Способы получения хитина.

Панцирь ракообразных построен из трех основных элементов: хитина, играющего роль арматуры, белка и минеральной части, придающей панцирю необходимую прочность.

Макроэлементный состав минеральной части панциря ракообразных представлен кальцием, магнием, фосфором, натрием, железом, цинком, хромом. В числе микроэлементов обнаружены свинец, кадмий, никель, кобальт, медь, калий, марганец, титан, ванадий, алюминий, кремний. Содержание липидов в панцире колеблется от 9 до 10,8 %, азотистых веществ — 7,8 %.

Хитин как нерастворимый полимер не поддается выделению из панциря напрямую. Для его получения необходимо последовательно разделить белковую и минеральную составляющие панциря, т. е. перевести их в растворимое состояние и удалить.

Существует достаточно много методов получения хитина, которые можно разделить на две основные группы: получение хитина на основе химической обработки (кислотами, щелочами, комплексонами и др.); получение хитина путем ферментной обработки.

Большинство методов, в том числе используемые в нашей стране, основаны на двухстадийной очистке хитина от белка и минеральных веществ — депротеинировании и деминерализации. Некоторые методы предусматривают также отделение липидов и пигментов.

Базовым способом получения хитина является химический, заключающийся в проведении депротеинирования, деминерализации и депигментации с помощью химических реагентов — кислот, щелочей и др. Существуют различные модификации этого способа, включающие биотехнологические и другие методы обработки. Упрощенная блок-схема получения хитина приведена на рис. 11.

Параметры процессов депротеинирования и деминерализации весьма разнообразны: концентрация раствора гидроксида натрия колеблется от 1,5 до 10 %, температура — от 70 до 105 °С, продолжительность процесса — от 0,5 до 2ч и более; концентрация раствора соляной кислоты — 0,5...4%; процесс деминерализации осуществляют преимущественно при комнатной температуре в течение 0,5...1,5 ч.

Значительная жесткость условий обработки приводит к деградации цепи хитина и/или частичному дезацетилированию. Кроме того, в ходе этого процесса белок подвергается значительному гидролизу, часть аминокислот претерпевает химические превращения, иногда с образованием токсичных веществ, из-за чего выделяемый белковый продукт теряет питательную ценность и становится небезопасным для использования в качестве кормовой добавки.

Рис. 11. Блок-схема процесса получения хитина

Применение растворов кислот высокой концентрации может сопровождаться частичной деструкцией и дезацетилированием хитина и, следовательно, снижением вязкостных характеристик хитозана. Имеются данные о том, что присутствие в хитине ионов кальция повышает вязкость хитозана из-за увеличения термостабильности хитина. Установлено, что чем мягче условия обработки, тем более высокомолекулярный хитин может быть получен. Однако слишком мягкие условия могут привести к неполной деминерализации.

Обработка исходного материала в агрессивных средах требует специального, стойкого к коррозии оборудования, создания специализированных участков хранения и приготовления растворов кислот и щелочей. Кроме того, белок, выделенный из щелочных и кислотных гидролизатов, содержит значительное количество соли, что ограничивает область его применения и снижает питательную ценность.

В зависимости от вида и свойств сырья, требуемого качества хитина число операций депротеинирования и деминерализации и их последовательность могут быть различными.

Однократная обработка щелочью и кислотой применима для мягкого, тонкого панциря (криля). Двукратная обработка щелочью и кислотой необходима для получения хитина с минимальным содержанием белка и минеральных веществ. В отдельных случаях (для панциря краба) предпочтительной является трехкратная обработка панциря щелочью и кислотой, гарантирующая получение хитина, полностью лишенного остатков белка и без примесей золы.

Порядок чередования операций деминерализации и депротеи- нирования существенно влияет на свойства хитина и в последующем хитозана.

Способы получения хитина на основе применения биотехнологических процессов позволяют достичь более мягких условий обработки панцирьсодержащего сырья. Становится возможным совмещение некоторых операций технологического процесса, снижается агрессивность реакционной среды, и, следовательно, уменьшаются затраты на оборудование. Получаемые при этом белковые продукты практически не содержат хлорида натрия, присутствие которого неизбежно в случае применения кислотнощелочных методов. Наиболее простым из этой группы способов получения хитина является использование активного ферментного комплекса самого ракообразного.

Во ВНИРО были проведены исследования автопротеолиза криля в условиях промысла. Процесс осуществляли в реакторе при постоянном перемешивании измельченного криля при температуре 50 °С. Степень перехода белка в жидкую фазу при длительности процесса 5 ч составляла 68 %. Увеличение продолжительности процесса до 7 ч увеличивало содержание жидкой фазы до 79 %.

Вместе с тем данный способ не обеспечивает полного удаления белка из хитина, и требуется дополнительная операция по его де- протеинированию. Кроме того, имеются сведения о присутствии в ферментном комплексе криля активных хитиназ, воздействие которых на хитин приводит к снижению его молекулярной массы. Известны и другие способы обработки панциря комплексом протеолитических ферментов.

Вместе с тем ферментативные способы получения хитина обладают одним общим недостатком: неполным удалением белкового компонента панциря, что может отрицательно сказаться как на качестве самого хитина, так и на характеристиках получаемого из него хитозана.