оболочек овса, или соломы льна-межеумка.

Предложены жидкая композиция для изготовления хлебобулочных изделий, способ ее получения и ее применение в пищевых производствах. Указанная композиция включает ферментированную(ые) фракцию(и) измельченного зерна, молочнокислые бактерии и необязательно дрожжи, где указанные молочнокислые бактерии выбраны из Leuconostoc или lactobacilli; эндоксиланазу.

Изобретение относится к способам получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана и может быть использовано в химическом производстве для создания нановолокнистых полимерных материалов, пленок, гранул, волокон, в качестве стабилизатора в пищевой промышленности, в косметологии и в сельском хозяйстве.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ получения хитозана, включающий измельчение пупариев насекомых, щелочную обработку хитинсодержащего сырья с постоянным перемешиванием при повышенной температуре и дальнейшее отмывание остатка дистиллированной водой.

Изобретение относится к богатой полисахаридами композиции, содержащей бета-глюкан, хитин и хитозан, извлеченные из клеточной стенки Saccharomyces cerevisiae из биомассы, представляющей собой побочный продукт процесса пивоварения.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения природного биополимера хитозана из отходов промышленной переработки ракообразных.

Изобретение относится к химии соединений додекагидро-клозо-додекаборатного B 12 H 12 2 − − а н и о н а , хитозана, солей магния и алюминия, а именно к аддуктам додекагидро-клозо-додекабората хитозана с нитратами или перхлоратами магния или алюминия и способу их получения.

Изобретение относится к способу получения низкомолекулярного водорастворимого хитина. Способ предусматривает обработку высокомолекулярного порошкообразного хитина с размером частиц 10-100 мкм и средневязкостной массой 1000 кДа.
Изобретение относится к области полимерных материалов, а именно к способу получения гранул сшитого хитозана, который включает сшивание хитозана глутаровым альдегидом с использованием раствора соляной кислоты, содержащего глутаровый альдегид, при мольном соотношении хитозан : соляная кислота : глутаровый альдегид, равном 1:(0,5-1,0):(0,1-1,0), а затем экструзивное формирование геля в виде нитей, которые механически нарезают на гранулы и сушат при температуре 40-70°C в течение 1-2 часов.

Изобретение относится к новому производному гиалуроновой кислоты общей формулы (I), способу его получения, к гидрогелю на его основе, к способу получения гидрогеля и к применению гидрогеля для получения препаратов для косметических средств, медицины или регенеративной медицины.

Изобретение относится к области переработки полимеров и биомедицины, в частности к созданию на основе хитозана нерастворимых, но набухающих в воде материалов, обладающих низкой токсичностью и контролируемым выделением лекарственных соединений.

Изобретение относится к области химико-фармацевтической промышленности, биотехнологии и медицины, а именно к способу получения композиции на основе модифицированного гиалуроната натрия и ее применению в различных областях медицины, ветеринарии и косметологии.
Изобретение относится к способу получения средства, обладающего антиаритмическим действием. Указанный способ предусматривает выделение технической суммы алкалоидов - технического продукта из растений рода Aconitum (борец) семейства Ranunculaceae (лютиковые) и его очистку, при которой выполняют растворение технического продукта в одном из одноатомных алифатических насыщенных спиртов из группы: метанол, этанол, затем добавляют к полученному раствору спирт из группы одноатомных алифатических насыщенных спиртов с количеством атомов углерода от 3 до 5 в количестве 4-20 об.% от полученного раствора, упаривают полученный раствор до полного удаления спирта из группы: метанол, этанол и проводят окончательную кристаллизацию целевого продукта в спирте из группы одноатомных алифатических насыщенных спиртов с количеством атомов углерода от 3 до 5, после чего проводят фильтрацию, промывку и сушку с получением целевого очищенного продукта.

Изобретение относится к области химии биополимеров. Описан способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана методом химической деполимеризации, включающий гидролиз хитозана в присутствии кислоты с последующими фильтрацией, фракционированием, очисткой и сушкой продуктов, отличающийся тем, что гидролиз хитозана проводят 2,5-12,5 разбавленной азотной кислотой при температуре 70°С с последующим разделением гидролизата на две фракции - осадок низкомолекулярного хитозана и маточный раствор, далее из маточного раствора при добавлении изопропилового спирта и охлаждении осаждают олигомеры хитозана, затем оба продукта промывают изопропиловым спиртом и высушивают на воздухе, окончательно продукты деполимеризации хитозана перерастворяют в воде и высушивают лиофильно. Технический результат: предложен способ получения продукта узкого фракционного состава, хорошо растворимого в воде. 5 пр.

Наверх