RU2067588C1 - Process for preparing chitozane - Google Patents

Process for preparing chitozane Download PDF

Info

Publication number
RU2067588C1
RU2067588C1 SU5002906A RU2067588C1 RU 2067588 C1 RU2067588 C1 RU 2067588C1 SU 5002906 A SU5002906 A SU 5002906A RU 2067588 C1 RU2067588 C1 RU 2067588C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitin
shells
deacetylation
hours
treated
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Кузин
Кирилл Константинович Бабиевский
Галина Кузьминична Прохоренкова
Александр Борисович Кузин
Original Assignee
Борис Александрович Кузин
Кирилл Константинович Бабиевский
Галина Кузьминична Прохоренкова
Александр Борисович Кузин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Александрович Кузин, Кирилл Константинович Бабиевский, Галина Кузьминична Прохоренкова, Александр Борисович Кузин filed Critical Борис Александрович Кузин
Priority to SU5002906 priority Critical patent/RU2067588C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2067588C1 publication Critical patent/RU2067588C1/en

Links

Abstract

FIELD: agriculture, medicine, textile, pulpa and-paper, and food industries. SUBSTANCE: chitan of cuticle shells is ground to particle size of 0.2-0.3 mm, treated with 40% caustic alkali solution at 100-110 C and liquid modulus of 1:20 for 3- 3.5 h and is simultaneously subjected to ultrasound treatment at frequency of 15-35 kHz. EFFECT: more efficient preparation process.

Description

Изобретение относится к области химии природных соединений и биотехнологии и может быть использовано в медицине, текстильной, бумажной и пищевой промышленности. The invention relates to the field of chemistry of natural compounds and biotechnology and can be used in medicine, textile, paper and food industry.

Хитозан является деацетилированным производным природного полисахарида хитина (поли-N-ацетил-D-глюкозамин) (C6H12O5N)n.Chitosan is a deacetylated derivative of the natural chitin polysaccharide (poly-N-acetyl-D-glucosamine) (C 6 H 12 O 5 N) n.

Широкое применение хитозана связано с его уникальными сорбционными свойствами. Сырьем для получения хитозана является хитин, получаемый в основном из панцирей ракообразных. В принципе в качестве сырья может использован хитин из клеточных стенок бактерий, грибов, а также хитинового покрова насекомых. The widespread use of chitosan is associated with its unique sorption properties. The raw material for chitosan is chitin, obtained mainly from shellfish. In principle, chitin from the cell walls of bacteria, fungi, and also the chitin cover of insects can be used as a raw material.

Хитин, получаемый из разных видов сырья, несколько отличается: так, например, вследствие того, что панцири ракообразных сильно минерализованы, получаемый после деминерализации хитин имеет рыхлую, губчатую структуру, в то время как структура хитина из наружного скелета насекомых, не имеющего минеральных солей, отличается плотной упаковкой. При обработке химическими веществами такая структура препятствует проникновению реагентов вглубь частиц хитина. Chitin obtained from different types of raw materials is slightly different: for example, due to the fact that the shells of crustaceans are highly mineralized, the chitin obtained after demineralization has a loose, spongy structure, while the structure of chitin from the outer skeleton of insects that does not have mineral salts, differs in dense packaging. When treated with chemicals, this structure prevents the penetration of reagents deep into the particles of chitin.

Известен способ получения хитозана, заключающийся в деацетилировании хитина, полученного из ракообразных, при обработке 40-60% растворами NaOH и KOH при температуре 80-150oС в течение 1-16 час при ограниченном доступе воздуха, либо в атмосфере инертных газов /1/.A known method of producing chitosan, which consists in the deacetylation of chitin obtained from crustaceans when treated with 40-60% NaOH and KOH solutions at a temperature of 80-150 o C for 1-16 hours with limited access to air, or in an atmosphere of inert gases / 1 / .

Однако при использовании другого сырья кутикулярных оболочек личинок насекомых (Musca domestica и Bombyx mori) этот способ оказался недостаточно эффективным: так при обработке хитина 40% раствором КОН при 120oС в течение 3 часов лишь 5% обрабатываемого материала становится растворимым в 1% уксусной кислоте.However, when using other raw materials of the cuticular membranes of insect larvae (Musca domestica and Bombyx mori), this method was not effective enough: for example, when chitin is treated with a 40% KOH solution at 120 ° C for 3 hours, only 5% of the processed material becomes soluble in 1% acetic acid .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения хитозана путем деацетилирования хитина панцирей ракообразных 5-10-кратным избытком 40-50% -ных растворов едкой щелочи при 120-180oС, в инертной атмосфере, в течение 0,5-16 часов /2/.Closest to the proposed technical essence is a method of producing chitosan by deacetylation of chitin of crustacean shells with a 5-10-fold excess of 40-50% solutions of caustic alkali at 120-180 o C, in an inert atmosphere, for 0.5-16 hours / 2 /.

Задачей изобретения явилось создание технологичного способа получения хитозана из хитина насекомых. The objective of the invention was the creation of a technologically advanced method for producing chitosan from insect chitin.

Эта задача решена способом получения хитозана, включающем обработку хитина 40%-ным раствором едкой щелочи при повышенной температуре, в котором используют хитин из кутикулярных оболочек насекомых, измельченных до частиц с размером 0,2-0,3 мм, а обработку проводят при 100-110oС, жидкостном модуле 1: 20, в течение 3-3,5 часов при одновременном воздействии на реакционную смесь ультразвуком с частотой 15-35 кГц.This problem is solved by the method of producing chitosan, including the treatment of chitin with a 40% solution of caustic alkali at an elevated temperature, which uses chitin from the cuticular shells of insects, crushed to particles with a size of 0.2-0.3 mm, and processing is carried out at 100- 110 o C, the liquid module 1: 20, for 3-3.5 hours while exposure to the reaction mixture with ultrasound at a frequency of 15-35 kHz.

Хитин кутикул мух, в отличие от хитина ракообразных, не содержит кальциевых солей. При сравнении прохождения процесса деацетилирования хитина ракообразных и насекомых имеются следующие различия: деацетилирование хитина ракообразных (после удаления Са обработкой кислотами) с успехом проходит по всей толщине частиц, и в результате получаемый хитозан имеет довольно однородный молекулярный вес. Процесс деацетилирования хитина из личинок насекомых проходит существенно медленнее. При длительной обработке хитина насекомых его частицы уменьшаются в размере, растворяясь в щелочи, но при этом внутренние слои деацетилируются неполно. Это подтверждается при сравнении поверхности срезов деминерализованного и депротеинизованного хитина ракообразных и депротеинизованного хитина кутикулярных оболочек мух в сканирующем электронном микроскопе. Хитин ракообразных имеет губчатую структуру, в то время как хитин личинок мух имеет довольно гладкий рельеф поверхности среза. Хитин в кутикуле мух упакован очень плотно. Для облегчения проникновения щелочи во внутренние слои хитина насекомых необходимо: во-первых, измельчение, максимальное увеличение его поверхности, и во-вторых, обработка ультразвуком всего объема реакционной смеси; все это необходимо для того, чтобы создать условия непрерывного поступления непрореагировавшей щелочи во внутренние слои частиц хитина насекомых. Chitin cuticle flies, unlike crustacean chitin, do not contain calcium salts. When comparing the process of deacetylation of crustacean and insect chitin, there are the following differences: deacetylation of crustacean chitin (after Ca removal by acid treatment) successfully passes through the entire particle thickness, and as a result, the resulting chitosan has a fairly uniform molecular weight. The process of deacetylation of chitin from insect larvae is much slower. With prolonged treatment of insect chitin, its particles decrease in size, dissolving in alkali, but the inner layers are not fully deacetylated. This is confirmed by comparing the surface of sections of demineralized and deproteinized chitin of crustaceans and deproteinized chitin of cuticular shells of flies in a scanning electron microscope. The chitin of crustaceans has a spongy structure, while the chitin of flies larvae has a rather smooth relief of the cut surface. The chitin in the cuticle of flies is packed very tightly. To facilitate the penetration of alkali into the inner layers of insect chitin, it is necessary: firstly, grinding, maximizing its surface, and secondly, sonication of the entire reaction mixture; all this is necessary in order to create conditions for the continuous flow of unreacted alkali into the inner layers of insect chitin particles.

Выполнение этих условий, т. е. измельчение хитина кутикулярных оболочек личинок до частиц с предельным размером 0,2-0,3 мм и обработка реакционной смеси ультразвуком 15-35 кГц, существенно ускоряет процесс деацетилирования, уменьшает потери улучшает качество продукта, т. к. процесс протекает при относительно низких температурах (100-110oС). Хитин кутикулярных оболочек личинок, измельченный до указанных размеров, после обработки 40% раствором КОН (100-110oС), сопровождаемой обработкой ультразвуком 15-35 кГц в течение 3-3,5 часов, после отмывания водой и высушивания полностью растворим в 1% уксусной кислоте. Степень его деацетилирования, определенная методом инфракрасной спектроскопии, 80-85% Молекулярный вес около 900 килодальтон.The fulfillment of these conditions, i.e., grinding the chitin of the cuticular shells of the larvae to particles with a limiting size of 0.2-0.3 mm and processing the reaction mixture with ultrasound of 15-35 kHz, significantly accelerates the deacetylation process, reduces losses, improves the quality of the product, because The process proceeds at relatively low temperatures (100-110 o C). The chitin of the cuticular membranes of the larvae, crushed to the indicated size, after treatment with a 40% KOH solution (100-110 o С), followed by ultrasonic treatment with 15-35 kHz for 3-3.5 hours, after washing with water and drying, is completely soluble in 1% acetic acid. The degree of its deacetylation, determined by infrared spectroscopy, 80-85% Molecular weight of about 900 kilodaltons.

Основные отличия хитина кутикул личинок мух и хитина ракообразных состоят в следующем: 1) хитин кутикул личинок мух в отличие от хитина ракообразных не содержит кальциевых солей. Это позволяет опустить один из основных технологических этапов деацетилирования хитина, связанный с его деминерализацией, что является важным преимуществом нашей технологии получения хитозана; 2) хитин кутикул личинок мух в отличие от хитина ракообразных не содержит фторсодержащих соединений, что существенно повысит срок эксплуатации оборудования, применяемого в процессе его очистки и деацетилирования, т. к. в процессе кислотной обработки панцирей ракообразных высвобождаются летучие фтористые соединения, сильно коррозирующие аппаратуру. The main differences between chitin, cuticle of larvae of flies and chitin of crustaceans are as follows: 1) chitin, cuticle of larvae of flies, unlike chitin of crustaceans, does not contain calcium salts. This allows us to omit one of the main technological stages of chitin deacetylation associated with its demineralization, which is an important advantage of our technology for producing chitosan; 2) the chitin of the cuticle of the larvae of flies, unlike the chitin of crustaceans, does not contain fluorine-containing compounds, which will significantly increase the life of the equipment used in the process of its cleaning and deacetylation, since volatile fluoride compounds that strongly corrode the apparatus are released during the acid treatment of shellfish shells.

Предложенный способ позволяет использовать в качестве хитиносодержащего сырья личинки синантропных мух, которые являются продуктом нового технологического процесса безотходной переработки навоза. Хитин личинок насекомых отличается по природе от хитина ракообразных и является уникальным сам по себе в сравнении с известными источниками хитина. The proposed method allows the use of larvae of synanthropic flies as chitin-containing raw materials, which are the product of a new technological process for waste-free processing of manure. The chitin of insect larvae differs in nature from crustacean chitin and is unique in itself in comparison with the known sources of chitin.

Характеристика исходного сырья хитина насекомых в литературе не описана в отличие от хитина ракообразных, которому посвящены многочисленные статьи в научно-технической литературе и большое число патентов. The characteristics of the insect chitin feedstock are not described in literature in contrast to crustacean chitin, which is the subject of numerous articles in the scientific and technical literature and a large number of patents.

Способ осуществляется следующим образом. Хитин кутикулярных оболочек насекомых измельчают до размера частиц 0,2-0,3 мм, затем обрабатывают 40% раствором КОН при 100-110oС и одновременно всю реакционную смесь подвергают обработке ультразвуком с частотой 15-35 кГц в течение 3-3,5 часов. Полученный продукт отмывают водой до рН 7,0, осаждают центрифугированием и высушивают. При таком режиме обработки весь осадок полностью растворяется в 1% уксусной кислоте, степень его деацетилирования, определенная методом инфракрасной спектроскопии, равна 70% и выше. Способ иллюстрируется примерами.The method is as follows. The chitin of the cuticular shells of insects is crushed to a particle size of 0.2-0.3 mm, then treated with a 40% KOH solution at 100-110 o C and at the same time the entire reaction mixture is subjected to ultrasound treatment with a frequency of 15-35 kHz for 3-3.5 hours. The resulting product is washed with water to a pH of 7.0, precipitated by centrifugation and dried. Under this treatment mode, the entire precipitate is completely dissolved in 1% acetic acid; its degree of deacetylation, determined by infrared spectroscopy, is 70% and higher. The method is illustrated by examples.

Пример 1. 3 г депротеинизированного хитина из кутикулярных оболочек личинок мухи (Musca domestica) измельчают до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают в 60 мл 40% раствора КОН при 100oС в течение 3 часов, одновременно обрабатывают весь объем реакционной смеси ультразвуком с частотой 15 кГц в режиме кавитации. По окончании процедуры оставшийся продукт отмывают 25 объемами воды (1,5 л) до рН 7,0, осаждают его центрифугированием. Вес высушенного остатка 2,67 г. Степень деацетилирования выше 70% Вязкость - 800 Ср. Молекулярная масса 900 кДа. За 24 часа 100 мг продукта полностью растворяется в 10 мл 1% раствора уксусной кислоты.Example 1. 3 g of deproteinized chitin from the cuticular shells of fly larvae (Musca domestica) are crushed to a particle size of 0.2-0.3 mm, treated in 60 ml of a 40% KOH solution at 100 o C for 3 hours, at the same time the entire volume is treated the reaction mixture with ultrasound at a frequency of 15 kHz in cavitation mode. At the end of the procedure, the remaining product is washed with 25 volumes of water (1.5 L) to a pH of 7.0, precipitated by centrifugation. The weight of the dried residue is 2.67 g. The degree of deacetylation is above 70%. Viscosity - 800 Cf. The molecular weight of 900 kDa. Within 24 hours, 100 mg of the product is completely dissolved in 10 ml of a 1% solution of acetic acid.

Пример 2. 3 г хитина из кутикулярных оболочек куколок тутового шелкопряда (Bombyx mori), размельченного до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают в 60 мл 40% раствора КОН при 110oС в течение 3 часов. Одновременно обрабатывают весь объем реакционной смеси ультразвуком с частотой 15 кГц в режиме кавитации. По окончании процедуры оставшийся продукт отмывают водой (1,5 л) до рН 7,0, затем осаждают центрифугированием, высушивают. Вес высушенного осадка 2,59 г. Степень деацетилирования 70% и выше. Вязкость 600 Ср. Молекулярная масса до 900 кДа. За 24 часа 100 мг продукта полностью растворяется в 10 мл 1% раствора уксусной кислоты.Example 2. 3 g of chitin from the cuticular membranes of silkworm pupae (Bombyx mori), crushed to a particle size of 0.2-0.3 mm, are treated in 60 ml of a 40% KOH solution at 110 ° C. for 3 hours. At the same time, the entire reaction volume is treated with ultrasound at a frequency of 15 kHz in the cavitation mode. At the end of the procedure, the remaining product is washed with water (1.5 L) to a pH of 7.0, then precipitated by centrifugation, dried. The weight of the dried precipitate is 2.59 g. The degree of deacetylation is 70% and higher. Viscosity 600 Avg. Molecular mass up to 900 kDa. Within 24 hours, 100 mg of the product is completely dissolved in 10 ml of a 1% solution of acetic acid.

Пример 3. 3 г депротеинизированного хитина из кутикулярых оболочек личинок (Musca domestica), размельченного до размера частиц 0,2-0,3 мм, обрабатывают в 60 мл 40% раствора КОН при 110oС в течение 3,5 часов. Одновременно весь объем реакционной смеси обрабатывают ультразвуком с частотой 35 кГц в режиме кавитации. Затем оставшийся продукт отмывают водой (1,5 л) до рН 7,0, осаждают центрифугированием, высушивают. Вес высушенного осадка 2,63 г, степень деацетилирования 85% вязкость 600 Ср, молекулярная масса 800 кДа.Example 3. 3 g of deproteinized chitin from the cuticular shells of the larvae (Musca domestica), crushed to a particle size of 0.2-0.3 mm, are treated in 60 ml of a 40% KOH solution at 110 ° C. for 3.5 hours. At the same time, the entire volume of the reaction mixture is treated with ultrasound at a frequency of 35 kHz in the cavitation mode. Then the remaining product is washed with water (1.5 L) to pH 7.0, precipitated by centrifugation, and dried. The weight of the dried precipitate is 2.63 g, the degree of deacetylation is 85%, the viscosity is 600 Cp, and the molecular weight is 800 kDa.

Claims (1)

Способ получения хитозана, включающий обработку хитина 40%-ным раствором едкой щелочи при повышенной температуре, отличающийся тем, что используют хитин из кутикулярных оболочек насекомых, измельченный до частиц с размером 0,2 0,3 мм, а обработку проводят при 100 110oС, жидкостном модуле 1 20, в течение 3,0 3,5 ч при одновременном воздействии на реакционную смесь ультразвуком с частотой 15 35 кГц.A method of producing chitosan, comprising treating chitin with a 40% solution of caustic alkali at elevated temperature, characterized in that they use chitin from the cuticular shells of insects, crushed to particles with a size of 0.2 0.3 mm, and processing is carried out at 100 110 o С , the liquid module 1 20, for 3.0 to 3.5 hours with simultaneous exposure to the reaction mixture with ultrasound at a frequency of 15 35 kHz.
SU5002906 1991-09-17 1991-09-17 Process for preparing chitozane RU2067588C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5002906 RU2067588C1 (en) 1991-09-17 1991-09-17 Process for preparing chitozane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5002906 RU2067588C1 (en) 1991-09-17 1991-09-17 Process for preparing chitozane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2067588C1 true RU2067588C1 (en) 1996-10-10

Family

ID=21585549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5002906 RU2067588C1 (en) 1991-09-17 1991-09-17 Process for preparing chitozane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2067588C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999064470A3 (en) * 1998-06-10 2000-02-03 Bioeffect As An integrated plant for producing chitosan
CN102276758A (en) * 2011-08-10 2011-12-14 绵阳师范学院 Method for comprehensively utilizing insect Chinese medicine dregs
CN103204956A (en) * 2013-04-11 2013-07-17 天津天狮生物发展有限公司 Preparation method of chitosan
RU2539933C2 (en) * 2012-03-30 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" Method of producing chitosan
RU2615636C1 (en) * 2016-03-21 2017-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" Chitosan production method
WO2019115970A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Ynsect Chitin and process for producing chitin and/or chitosan by the enzymatic and chemical pathway
WO2019115969A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Ynsect Chitin and method for chemically obtaining chitin and/or chitosan

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 2040879, кл. 260-211, опубл. 1958. Патент США N 3155575, кл. 167-55, опубл. 1976. *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999064470A3 (en) * 1998-06-10 2000-02-03 Bioeffect As An integrated plant for producing chitosan
CN102276758A (en) * 2011-08-10 2011-12-14 绵阳师范学院 Method for comprehensively utilizing insect Chinese medicine dregs
CN102276758B (en) * 2011-08-10 2013-07-03 绵阳师范学院 Method for comprehensively utilizing insect Chinese medicine dregs
RU2539933C2 (en) * 2012-03-30 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" Method of producing chitosan
CN103204956A (en) * 2013-04-11 2013-07-17 天津天狮生物发展有限公司 Preparation method of chitosan
CN103204956B (en) * 2013-04-11 2016-09-07 天津天狮生物发展有限公司 A kind of preparation method of chitosan
RU2615636C1 (en) * 2016-03-21 2017-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" Chitosan production method
WO2019115970A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Ynsect Chitin and process for producing chitin and/or chitosan by the enzymatic and chemical pathway
WO2019115969A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Ynsect Chitin and method for chemically obtaining chitin and/or chitosan
FR3075204A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-21 Ynsect CHITIN AND METHOD FOR OBTAINING CHITIN AND / OR CHITOSAN THROUGH CHEMICALS
CN111683973A (en) * 2017-12-15 2020-09-18 昆虫公司 Chitin and method for chemically obtaining chitin and/or chitosan
US11673973B2 (en) 2017-12-15 2023-06-13 Ynsect Chitin and method for chemically obtaining chitin and/or chitosan
CN111683973B (en) * 2017-12-15 2023-08-29 昆虫公司 Chitin and method for chemically obtaining chitin and/or chitosan
US11958918B2 (en) 2017-12-15 2024-04-16 Ynsect Chitin and process for producing chitin and/or chitosan by the enzymatic and chemical pathway

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pakizeh et al. Chemical extraction and modification of chitin and chitosan from shrimp shells
US9149064B2 (en) Method of producing nanofibrillar cellulose with high absorptivity to fat and cholate
Brück et al. Chitin and chitosan from marine organisms
EP2274337B1 (en) Chitosan manufacturing process
CN111328803B (en) Bacillus thuringiensis thallus microcapsule and preparation method and application thereof
RU2067588C1 (en) Process for preparing chitozane
JP3079115B2 (en) Preparation of water-soluble arabinoxylan
Wu et al. High-strength nanostructured films based on well-preserved α-chitin nanofibrils disintegrated from insect cuticles
CN1592756A (en) Chitosan preparation
CN112523007A (en) Method for preparing high-strength transparent chitin nanofiber gelatin composite membrane by mild method
Draczynski Honeybee corpses as an available source of chitin
Mariod Extraction, purification, and modification of natural polymers
RU2615636C1 (en) Chitosan production method
CN1094944C (en) Process for preparing chitosan
Kalut Enhancement of degree of deacetylation of chitin in chitosan production
CN1654670A (en) Preparation method of chondroitin sulfate
US11725083B2 (en) Method for forming chitin film
CN108822309B (en) Preparation method of nanofiber/microemulsion composite hydrogel with slow release performance
Ghosh et al. 2. Nanocellulose: extraction and fabrication methodologies
WO2015085429A1 (en) Method for chitosan production
Safitri et al. Comparison of chitosan characterization from mussel shell waste using varying concentration of solvents
KR0141083B1 (en) Preparation process of microcrystalline chitin
RU2117673C1 (en) Method of chitosan preparing
WO2012051733A1 (en) Method and device for obtaining and treating plant fibers
RU2041885C1 (en) Process for sodium preparing salt powder of deoxyribonucleic acid from milt