Реферат: Хитин-глюкановый комплекс грибного происхождения. Состав, свойства, модификации
Таблица 3
Состав ХГК, выделенного из грибов Ph. sanguinea, 16-65, G. applanatum, 4-94, G. apphmatutn, 40-90
| Штамм | Содержание, % | |
| хитина | глюкана | |
| Ph. sanguinea, 16-65 | 59.0 | 41.0 |
| G. applanatum. 4-94 | 74.0 | 26.0 |
| G. applanatum, 40-90 | 64.0 | 36.0 |
Из табл. 3 видно, что содержание хитина в ХГК из различных штаммов грибов достаточно высоко.
Наличие большого количества хитина в составе ХГК изучаемых грибов, а также присутствие в составе плодовых тел протеинов позволило предположить хорошую сорбционную способность по отношению к нонам тяжелых металлов, что было показано путем изучения сорбции ионов Cr(III).
Результаты исследований приведены в табл. 4.
Таблица 4
Сорбционные свойства грибов Ph. sanguinea, 16-65,
G. applanatum, 4-94, G. applanatum, 40-90
после экстракции горячей водой
| Штамм | Количество сорбированного Cr(lII), мг, при рН |
СОЕ, мг-экв x г-1 , при рН 6.86 |
||||
| 1.68 | 4.60 6.86 | 6.86 | ||||
| в течение, мин | ||||||
| 1440 | 1440 | 10 | 60 | 1440 | ||
| Ph. sanguinea, 1 6-65 | 1.42 | 0.95 | 1.73 | 1.67 | 1.66 | 0.62 |
| G. applanatum, 4-9.4 | 1.23 | 0.90 | 1.69 | 1.90 | 1.87 | 0.41 |
| G. applanatum, 40-90 | 1.08 | 0.98 | 1.73 | 1.69 | 1.69 | 1.11 |
Сорбцию проводили в области рН от кислой до нейтральной. Как следует из данных табл. 4, наибольшее поглощение ионов Сr(Ш) за 24 ч наблюдается при рН 6.86 для всех исследуемых грибов. Основное количество ионов поглощается за первые 10 мин сорбции. Самую высокую статическую обменную емкость (СОЕ) имеет штамм G. applanatum, 40-90, в составе которого содержится 61.1% протеинов (табл. I), обладающих способностью связывать ионы тяжелых металлов.
Выводы
Исследован состав плодовых тел искусственно выращенных дереворазрушающих грибов Phanerochaete sanguined, 16-65,Ganoderma applanatum, 4-94, Ganoderma applanatum, 40-90. Показано, что они содержат до 20% хитин-глюканового комплекса.
Как и следовало предполагать соотношение хитина и глюкана в хитин-глюкановом комплексе зависит от штамма гриба.
Определены сорбционные характеристики грибов Phanerochaete sanguinea, 16-65, Ganoderma applanatum, 4-94, Ganoderma applanatum, 40-90. Показана высокая сорбционная способность к Cr(Ш).
Возможные области применения
Использование биосорбентов имеет ряд преимуществ по сравнению с синтетическими сорбентами: более высокой емкостью, лучшей кинетикой процесса, селективностью и низкой стоимостью.
Высокая сорбционная способность ХГК по отношению к ионам тяжелых металлов определяет возможность его использования для очистки воды от ряда ионов.
Так же может быть рассмотрена возможность использования ХГК в пищевой промышленности. Добавление в продукты питания для предотвращения отравления тяжелыми металлами, где существует такая вероятность.
ГИДРОЛИЗ ХИТИН-ГЛЮКАНОВОГО КОМПЛЕКСА ГРИБА Aspergillus niger ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ
Плесневелый гриб Aspergillus niger является продуцентом лимонной кислоты, а его мицелий – крупнотоннажным отходом этого производства. Таким образом поиск областей применения компонентов мицелия крайне важен для создания экологически чистого, безотходного производства. ХГК содержится в клеточных стенках данного гриба. Показанная ранее высокая сорбционная способность ХГК по отношению к ионам тяжелых металлов определяет возможность его использования для очистки воды от ряда ионов, а также в качестве энтеросорбента в составе хлебобулочных и кондитерских изделий для профилактического питания работающих в производствах, связанных с риском отравления тяжелыми металлами. Наличие в составе комплекса хитина предполагает биологическую активность ХГК в отношении ряда заболеваний, связанных с ослаблением иммунитета организма, а также для лечения некоторых заболеваний, вызываемых бактериями и вирусами.
Биологическая активность полисахаридов увеличивается с уменьшением их молекулярной массы, и часто максимальный эффект дают олигосахариды.
Для снижения молекулярной массы полисахаридов используют различные деструктивные методы. Чтобы избежать появления новых функциональных групп или сшивание фрагментов макромолекул за счет возникающих радикалов, либо появления олигосахаридов с широким набором молекулярных масс было предложено [3] использовать мягкий гидролизующий агент - 85%-ная Н3РО4 .
Использование 85%-ной Н3РО4 в данном исследовании было обусловлено также возможностью сопоставления скоростей гидролиза хитиновой и глюкановой составляющих ХГК.
Для исследования был взят ХГК, выделенный из мицелия Aspergillus niger . Состав ХГК (масс %): 81.6 хитина, 15.1 глюкана и 3.3 меланина. Гидролиз ХГК проводили раствором 85%-ной Н3РО4 при 293, 323 и 353 К с отбором проб через определенные промежутки времени. В пробах определяли растворимость, абсолютную вязкость гидролизата, количество глюкозы, N-ацетилглюкозамина и глюкозамина.
Растворение ХГК в 85%-ной Н3Р04 при 293 К происходит в течение 5 сут, при этом вязкость гидролизата в течение 3 сут. Увеличивается вследствие повышения концентрации раствора, а затем снижается в результате преобладания гидролитического процесса. При 323 К ХГК переходит в раствор за 45 мин, при 353К-за 30 мин, абсолютная вязкость растворов при этом снижается, асимптотически приближаясь к постоянному значению, примерно равному 10 сПз.
В гидролизатах ХГК, полученных при 293 К, количество глюкозы увеличивается во времени, достигая за 4 ч предельного значения, соответствующего содержанию глюкана в ХГК. Количество N-ацетилглю-козамина медленно нарастает, составляя в конце реакции лишь 2.5% от исходного полимера, тогда как в ХГК содержится 81.6% хитина. Глюкозамин в пробах не обнаружен.
При 323 К количество глюкозы в пробах достигает предельно возможного значения за 45 мин, максимальное количество N-ацетилглюкозамина в пробе составляет 8%. Глюкозамин в пробах не обнаружен.
Иначе идет гидролиз при 353 К - количество глюкозы нарастает в течение 3 ч. Накопление N-ацетил-глюкозамина наблюдается в течение первых 30 мин, после чего его количество снижается, одновременно в пробах появляется глюкозамин, количество которого увеличивается до 60% в конце реакции.
Были рассчитаны начальные скорости гидролиза хитиновой и глюкановой составляющих ХГК (табл. 1).
Таблица 1
Начальная скорость гидролиза хитиновой и глюкановой составляющих ХГК
| Компонента ХГК |
Начальная скорость гидролиза, %мин-1 , при Т, К рость гидролиза, %мин"' , при Т, К |
||
| 293 | 323 | 353 | |
| Глюкановая | 0.0083 | 0.1050 | 0.3000 |
| Хитиновая | 0.0016 | 0.0830 | 0.2400 |
Из данных табл. 1 видно, что скорость гидролиза глюкановой составляющей превышает скорость гидролиза хитиновой компоненты ХГК в 5.3 раза при 293, в 1.3 раза при 323 ив 1.25 раза при 353 К. При 353 К указанное значение не отражает истинной скорости гидролиза хитиновой части, так как не учитывает одновременный процесс перехода N-ацетилглюкозамина в глюкозамин.
Были рассчитаны Еа гидролиза хитиновой и глюкановой компонент ХГК.
Таблица 2
Константа и энергия активации гидролиза глюкановой и хитиновой
составляющих ХГК
| Компонента ХГК | Т, К |
К*105 |
Еа, кДж-моль |
| Глюкановая | 293 | 1.1428 | 57.44 |
| 323 | 100.0 | ||
| 353 | 794.3 | ||
| Хитиновая | 293 | 0.107 | 89.99 |
| 323 | 6.667 | ||
| 353 | 87.50 |
Полученные значения Еа для хитиновой и глюкановой составляющих ХГК существенно ниже известных литературных данных для хитина Еа- 106.22 кДж-моль-1 и для ламинарина.
Было высказано предположение, что доступность глюкозидной связи для гидролизующего агента ответственна за низкие значения Еа. Кроме того, не исключалось, что разветвленная структура ХГК, где основная скелетная цепь - хитин, а боковые короткие - цепи 1 ->3 глюкана, облегчает гидролиз как хитиновой, так и глюкановой компоненты.
Состав гидролизатов сильно зависит от температуры и времени гидролиза. При 293 К в гидролизате присутствует глюкоза, N-ацетилглюкозамин в суммарном количестве 20% от взятого для гидролиза ХГК, следовательно, 80% приходится на олигосахариды. При 323 К гидролизат содержит те же моносахариды в количестве 25% от исходного ХГК и 75% олигосахаридов. При 353 К в составе гидролизата находится 78.7% глюкозы, N-ацетилглюкозамина и глюкозамина (59.4%), 21.3% олигосахаридов.
Степень полимеризации олигосахаридов не превышала 10.
Были установлены следующие факты:
1) Процесс гидролиза хитин-глюканового комплекса раствором 85%-ной фосфорной кислоты начинается в гетерофазных условиях с переходом в гомогенные условия за период, зависящий от температуры процесса.
2) В первую очередь гидролизу подвергается глюкановая компонента комплекса.
3) Изучение кинетики гидролиза позволило определить константу скорости и энергию активации гидролиза хитиновой и глюкановой составляющих
комплекса и установить, что в первую очередь идет гидролиз глюкановой части, затем хитиновой цепи с образованием N-ацетилглюкозамина с последующим дезацетилированием до глюкозамина.
Литература
1. Е.П.ФЕОФИЛОВА//ХИТИН ГРИБОВ: РАСПОСТРАНЕНИЕ, БИОСИНТЕЗ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПЕРЕСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ//В КНИГЕ «ХИТИН И ХИТОЗАН» 2002. М. «НАУКА» 365 С.
2. Л.А.НУДЬГА,
В.А.ПЕТРОВА, Г.А.ПЕТРОПАВЛОВСКИЙ, Г.А.ПАЗУХИНА, И.В.ОВЧИННИКОВ // ХИМИЧЕСКИЙ
СОСТАВ И СВОЙСТВА КУЛЬТИВИРОВАННЫХ ДЕРЕВОРАЗРУШАЮЩИХ
ГРИБОВ PHANEROCHAETE SANGUINEA И GANODERMA
APPLANTUM // ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ 2001. Т. 74. №1. С. 135-137.
3. Л.А.НУДЬГА, В.А.ПЕТРОВА, Е.Е.КЕВЕР, Т.В.МАКАРОВА. // ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОЛИЗА ХИТИН-ГЛЮКАНОВОГО КОМПЛЕКСА ГРИБА ASPERGILLUS NIGER ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ // ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ 2002. Т. 75. №11. С. 1901-1903.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ СТР. 2
ХИТИН-ГЛЮКАНОВЫЙ КОМПЛЕКС СТР. 3
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА
КУЛЬТИВИРОВАННЫХ ДЕРЕВОРАЗРУШАЮЩИХ
ГРИБОВ PHANEROCHAETE SANGUINEA
И GANODERMA APPLANTUM СТР.6
ГИДРОЛИЗ ХИТИН-ГЛЮКАНОВОГО КОМПЛЕКСА
ГРИБА ASPERGILLUS NIGER ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ СТР.
10
ЛИТЕРАТУРА СТР. 14
