автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии получения D(+)-глюкозамина на основании изучения кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина

4ВО'

На правах рукописи УДК 629.5.07:657.61.052 (043.3)

ДОЛГОПЯТОВА НАТАЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

В(+)-ГЛЮКОЗАМИНА НА ОСНОВАНИИ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ХИТИНА

05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств 02.00.04 - Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О 0НТ 2011

Мурманск-2011

4857371

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет"

Научные руководители:

кандидат химических наук Новиков Виталий Юрьевич; доктор физико-математических наук, профессор Путинцев Николай Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Слободов Александр Арсеньевич; кандидат технических наук, доцент Петров Борис Федорович

Ведущая организация:

ОАО "Научно-исследовательский и проектно-конструкгорский институт по развитию и эксплуатации флота (Гипрорыбфлот)" (С.-Петербург)

Защита диссертации состоится "03" ноября 2011 г. в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 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 по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, д. 13

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, д. 13, ФГБОУВПО "МГТУ"

Автореферат размещен на сайте www.mstu.edu.ru "26" сентября 2011г. Автореферат разослан ",С9" сентября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, канд. техн. наук, профессор

И. Н. Коновалова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значительно возросший в последние годы интерес к полимерам природного происхождения - хитину и хитозану, их олиго-мерам и мономерам, обусловлен уникальным комплексом физико-химических свойств этих веществ, а так же присущим им широким спектром биологической активности (бактерицидной, противовирусной и др.). В России источником хитинсодержащего сырья являются промысловые крабы на Дальнем Востоке, северная креветка и акклиматизированный в Баренцевом море камчатский краб. Значительный вклад в исследования в области изучения хитина и хитозана из панциря ракообразных внесли ученые: Албулов А. И., Вихорева Г. А. Сафронова Т. М., Новиков В. Ю., Рогожин С. В., Гамзазаде А. И., Варламов В. П., Феофилова Е. П., Маслова Г. В., Нудьга Л. А., Плиско Е. А., Немцев С. В. и др. Хитин является одним из основных источников промышленного получения ценного для медицинских целей вещества - 0(+)-глюкозамина гидрохлорида (ГлАхНС1). Многие лекарственные препараты и биологически активные добавки содержат в своем составе этот моносахарид в качестве основы. До недавнего времени в России единственным лицензированным производителем субстанции ГлАхНС1 была фирма ООО "НТЦ Экобиотек-Мурманск". В настоящее время глюкозамина гидрохлорид на этой фирме не выпускают из-за нерентабельности его производства. Практически весь ГлАхНС1, содержащийся в лекарственных препаратах, закупается в странах Юго-Восточной Азии. Цена его низкая, качество препарата невысокое. В Мурманске продолжаются исследования, направленные на дальнейшее совершенствование технологии получения ГлАхНО для медицинских целей и поиск возможности возобновления его промышленного производства.

Химический кислотный гидролиз хитина является одним из основных методов получения хитоолигосахаридов и мономеров: Б-глюкозамина (ГлА) и Ы-ацетил-Б(+)-глюкозамина (АцГлА).

При полном гидролизе хитина в концентрированной хлороводородной кислоте образуется деацетилированный мономер ГлАхНСЛ, что обычно используют для его промышленного получения.

Изучение механизма кислотного гидролиза хитина с целью увеличения выхода мономеров и научно обоснованного усовершенствования технологии их получения является актуальным.

Цель работы. Цель данной работы - совершенствование технологии получения ГлАхНС! на основании изучения кинетических закономерностей гидролиза хитина.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение влияния степени деацетилирования и молекулярной массы хитина/хитозана на степень кристалличности этих полисахаридов.

2. Изучение кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина.

3. Изучение влияния степени деацетилирования на скорость кислотной деструкции хитина и выход ГлАхНС1.

4. Исследование кинетических закономерностей кислотного гидролиза мономера хитина АцГлА.

5. Определение параметров технологических процессов усовершенствованной технологии получения ГлАхНСД.

6. Апробация технологии ГлАхНС1, разработка нормативной документации, расчет экономической эффективности усовершенствованной технологии.

Научная новизна. Впервые изучено влияние степени ионизации и нук-леофильности кислот на кинетику гидролиза хитина и его мономера АцГлА.

Предложены математическая модель и механизм кислотного гидролиза хитина.

Рассчитаны константы скоростей элементарных реакций гидролиза хитина и АцГлА.

Показано, что предварительное ацетилирование промышленного хитина приводит к увеличению выхода ГлАхНС1.

Практическая значимость. Усовершенствована технология получения ГлАхНС1 из хитина на основе изучения кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина, определены близкие к оптимальным параметры технологического процесса.

На основании испытаний на базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО "МГТУ", (г.Мурманск) разработана и утверждена технологическая инструкция по получению ГлАхНС1 из предварительно ацетилиро-ванного хитина и технические условия на В(+)-глгокозамина гидрохлорид (полуфабрикат), предназначенный для промышленной переработки и очистки в целях дальнейшего применения в химико-фармацевтической промышленности.

На базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО "МГТУ" выработана опытная партия ГлАхНО, произведенная в соответствии с усовершенствованной технологией. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенной технологии.

Подана заявка на патент № 2010121186/04 (030079), дата подачи заявки (приоритет): 25.05.2010. Получено решение о выдаче патента 15.08.2011.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованная технология получения ГлАхНО из хитина.

2. Результаты изучения влияния степени деацетилирования и молекулярной массы на степень кристалличности хитина/хитозана.

3. Результаты изучения влияния степени ионизации и нуклеофильно-сти кислот на кинетику гидролиза хитина.

4. Математическая модель и вероятный механизм процесса кислотного гидролиза хитина.

5. Результаты изучения кислотного гидролиза мономера хитина АцГлА.

6. Результаты изучения влияния предварительного ацетилирования промышленного хитина на выход ГлАхНС1.

7. Производственная апробация усовершенствованной технологии получения ГлАхНС1 из хитина с использованием закономерностей кислотного гидролиза хитина.

8. Технологическая инструкция на усовершенствованную технологию и ТУ на ГлАхНСЛ (полуфабрикат).

9. Ожидаемая экономическая эффективность усовершенствованной технологии.

Внедрение результатов исследований. На основании проведенных испытаний на базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО "МГТУ", (г.Мурманск) разработаны технологическая инструкция по получению ГлАхНС1 из хитина с использованием закономерностей кислотного гидролиза предварительно ацетилированного хитина и технические условия на 0(+)-глюкозамина гидрохлорид (полуфабрикат). Результаты исследований, полученных в диссертационной работе, внедрены и используются в учебном процессе для студентов направления 020100.62 "Химия" и направления 260100.62 "Технология продуктов питания", специальности 260302.62 "Технология рыбы и рыбных продуктов" и аспирантов, обучающихся по специальности 02.00.04 "Физическая химия".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных и инженерных работников МГТУ "Наука и образование" (г. Мурманск, 2008-2011г.), международной научно-практической конференции "Техника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья" МГТУ (г. Мурманск, 2008), 7-ой Международной научной конференции "Инновации в науке и образовании - 2009" КГТУ (г.Калининград), 10-ой международной конференции молодых ученых "Пищевые технологии и биотехнологии" на базе Казанского государственного технологического университета (г.Казань, 2009), школе молодых ученых "Научно-прикладные проблемы химической технологии минерального сырья и гидробионтов Кольского региона" МГТУ (г. Мурманск, 2009), 10-ой Международной конференции "Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана" (РосХит 2010г. Нижний Новгород.), 10-ой Международной конференции Европейского Хитинового Общества (ЕиСШБ 2011, г. Санкт-Петербург).

Экспериментальная часть работы выполнена в Мурманском государственном техническом университете в рамках научно-исследовательской работы по госбюджетной теме "Химический и электрохимический гидролиз гидробионтов различной природы" (ГР 01200603803) и государственного контракта № П744.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, подана заявка на патент

№ 2010121186/04 (030079), приоритет от 25.05.2010. Получено решение о выдаче патента 15.08.2011.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (168 наименований) и 4 приложения. Работа изложена на 157 страницах, содержит 19 таблиц, 36 рисунков.

Содержание работы

Введение. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель исследования, научная новизна, защищаемые положения. Показана практическая значимость результатов работы.

В первой главе "Обзор литературы" приведен анализ отечественной и зарубежной литературы по вопросам, связанным со способами переработки хитинсодержащего сырья, получением хитина, хитозана и их мономеров - АцГлА и ГлА, строением и закономерностями химического гидролиза хитина, хитозана и их мономеров.

Во второй главе "Объекты и методы исследования" определены объекты исследования, методы анализа, описание усовершенствованной технологии получения ГлАхНО, порядок статистической обработки экспериментальных данных.

В качестве объектов исследования были выбраны хитин, соответствующий ТУ 9228-001-04703997-93 и его мономеры - ГлАхНС1 и АцГлА. ГлАхНО получали по известной технологии с использованием хитина, соответствующего ТУ 9228-001-04703997-93 "Хитин из панциря крабов".

Анализ сырья и продуктов выполняли в лаборатории биохимии и технологии гидробионтов ПИНРО (г. Мурманск) по методикам, описанным в научной литературе и нормативных документах.

Степень деацетилирования (DD) хитина и хитозана определяли методами потенциометрического титрования и инфракрасной спектроскопии с исполь-зованием ИК-спектрофотометра IR-420 (Shimadzu, Япония).

Молекулярную массу (ММ) хитина и хитозана определяли вискози-метрическим методом и методом эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

ГлАхНО получали гидролизом в HCl предварительно ацетилирован-ного хитина. Соотношение масс ацетилированного хитина и HCl составляло 1:1,5, гидролиз проводили при температуре 82±4°С и постоянном перемешивании в течение 2 часов.

Количественное определение суммарного содержания восстанавливающих Сахаров и АцГлА определяли спектрофотометрически на спектрофотометре UV-3101PC (Shimadzu, Япония). Содержание ГлАхНС1 рассчитывали по разнице между общим количеством восстанавливающих Сахаров и содержанием АцГлА.

Изучение структурных свойств образцов хитина и хитозана проводили в ИХТРЭМС Кольского научного центра РАН на дифрактометре рентгеновском общего назначения ДРОН-2 (НПО "Буревестник") методом рент-

геновского фазового анализа. Идентификацию фаз проводили по данным таблицы YCPDS.

Определение технологических параметров процесса, близких к оптимальным, было проведено с использованием метода планирования эксперимента. Расчеты выполнены с помощью программы STATISTICA Ver.8.0 (StatSoft., Inc.).

В третьей главе "Результаты и их обсуждение" приведены результаты исследований и их обсуждение; усовершенствованная технология получения ГлАхНС1 из хитина с использованием закономерностей кислотного гидролиза хитина.

1. Влияние молекулярной массы и степени деацетилирования на степень кристалличности хитина/хитозана

С целью изучения влияния DD хитина на скорость, глубину кислотной деструкции и выхода ГлАхНС1 предварительно было изучено влияние DD и ММ хитина/хитозана на степень кристалличности (хкр) этих полисахаридов. Результаты изучения влияния ММ и DD хитина/хитозана на хкр исследованных образцов приведены в табл.1.

Таблица 1

Молекулярная масса, степень деацетилирования и степень кристалличности образцов хитина/хитозана

ММ, Да dd, % хко, %

10650 62 69,89

10650 88 66,08

10650 91 72,41

50270 70 66,78

50270 84 73,19

50270 91 68,33

510650 60 64,34

510650 88 65,69

510650 91 57,96

■ 400000 11 61

Из табл.1 следует, что ХкР исследованных образцов при уменьшении ММ незначительно увеличивается. Статистическая обработка экспериментальных данных показала достоверность увеличения степени кристалличности при уменьшении ММ образцов при доверительной вероятности 95 %.

Зависимость кристалличности исследованных образцов хитина/хитозана от ЭБ не была обнаружена (табл. 1).

Из литературных данных известно, что ХкР хитина практически не оказывает влияния на механизм реакции его щелочного деацетилирования, а особенность кинетической кривой объясняется сольватацией молекул хитина в водно-щелочной среде. По всей видимости, при изучении закономерностей кислотного гидролиза хитина, влияние степени кристаллично-

сти образцов хитина/хитозана на механизм деструкции и деполимеризации этих полисахаридов можно не учитывать.

2. Влияние степени ионизации и иуклеофильиости кислот на кинетику гидролиза хитина и ]Ч-ацетил-В-глюкозамина

2.1. Влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику деструкции хитина

Результаты изучения кинетики деструкции хитина под действием кислот различной силы при Сн=1,0 моль/дм3 приведены на рис.1. Для HCl, НС104 и Н3РО4 при Сн = 0,5 и 2,0 моль/дм3 получены аналогичные результаты.

t, мин

Рис.1. Кинетические кривые деструкции хитина в растворах НС1(1), Н2804(2), НС104(3), Н3Р04(4) и СН3СООН(5) с Сн =1 моль/дм3 при 50°С.

ММ - молекулярная масса (кДа), I - время (мин).

Из рисунка 1 следует, что скорость гидролиза гликозидной связи в условиях эксперимента зависит от природы кислоты. Так, в слабой уксусной кислоте (константа диссоциации Кд = 1,8 х 10~5) и фосфорной кислоте (константа диссоциации по первой ступени Кд = 7,5 х 10~3) скорость деструкции наименьшая (рис.1, кривые 5 и 4). В присутствии сильных кислот (НС104, НС1 и Н2804) начальная скорость гидролиза хитина значительно выше, чем в СН3СООН и Н3РО4 (рис.1, кривые 1-3).

Анализ кинетических кривых гидролиза показал, что процесс деструкции хитина в кислой среде не может быть описан реакцией гидролиза гликозидных связей полисахарида, а значит и простым кинетическим уравнением первого (псевдопервого) порядка.

В соответствии с предполагаемым нами механизмом этот процесс может быть описан несколькими параллельными элементарными реакциями первого (псевдопервого) порядка:

- реакция гидролиза гликозидных связей у ацетилированного звена (А-звено, константа скорости реакции к\)\

- реакция гидролиза гликозидных связей у деацетилированного звена (Б-звено, константа скорости реакции к2);

- реакция деацетилирования (константа скорости реакции А-3).

Для расчета констант скоростей этих реакций было выполнено математическое моделирование механизма гидролиза.

Представим молекулу хитина состоящей из Д, ацетилированных и А^ деацетилированных звеньев. Пусть количество связей у первого углеродного атома (С1) ацетилированного звена (А-звена) равно па, количество таких же связей у деацетилированного звена (Б-звена) - щ, количество разорванных связей у ацетилированного и деацетилированного звеньев обозначим соответственно как Ьа и

Тогда механизм деструкции можно описать следующей системой уравнений:

■л,-*»-»!,, (1)

Если при деацетилировании изменится количество ацетилированных (деацетилированных) звеньев, то также изменится количество гликозидных связей у С1 атома.

Общее количество связей в молекуле равно

п = па + п4, (2)

общее количество звеньев в молекуле

Ы=Иа + ^=па + п<1+\. (3)

В последнем равенстве одно звено на "правом" восстанавливающем конце молекулы является неопределенным (ацетилированное - А или де-ацетилированное - Б).

Степень деацетилирования молекулы полисахарида:

а = Ъ1фа + Щ~па1(пй + пл), (4)

где приближенное равенство определяется наличием именно того единственного "правого" неопределенного звена (А или Б). При больших значениях ММ количество звеньев так же большое, поэтому приблизительно количество связей будет равно количеству звеньев.

Средняя молекулярная масса звена хитина/хитозана:

т = тлу.(1 + та-х.{\-<1), (5)

где та - ММ ацетилированного звена (203 а.е.м.), /«¿-ММ деацетилированного звена(161 а.е.м.).

Среднюю ММ звена можно приравнять к массе неопределенного "правого" звена.

ММ хитина/хитозана в момент времени t будет равна:

MM(t) = тах Na + mdx Nd = тах па + mdx nd + т. (6)

Исходя из этих представлений, система дифференциальных уравнений процесса деструкции будет иметь вид:

dna (t)/dt = + к2)хпа (t),

■ dnJ(f)/dt = kixna(f)-k2xnM (7)

dL{t)/dt = k1x na (t) + k2 x nd (i). Здесь L(t) = La{t) + £/<)•

Начальные условия гидролиза определяли с учетом того факта, что хитин не является полностью ацетилированным полисахаридом и имеет некоторую начальную степень деацетилирования d0. С учетом этого получим:

do ~ пм / (и„о + пм), (8)

Щ = та х (1 -d0) + mix d0, (9)

nm = naQ х d0/ (l-d0), (10)

тогда начальная MM будет равна:

ММ0 = та х n„o + md х nd0 + ти0, (11)

ММ0 = тахпа0 + mdxna0xd0/(l-d0) + та- maxd0 + mdxd0. (12)

Преобразуем выражение и выразим па0:

Пао = (l-do)x[MMo/(ma - maxd0 + mdxd0) - 1]. (13)

Решение системы уравнений с учетом начальных условий гидролиза с помощью программы Maple 13 (Waterloo Maple Inc.) дает для na(t) и nd(t) следующие выражения:

».(0 = (1 -4,)f202-42 d0 "О^И*.+ ^й (14)

/л (Aaf„-203 + 42-rf0Xfe + kld0-k2d0)exp(-k2t)-k1(l-dl,)exp{-(ki+k,)t)) A)~~ fe + Ai-a- 203 + 42-rfo) _ (15>

где 42 - разность молекулярных масс ацетилированного и деацетилированного мономерных звеньев (203 - 161 = 42 а.е.м.).

Поскольку экспериментально определяли средневязкостную ММ после стандартного деацетилирования образцов хитина, (эта ММ близка к сред-немассовой ММ), то при математическом моделировании процесса гидролиза необходимо учесть уменьшение ММ образцов, вызванное потерей ацетильных групп полисахаридом после реакции стандартного деацетилирования (в 50 %-ной NaOH, при температуре 100 °С в течение 60 минут).

Если после деструкции ММ равна MM(t), то после стандартного деацетилирования образца ММ будет равна MMs{t).

Экспериментальные данные по стандартному деацетилированию хитина были получены ранее (Новиков В. Ю), из которых выведена эмпири-

ческая зависимость между начальной DD полисахарида и DD в момент времени V.

(16)

9

где d,{t) - DD в момент времени t, dlQ - начальная DD,

dUm - предельная DD, которую можно принять за 1. При /=60 мин и температуре деацетилирования 100 °С, Д/)=0,6813. С учетом этих данных, после преобразования выражения (16) получим: ¿, (60) =0,6813 -0,3187x^,0. Тогда DD хитина после стандартного деацетилирования:

dstf) = 0.6813 + 0.3187xd(*)> О7)

ММ будет определяться по выражению:

ma-(ma-md)xd(t)

ММ П 203 ~ 42 х 6813 + 0- 3187 х d{t)) V' 203 - 42 х d(t)

Начальную ММ хитина при dQ, полученную в эксперименте с учетом реакции деацетилирования обозначим как MMsa . Тогда начальная ММ исходного хитина будет равна:

203 - 42 х й?0

ММ° = 203 -42х (0.6813+ 0.3187 xd0) (19)

С учетом вышеприведенных расчетов, допущений и подстановок было получено аналитическое уравнение для расчета MM(t). Предложенная модель была оптимизирована методом наименьших квадратов с использованием пакета "Optimization" программы Maple 13 (Waterloo Maple Inc.). Для расчета использовали экспериментальные значения MM(t) для изученных кислот при

Сн = 0,5, 1,0 и 2,0 моль/дм3. Полученные в результате оптимизации константы скоростей реакций (ки к2 и кг) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Константы скоростей реакций деструкции и деацетилирования хитина (к) при различной молярной концентрации эквивалента кислот (Сн). Начальная степень деацетилирования хитина d0 = 0,29

Ax 103, мин"1 Кислота, значение рКа

CHjCOOH, 4,7 Н3Р04, 2,12 H2SO4, -5,6 НС1, -6,7 НСЮ4, -8,95

Сн = 0,5 моль/дм3

h 32,96 27,18 87,00

кг 0,33 0,76 0,79

къ 127,33 60,09 82,28

Окончание табл. 2

ыо5, мин-1 Кислота, значение рК„

СН3СООН, 4,7 Н3Р04, 2,12 H2S04, -5,6 НС1, -6,7 НСЮ4, -8,95

Сн = 1,0 моль/дм3

к, 16,35 35,00 82,9 71,9 140,00

кг 0,31 0,61 2,05 0,61 4,80

h 86,1 140,00 16,0 13,76 38,05

Сн = 2,0 моль/дм3

ki 40,53 129,96 199,62

кг 0,77 2,14 1,14

кт. 131,85 72,84 57,75

Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что константа скоростей реакций гидролиза гликозидных связей у ацетилированных звеньев {к\) на порядок больше, чем у деацетилированных (к2) для всех изученных кислот при всех концентрациях. Одновременно с реакцией деструкции с большой скоростью протекает реакция деацетилирования (к3).

На рис. 2 приведена зависимость констант скоростей реакций деструкции и деацетилирования от рКа изученных кислот при Сн = 1,0 моль/дм3. Аналогичные зависимости получены при концентрации кислот Сн = 0,5 и 2,0 моль/дм3. С увеличением степени ионизации кислот константы к\ и к2 возрастают. Наблюдается увеличение констант скорости гидролиза обеих гликозидных связей в ряду кислот: СН3СООН < Н3Р04 < НС1 < Н2804 < НС104. Эта зависимость согласуется с общим представлением о степени ионизации кислот и подтверждает протекание реакции гидролиза гликозидных связей по механизму 5^1.

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

рК.

Рис. 2. Зависимость констант скоростей реакций деструкции хитина отрКг кислот, fci(l) и fe(2). Сн = 1,0 моль/дм3. к-константа скорости реакции (мин"'),^а - константа кислотной диссоциации.

Для константы реакции деацетилирования к2 нет однозначной зависимости от степени ионизации кислот.

Известно, что скорость реакций, протекающих по механизму SN1 не зависит от природы нуклеофила, так как он не принимает участия в лимитирующей стадии. На основе анализа зависимости нуклеофильности кислотных остатков от степени ионизации кислот, относительной электроотрицательности центрального атома, размеров аниона и сольватации, изученные анионы кислот можно расположить по уменьшению их нуклеофильности в следующий ряд: P04'3>CH3C00>S04 '2~СГ~С104".

Рассчитанные константы кi и к2 (табл.2, рис.2) не коррелируют с нук-леофильностью анионов изученных кислот. Напротив, константа скорости деацетилирования (к}) находится в соответствии с нуклеофильностью анионов кислот. При концентрации кислот Сн = 1,0 моль/дм3 максимальные значения к$ наблюдаются при гидролизе в фосфорной кислоте (сильный нуклеофил, кг = 140 х 10~3 мин"1) и уксусной (сильный нуклеофил, кг = 86 х 10"3 мин"1). В хлороводородной, хлорной и серной кислотах (слабые нук-леофилы) кз значительно ниже (табл. 2).

Полученные данные согласуются с представлениями о протекании гидролиза гликозидных связей по механизму SN1, ацетамидных - по механизму Sn2, в котором скорость реакции возрастает с увеличением нуклеофильности атакующего агента.

2.2. Влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику гидролиза ^ацетил-й-глюкозамипа

Одним из основных направлений использования хитина является гидролиз его до мономеров. Полную деполимеризацию хитина обычно проводят в кислой среде под действием HCl при нагревании. В этих условиях расщепляются гликозидные связи в полисахариде с образованием мономеров- ГлА и АцГлА. Чаще всего в процессе кислотного гидролиза получают мономеры в виде солей соответствующих кислот, в присутствии которых проводится гидролиз.

Гидролиз АцГлА проводили в HCl и HCIO4 с концентрациями Сн от 1 до 12,2 моль/дм3 при температуре 80°С. Для Н3Р04 гидролиз проводи при концентрациях Сн от 1 до 22 моль/дм3 при Т = 80°С. Пример кинетических кривых гидролиза АцГлА в растворах HCl, НСЮ4, Н3РО4 при эквивалентной концентрации кислот Сн = 6 моль/дм3 и Т = 80°С представлен на рис.3. Для других изученных концентраций кислот получены аналогичные закономерности.

о 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

t, мин

Рис. 3. Кинетические кривые гидролиза АцГлА в НС1(1), НС1С>4(2), HjP04(3) при эквивалентной концентрации кислот 6 моль/ дм3.

Константы скорости реакции деацетилирования АцГлА в различных кислотах были рассчитаны с помощью уравнения для описания реакции первого (псевдопервого) порядка: кА= \/t In (Со/С).

Гидролиз ацетамидных связей в АцГлА можно отнести к реакциям специфического кислотного катализа. Гидролиз начинается с протонирования атома кислорода карбонильной группы с образованием карбокатиона, который затем нуклеофильно атакуется молекулами воды. При этом образуется оксониевая структура, которая, претерпевая ряд превращений, распадается с образованием конечных продуктов гидролиза - уксусной кислоты и соли ГлА. При протонировании ацетамидной группы по атому кислорода образуется карбокатион, в котором положительный заряд делокализован, что является энергетически выгодным процессом.

Константа скорости реакции гидролиза АцГлА, рассчитанная в соответствии с этим механизмом, зависит от концентрации ионов водорода и гид-ролизующего агента-воды.

На рис. 4 показана зависимость константы скорости реакции деацетилирования АцГлА от концентрации кислот HCl, НСЮ4, Н3Р04.

0,06

Л

в

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

О

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13

Сн (кислоты), моль/дм3

Рис.4. Зависимость константы скорости реакции деацетилирования АцГлА от концентрации НС1(1), НСЮ4 (2) и Н3Р04(3) при Т = 80°С.

Из рис. 4 следует, что скорость реакции гидролиза АцГлА зависит от природы изученных кислот и определяется степенью ионизации кислоты. Зависимость скорости реакции гидролиза АцГлА от концентрации кислот носит экстремальный характер с максимумами при концентрации 7,8 моль/дм для НС1 и 6 моль/дм3 для НСЮ4. Максимальные скорости реакции гидролиза ацетамидной связи в НС1 и в НСЮ4 при 80°С практически одинаковы. При дальнейшем увеличении концентрации этих кислот значения кА уменьшаются вследствие уменьшения концентрации воды как основного гидро-лизующего агента. Резкое уменьшение скорости гидролиза после достижения максимальных значений кА в случае НС104 можно так же объяснить тем, что она, являясь сильным окислителем, расходуется на процесс окисления моносахаридов.

Для Н3Р04 увеличение скорости реакции гидролиза происходит при молярной концентрации эквивалента кислоты 20-22 моль/дм3.

2.3. Влияние степени деацетилирования на скорость кислотной деструкции и выход Б-глюкозамина

С целью повышения выхода ГлАхНС1 было изучено влияние степени деацетилирования хитина на скорость и глубину кислотной деструкции этого полисахарида.

В литературе обсуждается, что гликозидные связи у второго углеродного атома деацетилированного мономерного звена частично деацетилиро-ванного хитина (или хитозана) подвергаются кислотной деструкции с мень-

шей скоростью, чем такие же связи у ацетилированного звена. Следует отметить, что количественная характеристика этих процессов в рамках химической кинетики в литературе не обсуждается.

Исходя из механизма деструкции, описанного системой уравнений (1) и (7), и рассчитанных на основе модели констант скоростей элементарных реакций деструкции и деацетилирования хитина (раздел 2.1. табл.2), построены кинетические кривые деструкции хитина и хитозана с различной начальной ББ. В качестве примера на рис.5 приведены кинетические кривые деструкции хитина в хлороводородной кислоте с концентрацией 1,0 моль/дм3 (для концентраций кислоты 0,5 моль/дм3 и 2,0 моль/дм получены аналогичные зависимости). Из данных, приведенных на рис.5, следует, что деацетилирование хитина в процессе кислотного гидролиза ведет к заметному уменьшению скорости деструкции. Как показывают расчеты, даже при степени деацетилирования 10 % после гидролиза остаются фрагменты олигосахаридов с молекулярной массой около 50 кДа.

Рис. 5. Кинетические кривые деструкции хитина в НС1 с Сц=1,0 моль/дм3 при 50"С, рассчитанные с помощью математической модели. РО0 хитина: 0(1), 10(2), 50(3), 70(4), 90(5) и 100%(6). Кривая 7 описывает деструкцию хитина без учета реакции деацетилирования. ММ - молекулярная масса (кДа), I - время (мин)

Известные технологии получения ГлАхНС1 заключаются в полной кислотной деполимеризации хитина, выделении полученного продукта из гид-ролизата и его очистки

В качестве сырья обычно используется хитин, полученный по технологии, включающей депротеинизацию горячим раствором щелочи и раствором минеральной кислоты при комнатной температуре. Хитин полученный таким способом имеет исходную БЭ около 15 %. Это объясняется тем, что

в процессе получения хитина как при щелочной обработке, так и при кислотной, происходит гидролиз ацетамидных связей, вызывающий повышение степени деацетилирования полисахарида. В зависимости от свойств хитинсодержащего сырья и режимов технологической обработки, степень деацетилирования промышленных образцов хитина может достигать 30 %.

Для увеличения выхода ГлАхНСЛ можно предложить два способа: 1-подавить реакцию деацетилирования; 2-увеличить начальную степень ацетил ирования хитина.

Первый способ практически невозможен в кислой среде, поскольку ацетамидные связи легко гидролизуются в присутствии протонов (кислотный катализ).

Поэтому для увеличения выхода ГлАхНСЛ было проведено предварительное ацетилирование хитина перед его кислотной деструкцией. После ацетилирования степень деацетилирования исследованных образцов хитина составила 1-3 %.

Кинетические кривые образования ГлАхНСЛ при кислотном гидролизе исходного и предварительно ацетилированного хитина приведены на рис. 6.

100 90 80

2? 70

1 60

§ 50

х

п 40

I

о 30 20 10 0

0 30 60 , 90 120 150

1, мин

Рис. 6. Кинетические кривые образования ГлАхНСЛ при кислотном гидролизе исходного (1) и ацетилированного хитина (2). Сн(НС1) = 11,7 моль/дм3, температура 90±2°С. в - выход 0(+)-глюкозамина гидрохлорида (%), I - время (мин)

Полученные кинетические кривые подтвердили предположение о том, что для практически полностью ацетилированного хитина увеличиваются скорость его кислотного гидролиза, скорость образования и выход мономера.

Выход ГлАхНС1, полученного из исходного и предварительно ацети-лированного хитина, соответственно, составил 69,0 и 81,0%. Таким образом, ацетилирование можно использовать для предварительной подготовки хитина перед кислотным гидролизом. Это особенно важно в том случае, если используется хитин различного происхождения, который может содержать партии полисахарида с различной исходной DD.

В четвертой главе "Совершенствование технологии получения D(+)-глкжозамина гидрохлорида" определены близкие к оптимальным технологические параметры процесса, приведена усовершенствованная технология получения ГлАхНО из предварительно ацетилированного хитина, рассчитан экономический эффект.

Определение технологических параметров процесса, близких к оптимальным, было проведено с использованием метода планирования эксперимента. В качестве функции отклика V был выбран выход глюкозамина, в качестве влияющих факторов: концентрация кислоты и DD хитина. Математическая модель, описывающая процесс гидролиза ГлАхНС1, была получена с помощью компьютерной программы STATISTICA Ver.8.0 (StatSoft., Inc.), позволяющей получить уравнение регрессии, связывающее функцию отклика с выбранным количеством влияющих факторов.

Поверхность функции отклика приведена на рис.7. Анализ поверхности функции отклика показал, что оптимальное значение DD - менее 3%, концентрации НС1 - 28-29%.

В результате расчетов получено следующее уравнение регрессии:

V = 11,85 - 1,89xDD - 0,37xDD2 + 5,29хС - 0,09хС2

Рис. 7. Поверхность функции отклика V - выход ГлАхНС! на концентрацию кислоты и степень деацетилирования хитина.

Усовершенствованная технология получения ГлАхНСД из предварительно ацетилированного хитина заключается в следующем. В реактор загружали 20% раствор ацетилирующего агента в этаноле. Раствор охлаждали до температуры 4+ГС, затем в раствор загружали при перемешивании исходный хитин, соответствующий ТУ 9228-001-04703997-93 "Хитин из панциря крабов". Соотношение масс хитина и ацетилирующего агента 1:10. Смесь тщательно перемешивали в течение 2-3 часов и оставляли при температуре 4+ГС в течение 24 часов при периодическом перемешивании.

По окончании процесса ацетилирования в реакционную смесь добавляли дистиллированную воду (соотношение масс хитина и воды 1:20) и нейтрализовали раствор 4 %-ным раствором гидроксида натрия до рН реакционной среды 7±0,5. Смесь фильтровали на закрытом нутч-фильтре через 2-3 слоя фильтровальной бумаги. Далее ацетилированный хитин обрабатывали в соответствии с технологической схемой, приведенной на рис.8.

В табл.3 приведена характеристика ГлАхНС1 на соответствие требованиям ТУ 6-09-05-936-78 (Б(+)-глюкозамина гидрохлорид квалификации "чистый").

Для характеристики ГлАхНС1 в качестве стандарта использовали препарат по ТУ 6-09-05-936-78 (Б(+)-глюкозамин гидрохлорид квалификации "чистый") и препарат, полученный по фармокопейной статье ВФС 423512-99.

Таблица 3

Физико-химические показатели Э (+)-глюкозамина гидрохлорида

Наименование показателя (характеристика) Требование ТУ ГлАхНС1, полученный из предварительно ацетилированного хитина

Внешний вид Порошок кристаллический, однородный, без плотных комков Порошок кристаллический, однородный, без плотных комков

Цвет белый белый

Массовая доля воды, % не более: 0,5 0,5

Массовая доля сульфатной золы, % не более 0,5 менее 0,1

Массовая доля основного вещества, % не менее 99,0 не менее 99,0

Экономический эффект был рассчитан по ценам на 2011 год и составил 90 тыс.руб. в год.

Прием к хранение сырья _до обработки_

20 % раствор ацетилирующего агента в этиловом спирте А цетилированиехитина

4.

Дистиллированная вода Нейтрализация - 4 % раствор гидроксида натрия

;

Отделение ацетилированного хитина Фильтрат (продукты реакции ацетилирования в спиртовом растворе)

4-

Дистиллированная вода Промывка ацетилированного хитина Фильтрат (продукты реакции ацетилирования в водно-спиртовом растворе)

Сушка

соляная кислота

Гидролиз ацетилированного хитина

Кристаллизация Р(+)~глюкозамина гидрохлорида

Этиловый спирт

I Вода

дистиллированная

Этиловый спирт

Отделение осадка 0(+)-глюкозамина гидрохлорида -> Фильтрат (раствор продуктов гидролиза в соляном кислоте)

4-

Промывка и отделение осадка 0(+)>глюкозамина гидрохлорида -> Фильтрат (спиртовой раствор)

1

! Растворение осадка в воде

1

Осветление раствора Р(+)-глюкозамина гндрохлорнда Осадок

4

Упаривание фильтрата (раствор 0(+)-глижозалшна гидрохлорида)

4

Кристаллизация 0(+)-глюкозамина гидрохлорида

1

Отделение осадка П(+)-глюкозамина гидрохлорида Фильтрат (концентрированный водный раствор В(+)-глк>козамина гидрохлорида)

Промывка осадка В(+)-глюкозамина гидрохлорида

4

Отделение осадка 0(+)-глюкозамина гидрохлорида -> Фильтрат (спиртовой раствор 0(+)-глнжозамина гндрохлорнда)

Промытый Р(+)-глюкозамина

I

гидрохлорид

Сушка

Подготовка тары, упаковки и этикеток

Расфасовывание, упаковывание, _маркирование.

Хранение

Рис.8. Технологическая схема получения ГлАхНС!

ВЫВОДЫ

1. Впервые изучено влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику деструкции хитина. Показано, что с увеличением степени ионизации кислот, константы скоростей реакций гидролиза гликозидных связей возрастают: наблюдается увеличение констант скорости гидролиза обеих гликозидных связей в ряду кислот: СН3СООН < Н3Р04 < НС1 < Н2804 < НСЮ4. Константа скорости деацетилирования находится в соответствии с нуклео-фильностью анионов кислот.

2. На основании разработанной математической модели механизма кислотной деструкции хитина, впервые рассчитаны константы скоростей элементарных реакций, которые подтверждают, что гидролиз гликозидных связей протекает по механизму 5м1, ацетамидных - по механизму 5К2. С помощью рассчитанных констант построены кинетические кривые деструкции хитина, анализ которых показал, что деацетилирование хитина в процессе кислотного гидролиза ведет к снижению скорости деструкции.

3. Показано, что предварительное ацетилирование хитина до 96-97 % увеличивает скорость его кислотного гидролиза, скорость образования и выход мономера ГлАхНС1 на 10-12%. Экспериментально подтверждено, что скорость деструкции и полной деполимеризации хитина и хитозана возрастает с уменьшением степени деацетилирования.

4. Рассчитаны эффективные константы скорости реакции гидролиза АцГлА в хлороводородной, хлорной и фосфорной кислотах. Показано, что зависимость скорости реакции гидролиза АцГлА от концентрации кислот носит экстремальный характер. Максимальные скорости реакции гидролиза ацетамидной связи в НС1 и в НС104 при 80°С практически одинаковы.

5. Показано, что степень деацетилирования исследованных образцов хи-тина/хитозана практически не оказывает влияния на степень кристалличности этих полисахаридов. При уменьшении ММ хитина/хитозана в процессе кислотного гидролиза степень кристалличности незначительно увеличивается.

6. Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс гидролиза предварительно ацетилированного хитина. Определены близкие к оптимальным условия производства ГлАхНО из предварительно ацетилированного хитина.

7. Разработана технологическая инструкция для получения ГлАхНС1 из предварительно ацетилированного хитина и технические условия на 0(+)-глюкозамин гидрохлорид (полуфабрикат), предназначенный для промышленной переработки и очистки в целях дальнейшего применения в химико-фармацевтической промышленности.

8. Рассчитан ожидаемый экономический эффект усовершенствованной технологии.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Долгопятова, Н. В. Влияние кислот различной природы на деполимеризацию макромолекул хитина и хитозана / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, Н. М. Путинцев //Рыб. хоз-во.-2009. -№4. _с. 118-120.

2. Деструкция хитина и хитозана при химическом гидролизе / В. Ю. Новиков, Н. В. Долгопятова, Е. Н. Рипачева, И. Н. Коновалова, Н. М. Путинцев // РЫБПРОМ. - 2010. - № 2. - С. 53-57.

3. Влияние природы нуклеофилов на гидролиз гликозидных связей в крабовом хитине / Н. В. Долгопятова, Е. Н. Рипачева, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2010. - Т. 53, №8.-С. 88-91.

4. Кислотная деструкция и деполимеризация хитина / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова, Н. М. Путинцев // Рыб. хоз-во. -2011.-№2.-С. 107-109.

5. Влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику деструкции хитина / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова, Н. М. Путинцев // Журн. приклад, химии. - 2011. - Т. 84, № 6. - С. 1004-1009.

Статьи в журналах и материалы конференций:

1. Долгопятова, Н. В. Применение метода ИК-спектроскопии для определения степени деацетилирования хитозана / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, Н. М. Путинцев // Наука и образование - 2008 [Электронный ресурс]: междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 2-10 апреля 2008 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. - Электрон, текст, дан. (20 Мб). - Мурманск : МГТУ, 2008. -С. 285-289. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - НТЦ "Информрегистр" 0320800238 от21.01.08 г.

2. Долгопятова, Н. В. Совершенствование определения степени деацетилирования хитозана методом инфракрасной спектрофотометрии / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, Н. М. Путинцев // Техника и технология переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья, посвящ. памяти проф. Н. Н. Рулева : Материалы Междунар. науч.-прак. конф., Мурманск, 24-25 апреля 2008 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. - Мурманск, 2008. - С. 59-62.

3. Химический гидролиз крабового хитина / Е. Н. Рипачева, Н. В, Долгопятова, В. Ю. Новиков, Н. В. Степанова, Н. М. Путинцев // Пищевые технологии и биотехнологии : Материалы 10-й междунар. конф. молодых ученых, Казань, 12-15 мая 2009 г. / Казан, гос. технолог, ун-т. - Казань, 2009. - С. 93.

4. Долгопятова, Н. В. Кислотная деполимеризация хитина / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, Н. М. Путинцев // Инновации в науке и образовании - 2009 : Труды 7-ой междунар. науч. конф., Калининград, 20-22 октября 2009 г. / КГТУ. - Калининград, 2009. - С. 243-244.

5. Порцель, М. Н. Кинетика химического гидролиза полисахаридов, полученных из гидробионтов / М. Н. Порцель, Н. В. Долгопятова // Научно-прикладные проблемы химической технологии минерального сырья и гидробионтов Кольского региона : материалы докл. Школы молодых ученых, Мурманск, 27 октября 2009 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. - Мурманск, 2009. -С.. 61-66.

6. Долгопятова, Н. В. Расщепление гликозидных связей хитина в кислой среде / Н. В. Долгопятова // Наука и образование - 2010 [Электронный ресурс] : юбилейн. междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 60-летию МГТУ, Мурманск, 5-9 апреля 2010 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. - Электрон, текст, дан. (181 Мб). - Мурманск : МГТУ, 2010. - С. 486-488. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Гос. per. НТЦ "Информрегистр" № 0321000362.

7. Исследование механизма кислотного гидролиза хитина/хитозана / В. Ю. Новиков, Н. В. Долгопятова, И. Н. Коновалова, Н. М. Путинцев // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана (РосХит 2010) : Материалы 10-й Междунар. конф., Нижний Новгород, 29 июня - 2 июля 2010 г. / ННГУ. - Нижний Новгород, 2010. - С. 50-53.

8. Гидролиз N-ацетилглюкозамина в кислотах различной природы / Н. В. Долгопятова, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова, Н. М. Путинцев // Наука и образование - 2011 [Электронный ресурс] : материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 4-8 апреля 2011 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. -Электрон, текст, дан. (43 Мб). - Мурманск, 2011. - С. 341. - Гос. per. НТЦ "Информрегистр" № 0321100504.

9. Dolgopyatova, N. V. The study of laws of N-acetyl-D-glucosamine acid hydrolysis / N. V. Dolgopyatova, Y. Yu. Novikov, N. M. Putintsev // Advances in Chitin Science. Vol. XI: Proceedings of the 10-th Int. Conf. of the European Chitin Society (EUCHIS'll), Saint-Petersburg, Russia, May 20-24 2011 / Ed. by V. Varlamov, S. Bratskaya, I. Yakovleva, S. Senel. - Saint-Petersburg, 2011. -P. 67-70.

Автор благодарит сотрудников лаборатории биохимии и технологии Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (г.Мурманск) и лаборатории физико-химических методов анализа Института химии и технологии редкоземельных элементов (ИХТРЭМС) Кольского научного центра РАН за помощь в проведении физико-химических анализов.

Издательство МГТУ. 183010 Мурманск, Спортивная, 13. Сдано в набор 19.09.2011. Подписано в печать 23.09.2011. Формат 60х841Л6. Бум. типографская. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,05. Заказ 333. Тираж 100 экз.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Хитинсодержащее сырье.!.

1.2. Технологии переработки хитинсодержащего сырья.

1.2.1. Получение хитина и хитозана.

1.2.2. Получение мономеров хитина и хитозана — И-ацетил-О-глю-козамина и О-глюкозамина.

1.3. Строение хитина и хитозана.

1.4. Закономерности химического гидролиза хитина и хитозана.

1.5. Химический гидролиз мономеров хитина и хитозана.

1.6 Выводы. Постановка задачи исследований.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Характеристика объектов исследования.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Анализ хитинсодержащего сырья на содержание примесей.

2.2.2. Получение Б(+)-глюкозамина гидрохлорида.

2.2.3. Ацетилирование хитина и О-глюкозамина.

2.2.4. Карбоксиметилирование хитина.

2.2.5. Определение молекулярной массы полисахаридов.

2.2.5.1. Определение молекулярной массы хитозана вискозиметрическим методом.

2.2.5.2. Определение молекулярной массы карбоксиметильных производных хитина методом ВЭЖХ.

2.2.6. Количественное определение суммарного содержания восстанавливающих Сахаров.

2.2.7. Количественное определение №ацетил-0-глюкозамина.

2.2.8. Определение степени деацетилирования хитина и хитозана.

2.2.8.1. Метод потенциометрического титрования.

2.2.8.2. Метод инфракрасной спектроскопии.

2.2.9. Определение степени кристалличности хитина и хитозана.

2.2.10. Математическая обработка процесса получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида кислотным гидролизом хитина.

Глава 3. Результаты и их обсуждение.

3.1. Изучение кислотной деструкции и деполимеризации хитина.

3.1.1. Изучение взаимных связей степени деацетилирования, молекулярной массы и степени кристалличности хитина/хитозана.

3.1.2. Влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику деструкции хитина.

3.2. Влияние силы кислот на гидролиз мономера хитина 1\Г-ацетил-0-глкжозамина.

3.2.1. Обсуждение количественных закономерностей кислотного деацетилирования хитина и Ы-ацетил-О-глюкозамина.

3.3. Влияние степени деацетилирования на скорость кислотной деструкции хитина и хитозана и выход Э(+)-глюкозамина гидрохлорида.

Глава 4. Совершенствование технологии получения

0(+)-глюкозамина гидрохлорида.

4.1. Обоснование рационального режима технологии получения В(+)-глюкозамина гидрохлорида.

4.2. Технология получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида и его характеристика.

4.3. Расчет экономической эффективности разработанной технологии получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида.

Выводы.

Актуальность темы

Значительно возросший в последние годы интерес к полимерам природного происхождения - хитину и хитозану, их олигомерам и мономерам, обусловлен уникальным комплексом физико-химических свойств этих веществ, а так же присущим им широким спектром биологической активности (бактерицидной, противовирусной и др.)- В России источником хитинсодержащего сырья являются промысловые крабы на Дальнем Востоке, северная креветка и акклиматизированный в Баренцевом море камчатский краб. Значительный вклад в исследования в области изучения хитина и хитозана из панциря ракообразных внесли ученые: Албулов А.И., Вихорева Г.А. Сафронова Т.М., Новиков В.Ю., Рогожин C.B., Гамзазаде А.И., Варламов В.П., Феофилова Е. П., Маслова Г.В., Нудьга J1.A., Плиско Е.А., Немцев C.B. и др. Хитин является одним из основных источников промышленного получения ценного для медицинских целей вещества - 0(+)-глкжозамина гидрохлорида. Многие лекарственные препараты и биологически активные добавки содержат в своем составе этот моносахарид в качестве основы. До недавнего времени в России единственным лицензированным производителем субстанции 0(+)-глюкозамина гидрохлорида была фирма ООО «НТЦ Экобиотек-Мурманск». В настоящее время Б(+)-глюкозамина гидрохлорид на этой фирме не выпускают из-за нерентабельности его производства. Практически весь Б(+)-глюкозамина гидрохлорид, содержащийся в лекарственных препаратах, закупается в странах Юго-Восточной Азии. Цена его низкая, качество препарата невысокое. В Мурманске продолжаются исследования, направленные на дальнейшее совершенствование технологии получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида для медицинских целей и поиск возможности возобновления его промышленного производства.

Химический кислотный гидролиз хитина является одним из основных

Методов получения хитоолигосахаридов и мономеров: О-глюкозамина и Ы-ацетил-0(+)-гл10К0замина. При гидролизе хитина в разбавленных растворах кислот расщепление гликозидных и ацетамидных связей почти равновероятно, что приводит наряду с деструкцией макромолекул полисахаридов к деацетилированию.

При полном гидролизе хитина в концентрированной хлороводородной кислоте образуется деацетилированный мономер В(+)-глюкозамина гидрохлорид, что обычно используют для его промышленного получения. В литературе обсуждается, что при увеличении степени деацетилирования хитина и хитозана скорость гидролиза гликозидных связей в процессе кислотного гидролиза снижается.

Изучение механизма кислотного гидролиза хитина с целью увеличения-выхода мономеров и научно обоснованного усовершенствования технологии их получения является актуальным.

Цель работы

Цель данной работы — совершенствование технологии получения ГлАхНСІ на основании изучения кинетических закономерностей гидролиза хитина.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение влияния степени деацетилирования и молекулярной массы хитина/хитозана на степень кристалличности этих полисахаридов.

2. Изучение кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина.

3. Изучение влияния степени деацетилирования на скорость кислотной деструкции хитина и выход 0(+)-глюкозамина гидрохлорида.

4. Исследование кинетических закономерностей кислотного гидролиза мономера хитина 1Ч-ацетил-0(+)-глюкозамина.

5. Определение параметров технологических процессов усовершенствованной технологии получения Б(+)-глюкозамина гидрохлорида.

6. Апробация технологии 0(+)-глюкозамина гидрохлорида, разработка нормативной документации, расчет экономической эффективности усовершенствованной технологии.

Научная новизна

Впервые изучено влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику гидролиза хитина и его мономера М-ацетил-0(+)-глюкозамина.

Предложены математическая модель и механизм кислотного гидролиза хитина.

Рассчитаны константы скоростей элементарных реакций гидролиза хитина и М-ацетил-0(+)-глкжозамина.

Показано, что предварительное ацетилирование промышленного хитина приводит к увеличению выхода Б(+)-глюкозамина гидрохлорида.

Практическая значимость

Усовершенствована технология получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида из хитина на основе изучения кинетических закономерностей кислотного гидролиза хитина, определены близкие к оптимальным параметры технологического процесса.

На основании испытаний на базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО «МГТУ», (г.Мурманск) разработана и утверждена технологическая инструкция по получению 0(+)-глкжозамина гидрохлорида из предварительно ацетилированного хитина и технические условия на Б(+)-глюкозамина гидрохлорид (полуфабрикат), предназначенный для промышленной переработки и очистки в целях дальнейшего применения в химико-фармацевтической промышленности.

На базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО «МГТУ» выработана опытная партия Э(+)-глюкозамина гидрохлорида, произведенная в соответствии с усовершенствованной технологией. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенной технологии.

Подана заявка на патент № 2010121186/04 (030079), дата подачи заявки (приоритет): 25.05.2010. Получено решение о выдаче патента 15.08.2011.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованная технология получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида из хитина.

2. Результаты изучения влияния степени деацетилирования и молекулярной массы на степень кристалличности хитина/хитозана.

3. Результаты изучения влияния степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику гидролиза хитина.

4. Математическая модель и вероятный механизм процесса кислотного гидролиза хитина.

5. Результаты изучения кислотного гидролиза мономера хитина Т<1-ацетил-0(+)-глюкозамина.

6. Результаты изучения влияния предварительного ацетилирования промышленного хитина на выход В(+)-глюкозамина гидрохлорида.

7. Производственная апробация усовершенствованной технологии получения 0(+)-глюкозамина гидрохлорида из хитина с использованием закономерностей кислотного гидролиза хитина.

8. Технологическая инструкция на усовершенствованную технологию и ТУ на Б(+)-глюкозамина гидрохлорид (полуфабрикат).

9. Ожидаемая экономическая эффективность усовершенствованной технологии.

Внедрение результатов исследований

На основании проведенных испытаний на базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУВПО «МГТУ», (г.Мурманск) разработаны технологическая инструкция по получению В(+)-глюкозамина гидрохлорида из хитина с использованием закономерностей кислотного гидролиза предварительно ацетилированного хитина и технические условия на 0(+)-глюкозамина гидрохлорид (полуфабрикат). Результаты исследований, полученных в диссертационной работе, внедрены и используются в учебном процессе для студентов направления 020100.62 «Химия» и направления 260100.62 «Технология продуктов питания», специальности 260302.62 «Технология рыбы и рыбных продуктов» и аспирантов, обучающихся по специальности 02.00.04 «Физическая химия».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы представлены на международных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных и инженерных работников МГТУ «Наука и образование» (г. Мурманск, 2008-2011г.), международной научно-практической конференции «Техника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья» МГТУ (г. Мурманск, 2008), 7-ой Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2009» КГТУ (г.Калининград), 10-ой международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» на базе Казанского государственного технологического университета (г.Казань, 2009), школе молодых ученых «Научно-прикладные проблемы химической технологии минерального сырья и гидробионтов Кольского региона» МГТУ (г.Мурманск, 2009), 10-ой Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (РосХит 2010г. Нижний

Новгород), 10-ой Международной конференции Европейского Хитинового Общества (ЕиСНК 2011, г. Санкт-Петербург).

Экспериментальная часть работы выполнена в Мурманском государственном техническом университете в рамках научно-исследовательской работы по госбюджетной теме «Химический и электрохимический гидролиз гидробионтов различной природы» (ГР 01200603803) и государственного контракта № П744.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, подана заявка на патент № 2010121186/04 (030079), приоритет от 25.05.2010. Получено решение о выдаче патента 15.08.2011.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (168 наименований) и 4 приложений. Работа изложена на 157 страницах, содержит 19 таблиц, 36 рисунков. В приложениях представлены: акт о наработке опытной партии 0(+)-глюкозамина гидрохлорида,

Выводы

1. Впервые изучено влияние степени ионизации и нуклеофильности кислот на кинетику деструкции хитина. Показано, что с увеличением степени ионизации кислот, константы скоростей реакций гидролиза гликозидных связей возрастают: наблюдается увеличение констант скорости гидролиза обеих ГЛИКОЗИДНЫХ связей в ряду кислот: CH3COOH<H3PO4<HCI<H2SO4<HCIO4. Константа скорости деацетилирования находится в соответствии^ с нуклеофильностью анионов кислот.

2. На основании разработанной математической модели механизма кислотной деструкции хитина^ впервые рассчитаны константы скоростей элементарных реакций, которые подтверждают, что гидролиз гликозидных связей протекает по механизму ацетамидных — по механизму

С помощью рассчитанных констант построены кинетические1 кривые деструкции хитина, анализ которых показал, что деацетилирование хитина в процессе кислотного гидролиза ведет к снижению скорости деструкции.

3. Показано, что предварительное ацетилирование хитина до 96-97% увеличивает скорость его кислотного гидролиза, скорость, образования? и выход мономера В(+)-глюкозамина гидрохлорида на 10-1*2%. Экспериментально подтверждено, что скорость деструкции и полной деполимеризации хитина и хитозана возрастает с уменьшением степени деацетилирования.

4. Рассчитаны эффективные константы скорости реакции гидролиза Ы-ацетил-Б-глюкозамина в хлороводородной, хлорной и фосфорной кислотах. Показано, что зависимость скорости реакции гидролиза 1Ч-ацетил-Б-глюкозамина от концентрации кислот носит экстремальный характер. Максимальные скорости реакции гидролиза ацетамидной связи в НС1 и в НСЮ4 при 80°С практически одинаковы.

5. Показано, что степень деацетилирования исследованных образцов хитина/хитозана практически не оказывает влияния на степень кристалличности этих полисахаридов. При уменьшении молекулярной массы хитина/хитозана в процессе кислотного гидролиза степень кристалличности незначительно увеличивается.

6. Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс гидролиза предварительно ацетилированного хитина. Определены близкие к оптимальным условия производства В(+)-глюкозамина гидрохлорида из предварительно ацетилированного хитина.

7. Разработана технологическая инструкция для получения Б(+)-глюкозам и на гидрохлорида из предварительно ацетилированного хитина и технические условия на 0(+)-глюкозамина гидрохлорид (полуфабрикат), предназначенный для промышленной переработки и очистки в целях дальнейшего применения в химико-фармацевтической промышленности.

8. Рассчитан ожидаемый экономический эффект усовершенствованной технологии.

1. Бачище, Е. В. Электрохимический способ получения олигомеров хитина обработкой в водном растворе сульфата натрия / Е. В. Бачище, Е. Э. Куприна// Хранение и переработка сельхозсырья. 2010. - № 5. - С. 42-44.

2. Безродных, Е. А. Выделение хитина из отходов морепродуктов и получение из него хитозана / Е. А. Безродных, В. Е. Тихонов, L. V. Lopez-Llorca // РЫБПРОМ. 2010. - №2. - С. 9-12.

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

4. Бендер, Майрон Л. Биоорганическая химия ферментативного катализа / М. Бендер, Р. Бергерон, М. Комияма ; пер. с англ. А. Д. Рябова, Ю. Л. Хмельницкого ; под ред. И. В. Березина. — М. : Мир, 1987. 352 с.

5. Береза, И. Г. Принципы безотходных производств при создании современных технологий переработки гидробионтов : монография / И. Г. Берёза, М. И. Алексеев, К. В. Реут. Мурманск : Изд-во МГТУ, 2008. - 84 с. : ил.

6. Велешко, И. Е. Перспективы применения хитозана для выделения и концентрирования радионуклидов в растворах / И. Е. Велешко // РЫБПРОМ. -2010.-№2.-С. 53-57.

7. Вихорева, Г. А. Синтез и свойства водорастворимых производных хитина : автореф. дис. . д-ра хим. наук : спец. 02.00.06 / Г. А. Вихорева ; Всерос. НИИ полимер, волокон. М., 1998. - 34 с.

8. Гальбрайх, JL С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение / JI. С. Гальбрайх // Соровский образовательн. журн. — 2001. Т. 7, № 1. - С. 51—56.

9. Гамзазаде, А. И. Некоторые особенности получения^хитозана / А. И. Гамзазаде, А. И. Скляр, С. В. Рогожин // Высокомолекулярные соединения. — 1985. -Т. 27а, №6. -С. 1179-1184.

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

11. Глюкозамин гидрохлорид. Glucosamini hydrochloridum (2-дезокси-2-aMHHO-ß-D-глюкозы гидрохлорид) : фармакопейная статья ВФС 42-3512-99.

12. ГОСТ 7636-85. Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа.- М. : Изд-во стандартов, 1985. 17 с. 141с.

13. Дацун, В. М. Биологически активные вещества / В. М. Дацун, Б. Н. Семенов // Технология продуктов из гидробионтов / С. А. Артюхова и др. ; под ред. Т. М. Сафроновой, В. И. Шендерюка. М., 2001. - Гл. 10. - С. 448-486.

14. Дерфель, К. Статистика в аналитической химии / К. Дерфель М. : Мир, 1994.-268 с.

15. Днепровский, А. С. Теоретические основы органической химии: строение, реакционная способность и механизмы реакций органических соединений : учеб. для вузов / А. С. Днепровский, Т. И. Темникова. 2-е изд., перераб. - Л. : Химия, 1991. - 560 с.

16. Исследование растворов хитозана для извлечения веществ липидной природы из водных дисперсий / Н. В. Степанова, И. Н. Коновалова, В. Ю. Новиков, К. В. Реут // Журн: прикл. химии. 2004. - Т. 77, № 2. - С. 259-264.

17. Казицына, Л. А. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии : учеб. пособие для хим. спец. ун-тов / Л. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Изд-во МГУ, 1979. - 239 с.

18. Кинетика кислотного гидролиза ацетилглюкозамина / Г. А. Гизатулина, Е. Н. Чеботок, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова // Журн. приклад, химии. 2005. - Т. 78, № 5. - Р. 807-809.

19. Кулезнев.В. Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров: Учеб. для хим.-технол. вузов. М.: Высш. шк., 1988. 312 с.

20. Леванов А. В. Введение в химическую: кинетику / А. В. Леванов, Э. Е. Антипенко. Учебное пособйУ им. Ломоносова Москва, 2006. — 51.С.

21. Лопатин, С. А. Проблемы: определения молекулярно-массовых характеристик хитозана / С. А. Лопатин // РЫБПРОМ. 2010. - № 2. - С. 82-85.

22. Марч,-Дж. Органическая химия::реакции; механизмы--и;структура = Advanced organic chemistry ; углублен, курс для ун-тов и хим. вузов. В. 4 т. Т. 2. / Дж. Марч ; пер. с англ. 3. Е. Самойловой ; под ред. И. П. Белецкой. М. : Мир, 1987.- 504 с.

23. Маслова, F. В. Теоретические аспекты и технология получения хитина электрохимическим^ способом / Г. В. Маслова//РЫБПРОМ. 2010. — № 2.-С. 17-22.

24. Маслова, F. В: Теория и; практика создания комплекса рациональных ресурсосберегающих технологий- гидробионтов : дис. . д-ра техн. наук : 05.18.04 / F. В. Маслова ; Моск. гос. ун-т прикладной биотехнологии. — М., 2002. 354 с.

25. Способ получения глюкозамина гидрохлорида противоартрозного лекарственного препарата: пат. 2141964 Рос. Федерация: С07Н5/06, А61К31/70/

26. Новиков В.Ю.; Чилингарян Г.Г.; Компанцев В.А.; Самокиш И.И.; заявитель и патентообладатель Пятигорская государственная фармацевтическая академия. -№ 98122096/04; заявл. 08.12.1998; опуб. 27.11.99.

27. Немцев, С. В. Комплексная технология хитина и хитозана из панциря ракообразных / С. В. Немцев. М:: ВНИРО, 2006. - 134'с:

28. Немцев, С. В. Научное обоснование комплексной технологии хитина,Iхитозана из панциря промысловых ракообразных и продукции на их основе : автореф. дис. . д-ра техн. наук : спец. 05.18.04 / С. В. Немцев. — М.: ВНИРО, 2006. 54 с.

29. Новиков В. Ю. Кинетика реакции образования В(+)-глюкозамина при кислотном гидролизе хитина»// Журн. приклад, химии: 1999. - Т. 72, №. 1. -Р. 147-152.

30. Новиков В. Ю. Кислотный гидролиз хитина и хитозана / В'. Ю. Новиков // Журн. приклад, химии. 2004. - Т. 77, № 3. - С. 490-493.

31. Новиков, В. Ю. Способ получения гидрохлорида В(+)-глюкозамина / В. Ю. Новиков, А. Л. Иванов // Журн. приклад, химии. 1997. - Т. 70, № 9. — С. 1543-1547.

32. 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.

33. 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.

34. Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана = New prospects in study of chitin and chitosan : материалы Пятой конф., Москва-Щелково, 25-27 мая 1999 г. / редкол.: В. П. Варламов (отв. ред.) и др.. М. : ВНИРО; 1999:-295 с.

35. Нудьга, JI. А. Получение хитозана и изучение его фракционного состава / JI. А. Нудьга, Е. А. Плиско, С. Н. Данилов // Журн. общей химии. — 1971.-Т. 41, № 11.-С. 2555-2559.

36. Общая органическая химия В. 12 т. Т. 10. Нуклеиновые кислоты, аминокислоты, пептиды, белки / Е. Хаслем и др. ; пер. с англ. В. И. Бетанели [и др.]. -М. : Химия, 1986. 703, 1. с.

37. Общая органическая химия. В. 12 т. Т. 11. Липиды, углеводы, макромолекулы, биосинтез / Ф. Д: Ганстон и др. ; пер. с англ. JI. JI. Данилова, Э. П. Серебрякова ; под ред. Д. Бартона, У. Д. Оллиса. М'. : Химия, 1986. — 734, 1.с.

38. Общая химическая технология. В. 2 ч. Ч. 1. Теоретические основы химической технологии / И. П.' Мухленов, А. Я. Авербух, Е. С. Тумаркина, И. Э. Фурмер ; под.ред. И. П. Мухленова. М. : Высш. шк., 1984. — 256 с.

39. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения / Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др. ; под ред. Ю. А. Золотова. М. : Высш. шк., 2004. - 359 с.

40. Плиско, Е. А. Хитин и его химические превращения / Е. А. Плиско, Л. А. Нудьга, С. Н. Данилов // Успехи химии. 1977. - Т. 46, № 8. - С. 14701488.

41. Приготовление и характеристика полностью дезацетилированного хитозана / Ding- Chun-mei а.о. // Huadong ligong daxue xuebao. Ziran kexue ban. -2005. V 31, № 3. - P.'296-299.

42. Применение хитозана и его производных в питьевом* водоснабжении и переработке сточных вод различного, состава / G. Ю. Братская 'и др. // РЫБПРОМ. 2010. - №2. - С. 58-63.

43. Развитие технологии получения хитина/хитозана и его»практического использования во ВНИРО / Н.' Г. Строкова, И. М. Сорокоумов, К. Н. Панов, А. В. Подкорытова // РЫБПРОМ'. 2010. - №2. - С. 13-16.

44. Реут, К. В. Разработка метода очистки сточных вод производства хитина : дис. канд. техн. наук : спец. 05.18.12 / К. В. Реут. — Мурманск : МГТУ, 2004. 145 с.

45. Саутин, С. Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии / С. Н. Саутин. Л.: «Химия», 1975. 48 с. '

46. Семиохин, И. А. Кинетика гомогенных химических реакций / И. А. Семиохин, Б. В. Страхов, А. И. Осипов. М. : Изд-во МГУ, 1986. - 230, 1. с.

47. Способ получения хитозана : пат. 2116314 Рос. Федерация : МПК 6 С08 В37/08: / F. Ш Касьянов, О. И. Квасенков, А. Иг Николаев, Е. Е. Касьянова. № 97104789/04 ; заявл. 26.03.97 ; опубл. 27.07.98 //Изобретения. - 1998. -№ 21, - С. 220.

48. Способ получения хитозана : пат. 2117673 Рос. Федерация : МПК 6 С 08 В37/08 / А. В. Иванов, О. Р. Гартман, А. В. Цветков, Е. Б. Полторацкая // РЖ Химия / ВИНИТИ. -1999. №7. - 7Ф47П.

49. Способ получения хитозана : пат. 2147590 Рос. Федерация : МПК 6 С08В37/08 / Сафронова Т. М., Игнатюк JI. Н., Максимова С. Н. ; заявитель и патентообладатель Дальневосточ. гос. техн. рыбохоз. ун-т. опубл. 20:04.2000.

50. Способ получения?хитозана из панцирей ракообразных : па.т. 2332081 Рос. Федерация : /Новиков В: Ю:,.Чеботок E. Hi

51. Способ получения хитозана из хитина : пат. 2358553'Рос. Федерация : МПК 8. / Сливкин А. И;, Лапенко В; Л:, Кулинцов IT: И:, Болгов А. А. ; №2007131895/13 ; опубл. 20.06.2009.

52. Технология рыбных продуктов : сб. науч. тр. / В. П. Быков и др.. -М. : ВНИРО, 1997.-332 С.

53. Хитин и хитозан = Ghitin and chitosan: получение, свойства и применение / В. М. Быкова и др. ; под ред. Н. Г. Скрябина [и др.]?; Рос. акд. наук, Центр «Биоинженерия», Общерос. обществ, орг. «Рос. хитиновое о-во». -Ы. :Наука, 2002. -364, 1. с.

54. Чеботок, Е. Н. Влияние кристалличности. хитина и. хитозана на кинетику щелочного деацетилирования / Е. Н. Чеботок, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова// Журн. приклад, химии. 2007. - 'F. 80, № 10.- С. 1724-1733.

55. Чеботок, Е. Н. Кинетика щелочного гидролиза И-ацетил-Б-глюкозамина и D-глюкозамина / Е. Н.; Чеботок, В. Ю. Новиков- И. Н. Коновалова // Вестник МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. — Мурманск, 2007. Т. 10, № 4. - С. 624-628.

56. Чеботок, Е. Н. Деполимеризация хитина и хитозана при щелочном деацетилировании / Е. Н. Чеботок, В. Ю. Новиков, И. Н. Коновалова // Журн. приклад, химии. 2006. - Т. 78, № 7. - С. 1172-1176.

57. Шабаров, Ю. С. Органическая химия : учеб. для вузов / Ю. С. Шабаров. 3-е изд. стер. — М. : Химия, 2000. - 848 с. : ил. - (Для высшей школы).

58. A rapid method for the determination of the degree of N-acetylation of chitin-chitosan samples by acid hydrolysis and HPLC / F. Niola, N. Basora, E. Chornet, P. F. Vidal // Carbohydrate research. 1993. - Vol. 238. - P. 1-9.

59. 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 ofBiological Macromolecules. 1991. - Vol. 13, № 1. -P. 40-44.

60. Alkali-induced conversion of beta-chitin to alpha-chitin / Y. Noishiki et al. // Biomacromolecules. 2003. - Vol. 4, № 4. - P. 896-899.

61. 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, № 1.-P. 71-78.

62. Blackwell J. Structure of beta-chitin or parallel chain systems of poly-beta-(l-4)-N-acetyl-D-glucosamine / J. Blackwell, К. H. Gardner, F. J. Kolpak, R. Minke, W. B. Classey // ACS Symp. Ser. 1980. - Vol. 141. - P. 315.

63. Broussignac, P. / P. Broussignac // Chun. Ind. Genie Chim. 1968. - № 99.-P. 1241-1247.

64. Capon, B. / B. Capon, R. L. Foster // J. Chem. Soc. Sec. 1970. - № 12. -P. 1654-1655.

65. Carlstrom, D. The crystal structure of alpha-chitin (poly-N-acetyl-D-glucosamine) / D. Carlstrom // Journal of Biophysical and Biochemical Cytology. -1957. Vol. 3, № 5. - P. 669-683.

66. 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, № 2. - P. 75-83.

67. Chen Cheng-Ho. Деацетилирование ß-хитина. Влияние условий деацетилирования / Chen Cheng-Ho, Wang Fang-Yu, Ou Zu-Pei // J. Appl. Polim. Sei. 2004.

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

69. Chitin/chitosan transformation by thermomechanochemical1 treatment including characterization by enzymatic depolymerization / A. Pelletier et al. // Biotechnology andBioengineering. — 1990. Vol. 36, № 3. -P. 310-315.

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

71. Domard, A. / A. Domard // Biol. Macromoi. 1987. - № 9. - P. 333-336.

72. Domszy, J. G. Evaluation of infrared spectroscopic techniques for analysing chitosan / J. G. Domszy, G. A. F. Roberts // Makromol. Chem. 1985. - V. 186, №8. -P. 1671-1677.

73. Extraction and characterization,of chitin and chitosan from marine sources in Arabian Gulf / F. A. Sagheer, M. A. Al-Sughayer, S. Muslim, M. Z. Elsabee // Carbohydrate polymers. 2009. - V. 77. -P. 410^419.

74. Imoto, T. A simple activity measurement of lisozyme / T. Imoto, K. Yagishita // Agricultural* and Biological Chemistry. — 1971. — Vol'. 35,„No. 7. — P. 1154-1156

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

76. 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.

77. 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.

78. Highly crystalline chitosan produced by multi-steps acid hydrolysis in the solid-state / A. Osorio-Madrazo et al. // Carbohydrate Polymers. 2011. - Vol. 83, №4. -P. 1730-1739.

79. Horowitz, S. T. / S. T.Horowitz, S. Roseman, H. J. Blumental // J. Am. Chem. Soc. 1957. - V. 79, № 18. - P. 5046-5049.

80. Hydrogen bonding structure and stability of 'alpha'-chitin studied by 13C solid-state NMR / T. Kameda, M. Miyazawa, H. Ono, M. Yoshida // Macromolecular Bioscience. 2005. - Vol. 5, № 2. - P. 103-106.

81. Khan, T. A. . Reporting degree of deacetylation values of chitosan: the influence of analytical methods / T. A. Khan, K. K. Peh, H. S. Ch'ng // J. Pharmacy and Pharm. Sci. 2002. - V. 5, № 3. - P. 205-212.

82. Kittner, D. Encyclopedia of Chemistry / D. Kittner, R. A. Bailey. New York : Facts On File, Inc., 2005. - 353 p.

83. Komano, T. Studies on the chemical structure of mucopolysaccharides : Thesis of Dissertation / T. Komano. — Kyoto : Kyoto University, 1962. 112 p.

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

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

86. Lai, G. S. / G. S. Lai, R Hayes, J. Anal// Appl. Pyrolysis. -1984. № 6. -P. 183-193.

87. Lavall, R. L. ß-Chitin from the pens of Loligo sp.: extraction and characterization / R. L. Lavall., О. B. G. Assis, S. P. Campana-Filho // Bioresource technology. 2007. - V. 98. - P: 2465-2472.

88. Li, J. Effect of degree of deacetylation of chitin on the properties of chitin crystallites / J. Li, J. F. Revol, R. Hi Marchessault // Journal of Applied! Polymer Science. 1997. - Vol. 65, № 2. - P. 373-380.

89. 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, № 26. - P. 7606-7612. .

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

91. Moggridge, iL G. G / R. C. G., Moggridge, A. Neuberger // J: Ghem. Soc. -1938. V. 5'. - P: 745-750.

92. Moore, Ji K. / J. K. Moore, G. A'. F. Roberts // Int. Ji Biol, macromoi: 1980. -№2.-P. 115-116.

93. Muzzareilli, R. A. A. / R. A. A. Muzzareilli, Rocchetti // Carbohydr. Polym. -1985.-№5.-P. 461-472.

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

95. Nanjo, F. / F. Nanjo, R. Katsumi, K. Sakai // Anal: Biochem. 1991. - № 193.-P. 164-167.

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

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

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

99. On the influence of deacetylation process on the physicochemical characteristics of chitosan from squid chitin,/ A. Tolaimate et al. // Polymer. 2000. -Vol. 41. - P. 2463-2469.

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

101. Paralikar, K. M. Electron «diffraction study of alfa-chitin / K. M. Paralikar, R. H. Balasubramanya // J. Polym. Sci. Part C: Polymer Lett. 1984. - V. 22, № 10. -P. 543-546.

102. Purchase, E. R. D-Glucosamine hydrochloride / E. R. Purchase, C. E. Braun // Organic Syntheses. 1946i - Vol. 26. - P. 36-37.

103. Reissig, J. L. A modified colorimetric method for the estimation of N-acetylamino sugars / J. L. Reissig, J. L. Strominger, L. F. Leloir // J. Biol. Chem. -1955. V. 217, № 2. - P. 959-966.

104. Roberts, G. F. A. / G. F. A Roberts // Chitin Newsletter. 1993. - № 1.

105. Rodde, R. H. A seasonal study of the chemical composition and chitin quality of shrimp shells obtained from northern shrimp (Pandalus borealis) / R. H. Rodde, A. Einbu, K. M. Varum // Carbohydrate polymers. 2008. - V. 71. - P. 388-393.

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

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

108. Saito, H. / H. Saito, R. Tabeta, K. Ogawa // Progr. Biotechnol. 1987. -№ 3. - P. 267-280.

109. Sakurai, K. Crystal structure of chitosan. I. Unit cell parameters / K. Sakurai, M. Takagi, T. Takahashi // J. Soc. Fiber Sei. and Technol., Jap. 1984. - V. 40, №7.-P. 114-121.

110. 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, № 4. - P. 1191-1195.

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

112. Sikorski, P. Revisit of a-chitin crystal structure using high resolution X-ray diffraction data / P. Sikorski, R. Hori, M. Wada // Biomacromolecules. 2009. -Vol. 10,№5.-P. 1100-1105.

113. Stereochemistry of chitin hydrolysis by a plant chitinase/lysozyme and X-ray structure of a complex with allosamidin: Evidence for substrate assisted catalysis / A. C. T. van Scheltinga, et al. // Biochemistiy. 1995. - Vol. 34, № 48. - P. 15619-15623.

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

115. Structural data on the intra-crystalline swelling of beta-chitin / Y. Saito, T. Okano, F. Gail, H. Chanzy, J L. Putaux // Int'l J. Biol. Macromol. 2000.

116. Structural investigations of chitin and its deacetylation products / N. D. Burkhanova et al. // Chemistry of Natural Compounds. 2000. - Vol. 36, № 4. - P. 352-355.

117. The acid hydrolysis of glycosides: II. Effect of substituents at C-5 / T. E. Timely W. Enterman, F. Spencer, E. J. Soltes // Canadian Journal of Chemistry. — 1965. Vol. 43, № 8. - P. 2296-2305.

118. Varum, K. M. Acid hydrolysis of chitosans / K. M. Varum, M. H. Ottoy, O. Smidsrod // Carbohydrate Polymers. 2001. - Vol. 46, № 1. - P. 89-98.

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

120. Yen, M.-T. Physicochemical characterization of chitin and chitosan from crab shells / M.-T. Yen., J.-H. Yang, J.-L. Mauc // Carbohydrate polymers. 2009. - V. 75.-P. 15-21.1. МГТУ по научной работе,мокт. хим. наук МІГ Деркач С.Р.1. Ща 2011г.

121. Об изготовлении опытной партии Б(+)-глюкозамина гидрохлоридаг. Мурманск13 " мая 2011г.

122. Зав. кафедрой ТПП, профессор

123. Зав. лабораторией кафедры ТПП1. Зам. начальника УЭЦ1. Доцент кафедры «Химия»1. Профессор кафедры «Химия»

124. Научный сотрудник кафедры «Химия»

125. Старший преподаватель кафедры «Химия»

126. Ю.А. Кучина Н.В.Долгопятова

127. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ■ «Мурманский государственный технический университет»1. ФГБОУ ВПО «МГТУ»)1. ОКП 92 8000 Группа Н 281. ОКС 67.120.30)

128. В(+)-ГЛЮКОЗАМИНА ГИДРОХЛОРИД Технические условия ТУ 928 012-00472182-11 Вводятся впервые

129. Дата введения в действие РВ.ёРМ1. РАЗРАБОТАНО:1. ФГБОУВПО «МГТУ»

130. Старший преподаватель кафедры химии1. Н.В.Долгопятова

131. Доцент кафрдры химии, канд. хим. наук1. О.В.Ю.Новиков

132. Профессор кафедры химии, доктор физ.-мат.1. Мурманск 20111 Область применения

133. Настоящие технические условия распространяются на 0(+)-глюкозамин гидрохлорид из тканей морских гидробионтов, предназначенный для промышленной переработки и очистки в целях дальнейшего применения в химико-фармацевтической промышленности. !

134. Настоящие технические условия распространяются на опытную партию в количестве 1 кг.

135. По органолептическим показателям полуфабрикат должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.161 ту 928 012-00472182-11 ■