1.4. Получение хитина и хитозана из насекомых

Насекомые могут служить потенциальным источником хитина и хитозана. Основными особенностями кутикулы насекомых являются низкое содержание минеральных веществ (2-5%), что позволяет исключить стадию деминерализации, и присутствие в кутикуле взрослых насекомых большого количества меланинов (30-40%), что приводит к введению дополнительной стадии - обесцвечивания.

В литературе мало информации об использовании насекомых для получения хитина и хитозана. Это связано с определенными сложностями разведения и сбора, а также индивидуальными особенностями сырья. В качестве сырья используются насекомые, легко поддающиеся массовому разведению (мухи, тараканы) или являющиеся побочным продуктом других производств (тутовый шелкопряд, пчелиный подмор).

Кутикула жуков-щелкунов Agriotes tauricus

Одним из эффективных методов борьбы с вредителями растений (колорадские жуки, жуки-щелкуны, жуки-типографы и др.) является использование феромонных ловушек, привлекающих взрослых особей одного пола и нарушающих процесс массового воспроизводства. Установка и обновление феромонных ловушек позволяет собирать биомассу жуков в значительных количествах (в среднем 45 г сухих жуков с одной ловушки в сутки).

Схема выделения хитина и хитозана из биомассы сухих жуков- щелкунов включает: депротеинирование (10% NaOH, 70°С, 2 ч), обесцвечивание (3% Н₂О₂, 75-80°С, 1ч) и деацетилирование (50% NaOH, 125- 130°С, 1,5 ч). При таких условиях получали хитозан со следующими характеристиками: выход - 10%, СД-82%, ММ-360 кДа. Гидролиз хитозана

проводили ферментными препаратами S. kurssanovii и T.viride при pH 5,3, температуре 45°С и 55°С, соответственно [70]. Характеристика хитозана приведена в таблице 4.

Таблица 4.

Характеристика хитозана из жуков-щелкунов до и после гидролиза

*растворимость 90% в дистиллированной воде (pH 7,0)

** растворимость 90% в 0,1 Na-ацетатном буфере (pH 6,5)

Пчела медоносная, Apis mellifera L.

Медоносные пчелы, как одомашненные насекомые, также могут рассматриваться в качестве потенциального источника хитина и его производных [71]. Полисахариды можно получать из подмора пчел (пчел, погибших во время зимовки). Химический состав пчел представлен в таблице 5.

Таблица 5.

Характеристика подмора пчел

Для выделения хитина в работе [72] использовались способы щелочной и ферментативной экстракции белка, а затем полученный продукт деацетилировали под действием 50%-ного раствора NaOH при 130°С в течение 1,5 ч. Полученный полимер, названный «пчелозан», хорошо растворим в кислых растворах (pH 4-6), имел степень деацетилирования 80- 85% и кинематическую вязкость 0,4% раствора полимера в 1%-ной уксусной кислоте - 5-10 сПз.

Личинки мухи домашней обыкновенной Musca domestika S.

В данном способе привлекательны большая доступность и особые

свойства сырья - в мягких покровах личинок мух практически нет неорганических примесей. В результате при обработке получают хитин с зольностью в 50-100 раз ниже, чем у крабового, также значительно упрощается процедура обработки. Химический состав личинки мухи представлен в таблице 6 [73].

Таблица 6.

Химический состав личинки мухи домашней Musca domestika S.

Выделение хитина из предкуколки проводили традиционным кислотно-щелочным методом. При получении хитозана из мух снижали концентрацию щелочи до 35-40%, при этом выход конечного, высоко деацетилированного хитозана увеличился до 3-4%.

Во ВНИИ животноводства был разработан метод получения хитина и хитозана из умерщвленных мух, пупарий и личинок после образования биоперегноя. Обработка сырья проводилась классическим методом: деминерализация (1,5-5% НС1, 22°С, 1,5-2 ч), депротеинирование (2-5% NaOH, 80-100°С) и деацетилирование (40-50% NaOH, 100-110°С) при отсутствии доступа воздуха к реакционной среде и воздействии ультразвуком 20-30 Гц. Из личинок получали хитозан светло-желтого, из кутикулы - светло-коричневого, из мух - черного цвета. Массовая доля основного вещества составляла 81-91%, 78-90%, 38—46%, а выход 1,5- 3%, 25-34%, и 5-7%, соответственно. СД варьировала от 60 до 96% [74].

Кутикула таракана и тутового шелкопряда Bombyx mori

В работе Zhang М. хитин и хитозан из личинки таракана и куколки тутового шелкопряда получали следующим образом [5]. На первом этапе

удаляли катехолы 1 н раствором НС1 при 100°С 20 минут, и далее обрабатывали 1 н раствором NaOH при 80°С в течение 24-36 ч.

Таблица 7.

Свойства хитозана насекомых

Метод получения хитина из кутикулы насекомых Musca domestica и Bombyx mori, описанный в работе [75], включает следующие стадии. Хитин кутикулярных оболочек насекомых измельчали до размера частиц 0,2-0,3 мм и деацетилировали 40%-ным раствором КОН при 100-110°С. Одновременно реакционную смесь обрабатывали ультразвуком 15-35 кГц в течение 3-3,5 ч. При такой обработке удалось получить хитозаны из кутикулы мухи и тутового шелкопряда с СД 70-80% и Mrj 900 кДа, а хитозан из личинки мухи с СД 80-85% и Мг| 800 кДа.

В работе Struszczyk М.Н. [76] биополимеры получали из замороженных личинок мухи Calliphora erythrocephala (-20°С). Выполняли первое депротеинирование (2,5% NaOH, 4 ч, 22°С), при котором выход кутикулы составил 13%. Второе депротеинирование проводили при 50°С в тех же условиях, далее промывали водой, этанолом и высушивали на воздухе. Получали хитин от белого до светло-серого цвета с выходом 3,5%.

течение 1-4 ч при температуре 100-120°С при интенсивном перемешивании. Выход хитозана составил 82%. Хитин личинок деацетилировали при более мягких условиях, чем хитин ракообразных за счет сравнительно низкой степени полимеризации. В таблице 8 приведены свойства хитина из личинки мухи в сравнении с хитином, полученным из панцирей ракообразных [76].

Таблица 8.

Свойства хитина из различных источников

Например, для достижения СД 90%, хитин креветки обрабатывали 50%- ным раствором NaOH при 120°С в течение 8 ч, что приводило к снижению ММ на 81%, хитин криля - в течение 3 ч со снижением ММ на 86%. В случае хитина личинки насекомого необходимо 100°С и 3 ч для снижения ММ на 67%.

Восковая моль Galleria mellonella L

Большая восковая моль Galleria mellonella L (восковая огнёвка, пчелиная огнёвка, клочень, мотылица, шашень) - одна из разновидностей серых ночных бабочек, многочисленные личинки (гусеницы) которой питаются воскосодержащими продуктами пчеловодства. Паразитируя в пчелином улье, личинки разрушают соты, повреждают расплод, портят мёд, пергу, рамки, стенки улья и утеплительный материал. Восковая моль является ценным источником биологически активных веществ. Личинки восковой моли можно рассматривать в качестве потенциального источника хитина и его производных.