RU2627870C1 - Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана - Google Patents
Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627870C1 RU2627870C1 RU2016133240A RU2016133240A RU2627870C1 RU 2627870 C1 RU2627870 C1 RU 2627870C1 RU 2016133240 A RU2016133240 A RU 2016133240A RU 2016133240 A RU2016133240 A RU 2016133240A RU 2627870 C1 RU2627870 C1 RU 2627870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- oligomers
- products
- hydrolysis
- kda
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
- C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
- C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
- C08B37/003—Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D9/00—Crystallisation
- B01D9/02—Crystallisation from solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
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.
Description
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%.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133240A RU2627870C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133240A RU2627870C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2627870C1 true RU2627870C1 (ru) | 2017-08-14 |
Family
ID=59641709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016133240A RU2627870C1 (ru) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2627870C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687457C1 (ru) * | 2018-07-12 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности"(ФГБНУ ВНИТИБП) | Полифункциональная подкормка для медоносных пчёл |
RU2703437C1 (ru) * | 2018-08-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низкомолекулярного олигомерного хитозана и его производных |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2073016C1 (ru) * | 1992-12-31 | 1997-02-10 | Центр "Биоинженерия" Ран | Способ получения низкомолекулярного водорастворимого хитозана |
JP2009263481A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Rengo Co Ltd | 多糖解重合物の製造方法 |
RU2417088C1 (ru) * | 2010-02-24 | 2011-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения низкомолекулярного хитозана |
RU2425844C2 (ru) * | 2009-08-17 | 2011-08-10 | Федеральное государственное учреждение науки "Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии" Роспотребнадзора | Способ получения низкомолекулярного хитозана в бессолевой среде путем ферментативной деполимеризации |
RU2428432C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения наночастиц низкомолекулярного хитозана |
-
2016
- 2016-08-12 RU RU2016133240A patent/RU2627870C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2073016C1 (ru) * | 1992-12-31 | 1997-02-10 | Центр "Биоинженерия" Ран | Способ получения низкомолекулярного водорастворимого хитозана |
JP2009263481A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Rengo Co Ltd | 多糖解重合物の製造方法 |
RU2425844C2 (ru) * | 2009-08-17 | 2011-08-10 | Федеральное государственное учреждение науки "Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии" Роспотребнадзора | Способ получения низкомолекулярного хитозана в бессолевой среде путем ферментативной деполимеризации |
RU2417088C1 (ru) * | 2010-02-24 | 2011-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения низкомолекулярного хитозана |
RU2428432C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения наночастиц низкомолекулярного хитозана |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687457C1 (ru) * | 2018-07-12 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности"(ФГБНУ ВНИТИБП) | Полифункциональная подкормка для медоносных пчёл |
RU2703437C1 (ru) * | 2018-08-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низкомолекулярного олигомерного хитозана и его производных |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | Enzymatic production and biological activities of chitosan oligosaccharides (COS): A review | |
Jia et al. | Effect of reaction temperature and reaction time on the preparation of low-molecular-weight chitosan using phosphoric acid | |
Jeon et al. | Production of chitooligosaccharides using an ultrafiltration membrane reactor and their antibacterial activity | |
RU2627870C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана | |
Ilankovan et al. | Production of N-acetyl chitobiose from various chitin substrates using commercial enzymes | |
CN106995502A (zh) | 双功能基团改性壳聚糖衍生物及其制备方法 | |
Gözke et al. | Electrofiltration of biopolymers | |
Cahyono et al. | Development of a pressurized hydrolysis method for producing glucosamine | |
Il'ina et al. | Depolymerization of high-molecular-weight chitosan by the enzyme preparation Celloviridine G20x | |
CN110982862B (zh) | 一种大规模制备高纯度不饱和透明质酸二糖的方法 | |
US7345165B2 (en) | Method for preparing water-soluble free amine chitosan | |
Panchal et al. | Chitosan as a natural polymer: an overview | |
JP2007517939A (ja) | キトサンをその酸性溶液から回収するための簡易法 | |
CN111035581B (zh) | 一种维持唾液酸溶液高温时稳定的方法及其应用 | |
KR100396833B1 (ko) | 바실러스 속 에이치에스비-21 균주가 생산하는키토산아제를 이용한 키토산 올리고당의 제조방법 | |
KR20090099939A (ko) | 체내흡수율이 높은 키토올리고당을 이용한 간장 또는된장의 제조 방법 | |
RU2627540C1 (ru) | Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана | |
YUSOF et al. | Comparative studies on physicochemical characterisation, antioxidant and antibacterial activity of chitosan extracted from Scylla paramamosain and Penaeus monodon shells | |
Huang et al. | Ultrasonic-assisted preparation, characterization and antibacterial activity of β-chitosan from squid pens | |
CN102803298B (zh) | 透明质酸的提纯方法 | |
Abdel-Bar et al. | Optimized formulation of vancomycin loaded thermoreversible hydrogel for treatment of orthopedic infections | |
Ibram | Studies on chitosan, chitin and chitooligosaccharides and their biomedical properties | |
JPH0222301A (ja) | 水溶性キトサンの製造方法 | |
RU2703437C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного олигомерного хитозана и его производных | |
US11566085B2 (en) | Process for the purification of hyaluronic acid salt, conducted in organic solvent |