автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии получения хитозана с использованием физико-химических закономерностей щелочного гидролиза хитинсодержащего сырья

На правах рукописи

РИПАЧЕВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХИТОЗАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЩЕЛОЧНОГО ГИДРОЛИЗА ХИТИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

05 18 04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств 02.00 04 - Физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мурманск 2007

003173644

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Мурманский Государственный технический университет" на кафедре химии

Научные руководители

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Новиков Виталий Юрьевич

Кандидат технических наук, профессор Коновалова Ирина Никандровна Официальные оппоненты

Доктор химических наук, профессор Слободов Александр Арсентьевич Кандидат технических наук, доцент Петров Борис Федорович

Ведущая организация ОАО "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по развитию и эксплуатации флота (Гипрорыб-флот)"

Защита диссертации состоится "Q0 2007 г в j^ час &Q мин

на заседании диссертационного совета К 307 009 02 в Мурманском государственном техническом университете по адресу 183010, г Мурманск, ул Спортивная, д 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мурманского государственного технического университета

Автореферат разослан "|

2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

/

С Р Деркач

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Разработка комплексных малоотходных технологий переработки морских гидробионтов, в частности, промысловых ракообразных, составляет одну из главных задач современного развития рыбохозяйственного комплекса

Основным продуктом утилизации больших объемов отходов переработки ракообразных является хитин, который вследствие плохой растворимости не нашел широкого применения Химический гидролиз хитина представляет собой важнейший метод модификации этого природного полисахарида с целью получения хитозана. В отличие от хитина, хитозан растворим в разбавленных органических кислотах, что открывает большие возможности для его использования

Наиболее перспективным направлением в области изучения хитина является получение высокомолекулярного хитозана с равномерным распределением ацетилированных звеньев вдоль макромолекулярной цепи Такой хитозан находит более широкое применение в медицине (лечение ожогов, инфекций, изготовление стоматологических материалов), сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями и болезнями растений), пищевой промышленности (производство пищевых продуктов с хитозаном в качестве биологически активной добавки), биотехнологии (получение пленок микрокапсулирование), т к является более высокорасгворимым по сравнению с хитозаном, имеющим блочное (случайное) распределение ацетилированных звеньев

Поэтому совершенствование существующих и разработка новых технологий переработки хитинсодержащего сырья с целью получения хитозана с заданными свойствами на основе закономерностей щелочного гидролиза хитина является актуальной задачей

Цель работы

Цель данной работы - разработка технологии получения хитозана из хитинсодержащего сырья на основании изучения щелочного гидролиза хитина

Для достижения поставленных целей сформулированы следующие задачи

1 Изучение кинетических закономерностей щелочного гидролиза хитина

2 Изучение кинетических закономерностей щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - К-ацетил-Б-глюкозамина и Б-глюкозамина

3 Определение параметров технологических процессов разработанной технологии получения хитозана

4 Изучение влияния природы щелочи, неорганических солей, атмосферы воздуха, кислорода и азота на степень полимеризации и деацетили-рования хитина и хитозана

5 Производственная апробация и разработка нормативной документации

6 Расчет экономической эффективности усовершенствованной технологии

Научная новизна

Впервые рассчитаны константы скоростей реакций щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - О-глюкозамина и К-ацетил-О-глюкозамина

Установлен механизм щелочного гидролиза хитина, хитозана, Ы-ацетил-Б-глюкозамина и О-глюкозамина

Разработана методика определения молекулярной массы и молеку-лярно-массового распределения хитина и хитозана с помощью эксюпози-онной высокоэффективной жидкостной хроматографии, усовершенствована методика определения степени деацетилирования хитозана с помощью ИК-спекгроскопии

Установлено, что степень кристалличности хитина и хитозана оказывает незначительное влияние на скорость деацетилирования

Практическая значимость работы

Разработана технология получения хитозана из хитинсодержащего сырья на основе изучения закономерностей щелочного гидролиза хитинсодержащего сырья и определены параметры технологических процессов

На основании опытно-промышленных испытаний, проведенных на базе ООО "НТЦ Экобиотек-Мурманск" (г Мурманск), разработано и утверждено изменение к технологической инструкции по получению хитозана из хитинсодержащего сырья с использованием щелочного гидролиза На базе ООО "НТЦ Экобиотек-Мурманск" выработана опытная партия хитозана, произведенная в соответствии с предложенной технологией

Рассчитан экономический эффект от внедрения предложенной технологии

Подана заявка на изобретение № 200613923321/(042778), приоритет от 07 11 2006 г

Автор защищает

- усовершенствованную технологию получения хитозана из хитинсо-держащего сырья с использованием закономерностей щелочного гидролиза хитина,

- результаты изучения кинетических закономерностей щелочного гидролиза хитина и хитозана и их мономеров - Ы-ацетил-О-глюкозамина и D-глюкозамина,

- вероятный механизм щелочного гидролиза хитина, хитозана, М-ацетил-Б-глкжозамина и D-глюкозамина,

- методику определения средней молекулярной массы хитина и хитозана с помощью эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии,

-данные по изучению влияния природы щелочи, неорганических солей, атмосферы воздуха, кислорода и азота на степень полимеризации и деацетилирования хитина и хитозана,

- результаты исследования влияния кристалличности хитина и хитозана на степень деацетилирования,

- результаты производственной апробации разработанной технологии щелочного гидролиза хитинсодержащего сырья,

- изменение к технологической инструкции на разработанную технологию,

-технико-экономические показатели эффективности разработанной технологии

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях "Наука и Образование - 2004" (Мурманск, 2004 г), "Наука и Образование - 2005" (Мурманск, 2005 г ), "Наука и Образование - 2006" (Мурманск, 2006 г) и "Наука и Образование -2007" (Мурманск, 2007 г), Международной научной конференции "Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов" (Петрозаводск, 2004 г), П Международной конференции "Морские прибрежные экосистемы водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки" (Архангельск, 2005), Восьмой международной конференции "Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана" (Казань, 2006 г)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них - 5 статей в журналах из списка ВАК и двенадцать - в материалах конференций различного уровня

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 205 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, объектов и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, списка цитированной литературы (128 наименований) и 5 приложений, содержит 27 таблиц, 67 рисунков

В приложении представлены хроматограммы, полученные методом ВЭЖХ, инфракрасные спектры образцов хитина и хитозана, заявка на изобретение, изменение к технологической инструкции, акт о наработке опытной партии хитозана

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и сформулирована ее цель

Глава 1. Обзор литературы Рассмотрены современные технологии переработки хитинсодержащего сырья, структура и свойства хитина, хитозана и их производных, результаты исследований щелочного и кислотного гидролиза хитина и хитозана, влияние условий химической обработки и структуры хитина на степень деацетилирования и молекулярную массу хитозана

Показано, что значительный интерес представляет детальное изучение механизмов гидролиза хитина и хитозана в щелочной среде (при pH > 7) и установления основных закономерностей этих превращений для совершенствования и разработки новых технологий переработки хитинсодержащего сырья

Глава 2. Объекты и методы исследования

Объекты исследования хитинсодержащее сырье, хитин, хитозан и их мономеры - Ы-ацетил-Б-глюкозамин и D-глюкозамин

Хитинсодержащее сырье В работе использовали панцирь краба в виде крупки (сечки) в сушеном и мороженом виде и панцирь баренцевомор-ской креветки в мороженом виде

Хитин крабовый и креветочный получали последовательным удалением белковой и минеральной части из хитинсодержащего сырья депро-теинизацией с промывкой водой, деминерализацией и последующей промывкой водой Средняя молекулярная масса составляла 400 кДа Низкомолекулярный хитин получали обработкой высокомолекулярного хитина

соляной кислотой, средняя молекулярная масса составляла 100 кДа Степень деацетилирования (ОБ) хитина составляла 11 %

Хитозан получали деацетилированием хитина в 50 % КаОН при 100 °С в течение 30 минут с последующей промывкой водой Средняя молекулярная масса низкомолекулярного хитозана составляла 80 кД, высокомолекулярного - 300 кД Степень деацетилирования хитозана составляла от 75 до 80 %

В работе использовали Э-глюкозамин изготовленный ООО "НТЦ Экобиотек-Мурманск" АцГлА получали ацетилированием ГлА уксусным ангидридом

Методы исследования Определение молекулярной массы и молеку-лярно-массового распределения хитина и хитозана проводили методом эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии по разработанной методике для карбоксиметильных производных Хроматографи-рование осуществляли на системе ВЭЖХ ЬС-ЮАур ^итасЬ-и Согр, Япония) на хроматографе ЬС-ЮАуь "ЗЬипаски" Средневязкостную молекулярную массу хитозана определяли также вискозиметрическим методом на капиллярном вискозиметре Убеллоде

Количество АцГлА определяли спектрофотометрическим методом, основанном на образовании окрашенного комплекса АцГлА с п-диметиламинобензальдегидом и дальнейшем определении оптической плотности раствора при помощи спектрофотометра 1Л/ - 3101РС (БЫтаски, Япония) при длине волны 585 нм

Содержание восстанавливающих Сахаров также определяли спектрофотометрическим методом с гексацианоферратом калия Оптическую плотность растворов измеряли при помощи спектрофотометра ЦУ - 3101РС (БЫтасЬи, Япония) при длине волны 420 нм

Степень деацетилирования хитина определяли методом обратного потенциометрического титрования хлороводорода, связанного с аминогруппами молекул хитозана, в растворе хлороводородной кислоты Потен-циометрическое титрование проводили при помощи иономера Анион 4151 (НПП "Инфраспак-Аналит", Россия) с шагом 0,1 см3

Определение степени деацетилирования нерастворимых образцов хитина и хитозана проводили методом инфракрасной спектроскопии в таблетках КВг Спектры поглощения в ИК-области записывали на инфракрасном спектрофотометре 1Я-420 (БЪттайги, Япония) в диапазоне частот от 4000 до 400 см"1 Была выбрана опорная частота, которая составила для

исследуемых образцов 1655 см-1 Образцы измельчали на мельнице И-100 (СМТСо, Ltd,Япония)

Исследования структурных свойств образцов хитина и хитозана были проведены в ИХТРЭМС Кольского научного центра РАН на дифрактометре рентгеновском общего назначения ДРОН-2 (НПО "Буревестник") методом рентгеновского фазового анализа (РФА) на излучении СиКа с использованием Ni-фильтра в области углов 28 = 6-36°, напряжении 24 кВ и силе тока 10 мА

Глава 3. Результаты и их обсуждение

1. Кинетика щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана N-ацетилглюкозамина и D-глюкозамииа

Гидролиз АцГлА сопровождается образованием ГлА по реакции (1)

C8H15N06 + Н20 —^ СбН„Ж>5 + СНзСООН, (1)

Анализ кинетических кривых гидролиза АцГлА и ГлА показал, что реакция гидролиза (1) может быть описана кинетическими уравнениями первого порядка

Сделано предположение о том, что щелочной гидролиз АцГлА и ГлА сопровождается реакциями их разложения, а также образованием из АцГлА кроме ГлА другого восстанавливающего моносахарида (этот моносахарид также определяется используемой методикой вместе с ГлА) и его разложением

Аналитическое описание предложенного механизма щелочного гидролиза АцГлА было получено при решении системы дифференциальных уравнений с помощью программы Maple 7 (Waterloo Maple Inc ) Результаты расчета констант скоростей реакций приведены в таблице 1

Расчет кинетических кривых с использованием полученных констант скоростей реакций привел к удовлетворительному совпадению с экспериментальными результатами, что подтверждает достоверность предложенного механизма щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана -АцГлА и ГлА

Таблица 1

Константы скорости реакций щелочного гидролиза АцГлА

Константы скорости реакций, 1/с f-NaOH, %

1 3 5

Гидролиз АцГлА, кх 0 0569 00621 0 0875

Разложение ГлА, к2 0 096 01209 01395

Образование моносахарида из АцГлА, кг 0 0304 0 0195 0 0359

Разложение моносахарида, 0 0049 0 0017 0 0091

Разложение АцГлА, к5 0 0458 0 1007 0 1327

2. Влияние кристалличности хитина и хитозана на кинетику щелочного деадетилирования

При деацетилировании хитина в щелочных условиях было установлено, что невозможно получить полностью деацетилированный продукт непрерывной обработкой в щелочи Только после промывки промежуточного продукта, возможно, легко увеличить степень деацетилирования практически до 100 %

Специфику процесса деацетилирования многие исследователи объясняют, прежде всего, кристаллической структурой природного хитина

Известно, что хитин в природе формируется в различных кристаллических модификациях Хитозан также характеризуется высокой кристалличностью, но его структура отличается от структуры хитина Существование прочных межмолекулярных водородных связей и кристаллической структуры должно оказывать влияние на скорость химических реакций функциональных групп макромолекул, участвующих в образовании кристаллической структуры

Известно, что доля кристаллической структуры в хитине уменьшается с увеличением степени деацетилирования вплоть до полного исчезновения При высоких степенях деацетилирования (более 95 %) начинает образовываться кристаллическая структура хитозана, поэтому следовало ожидать, что кинетика щелочного деацетилирования будет отличаться для образцов с различной начальной степенью деацетилирования Ранее было показано, что кинетика деацетилирования не зависит от начальной ПЭ хитина Было сделано предположение, что в случае щелочного гидролиза протекают параллельные реакции Одна из них ведет к деацетилированию, другая -к образованию малоактивного интермедиата (например, за счет взаимодействия ацетшшрованных звеньев хитозана с ионами ОН"), который разрушается при промывке

Для выяснения особенностей процесса деацетилирования было изучено влияние на него степени кристалличности образцов хитина и хитозана

В образцах хитина, перекристаллизованных из раствора гидроксида натрия (рис 1) и раствора соляной кислоты (рис 2), рентгенограммы восстановленной структуры имеют более широкие пики, чем рентгенограмма исходного хитина, но положения пиков практически совпадают Из рисунков 5 и б следует, что высушенные хитины, перекристаллизованные из ще-

лочи и кислоты, имеют практически одинаковые рентгенограммы, что может свидетельствовать об их одинаковой структуре

6 16 26 26, град

Рис 1 Рентгенограммы образцов исходного хитина (1) и хитинов, перекристаллизованных из раствора ШОН, сухого (2) и влажного (3) I - интенсивность сигнала, 0 - угол дифракции

6 16 26 26, град

Рис 2 Рентгенограммы образцов исходного хитина (1) и хитинов, перекристаллизованных из раствора HCl, сухого (2) и влажного (3) I - интенсивность сигнала, в - угол дифракции

Рассчитанные значения степени кристалличности (хкр, %) исследованных образцов приведены в табл 2

Таблица 2

Кристалличность образцов хитина и хитозана

Образец

%кр> %

хитин исходный, сухой

хитин, перекристаллизованный из раствора ИаОН, сухой хитин, перекристаллизованный из раствора НС1, сухой хигган, перекристаллизованный из раствора ИаОН, влажный хигин, перекристаллизованный из раствора НС1, влажный хитозан исходный, ОО 82 %, сухой

хитозан, перекристаллизованный из раствораНС1, БВ 82 %, сухой хитозан, перекристаллизованный из раствора НС1, ВО 82 %, влажный

59 0 55 1

50 6 40 97

51 8

52 0 00

Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что при перекристаллизации кристаллическая структура хитина и хитозана практически полностью восстанавливается. В образцах хитозана также наблюдается восстановление кристаллической структуры с некоторыми отличиями от исходной структуры хитина.

В целом, можно констатировать, что после перекристаллизации исходных образцов из щелочи и кислоты и их высушивания кристаллическая структура хитина и хитозана восстанавливается.

При изучении кристаллической структуры перекристаллизованных влажных образцов хитина и хитозана получены рентгенограммы практически аморфных веществ (рис. 1, 2, кривые 3).

В литературе высказывается предположение о том, что скорость де-ацетилирования хитина в кристаллических областях протекает медленнее, чем в аморфных. Таким образом, кинетика деацетилирования сухих переосажденных образцов ХТН и ХТЗ должна быть аналогичной исходным образцам, а влажные перекристаллизованные образцы должны подвергаться деацетилированию с большей скоростью, чем сухие.

Для выяснения влияния кристалличности на кинетику деацетилирования ХТН изучены исходные и перекристаллизованные образцы (рис. 3).

Рис. 3. Кинетические кривые деацетилирования хитина: 1 - исходного сухого; 2 - исходного влажного; 3 - переосажденного сухого; 4 - переосажденного влажного хитина. Концентрация ЫаОН 50 %, температура 100 °С

Из данных, приведенных на рис. 3, следует, что скорость деацетилирования исходных образцов ХТН (сухой - кривая 1, влажный - кривая 2)

выше, чем переосажденных (сухой - кривая 3, влажный - кривая 4) СД насыщения после 40 мин деацетилирования сухих образцов оказывается выше, чем у влажных. Наименьшая скорость деацетилирования и ББ насыщения у влажного переосажденного ХТН (кривая 4), имеющего наименьшую кристалличность (Хкр = 40%) По-видимому, в растворе ЫаОН имеет место сольватация (гидратация) молекул полисахаридов Диполи молекул воды соответствующим образом ориентируются вокруг ацета-мидных и гликозидных связей макромолекул ХТН В соответствии с механизмом реакции деацетилирования в щелочной среде гидролиз ацетамидной связи начинается с нуклеофильной атаки ионами ОН" по карбонильному углероду ацетамидной группы Гидратная оболочка затрудняет эту нук-леофильную атаку, что приводит к снижению скорости реакции деацетилирования

Снижение скорости деацетилирования на первом участке (0-30 мин) переосажденного сухого ХТН по сравнению с сухим и влажным исходным ХТН можно объяснить различной плотностью хитиновых частиц

Полученные результаты позволяют предположить, что степень кристалличности исследованных образцов оказывает значительно меньшее влияние на скорость деацетилирования, чем возможность образования гидрат-ной оболочки вокруг макромолекул полисахарида, которая препятствует нуклеофильной атаке гидроксид ионом и замедляет скорость реакции

3. Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деацетилировании

Известно, что при гетерогенном деацетилировании хитина в щелочных условиях происходит не только деацетилирование, но и деполимеризация макромолекул Следует отметить, что механизм гидролиза гликозидной связи в этих условиях в литературе практически не рассматривается

Следует ожидать, что увеличение концентрации основного реагента — щелочи, должно приводить к деполимеризации

Отсутствие заметной деполимеризации хитина при щелочном деацетилировании подтверждено нами на примере образцов, предварительно де-структированных в соляной кислоте (табл 3, образцы 2-5)

Таблица 3

Молекулярные массы (кД) карбоксиметилхитинов, полученных из хитинов и хитозанов, обработанных в разных условиях

№ Условия обработки Воздух Кислород Азот

90 мин 96 ч 48 ч 72 ч 48 ч 72 ч

1 Исходный ХТН 111 4

2 ХТН + 0 5 М НС1,50 °С 97 0

3 ХТЗ из образца № 2 96 5

4 ХТН + 50МНС1,50 "С 78 6

5 ХТЗ из образца № 4 79 4

6 ХТН + Н20, 90 °С 99 6 89 2 101 7 86 7

7 ХТН + 50% NaOH, 98 °С 104 9 99 9 104 2 100 5

8 ХТН + 25 % NaCl,, 98 °С 99 6 98 8 103 9 95 5

9 ХТН + 50 % NaOH, 98 "С 101 5

10 ХТН+ 50% Nal, 98 °С 98 8

11 ХТН + 50 % КОН, 98 °С 102 8

12 ХТН + 50 % KI, 98 °С 101 7

Образцы хитина были обработаны соляной кислотой с концентрацией О 5моль/л и 5 0 моль/л при 50 °С в течение 90 мин Затем каждый из них деацетилировали в 50 %-м растворе NaOH при 98 °С в течение 30 мин Далее, полученные образцы хитинов (2 и 4) и хитозанов (3 и 5) были полностью ацетилированы, и из них получили карбоксиметилхитины (КМХТН) Как следует из табл 3, средние молекулярные массы образцов карбокси-метихитинов (определены методом ВЭЖХ), полученных из одинаковых образцов хитина, совпадают (образцы 2 и 3, 4 и 5) и значительно меньше молекулярной массы КМХТН, полученного из исходного хитина (образец 1) Образцы КМХТН 2 и 3, а также 4 и 5 характеризуются одинаковой ММ, что свидетельствует об отсутствии заметной деполимеризации в процессе щелочного деацетилирования

Известно, что гидролиз полуацетальных связей (к ним относятся и гликозидные) происходит в присутствии разбавленных минеральных кислот В щелочной и нейтральной средах эти связи устойчивы

Для выяснения роли нуклефильных агентов в расщеплении гликозид-ной связи было изучено влияние щелочей NaOH и КОН и солей NaCl, Nal и К1 (габлица 3, образцы 7-12).

Из данных, приведенных в табл 3, следует, что нуклеофилы (ОН-, С1-и I-) практически не влияют на скорость деполимеризации гликозидных связей Не происходит также окислительной деструкции, поскольку моле-

кулярная масса образцов, полученных на воздухе, в атмосфере кислорода и азота, практически совпадают

Поскольку во всех опытах деацегилирование проводили в водных растворах (концентрация растворов солей и щелочей составляла 25 и 50 %), то, по всей видимости, роль агента, вызывающего разрыв гликозицной связи выполняла вода Подтверждением этому мохуг служить результаты ММ/ММо образцов 6-8 с увеличением содержания в системе воды ММ/ММ« образцов уменьшается Можно предположить, что расщепление гликозидной связи в щелочной среде происходит по механизму нуклеофильного замещения SN1 По аналогии с гидролизом простой эфирной связи гидролиз гликозидной связи начинается с протонирования атома кислорода с образованием оксониевого иона, и далее соседний с атомом кислорода углеродный атом атакуется нук-леофилом с разрывом связи С-О По-видимому, даже в щелочной среде присутствие следов ЬГ приводит к электрофильной атаке по атому кислорода с образованием оксониевого иона Скорость этой реакции достаточно высока, чтобы протекать при малых концентрациях водородных ионов

Глава 4. Разработка технологии получения хитозана из хитин-содержащего сырья

Установленные закономерности изменения степени деацетилирования и молекулярной массы хитина и хитозана при щелочной обработке были использованы для разработки новой технологии переработки хитинсодер-жащего сырья

В главе 3 было установлено, что изменение молекулярной массы хитина при его гидролизе в растворах NaOH, КОН, NaCl, Nal, KI, а также в атмосфере воздуха, кислорода и азота имеет практически одинаковые закономерности Гликозидные связи являются устойчивыми в щелочных условиях Таким образом, в условиях промышленного получения хитозана, при которых продолжительность контакта хитина и хитозана с горячими водой и концентрированной щелочью не превышает 2-3 часов, уменьшением молекулярной массы полисахарида можно пренебречь

Поэтому основное внимание при разработке технологии было уделено изучению зависимости изменения степени деацетилирования хитина от параметров щелочного гидролиза температуры, природы растворителя, концентрации щелочи и продолжительности обработки

На рисунках 4, 5 приведены кинетические кривые деацетилирования сухого креветочного и крабового хитина при 100 °С и разных концентрациях NaOH

Из рисунков следует, что с увеличением концентрации щелочи скорость изменения степени деацегилирования возрастает, а при концентрации щелочи 50 % - значительно увеличивается Исходя из этого, для быстрого деацетилирования необходимо использовать щелочь наибольшей концентрации Концентрированные растворы гидроксида натрия (более 55 %) могут кристаллизоваться при комнатной температуре, поэтому для деацетилирования целесообразно использовать 50% щелочь Такой раствор щелочи удобен в технологии, так как его можно перемещать из одной емкости в другую без лишних затрат времени и энергии (нагрев), а также имеет достаточно большую концентрацию

од %

Рис 4 Кинетические кривые деацетилирования сухого кревет очного хитина при 100 °С и разных концентрациях КаОН 10 % (1), 20 % (2), 30 % (3), 40 % (4) и 50 % (5)

оо, %

Рис 5 Кинетические кривые деацетилирования сухого крабового хитина при 100 °С и разных концентрациях ИаОН 10 % (1), 20 % (2) и 50 % (3)

На рис. 6 приведены кинетические кривые деацетилирования сухого крабового хитина при 100 °С в различных растворителях.

Рис. 6. Кинетические кривые деацетилирования сухого крабового хитина при 100 °С в различных растворителях: 50 % ИаОН (1), Н20 (2), НгО-НЫз (3) и ацетон (4)

Из рис. 6 следует, что значительно изменяет степень деацетилирования хитина только раствор щелочи. Другие растворители (вода, вода с азотом, ацегон) не являются инициаторами расщепления ацетамидной связи и имеют практически одинаковые кинетические кривые.

Основная цель разработанной технологии получение хитозана с высокой молекулярной массой и растворимого в слабокислых растворах при низкой ОО. При получении хитозана по традиционной технологии образуются продукты с низкой молекулярной массой. Причиной этого является кислотная деполимеризация хитина на стадии обработки кислотой (деминерализации). Даже при комнатной температуре воздействие кислоты вызывает гидролиз гликозидных связей. Это воздействие продолжается не только в течение деминерализации, но и при промывках, во время которых рН остается ниже 7.0.

Разработанная технология основана на свойстве хитина растворяться в холодном расгворе щелочи с последующим выпадением в осадок при увеличении степени деацетилирования выше 60 %. Как показали исследования, приведенные выше, при использовании только щелочных растворов значительно снижается деструкция хитина.

Определение технологических параметров процесса, близких к оптимальным, было проведено с использованием метода планирования экспе-

римента. Расчеты выполнены с помощью программы STAT1STICA Ver. 6.0 (StatSoft., Inc.).

В качестве критерия оптимизации была выбрана степень деацетили-рования хитозана (DD). Факторами, оказывающими существенное влияние на процесс, считали концентрацию раствора NaOH (С, %), температуру (Т, °С) и продолжительность деацетилирования (t, мин).

Поверхность функции отклика при продолжительности деацетилирования 60 мин приведена на рис. 7. Анализ поверхности функции отклика показал, что оптимум температуры процесса лежит при 119.5°С, концентрации Na ОН - 87.0 %, продолжительности - 104.7 мин.

В производственных условиях наиболее удобным является использование 50 % раствора NaOH, поскольку раствор такой концентрации кристаллизуется при охлаждении системы. Рациональной температурой процесса деацетилирования принята 95-100 °С, так как следствием увеличения температуры выше 100 °С может стать вскипание раствора и его выброс за пределы реакционной смеси.

На рис. 8 показана поверхность функции отклика при концентрации раствора NaOH 50 %.

В результате расчетов получено следующие уравнение регрессии;

DD = 13,0708 + 0.20086 х t - 0.00096 х t2 +1.0098 х Т- 0.00422 х Т2

Рис. 7. Поверхность функции отклика Рис. 8. Поверхность функции отклика при продолжительности деацетилирования при концентрации раствора N8011 60 мин 50 %

Анализ поверхности функции отклика показал, что оптимум продолжительности находится в интервале варьирования от 80 до 100 мин Как показали экспериментальные данные (рис 4, 5), реальная продолжительность деацетшшрования не имеет оптимума в отличие от модели, приведенной на рисунке 8 При продолжительности более 120 мин DD практически не изменяется, поэтому рациональной продолжительностью деацетшшрования был выбран диапазон от 100 до 180 мин в зависимости от вида сырья

Сырьем для получения хитозана служит хитинсодержащее сырье, образующееся при промышленном лове и переработке ракообразных крабов, креветок, раков и др Технологическая схема производства хитозана из хи-тинсодержащего сырья представлена на рис 9

Сушка панциря

I

Измельчение сухого панциря

Измельчение влажного панци-

ря

I

Отделение твердой части

Приготовление 4 % рас- —► Вторая депротеинизация твора гидроксвда натрия

Отделение твердой части

Промывка депротеинизирован- Вода

ного панциря

Отделение твердой части

I

Сз^пка

Измельчение ;

Приготовление 40 % рас—► Приготовление раствора хити-твора гидроксида натрия на в щелочи (12 часов, 5±2 °С)

Отделение раствора хитина от твердого осадка (центрифугирование)

I

Деацетилирование (100- 180 мин, 95±5 °С)

I

Приготовление 10 % рас- —Нейтрализация твора соляной кислоты pH 5-7 5

Отделение твердой части

I

Промывка и отделение ^_ Вода

хитозана

i

Сушка

I

Измельчение Упаковывание

I

Маркирование

I

Хранение

Рис 9 Технологическая схема производства хитозана из хитинсодержащего сырья

Технология предусматривает измельчение хитинсодержащего сырья, депротеинизацию, отделение депротеинизированного сырья Процесс

деминерализации осуществляют щелочной экстракцией хитина из депро-теинизированного панциря, для чего депротеинизированное сырье загружают в концентрированный 40 %-й раствор щелочи КаОН с температурой 15-25 °С и перемешивают смесь при этой температуре в течение 2-3 ч, дробленный лед добавляют в полученную в смесь до достижения 10-15 %-го раствора щелочи, смесь оставляют до полного растворения хитина на 8-16 ч при температуре 5±2 °С. Отделяют осадок из нерастворимых минеральных веществ и получают прозрачный щелочной раствор хитина к которому при перемешивании добавляют щелочь ИаОН до концентрации 50 %, нагревают реакционную смесь до 95+3 °С и проводят щелочное деацетилирование хитина в течение 30-180 мин при этом хитозан, нерастворимый в щелочной среде, выпадает в осадок, что исключает стадию осаждения, промывки и сушки хитина, как промежуточного продукта Кроме того, в этих условиях происходит удаление остаточных количеств белков в результате их растворения в щелочи Полученный при этом осадок хитозана отделяют, растворяют в дистиллированной воде и нейтрализуют до рН не менее 6 5—7 5, осадок отделяют, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре не выше 60 °С

Получение хитозана в гетерогенных условиях приводит, как известно, к блочному распределению деацегилированных и ацетшшрованных звеньев в молекуле Предлагаемая технология позволяет получать хитозан с равномерным распределением ацетшшрованных и деацетшшрованных звеньев по длине полимерной молекулы за счет проведения реакции деацетили-рования в гомогенной или близкой к гомогенной реакционной среде Средняя молекулярная масса хитозана, полученного по разработанной технологии составляет 176 кД, степень деацетилирования - 75 %

Разработано изменение к технологической инструкции по изготовлению хитозана для промышленной переработки к ТУ № 9289-005-48203178-03

Рассчитан годовой экономический эффект от внедрения новой технологии, который в ценах 2007 г составил 800 тыс руб

ВЫВОДЫ

I Разработана технология получения хитозана с заданными свойствами с использованием установленных закономерностей щелочного гидролиза хитина и хитозана Предложенная технология исключает стадию получения хитина как промежуточного продукта, хитозан получают непо-

средственно из хитинсодержащего сырья Определены параметры технологических процессов разработанной технологии

2 Установлено, что степень кристалличности хитина и хитозана в сухом и влажном состоянии оказывает значительно меньшее влияние на скорость деацетилирования, чем возможность образования гидратной оболочки вокруг макромолекул полисахарида, которая препятствует нуклеофильной атаке гидроксид ионом и замедляет скорость реакции

3 Показано, что при щелочном гидролизе хитина и хитозана кислород и гидроксид-ион не являются инициаторами расщепления гликозидной связи Выявлены практически одинаковые закономерности в изменении молекулярной массы хитина при его гидролизе в растворах NaOH, КОН, NaCl, Nal, KI Расщепление гликозидной связи в щелочной среде происходит по механизму нуклеофильного замещения SN1

4 Разработана методика определения средней молекулярной массы хитина и хитозана с помощью эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), усовершенствована методика определения степени деацетилирования хитозана с помощью ИК-спектроскопии

5 Предложена схема щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - D-глюкозамина и К-ацетил-О-глюкозамина Рассчитаны константы скоростей реакций гидролиза

6 Разработано изменение к технологической инструкции по изготовлению хитозана для промышленной переработки к ТУ № 9289-00548203178-03

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

В статьях

1 Новиков, В Ю Кинетические закономерности химического дезаце-тилирования хитина и хитозана / В Ю Новиков, ЕН Чеботок. Г А Гизатулина, И Н Коновалова /У Вестник МГТУ -2005 - Т 8, № 1 - С 179-182

2 Гизатулина, ГА Кинетика кислотного гидролиза ацетилглюкоза-мина / Г А Гизатулина, ЕН Чеботок, В Ю Новиков, И Н Коновалова //Журнал прикладной химии -2005 -Т 78, № 5 - С 807-809

3 Чеботок, Е Н Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деацетилировании / ЕН Чеботок. В Ю Новиков, И Н Коновалова// Журнал прикладной химии -2006 -Т 79, №7 - С 1172-1176

4. Чеботок. Е.Н Влияние природы растворителей на кинетику деполимеризации хитина и хитозана / ЕН Чеботок. В Ю Новиков, И Н Коновалова//Журнал "Вестник МГТУ" -2006 -Т9,№4.-С 717-719

5 Новиков, ВЮ Кинетика щелочного гидролиза 1\'-ацетил-0-глюкозамина и О-глкжозамина / В Ю Новиков, ЕН Чеботок. ИН Коновалова//Журнал "Вестник МГТУ" -2007 -Т 10, №4 - С 624-628

6 Чеботок. Е Н Влияние кристалличности хитина и хитозана на кинетику щелочного деацетшшрования / ЕН Чеботок. В Ю Новиков, ИН Коновалова И Журнал прикладной химии -2007 -Т 80, №10 - С 1728-1733

В материалах конференций

1 Чеботок. ЕН Особенности щелочного деацетилирования хитина / Е Н Чеботок. Г А Гизатулина, В Ю Новиков, И Н Коновалова // Наука и образование - 2004 Матер Междунар научн-техн конф (Мурманск, 7-15апреля2004г) В 6ч -Мурманск МГТУ,2004 -Ч IV -С 183-186

2 Гизатулина, Г А Кинетика кислотного гидролиза хитина и ацетил-гюкозамина /ГА Гизатулина, ЕН Чеботок. В Ю Новиков // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов Материалы Международной конференции (6-9 сентября 2004 г, г Петрозаводск, Республика Карелия, Россия) - Петрозаводск Карельский научный центр РАН, 2004 - С 31-32

3 Чеботок. ЕН Влияние надмолекулярной структуры на кинетику гадролиза хитина и хитозана / ЕН Чеботок. Г А Гизатулина, В Ю Новиков // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов Материалы Международной конференции (6-9 сентября 2004 г, г Петрозаводск, Республика Карелия, Россия) - Петрозаводск Карельский научный центр РАН, 2004 - С 145-146

4 Гизатулина, Г А Влияние концентрации соляной кислоты на кинетику гидролиза ацетилглюкозамина/ГА Гизатулина, ЕН. Чеботок. ВЮ Новиков // Наука и образование - 2005 Матер Междунар науч -техн конф , Мурманск, 6-14 апреля 2005 г В 7 ч - Мурманск МГТУ, 2005 -4 5 -С 105-108

5 Гизатулина, Г.А Кинетика кислотного гидролиза К-ацетилглюкоза-мина/ГА Гизатулина, ЕН Чеботок. В Ю Новиков //Наука и образование - 2005 Матер Междунар науч -техн конф, Мурманск, 6-14 апреля 2005г В 7ч -Мурманск МГТУ,2005 - Ч 5 - С 109-112

6 Чеботок. ЕН Кинетика щелочного гидролиза М-ацетилглюкоза-мина и О-глюкозамина / Б Н Чеботок. Г А Гизатулина, В Ю Новиков // Наука и образование - 2005 Матер Междунар науч -техн конф, Мур-

манск, 6-14 апреля 2005 г В 7 ч - Мурманск МГТУ, 2005 -45-С 215-218.

7 Чеботок. Е Н Закономерности гидролиза хитина и N-ацетилглюкоза-мина в щелочной среде / Е Н Чеботок, Г А Гизатулина, В Ю Новиков, И Н Коновалова // Морские прибрежные экосистемы водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки Материалы Второй Международной научно-практической конференции. Архангельск, 4-7 октября 2005 г - М Изд-во ВНИРО, 2005 - С 235-238

8 Гизатулина, Г А Закономерности гидролиза хитина и N-ацегилглюкоза-мина в кислой среде /ГА Гизатулина, ЕН Чеботок, И Н Коновалова, В Ю Новиков // Морские прибрежные экосистемы водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки Материалы Второй Международной научно-практической конференции Архангельск, 4-7 октября 2005 г - М

Изд-во ВНИРО, 2005 - С 284-287

9 Чеботок. Е Н Расщепление гликозвдных связей хитина и хитозана в щелочной среде / Е Н Чеботок. В Ю Новиков, И Н Коновалова // Материалы международной научно-технической конференции "Наука и образование - 2006", Мурманск, МГТУ, 4-12 апреля 2006 г - Мурманск МГТУ, 2006 - С 503-506

10 Чеботок. Е Н Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деацетилировании / ЕН Чеботок. В Ю Новиков, ИН Коновалова // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана Материалы Восьмой Международной конференции Казань 13-17 июня 2006 г - М Изд-во ВНИРО, 2006 - С 146-149

11 Чеботок. Е Н Влияние кристаллической структуры и сольватации хитина на кинетику щелочного деацетилирования / Е Н Чеботок, ВЮ Новиков, ИН Коновалова // Материалы международной научно-технической конференции "Наука и образование - 2007", Мурманск, МГТУ, 4-13 апреля 2007 г - Мурманск МГТУ, 2007 - С 450-457

12 Чеботок. Е Н Влияние условий гидролиза на молекулярно-массовое распределение хитина и хитозана / ЕН Чеботок, В Ю Новиков, И Н Коновалова // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов Материалы 2-й научной конференции с участием стран СНГ (11—14 сентября 2007 г, г Петрозаводск, Республика Карелия, Россия) -Петрозаводск Карельский научный центр РАН, 2007 -С 165

Издательство MI ТУ 183010 Мурманск, Спортивная, 13 Сдано в набор 01 10 2007 Подписано в печать 01 10 2007 Формат 60x84VM Бум типографская Уел печ л 1,39 Уч -изд л 1,09 Заказ 448 Тираж 100 экз

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Современные технологии переработки хитинсодержащего 8 сырья

1.1.1. Получение хитина

1.1.2. Получение хитозана

1.2. Структура и свойства хитина, хитозана и их производных

1.3. Химический гидролиз хитина и хитозана

1.3.1. Щелочной гидролиз хитина и хитозана

1.3.2. Кислотный гидролиз хитина и хитозана

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Характеристика объектов исследования

2.1.1. Хитинсодержащее сырье

2.1.2. Хитин

2.1.3. Хитозан 94 2.1.4 Мономеры хитина и хитозана (М-ацетил-О-глюкозамин и

D - глюкозамин)

2.2. Методы исследования

2.2.1. Анализ химической чистоты хитинсодержащего сырья и 96 продуктов его переработки

2.2.2. Синтез ацетилированных производных хитина, хитозана и 102 D-глюкозамина

2.2.3. Синтез карбоксиметильных производных хитина

2.2.4. Определение молекулярной массы полисахаридов

2.2.4.1. Определение молекулярной массы хитозана вискозиметри- 104 ческим методом

2.2.4.2. Определение молекулярной массы и молекулярномассового распределения методом эксклюзионной ВЭЖХ карбоксиметильных производных хитина и хитозана

2.2.5. Методика количественного определения восстанавливаю- 111 щих Сахаров

2.2.6. Методика количественного определения М-ацетил-О- 112 глюкозамина

2.2.7. Определение степени деацетилирования хитозана

2.2.7.1. Определение степени деацетилирования хитозана методом 115 потенциометрического титрования

2.2.7.2. Определение степени деацетилирования хитина и хитозана 119 методом инфракрасной спектроскопии

2.2.8. Определение степени кристалличности

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Щелочной гидролиз мономеров хитина и хитозана N- 125 ацетил-О-глюкозамина и D -глюкозамина

3.2. Щелочное деацетилирование хитина и хитозана

3.2.1. Совершенствование методики определения степени деаце- 13 8 тилирования методом инфракрасной спектроскопии

3.2.2. Зависимость изменения степени деацетилирования от сте- 143 пени кристалличности хитина

3.3. Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деаце- 156 тилировании

3.3.1. Совершенствование методики определения молекулярной 156 массы

3.3.2. Влияние кислорода на скорость щелочной деполимериза- 161 ции

3.3.3. Влияние природы щелочей и неорганических солей

3.3.4. Влияние природы растворителей на кинетику деполимери- 167 зации хитина и хитозана

3.3.5. Механизм деполимеризации

Глава 4. Разработка технологии получения высокомолекулярного 171 хитозана с высокой степенью деацетилирования

4.1. Обоснование рациональных режимов технологических 171 процессов

4.2. Технология получения хитозана и его характеристики

4.3. Расчет экономической эффективности технологии получе- 184 ния высокомолекулярного хитозана с высокой степенью деацетилирования

Выводы

Актуальность темы

Разработка комплексных малоотходных технологий переработки морских гидробионтов, в частности, промысловых ракообразных, составляет одну из главных задач современного развития рыбохозяйственного комплекса.

Основным продуктом утилизации больших объемов отходов переработки ракообразных является хитин, который вследствие плохой растворимости не нашел широкого применения. Химический гидролиз хитина представляет собой важнейший метод модификации этого природного полисахарида с целью получения хитозана. В отличие от хитина, хитозан растворим в разбавленных органических кислотах, что открывает большие возможности для его использования.

Наиболее перспективным направлением в области изучения хитина является получение высокомолекулярного хитозана с равномерным распределением ацетилированных звеньев вдоль макромолекулярной цепи. Такой хитозан находит более широкое применение в медицине (лечение ожогов, инфекций, изготовление стоматологических материалов), сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями и болезнями растений), пищевой промышленности (производство пищевых продуктов с хитозаном в качестве биологически активной добавки), биотехнологии (получение пленок микрокапсулирование), т. к. является более высокорастворимым по сравнению с хитозаном, имеющим блочное (случайное) распределение ацетилированных звеньев.

Поэтому совершенствование существующих и разработка новых технологий переработки хитинсодержащего сырья с целью получения хитозана с заданными свойствами на основе закономерностей щелочного гидролиза хитина является актуальной задачей.

Цель работы

Цель данной работы - разработка технологии получения хитозана из хитинсодержащего сырья на основании изучения щелочного гидролиза хитина.

Для достижения поставленных целей сформулированы следующие задачи:

1. Изучение кинетических закономерностей щелочного гидролиза хитина.

2. Изучение кинетических закономерностей щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - N-ацетил-О-глюкозамина и D-глюкозамина.

3. Определение параметров технологических процессов разработанной технологии получения хитозана.

4. Изучение влияния природы щелочи, неорганических солей, атмосферы воздуха, кислорода и азота на степень полимеризации и деацетилирования хитина и хитозана.

5. Производственная апробация и разработка нормативной документации

6. Расчет экономической эффективности усовершенствованной технологии.

Научная новизна

Впервые рассчитаны константы скоростей реакций щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - D-глюкозамина и N-ацетил-О-глюкозамина.

Установлен механизм щелочного гидролиза хитина, хитозана, N-ацетил-О-глюкозамина и D-глюкозамина.

Разработана методика определения молекулярной массы и молекулярно-массового распределения хитина и хитозана с помощью эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии, усовершенствована методика определения степени деацетилирования хитозана с помощью ИК-спектроскопии.

Установлено, что степень кристалличности хитина и хитозана оказывает незначительное влияние на скорость деацетилирования.

Практическая значимость работы

Разработана технология получения хитозана из хитинсодержащего сырья на основе изучения закономерностей щелочного гидролиза хитинсодержащего сырья и определены параметры технологических процессов.

На основании опытно-промышленных испытаний, проведенных на базе ООО «НТЦ Экобиотек-Мурманск» (г. Мурманск), разработано и утверждено изменение к технологической инструкции по получению хитозана из хитинсодержащего сырья с использованием щелочного гидролиза. На базе ООО «НТЦ Экобиотек-Мурманск» выработана опытная партия хитозана, произведенная в соответствии с предложенной технологией.

Рассчитан экономический эффект от внедрения предложенной технологии.

Подана заявка на изобретение № 200613923321/(042778), приоритет от 07.11.2006 г.

Автор защищает

- усовершенствованную технологию получения хитозана из хитинсодер-жащего сырья с использованием закономерностей щелочного гидролиза хитина;

- результаты изучения кинетических закономерностей щелочного гидролиза хитина и хитозана и их мономеров - №ацетил-0-глюкозамина и D-глюкозамина;

- вероятный механизм щелочного гидролиза хитина, хитозана, N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкозамина;

- методику определения средней молекулярной массы хитина и хитозана с помощью эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии;

- данные по изучению влияния природы щелочи, неорганических солей, атмосферы воздуха, кислорода и азота на степень полимеризации и деацетилирования хитина и хитозана;

- результаты исследования влияния кристалличности хитина и хитозана на степень деацетилирования;

- результаты производственной апробации разработанной технологии щелочного гидролиза хитинсодержащего сырья;

- изменение к технологической инструкции на разработанную технологию;

- технико-экономические показатели эффективности разработанной технологии.

193 ВЫВОДЫ

1. Разработана технология получения хитозана с заданными свойствами с использованием установленных закономерностей щелочного гидролиза хитина и хитозана. Предложенная технология исключает стадию получения хитина как промежуточного продукта, хитозан получают непосредственно из хитинсодержащего сырья. Определены параметры технологических процессов разработанной технологии.

2. Установлено, что степень кристалличности хитина и хитозана в сухом и влажном состоянии оказывает значительно меньшее влияние на скорость деацетилирования, чем возможность образования гидратной оболочки вокруг макромолекул полисахарида, которая препятствует нуклеофильной атаке гидроксид ионом и замедляет скорость реакции.

3. Показано, что при щелочном гидролизе хитина и хитозана кислород и гидроксид-ион не являются инициаторами расщепления гликозидной связи. Выявлены практически одинаковые закономерности в изменении молекулярной массы хитина при его гидролизе в растворах NaOH, КОН, NaCl, Nal, KI. Расщепление гликозидной связи в щелочной среде происходит по механизму нуклеофильного замещения SN1.

4. Разработана методика определения средней молекулярной массы хитина и хитозана с помощью эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), усовершенствована методика определения степени деацетилирования хитозана с помощью ИК-спектроскопии.

5. Предложена схема щелочного гидролиза мономеров хитина и хитозана - D-глюкозамина и N-ацетил-О-глюкозамина. Рассчитаны константы скоростей реакций гидролиза.

6. Разработано изменение к технологической инструкции по изготовлению хитозана для промышленной переработки к ТУ № 9289-005-4820317803.

1. Акопова, Т. А. Химические превращения хитина и хитозана в твердом состоянии при механическом воздействии : автореф. дис. . канд. хим. наук / Т. А. Акопова. М., 2001. - 24 с.

2. Беленький, Б. Г. Хроматография полимеров / Б. Г. Беленький, Л. 3. Виленчик. М. : Химия, 1978. - 344 с.

3. Быкова, В. М. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана / В. М. Быкова, С. В. Немцев // Хитин и хитозан : получение, свойства и применение / под ред. К. Г. Скрябина, Г. А. Вихоревой, В. П. Варламова. М., 2002. - С. 7-23.

4. Вихорева, Г. А. Синтез и свойства водорастворимых производных хитина : автореф. дис. д-ра хим. наук / Г. А. Вихорева. -М., 1998. 34 с.

5. Влияние размола на структуру и свойства хитозана / Т. А. Акопова и др. // Высокомолекулярные соединения. 1996. - Т. 38, № 2. - С. 263-268.

6. Гальбрайх, Л. С. Хитин и хитозан : строение, свойства, применение / Л. С. Гальбрайх // Соросовский образовательный журнал. 2001. - Т. 7, № 1. -С. 51-56.

7. Гамзазаде, А. И. Структурная неоднородность как фактор изменчивости свойств хитина и хитозана / А. И. Гамзазаде // Хитин и хитозанполучение, свойства и применение / под ред. К. Г. Скрябина, Г. А. Вихоревой, В. П. Варламова. М., 2002. - С. 112-118.

8. Гетероциклические соединения. Т. 5 : пер. с англ. / под. ред. Р. Эльдерфилда. М. : Мир, 1996. - 464 с.

9. ГОСТ 7636-85. Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа. Введ. 1985 -М.: Изд-во стандартов, 1985. - 141 с.

10. Двойное лучепреломление в потоке и вязкость растворов хитозана в уксусной кислоте при различной ионной силе / С. Я. Любина и др. // Высокомолекулярные соединения. 1983. - Т. 25, № 7. - С. 1467-1472.

11. Деацетилирование хитина в гомогенных условиях / С. В. Немцев и др. // Прикладная биохимии и микробиология. 2002. - Т. 38, № 6. - С. 609-615.

12. Казицына, Л. А. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии / Л. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. 240 с.

13. Кочетков, Н. К. Химия углеводов / Н. К. Кочетков, А. Ф. Бочков. -М.: Химия, 1967.-627 с

14. Кулезнев, В. Н. Химия и физика полимеров : учебник для хим,-технол. вузов / В. Н. Кулезнев, В. А. Шершнев. М. : Высшая школа, 1988. -312 с.

15. Куприна, Е. Э. Способы получения и активации хитина и хитозана / Е. Э. Куприна, С. В. Водолажская // Хитин и хитозан : получение, свойства и применение / под ред. К. Г. Скрябина, Г. А. Вихоревой, В. П. Варламова. -М, 2002.-С. 44-63.

16. Куприна, Е. Э. Современные тенденции в способах получения и применения хитина и хитозана / Е. Э. Куприна, И. Ю. Козлова, К. Г. Тимофеева // Информ. пакет. Сер. «Обработка рыбы и морепродуктов» / ВНИЭРХ. М., 1999. - Вып. Ill (I). - С. 1-60.

17. Марч, Дж. Органическая химия : реакции, механизмы и структура. В 4 т. Т. 2 : углубленный курс для унив. и хим. вузов : пер. с англ. / Дж. Марч. М.: Мир, 1987. - 504 с.

18. Маслова, Г. В. Теория и практика получения хитина электрохимическим способом / Г. В. Маслова // Хитин и хитозан : получение, свойства и применение / под ред. К. Г. Скрябина, Г. А. Вихоревой, В. П. Варламова. -М., 2002. С. 24-43.

19. Немцев, С. В. Способы получения хитина и хитозана / С. В. Немцев // Совершенствование производства хитина и хитозана из панцирьсодержащих отходов криля и пути их использования : материалы третьей всесоюзной конф. / ВНИРО. -М., 1992. С. 7-15.

20. Новиков, В. Ю. Кинетика реакции образования Б(+)-глюкозамина при кислотном гидролизе хитина / В. Ю. Новиков // Журнал прикладной химии. 1999. - Т. 72, № 1. - С. 147-152.

21. Новиков, В. Ю. Химический гидролиз хитина и хитозана / В. Ю. Новиков // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана : материалы Седьмой Междунар. конф. (Санкт-Петербург-Репино, 15-18 сент. 2003 г.) / ВНИРО. М., 2003. - С. 38-42.

22. Новиков, В. Ю. Способ получения гидрохлорида D(+)-глюкозамина / В. Ю. Новиков, A. JI. Иванов // Журнал прикладной химии. -1997. Т. 70, № 9. - С. 1543-1547.

23. Новиков, В. Ю. Кинетика реакции дезацетилирования хитина и хитозана / В. Ю. Новиков, Т. А. Орлова, И. Э. Воронина // Изв. вузов. Пищевая технология. 1990. - № 5. - С. 64-67.

24. Новиков, В. Ю. Многократное использование раствора гидроокиси натрия для дезацетилирования хитина / В. Ю. Новиков, Т. А. Орлова, Н. И. Волкова // Рыбное хозяйство. 1988. - № 12. - С. 76-78.

25. Нудьга, Л. А. Получение хитозана и его производных и исследование их свойств / JI. А. Нудьга : автореф. дис. . канд. хим. наук. -Л., 1979.-21 с.

26. Нудьга, Л. А. Получение хитозана и изучение его фракционного состава / Л. А. Нудьга, Е, А. Плиско, С. Н. Данилов // Журнал общей химии. -1971. Т. 41, № 11. - С. 2555-2559.

27. Орлова, Т. А. Технология получения продуктов и биологически активных веществ из морских гидробионтов // Т. А. Орлова, В. С. Зензеров. -Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2004. 277 с.

28. Пат. 45-13599 Япония, МКИ 26 F 0. Получение хитозана из хитина / Fujita Т. ; Нихон суйсан кабусики кайся. № 70-13599 ; заявл. 03.09.66 ; опубл. 15.05.70.- 15 с.

29. Пат. 4199496 США, МКИ2 А 23 J 1/04, НКИ 260/112 R. Process for the recovery of chemicals from the shells of crustacea / Peniston Q. P., Johnson E. L.; Seattle, WA. № 565849 ; заявл. 07.04.1975 ; опубл. 22.04.1980. - 17 с.

30. Пат. 3862122 США, МКИ С 08 В 37/08, НКИ 260/211 R. Method of recovering chitosan and other by-products from shellfish waste and the like / Peniston Q. P., Johnson E. L. № 226661 ; заявл. 16.02.72 ; опубл. 21.01.75. - 9 с.

31. Пат. 4066735 США, МКИ2 С 01 F 11/46, НКИ 423/159. Process for demineralization of crustacea shells / Peniston Q. P., Johnson E. L. № 742130 ; заявл. 15.11.1976 ; опубл. 03.01.1978. - 5 с.

32. Петров, А. А. Органическая химия : учебник для вузов / А. А. Петров, X. В. Бальян, А. Т. Трощенко. СПб. : Иван Федоров, 2002. - 624 с.

33. Плиско, Е. А. Хитин и его химические превращения / Е. А. Плиско, JI. А. Нудьга, С. Н. Данилов // Успехи химии. 1977. - Т. 46, № 8. -С. 1470-1488.

34. Прокопов, А. А. N-производные хитозана и пленки на их основе : дис. . канд. техн. наук / А. А. Прокопов. Л., 1985. - 146 с.

35. Рентгенографическое изучение структуры хитозана / И. Н. Горбачева и др. // Высокомолекулярные соединения. 1988. - Т. 30, № 12. -С. 2512-2515.

36. Розенталь, А. Д. Биотехнологические основы переработки панциря антарктического криля : дис. . канд. биол. наук / А. Д. Розенталь. Д., 1988. -102 с.

37. Семиохин, И. А. Кинетика гомогенных химических реакций / И. А. Семиохин, Б. В. Страхов, А. И. Осипов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. - 232 с.

38. Смит, А. Прикладная ИК-спектроскопия : пер. с англ. / А. Смит. -М.: Мир, 1982.-328 с.

39. Технология рыбы и рыбных продуктов : учебник для вузов / В. В. Баранов и др.; под ред. А. М. Ершова. СПб.: ГИОРД, 2006. - 944 с.

40. Утеушев, Р. Р. Разработка технологии комплексной переработки панцирьсодержащего сырья из ракообразных Волго-Каспийского региона : автореф. дис. . канд. техн. наук / Р. Р. Утеушев ; АГТУ. Астрахань, 2006. -25 с.

41. Шмид, Р. Неформальная кинетика: В поисках путей химических реакций : пер. с англ. / Р. Шмид, В. Н. Сапунов. М.: Мир, 1985. - 264 с.

42. Aiba, S.-i. Studies of chitosan: 3. Evidence for the presence of random and block copolymer structures in partially N-acetylated chitosans / S.-i. Aiba // International Journal of Biological Macromolecules. 1991. - Vol. 13, No. 1. - P. 40-44.

43. Alkaline N-deacetylation of chitin enhanced by flash treatments. Reaction kinetics and structure modifications / B. Focher, P. L. Beltrame, A. Naggi, G. Torri // Carbohydrate Polymers. 1990. - Vol. 12, No. 4. - P. 405-418.

44. Anthonsen, M. W. Solution properties of chitosans: conformation and chain stiffness of chitosans with different degrees of N-acetylation / M. W. Anthonsen, К. M. Varum, O. Smidsrod // Carbohydrate Polymers. 1993. - Vol. 22, No. 3. - P. 193-201.

45. Application and properties of chitosan / Q. Li, E. T. Dunn, E. W. Grandmaison, M. F. A. Goosen // Journal of Bioactive and Bompatible Polymers. 1992. - Vol. 7, No. 4. - P. 370-397.

46. Araki, Y. A pathway of chitosan formation in Mucor rouxii. Enzymatic deacetylation of chitin / Y. Araki, E. Ito // European Journal of Biochemistry. -1975.-Vol. 55, No. 1.-P. 71-78.

47. Austin, P. R. Beta-chitin from squid: new solvents and plasticizers / P. R. Austin, J. E. Castle, C. J. Albisetti // Chitin and Chitosan: Sources, Chem.,

48. Biochem., Phys. Prop, and Appl.: Proc. 4th Int. Conf., Trondheim, Aug. 22-24, 1988. London, New York, 1989. - P. 749-755.

49. BeMiller, J. N. Alkaline degradation of amino sugars / J. N. BeMiller, R. L. Whistler // The Journal of Organic Chemistry. 1962. - Vol. 27, No. 4. - P. 1161-1164.

50. Capon, B. The preparation of chitin oligosaccharides / B. Capon, R. L. Foster // Journal of the Chemical Society. Section C. 1970. - No. 12. - P. 16541655.

51. Chang, K. L. B. HPLC analysis of N-acetyl-chito-oligosaccharides during the acid hydrolysis of chitin / K. L. B. Chang, J. Lee, W.-R. Fu // Journal of Food and Drug Analysis. 2000. - Vol. 8, No. 2. - P. 75-83.

52. Chen, X.-G. Chemical characteristics of O-carboxymethyl chitosans related to the preparation conditions / X.-G. Chen, H.-J. Park // Carbohydrate Polymers. 2003. - Vol. 53, No. 4. - P. 355-359.

53. Chitin/chitosan transformation by thermomechanochemical treatment including characterization by enzymatic depolymerization / A. Pelletier et al. // Biotechnology and Bioengineering. 1990. - Vol. 36, No. 3. - P. 310-315.

54. Chitosan and modified chitosan membranes. 1. Preparation and characterization / H. S. Blair, J. Guthrie, Т. K. Law, P. Turkington // Journal of Applied Polymer Science. 1987. - Vol. 33, No. 2. - P. 641-656.

55. Chitosans from Euphausia superba. 1: Solution properties / M. Terbojevich et al. // Carbohydrate Polymers. 1992. - Vol. 18, No. 1. - P. 35-42.

56. Chitosans from Euphausia superba. 2: Characterization of solid state structure / B. Focher et al. // Carbohydrate Polymers. 1992. - Vol. 18, No. 1. -P. 43-49.

57. C-N.m.r. studies of the acetylation sequences in partially N-deacetylated chitins (chitosans) / К. M. Varum, M. W. Anthonsen, H. Grasdalen, O. Smidsrod // Carbohydrate Research. 1991. - Vol. 217. - P. 19-27.

58. Deacetylation of chitin at low temperature by a novel alkaly impregnation technique / S. S. V. Rao, K. P. Yashodha, N. S. Mahendrakar, P. Puttarajappa // Indian Journal of Technology. 1987. - Vol. 25, No. 4. - P. 194196.

59. Domard, A. Preparation and characterization of fully deacetylated chitosan / A. Domard, M. Rinaudo // International Journal of Biological Macromolecules. 1983. - Vol. 5, No. 1. - P. 49-52.

60. Domszy, J. G. Evaluation of infrared spectroscopic techniques for analysing chitosan / J. G. Domszy, G. A. F. Roberts // Die Makromolekulare Chemie.- 1985.-Vol. 186,No. 8.-P. 1671-1677.

61. East, G. C. Wet spinning of chitosan and the acetylation of chitosan fibers / G. C. East, Y. Qin // Journal of Applied Polymer Science. 1993. - Vol. 50, No. 10.-P. 1773-1779.

62. Foster, A. B. Application of ethylenediaminetetra-acetic acid in the isolation of crustacean chitin / A. B. Foster, R. H. Hackman // Nature. 1957.t Vol. 180, No. 4575.-P. 40-41.

63. Gardner, К. H. Refinement of the structure of beta-chitin / К. H. Gardner, J. Blackwell // Biopolymers. 1975. - Vol. 14, No. 8. - P. 1581-1595.

64. Gilson, E. Das Chitin und die Membranen der Pilzzellen / E. Gilson // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1895. - Vol. 28, No. 1. - P. 821-822.

65. Heterogeneous N-deacetylation of chitin in alkaline solution / K. L. B. Chang, G. Tsai, J. Lee, W.-R. Fu // Carbohydrate Research. 1997. - Vol. 303. -P. 327-332.

66. Highly deacetylated chitosan and its properties / S. Mima, M. Miya, R. Iwamoto, S. Yoshikawa // Journal of Applied Polymer Science. 1983. - Vol. 28, No. 6.-P. 1909-1917.

67. Imoto, T. A simple activity measurement of lisozyme / T. Imoto, K. Yagishita // Agricultural and Biological Chemistry. 1971. - Vol. 35, No. 7. - P. 1154-1156.

68. Khan, T. A. Reporting degree of deacetylation values of chitosan: the influence of analytical methods / T. A. Khan, К. K. Peh, H. S. Chang // Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Science. 2002. - Vol. 5, No. 3. - P. 205-212.

69. Kurita, K. Controlled functionalization of the polysaccharide chitin / K. Kurita // Progress in Polymer Science. 2001. - Vol. 26, No. 9. - P. 1921-1971.

70. Kurita, K. Studies on chitin, 3. Preparation of pure chitin, poly(N-acetyl-D-glucosamine), from the water-soluble chitin / K. Kurita, T. Sannan, Y. Iwakura // Die Makromolekulare Chemie. 1977. - Vol. 178, No. 9. - P. 25952602.

71. Lusena, С. V. Preparation and viscosity of chitosan / С. V. Lusena, R. C. Rose // J. Fish. Res. Board of Canada. 1953. - Vol. 10. - P. 521-522.

72. Mazeau, K. Molecular and crystal structure of a high-temperature polymorph of chitosan from electron diffraction data / K. Mazeau, W. Winter, H. Chanzy // Macromolecules. 1994. - Vol. 27, No. 26. - P. 7606-7612.

73. Minke, R. The structure of alpha-chitin / R. Minke, J. Blackwell // Journal of Molecular Biology. 1978. -Vol. 120, No. 2.-P. 167-181.

74. Miyazaki, S., Ishii K. Nagai T. The use of chitin and chitosan as drug carries // Chem. and Pharm. Bull.-1981.- Vol. 29, No. 10.- P. 3067-3069.

75. Molecular and crystal structure of the anhydrous form of chitosan / T. Yui et al. // Macromolecules. 1994. - Vol. 27, No. 26. - P. 7601-7605.

76. Muzzarelli, R. A. A. Chitin / R. A. A. Muzzarelli. Oxford, New York et al. : Pergamon Press, 1977. - 309 p.

77. N-Acetyl group distribution in partially deacetylated chitins prepared under homogeneous conditions / H. Sashiwa, H. Saimoto, Y. Shigemasa, S. Tokura // Carbohydrate Research. 1993. - Vol. 242. - P. 167-172.

78. No, H. K. Preparation and characterization of chitin and chitosan a review / H. K. No, S. P. Meyers // Journal of Aquatic Food Product Technology. -1995.-Vol. 4, No. 2.-P. 27-52.

79. Nordtveit, R. J. Degradation of fully water-soluble, partially N-acetylated chitosans with lysozyme / R. J. Nordtveit, К. M. Varum, O. Smidsrod // Carbohydrate Polymers. 1994. - Vol. 23, No. 4. - P. 253-260.

80. Novikov, V. Yu. Hydrolysis of chitin and chitosan / V. Yu. Novikov // 9th International Chitin-Chitosan Conference. Montreal, Quebec, Canada. August 27th-30lh, 2003: Book of abstracts. Montreal, Quebec, Canada, 2003. - P . 41.

81. Novikov, V. Yu. The hydrolysis of chitin and the preparation of D(+)-glucosamine hydrochloride / V. Yu. Novikov // Chitosan in Pharmacy and Chemistry / Ed. by R. A. A. Muzzarelli and C. Muzzarelli. Atec, Italy, 2002. - P. 505-510.

82. Ogawa, K. Crystallinity of partially N-acetylated chitosans / K. Ogawa, T. Yui // Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 1993. - Vol. 57, No. 9. -P. 1466-1469.

83. Molecular and crystal structure of hydrated chitosan / K. Okuyama et al. // Macromolecules. 1997. - Vol. 30, No. 19. - P. 5849-5855.

84. On the influence of deacetylation process on the physicochemical characteristics of chitosan from squid chitin / A. Tolaimate et al. // Polymer. -2000. Vol. 41, No. 7. - P. 2463-2469.

85. Ottoy, M. H. Compositional heterogeneity of heterogeneously deacetylated chitosans / M. H. Ottoy, К. M. Varum, O. Smidsrod // Carbohydrate Polymers. 1996. - Vol. 29, No. 1. - P. 17-24.

86. Paralikar, К. M. Electron diffraction study of alfa-chitin / К. M. Paralikar, R. H. Balasubramanya // Journal of Polymer Science Part C: Polymer Letters. 1984. - Vol. 22, No. 10. - P. 543-546.

87. Pilot scale lactic acid fermentation of shrimp wastes for chitin recovery / L. A. Cira, S. Huerta, G. M. Hall, K. Shirai // Process Biochemistry. 2002. -Vol. 37, No. 12.-P. 1359-1366.

88. Preapration and solubility in acid and water of partially deacetylated chitins / Y.-W. Cho, J. Jang, C. R. Park, S.-W. Ко // Biomacromolecules. 2000. -Vol. 1,No. 4.-P. 609-614.

89. Purchase, E. R. D-Glucosamine hydrochloride / E. R. Purchase, С. E. Braun // Organic Syntheses. 1946. - Vol. 26. - P. 36-37.

90. Reissig, J. L. A modified colorimetric method for the estimation of N-acetylamino sugars / J. L. Reissig, J. L. Strominger, L. F. Leloir // The Journal of Biological Chemistry. 1955. - Vol. 217, No. 2. - P. 959-966.

91. Roseman, S. N-Acetylation of the hexosamines / S. Roseman, J. Ludowieg // Journal of the American Chemical Society. 1954. - Vol. 76, No. 1. -P. 301-302.

92. Rudall, K. N., The chitin system / K. N. Rudall, N. Kenchington // Biochemistry Revolution.- 1973.- Vol. 49, No 4.- P. 597-636.

93. Sakurai, K. Crystal structure of chitosan. I. Unit cell parameters / K. Sakurai, M. Takagi, T. Takahashi // Сэръи гаккайси, Sen-i gakkaishi = J. Soc. Fiber Sci. and Technol., Jap. 1984. - Vol. 40, No. 7. - P. 114-121.

94. Sannan, T. Studies on chitin, 1. Solubility change by alkaline treatment and film casting / T. Sannan, K. Kurita, Y. Iwakura // Die Makromolekulare Chemie. Short Communications. 1975. - Vol. 176, No. 4. - P. 1191-1195.

95. Sannan, Т. Studies on chitin, 2. Effect of deacetylation on solubility / T. Sannan, K. Kurita, Y. Iwakura // Die Makromolekulare Chemie. 1976. - Vol. 177, No. 12.-P. 3589-3600.

96. Sannan, T. Studies on chitin. V. Kinetics of deacetylation reaction / T. Sannan, K. Kurita, Y. Iwakura // Polymer Journal. 1977. - Vol. 9, No. 6. - P. 649-651.

97. Sashiwa, H. Chemical modification of chitin and chitosan. 2: Preparation and water soluble property of N-acylated or N-alkylated partially deacetylated chitins / H. Sashiwa, Y. Shigemasa // Carbohydrate Polymers. 1999. -Vol.39, No. 2.-P. 127-138.

98. Specificity in acid hydrolysis of chitosans/ К. M. Varum et al. // Advances in Chitin Science / Ed. by A. Domard, C. Jeuniaux, R. Muzzarelli, G. Roberts.- 1996.-Vol. l.-P. 173-183.

99. Squid chitin as a potential alternative chitin source: deacetylation behavior and characteristic properties / K. Kurita et al. // Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 1993. - Vol. 31, No. 2. - P. 485-491.

100. Structural aspects of the swelling of beta-chitin in HC1 and its conversion into alpha-chitin / Y. Saito et al. // Macromolecules. 1997. - Vol. 30,No. 13.-P. 3867-3873.

101. Structure of beta-chitin or parallel chain systems of poly-beta-(l-4)-N-acetyl-D-glucosamine/ J. Blackwell et al.// ACS Symp. Ser.- 1980,- Vol. 141.- P. 315.

102. Takeda, M. Chitin adsorbent in thin-layer chromatography for separation of phenols and aminoacids/ M.Takeda, T. Tamida T. // Shimonoseki University Fish. 1969. - Vol. 18. - P.36-44.

103. Varum, К. M. Acid hydrolysis of chitosans / К. M. Varum, M. H. Ottoy, 0. Smidsrod // Carbohydrate Polymers. 2001. - Vol. 46, No. 1. - P. 8998.

104. Wang, T. Selected properties of pH-sensitive, biodegradable chitosan-poly(vinyl alcohol) hydrogel / T. Wang, M. Turhan, S. Gunasekaran // Polymer International. 2004. - Vol. 53. - P. 911-918.

105. Yaghobi, N. Enhancement of chitin's degree of deacetylation by multistage alkali treatments / N. Yaghobi, H. Mirzadeh // Iranian Polymer Journal. -2004.-Vol. 13, No. 2.-P. 131-136.