СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ОЛИГОМЕРОВ Российский патент 1996 года по МПК C08B37/08 

Изобретение относится к получению низкомолекулярных олигосахаридов из хитина, которые могут быть использованы самостоятельно или в качестве промежуточных продуктов, отдельно или в смеси с неорганическими или органическими соединениями разного строения. Хитиновые олигосахариды находят применение в качестве биологически активных веществ в медицине, косметике, пищевой промышленности, животноводстве и растениеводстве.

Известны способы получения низкомолекулярных олигосахаридов из хитина действием концентрированных кислот, преимущественно относящихся к галогеноводородным кислотам, например, соляной кислоты. Под концентрированными кислотами понимают растворы кислот в воде, концентрации которых зависят от типа кислот и лежат в пределах от 20 до 100%
Прототипом предлагаемого способа является способ получения водорастворимых олигосахаридов по авторскому свидетельству СССР N 1571047, 1990. Согласно прототипу в качестве концентрированной кислоты использовали 65%-ный раствор серной кислоты в количестве 2,7-10 мл на 1 г хитина, обработку проводили при 40-50^оС в течение 20-120 мин, после чего к реакционной смеси добавляли ацетон в количестве 5-7 об. на 1 об. кислоты, осадок отделяли, растворяли в воде, центрифугировали, раствор нейтрализовали анионитом и высушивали.

Недостатком этого способа является многостадийность, расход органического растворителя и использование взрывоопасного оборудования.

Цель упрощение процесса.

Для осуществления заявляемого способа хитин обрабатывали серной кислотой, взятой в количестве 2,7-10 мл на 1 г хитина. Количество кислоты зависит от ее концентрации, которая изменяется от 55 до 75% Температура и время реакции лежат в пределах 40-50^оС и 20-120 мин соответственно. Более высокой температуре соответствует меньшее время и наоборот. После реакции добавляют охлажденную (со льдом) воду в количестве 20-25 мл на 1 г хитина. Полученный раствор продуктов деполимеризации хитина в разбавленной серной кислоте нейтрализуют добавлением соединений кальция, например, негашеной (СаО), гашеной [Ca(OH)₂] извести или карбоната кальция, можно использовать смеси названных веществ. Количество добавляемых соединений кальция должно быть достаточным для нейтрализации раствора. Получают кашицеобразную массу, которая представляет собой смесь водного раствора олигосахаридов хитина с нерастворимым сульфатом кальция.

Ее фильтруют, прозрачный фильтрат лиофилизируют и получают смесь водорастворимых олигосахаридов хитина в виде белого порошка, растворимого в воде.

Однако в качестве биологически активного вещества можно использовать и кашицеобразную массу, полученную сразу после нейтрализации, или ее сухую форму, которая представляет собой белый (или почти белый) порошок, состоящий на 90-91% из минерального компонента, преимущественно СаSO₄ и органического компонента хитиновой природы (9-10%).

Присутствие сульфата кальция в препарате не отражается на его биологической активности, о чем свидетельствуют опыты по бифидостимулирующему действию на микрофлору кишечника животных.

Предельные значения параметров способа обоснованы следующим образом. Превышение указанных параметров приводит к снижению степени полимеризации и ухудшению качества продукта, а понижение к снижению выхода водорастворимых олигосахаридов. Пределы объемов воды соответствуют необходимому минимуму (20 мл на 1 г хитина) для осуществления нейтрализации серной кислоты и максимуму для экономии энергии, затрачиваемой на высушивание материала.

П р и м е р. К 30 г хитина панцирей креветок прибавляют 90 мл 65%-ной серной кислоты, перемешивают 1 ч при 40^оС, после чего добавляют около 650 мл воды со льдом и затем мел до нейтральной реакции. Кашицеобразную массу сушат на воздухе, получают 300 г белого порошка.

30 г полученного порошка перемешивают с 300 мл воды, фильтруют, прозрачный фильтрат лиофилизируют, получают 2,4 г целевого продукта, который при повторном растворении в воде дает прозрачные растворы при концентрации 1,5-2,5% опалесцирующие при концентрации 3% Содержание мономера в препарате 5,4%
Сходство препаратов, получаемых по заявленному способу и способу-прототипу следует из сравнения показателей, приведенных в таблице.

Содержание свободного мономера определяли прямым колориметрическим измерением по Моргану-Элсону.

Содержание олигосахаридов со степенью полимеризации больше 4 определяли с использованием фракционирования обоих препаратов колоночной хроматографией на акрилексе Р-2.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что оба продукта представляют смесь полимергомологов одного и того же мономера, что объясняется общим сырьем (хитин) и одинаковой его обработкой. Ограниченная растворимость в 2% свидетельствует об избытке более высокомолекулярных фракций со степенью полимеризации 6-8. Содержание свободного мономера в смеси (менее 3%) свидетельствует так же об ограниченной степени деполимеризации хитина в обоих препаратах. Содержание олигосахаридов со степенью полимеризации больше 4, превышающая в этих случаях 70% свидетельствует о том, что основная целевая задача технологии получение преимущественно более высокомолекулярных олигосахаридов одинаково достигнута как в предлагаемом способе, так и в прототипе.

Дополнительно для характеристики препаратов испытывали их гидролизуемость кислотой и ферментом при одновременном контроле за реакцией по приросту восстанавливающих сахаров и по специфической реакции на образующийся при гидролизе мономер.

Гидролиз кислотой: раствор препарата (200 мкг/мл) в 0,1 М и 0,2 М соляной кислоте нагревали до 100^оС в течение 2 ч, измеряли прирост восстанавливающих сахаров по Шомоди-Нельсону и N-ацетил-D-глюкоамизина по методу Райсинг и др.

На фиг. 1 приведены кривые солянокислого гидролиза водорастворимых олигосахаридов хитина. Концентрация олигосахаридов 200 мкг/мл.

Концентрация соляной кислоты в реакционной массе -1-0,2 M; 2-0,1 M. Измерения проведены по методу Шомоди-Нельсона.

Гидролиз ферментом: раствор препарата (1,55 мг/мл) в 15 мМ ацетатном буфере, рН 5,25, инкубировали с ферментным препаратом пектофоетидином ГЗХ, измеряли прирост восстанавливающих сахаров и N-ацетил-D-глюкоамина.

На фиг. 2 кривая гидролиза растворимой части солихита под действием пектофоетидина ГЗХ. Концентрация субстрата 1,55 мг/мл. Концентрация фермента 38,5 мкг/мл. рН ферментативной реакции рН 5,25, 15 мМ ацетатный буфер. Температура 40^оС. Измерения проведены по методу Райсинг и др.

Из сравнения кривых, полученных для обоих препаратов, следует, что они гидролизуются ферментом с образованием ацетилглюкозамина практически одинаково, что свидетельствует о сходстве их химической природы. Так, если начальную скорость гидролиза препарата, полученного по способу-прототипу, выразить условно за 1, то соответствующий показатель для препарата по предлагаемому способу будет отличаться не более, чем на 20% Для сравнения отметим, что скорость гидролиза более высокомолекулярных продуктов деполимеризации хитина, называемых коллоидным хитином, бывают снижены в десятки раз.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить водорастворимые олигосахариды хитина, причем по сравнению со способом-прототипом он имеет следующие преимущества:
не требуется применения органического растворителя и пожаробезопасносного оборудования;
при использовании целевого продукта в виде первоначально получающейся смеси его с минеральным компонентом (СаSO₄) производство является безотходным и следовательно экологически чистым.

Использование изобретения: в качестве биологически активных веществ в медицине, косметике, пищевой промышленности, животноводстве и растениеводстве. Сущность изобретения: продукт-водорастворимые олигосахариды. Реагент 1: хитин. Реагент 2: серная кислота. Условия реакции: при 40 - 50 С в течение 20 - 120 мин и при обработке водой, взятой в количестве 20 - 25 об. на 1 об. кислоты с последующей нейтрализацией кальцийсодержащими соединениями. 2 ил., 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ОЛИГОМЕРОВ, включающий обработку хитина раствором серной кислоты при соотношении 2,7 10,0 мл раствора кислоты на 1 г хитина при 40 50^oС в течение 20 120 мин, разбавление водой, нейтрализацию, фильтрацию и сушку, отличающийся тем, что в качестве раствора серной кислоты используют раствор с концентрацией 55 75% нейтрализации подвергают разбавленную водой в соотношении 20 25 мл воды на 1 г хитина реакционную смесь путем обработки неорганическими солями кальция, выделение целевого продукта осуществляют фильтрацией и сушкой.