Способ получения низкомолекулярного хитозана ферментативным гидролизом Российский патент 2024 года по МПК C08B37/08 

Изобретение относится к способу получения низкомолекулярного хитозана и может быть использовано в области пищевой промышленности (в качестве комплексной синергетической пребиотической пищевой добавки «КСП-1»), биотехнологии, медицины и ветеринарии в составе продуктов питания (для производства пастилок мятных серии «Хитабс»), биологически активных добавок к пище (хитозановый комплекс «Doctor Neptuno»), кормовых добавок для животных (кормовые добавки серии «КХ» - комплекс хитозановый).

Хитозан - полисахарид, получаемый деацетилированием хитина, источником которого являются в основном ракообразные, насекомые и грибы. Хитозан представляет собой уникальный полимер со многими функциональными и биологически активными свойствами, такими как биосовместимость, биодеградируемость, антиоксидантная, гиполипидемическая, антимикробная активность, пленкообразующие и желирующие свойства, высокая сорбционная способность по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам. Преимущества употребления хитозана, и особенно его олигомеров заключается в профилактике почечной недостаточности, противовоспалительном действии, особенно в отношении желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), уменьшение язв в ЖКТ, антитоксическом действии, противоопухолевой активности и т.д. Олигосахариды хитозана, полученные путем ферментативной деградации проявляют множество новых биологических функций, такие как иммуномодулирующий и гемостазирующий эффекты. Кроме того, важно отметить, что хитозан и его олигомеры известны своим транспортным действием, способностью доставлять в организм человека самые различные полезные и жизненно необходимые вещества - лекарства, витамины, аминокислоты, эссенциальные элементы, что определяет использование их как основы в составе продуктов питания, биологически активных добавок к пище, кормовых добавок для животных, и даже в составе эффективных медицинских препаратов.

Один из наиболее простых в использовании и мягких способов получения олигомеров хитозана, особенно с точки зрения сохранения структуры полисахарида, является ферментативный гидролиз полисахарида, исключающий во время процесса использование агрессивных токсичных реагентов.

Известен способ получения низкомолекулярного хитозана в бессолевой среде путем ферментативной деполимеризации (Патент RU 2425844C2). В патенте описан способ получения низкомолекулярного хитозана с молекулярной массой от 2 до 20 кДа. Для этого исходный высокомолекулярный хитозан растворяют в растворе кислоты. Затем осаждают растворенный в кислоте хитозан добавлением раствора щелочи. Отмывают переосажденный высокомолекулярный хитозан от образовавшейся соли и избытка щелочи с помощью крупнопористого фильтра. Растворяют переосажденный хитозан в растворе кислоты до значения рН 5,5. Добавляют ферментный препарат и проводят процесс гидролиза. Останавливают реакцию после образования низкомолекулярного хитозана. В качестве ферментного препарата используют Целловиридин Г20х. Способ характеризуется отсутствием необходимости удаления солей в ферментативной смеси и целевом продукте, а также низким уровнем потерь вещества.

Недостатком известного способа является длительный процесс, в том числе использующий дополнительные стадии отмывки и переосаждения, что усложняет и увеличивает время получения продукта.

Известен метод разложения хитозана с помощью папаина (CN 101475969B). Техническая схема, описанная в указанном изобретении: на каждый литр раствора хитозана добавляют 0,01моль-0,08моль папаина, что способствует деградации хитозана. Температура деградации 40-50°, время 1-24 часа, и рН реакционного раствора находится на уровне значений 4,0-5,0. Соотношение папаина к хитозану к буферному раствору уксусной кислоты составляет 1:10-1:30. Полученный раствор подвергают роторному испарению, а затем лиофилизируют разложенный хитозан для получения низкомолекулярного продукта.

Стоит отметить, что авторы приводят изменение вязкости системы при добавлении папаина, однако, не указывают молекулярную массу полисахарида, и иные молекулярно-массовые характеристики продукта, а также не указаны размеры получаемого лиофилизированной сушкой порошка.

Недостатком известного способа является длительное вреля процесса деградации хитозана - до суток.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ, описанный в патенте RU 2316592C1, выбранный в качестве прототипа. В данном способа для получения олигомеров хитозана осуществляют ферментативный гидролиз хитозана в водном растворе при рН 3,0-4,4. Кислая среда может быть создана с использованием органических кислот, например уксусной, аскорбиновой, молочной, янтарной и т.д. Гидролиз проводят в присутствии смеси хитозаназы и папаина в соотношении 1:(1-1,2) по массе, при этом хитозаназу вводят в количестве 1,8 единиц на 1 грамм хитозана и папаин в количестве 0,5-0,6% от массы хитозана. Гидролизат обрабатывают анионообменной смолой с целью удаления кислотных остатков, связанных с аминогруппами, фильтруют через полипропиленовый фильтр с диаметром отверстий 10 микрон, концентрируют до содержания воды 62-80% и сушат. Способ позволяет снизить на 50-70% потери и повысить качество целевого продукта. В процессе получения олигомеров хитозана степень гидролиза контролируется путем измерений динамической вязкости раствора олигомеров хитозана на вискозиметре Брукфильда.

Недостатком приведенного прототипа является многостадийность, длительность и трудоемкость процесса.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - разработка более быстрого и эффективного способа получения низкомолекулярного хитозана с молекулярной массой в диапазоне 1-20 кДа путем ферментативного гидролиза в течение 6-10 часов, в условиях, когда в реакционной среде присутствует только полисахарид хитозан, смесь ферментов, а также водный раствор кислоты, в которой растворен полимер.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении и ускорении процесса синтеза.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения низкомолекулярного хитозана ферментативным гидролизом хитозана в водных растворах органических кислот, включающем смешение его с предварительно растворенным в небольшом количестве воды ферментом, ферментативный гидролиз проводят при постоянном перемешивании раствора при температуре 40-45°С в первые 0,5-1,5 часа, далее температуру поднимают до 50-55°С на 5-9 часов, после чего поднимают температуру до 90-95°С на 0,5-1,5 часов для полной инактивации действия ферментов, при этом в качестве фермента используют хитозаназу или коллагеназу или ферментный препарат панкреатин или пепсин или их смесь при следующем соотношении компонентов, масс. %:

хитозан 0,5-8 органическая кислота 0,5-6 фермент 0,03-3 вода остальное

В качестве органической кислоты используют уксусную или молочную или янтарную или яблочную кислоту или их смесь.

Способ получения низкомолекулярного хитозана осуществляют следующим образом.

Высокомолекулярный хитозан с молекулярной массой 50 кДа-400 кДа растворяют в водных растворах органических кислот уксусной или молочной или янтарной или яблочной или их смеси. Вводят предварительно растворенный в небольшом количестве воды фермент. Ферментативный гидролиз проводят при постоянном перемешивании раствора при температуре 40-45°С в первые 0,5-1,5 часа, далее температуру с помощью термостата или терморегулятора или любого нагревательного прибора поднимают до 50-55°С на 5-9 часов, после чего поднимают температуру до 90-95°С на 0,5-1,5 часа для полной инактивации действия ферментов. В качестве фермента используют хитозаназу или коллагеназу или ферментный препарат панкреатин или пепсин или их смесь. Используют следующее соотношение компонентов, масс. %:

хитозан 0,5-8 уксусная/молочная/янтарная/яблочная кислота или их смесь 0,5-6 фермент 0,03-3 вода остальное

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем подробном его описании.

Молекулярная масса исходного высокомолекулярного хитозана характеризуется значениями от 0,3⋅10⁵ до 10⋅10⁵. Получаемый в результате ферментативного разложения хитозан характеризуется молекулярной массой в диапазоне 1-20 кДа в зависимости от взятой концентрации фермента и исходной молекулярной массы хитозана. Низкомолекулярный хитозан, как доказано научными источниками в последние десятилетия, обладает рядом положительных эффектов, определяющих преимущество его использования как основы в составе продуктов питания, биологически активных добавок к пище, кормовых добавок для животных, и даже в составе эффективных медицинских препаратов. Среди этих эффектов - противовоспалительное действие, профилактика почечной недостаточности, улучшение работы ЖКТ и перистальтики кишечника, уменьшение язв в ЖКТ, иммуномодулирующее и антитоксическое действие, противоопухолевая активность и т.д.

Все используемые в качестве растворителя исходного высокомолекулярного хитозана кислоты являются биосовместимыми.

Уксусная кислота в небольших количествах оказывает положительное влияние на организм, в основном снижая уровень сахара и стабилизируя кровяное давление. Она в небольших количествах часто используется в биологически активных добавках, предназначенных для уменьшения боли или проблем с кишечником и желудком.

Молочная кислота улучшает метаболизм в организме, приводит к его укреплению, увеличению аппетита, способствует усвоению кальция и железа, улучшению состояния костей, мышц, суставов и сердечно-сосудистой системы.

Выбор янтарной кислоты в качестве растворителя для хитозана обусловлен тем, что она стимулирует процессы поступления кислорода в клетки, восстанавливает энергообмен, нормализует процесс производства новых клеток, обладает общеукрепляющими и восстанавливающими свойствами.

Яблочная кислота является одним из важных промежуточных продуктов обмена веществ в живых организмах, укрепляет кишечник, регулирует кислотно-щелочной баланс, способствует производству коллагена в коже, укрепляет кровеносные сосуды и и иммунитет.

Все кислоты в данном изобретении взаимозаменяемы и могут быть взяты либо индивидуально, либо в смеси в любом соотношении между собой и в любом количестве, входящем в пределы 0,5-6 масс. % в составе.

Все ферменты в патенте также взаимозаменяемы и могут быть взяты либо индивидуально, либо в смеси в любом соотношении между собой и в любом количестве, входящем в пределы 0,03-3 масс. % в составе.

Изобретение иллюстрируются нижеследующими примерами и иллюстрацией, которые ни в коей мере не ограничивают объем патентных притязаний и приведены лишь с целью проиллюстрировать заявляемый способ получения низкомолекулярного хитозана ферментативным гидролизом:

ФИГ.1 - Изменение молекулярной массы хитозана при ферментативном гидролизе по примеру 1 с течением времени.

Пример 1.

В водный раствор 3% хитозана в 1,2% уксусной кислоте, предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 0,5 масс. % смеси ферментов хитозаназы и коллагеназы (1:1 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 52°С и перемешивали в течение 5 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса методом гель-проникающей хроматографии. Хроматографический анализ проводили на высокоэффективном жидкостном хроматографе фирмы Shimadzu СТО20А/20АС (Япония) с программным модулем LC-Solutions-GPC с применением колонки Tosoh Bioscience TSKgelG3000SWxl с диаметром пор 5 мкм, детектор - низкотемпературный светорассеивающий детектор ELSD-LT II. Элюентом служил 0.5 М раствор уксусной кислоты. Скорость потока 0.8 мл/мин. Калибровку выполняли, используя узкодисперсные образцы декстрана в диапазоне молекулярных масс 1-410 кДа (Fluca). Молекулярная масса хитозана резко снижается с 2,4⋅10⁵ до значения 0,8⋅10⁴ (ФИГ. 1).

Пример 2.

В водный раствор 4% хитозана в 3% молочной кислоте, предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 1 масс. % смеси ферментов панкреатина и коллагеназы (1:1 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 52°С и перемешивали в течение 7 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 0,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Итоговая молекулярная масса хитозана составила 1,2⋅10⁴. Раствор подвергали распылительной сушке. Средний размер частиц порошка составил 8 мкм.

Пример 3.

В водный раствор 0,5% хитозана в 0,5% яблочной кислоте, предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 0,03 масс. % хитозаназы, предварительно растворенной в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 52°С и перемешивали в течение 5,5 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 8,5⋅10⁴, итоговая молекулярная масса полимера составила 0,5⋅10⁴.

Пример 4.

В водный раствор 8% хитозана в 6 масс. % смеси уксусной и янтарной кислот (1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 45°С, постепенно вводили при перемешивании 3 масс. % смеси ферментов хитозаназы и пепсина (2:1 по массе), растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 55°С и перемешивали в течение 9 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней при постоянном перемешивании в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 1,8⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 0,9⋅10⁴.

Пример 5.

В водный раствор 3% хитозана в 2% янтарной кислоте, предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 1 масс. % препарата панкреатина, предварительно растворенного в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 1,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 52°С и перемешивали в течение 6 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 0,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 2,4⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 2,0⋅10⁴.

Пример 6.

В водный раствор 6% хитозана в 5% смеси яблочной и молочной кислот (2:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 45°С, вводили при перемешивании 2 масс. % смеси ферментов пепсина, хитозаназы и коллагеназы (1:1:1 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 53°С и перемешивали в течение 8 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Итоговая средняя молекулярная масса хитозана составила 1,5⋅10⁴.

Пример 7.

В водный раствор 3% хитозана в 3% смеси яблочной, янтарной и молочной кислот (1:1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 43°С, вводили при перемешивании 0,8 масс. % смеси ферментов панкреатина и пепсина (1:2 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 50°С и перемешивали в течение 6 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости системы. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографиипо по методике из примера 1. Молекулярная масса хитозана после ферментатиыного гидролиза составила 0,9⋅10⁴.

Пример 8.

В водный раствор 1% хитозана в 1% смеси уксусной и яблочной кислот (взятых в соотношении 1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 43°С, вводили при перемешивании 0,3 масс. % коллагеназы, предварительно растворенной в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 50°С и перемешивали в течение 5 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 1,2⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 0,8⋅10⁴.

Пример 9.

В водный раствор 6% хитозана в 5% смеси уксусной и молочной кислот (взятых в соотношении 1:2 по массе), предварительно нагретый до температуры 45°С, вводили при перемешивании 2 масс. % смеси ферментов панкреатина, коллагеназы и пепсина (1:1:1 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 55°С и перемешивали в течение 9 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 2,4⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 1,5⋅10⁴.

Пример 10.

В водный раствор 5% хитозана в 6% смеси уксусной, янтарной, яблочной и молочной кислот (взятых в соотношении 1:1:1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 45°С, вводили при перемешивании 2,2 масс. % смеси ферментов хитозаназы, пепсина, препарата панкреатина и коллагеназы (1:1:1:1 по массе), предварительно растворенных в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 0,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 55°С и перемешивали в течение 8 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 1 часа.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 2,4⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 0,7⋅10⁴.

Пример 11.

В водный раствор 1% хитозана в 2% смеси молочной и янтарной кислот (взятых в соотношении 1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 0,05 масс. % препарата панкреатина, предварительно растворенного в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 1,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 50°С и перемешивали в течение 6 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 90°С и выдерживали при ней в течение 1,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Исходная молекулярная масса хитозана - 1,2⋅10⁵, итоговая средняя молекулярная масса полимера составила 2,0⋅10⁴.

Пример 12.

В водный раствор 4% хитозана в 4% смеси уксусной и янтарной кислот (взятых в соотношении 1:2 по массе), предварительно нагретый до температуры 43°С, вводили при перемешивании 1 масс. % пепсина, предварительно растворенного в небольшом количестве воды. Длительность процесса перемешивания при данной температуре 1 час. Далее раствор прогревали до температуры 55°С и перемешивали в течение 7 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 90°С и выдерживали при ней в течение 1,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Молекулярная масса хитозана после ферментатиыного гидролиза составила 1,2⋅10⁴.

Пример 13.

В водный раствор 3% хитозана в 2% смеси молочной и янтарной кислот (взятых в соотношении 1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 0,5 масс. % смеси ферментов пепсина и коллагеназы (1:1 по массе). Длительность процесса перемешивания при данной температуре 1,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 50°С и перемешивали в течение 5 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 95°С и выдерживали при ней в течение 0,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Молекулярная масса хитозана после ферментатиыного гидролиза составила 1,1⋅10⁴.

Пример 14.

В водный раствор 0,5 % хитозана в 1,5% смеси яблочной и янтарной кислот (взятых в соотношении 1:1 по массе), предварительно нагретый до температуры 40°С, вводили при перемешивании 0,1 масс. % смеси ферментов хитозаназа и панкреатин (1:1 по массе). Длительность процесса перемешивания при данной температуре 1,5 часа. Далее раствор прогревали до температуры 53°С и перемешивали в течение 6 часов. Для инактивирования действия фермента раствор доводили до температуры 90°С и выдерживали при ней в течение 1,5 часов.

С течением времени наблюдали снижение вязкости раствора, свидетельствующее о деструкции макромолекул хитозана. Молекулярная масса полисахарида была определена перед реакцией ферментативного разложения и после завершения процесса определяли методом гель-проникающей хроматографии по методике из примера 1. Молекулярная масса хитозана после ферментатиыного гидролиза составила 0,6⋅10⁴.

Ферментативный гидролиз при температуре ниже 40°С практически не происходит, а, следовательно, не изменяется молекулярная масса хитозана. Процесс поднятия температуры осуществляется ступенчато для большей эффективности работы ферментов, однако при температуре выше 55°С ферменты начинают усиленно терять свою активность из-за денатурации белка. Для осуществления гидролиза температуру выше 55°С не устанавливают.

В пределах 90-95°С осуществляется полная деактивация действия фермента. Ниже этой температуры процесс может занять длительное время, выше указанной температуры оказывается негативное действие на полисахарид.

Указанное время реакции ферментативного гидролиза подобрано оптимально для осуществления максимальной деструкции хитозана при использовании определенного количества фермента, взятого в указанных интервалах. Увеличение времени не приведет к положительному эффекту, экономически не выгодно. При меньших значениях времени высокомолекулярный хитозан не сможет деструктировать до низкомолекулярного полимера,

Концентрация хитозана подобрана в интервалах, ниже которых не будет оказывать высокого эффективного действия как биологически активной добавки, а получение порошка из слабо концентрированного раствора потребует больших энергетических затрат. При концентрации хитозана выше 8 масс. % его раствор становится вязким, что не способствует равномерному распределению фермента по объему раствора, а значит не приведет к ферментативному гидролизу (разложению) большей части макромолекул полисахарида.

При концентрации кислоты менее 0,5 масс. % хитозан мало растворим, при концентрации выше 6 масс. % возможно раздражающее действие на слизистые при использовании растворенного хитозана в виде питьевой добавки.

При содержании фермента в растворе хитозана ниже указанного предела 0,03 масс. % он не окажет положительного эффекта гидролиза полисахарида до низкомолекулярных значений, а использование концентраций выше 3 масс. % не выгодно.

Таким образом, предлагаемый способ получения низкомолекулярного хитозана имеет следующие преимущества:

Процесс не требует обработки раствора анионнообменной смолой с целью удаления кислотных остатков. Синтез низкомолекулярного продукта осуществляется более чем в два раза быстрее по сравнению с прототипом - за 6-10 часов, при этом качество низкомолекулярного хитозана по сравнению с прототипом не ухудшается. Расширяется спектр используемых кислот для растворения полисахарида. Важным преимуществом разработки по сравнению с прототипом является сокращение времени ферментативной деструкции хитозана до 6-10 часов, и, соответственно, удешевление процесса из-за меньших энергетических затрат, а также отсутствие необходимости использования анионнообменных смол с целью удаления кислотных остатков. Полученный раствор может использоваться непосредственно в виде раствора, в котором он был получен, например, путем введения в состав жидких пищевых добавок или в выпойку животных. Другой вариант использования низкомолекулярного хитозана - в высушенном виде в форме порошка также для введения в состав биологически активных добавок или для использования в составе медицинских препаратов. Для этого итоговый низкомолекулярный раствор полимера можно подвергнуть, например, распылительной сушке. В зависимости от размера сопла в камере прибора (на сушке), размер получаемого порошка может варьироваться, при этом дополнительного просеивания не требуется. Способ сушки может быть любым, с соблюдением мягких температурных условий, позволяющих получать качественный порошкообразный продукт. Выход продукта по данному изобретению при получении раствора для выпойки до 100%, при варианте сушки раствора и получении порошка выход продукта составляет порядка 75-90%.

Изобретение относится к способу получения низкомолекулярного хитозана и может быть использовано в области пищевой промышленности. Предложенный способ получения низкомолекулярного хитозана ферментативным гидролизом хитозана в водных растворах органических кислот включает смешивание его с предварительно растворенным в воде ферментом. Причем ферментативный гидролиз проводят при постоянном перемешивании раствора при температуре 40-45°С в течение 0,5-1,5 часа, далее температуру поднимают до 50-55°С на 5-9 часов, после чего поднимают температуру до 90-95°С на 0,5-1,5 часа для полной инактивации действия ферментов. При этом в качестве фермента используют хитозаназу, или коллагеназу, или ферментный препарат панкреатин, или пепсин, или их смесь при следующем соотношении компонентов, масс.%: хитозан - 0,5-8; органическая кислота - 0,5-6; фермент - 0,03-3; вода - остальное. Предпочтительно в качестве органической кислоты используют уксусную, или молочную, или янтарную, или яблочную кислоту, или их смесь. Изобретение направлено на упрощение и ускорение процесса синтеза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 14 пр.

1. Способ получения низкомолекулярного хитозана ферментативным гидролизом хитозана в водных растворах органических кислот, включающий смешение его с предварительно растворенным в воде ферментом, причем ферментативный гидролиз проводят при постоянном перемешивании раствора при температуре 40-45°С в течение 0,5-1,5 часа, далее температуру поднимают до 50-55°С на 5-9 часов, после чего поднимают температуру до 90-95°С на 0,5-1,5 часа для полной инактивации действия ферментов, при этом в качестве фермента используют хитозаназу, или коллагеназу, или ферментный препарат панкреатин, или пепсин, или их смесь при следующем соотношении компонентов, масс.%:

хитозан 0,5-8 органическая кислота 0,5-6 фермент 0,03-3 вода остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической кислоты используют уксусную, или молочную, или янтарную, или яблочную кислоту, или их смесь.