Хитин: строение, свойства и применение¶
Хитин — природный полисахарид, азотсодержащее производное целлюлозы, образующее основу наружного скелета членистоногих, клеточных стенок грибов и ряда других организмов. По химическому строению представляет собой линейный полимер N-ацетил-D-глюкозамина, связанного β-(1→4)-гликозидными связями. По распространённости в природе хитин занимает второе место среди органических соединений после целлюлозы.
¶История открытия
Хитин был выделен в 1811 году французским химиком Анри Браконно из наружного скелета насекомых, однако термин «хитин» (от греч. χιτών — «одежда, покров») предложил в 1823 году английский учёный Джон Одли. В 1859 году французский исследователь Шарль Руже получил из хитина при обработке щёлочью продукт деацетилирования, названный позже хитозаном. Систематическое изучение структуры и свойств хитина развернулось в XX веке, а промышленное производство его производных началось во второй половине XX века.
¶Химическое строение и свойства
Молекула хитина состоит из повторяющихся звеньев N-ацетилглюкозамина. Степень полимеризации природного хитина достигает нескольких тысяч мономерных единиц. За счёт водородных связей между цепями формируются прочные микрофибриллы, обеспечивающие механическую прочность покровов.
Основные свойства:
- Белое или слегка желтоватое твёрдое вещество, нерастворимое в воде, разбавленных кислотах, щелочах и органических растворителях.
- Растворяется в концентрированных минеральных кислотах, некоторых солевых растворах и специальных растворителях.
- Устойчив к действию большинства ферментов, кроме хитиназ.
- Биосовместим и биоразлагаем.
При деацетилировании хитина (обычно обработкой концентрированной щёлочью) получают хитозан — производное, растворимое в разбавленных кислотах и обладающее реакционной способностью за счёт свободных аминогрупп.
¶Распространение в природе
Хитин широко представлен в живой природе:
- Членистоногие — наружный скелет ракообразных, насекомых, паукообразных.
- Грибы — основной компонент клеточных стенок большинства грибов, включая дрожжи.
- Некоторые беспозвоночные — раковины моллюсков, покровы червей.
- Отдельные водоросли и микроорганизмы.
У позвоночных животных хитин не синтезируется, однако хитиназы обнаружены у ряда млекопитающих, включая человека, где они выполняют защитные функции.
¶Получение
Промышленное сырьё для получения хитина — панцири ракообразных (креветок, крабов, криля), а также отходы грибного производства и биомасса насекомых. Технологический процесс включает:
- Деминерализацию — удаление солей кальция обработкой кислотами.
- Депротеинизацию — удаление белков щелочной обработкой.
- Обесцвечивание и сушку.
В России переработка хитинсодержащего сырья ведётся преимущественно на предприятиях рыбопромышленного комплекса Дальнего Востока и Северо-Запада.
¶Применение
¶Медицина и фармацевтика
Хитин и хитозан используются для создания рассасывающихся шовных материалов, ранозаживляющих покрытий, сорбентов, систем доставки лекарств. Хитозан применяется как гемостатическое средство.
¶Пищевая промышленность
Производные хитина служат осветлителями соков и напитков, загустителями, эмульгаторами, а также входят в состав биологически активных добавок.
¶Сельское хозяйство
Хитозан применяется для обработки семян, как стимулятор роста растений и средство защиты от фитопатогенов, а также в составе кормовых добавок.
¶Водоочистка
Хитозан эффективно связывает ионы тяжёлых металлов и органические загрязнители, что делает его востребованным сорбентом для очистки сточных вод.
¶Текстиль и косметика
Из хитина получают волокна, плёнки и гели; в косметологии хитозан входит в состав увлажняющих и ранозаживляющих средств.
¶Значение и перспективы
Хитин относится к возобновляемым биополимерам, что определяет интерес к нему как к экологичной альтернативе синтетическим материалам. Перспективные направления — создание биоразлагаемой упаковки, медицинских имплантатов, сорбентов нового поколения. В России исследования хитина и хитозана ведутся в институтах Российской академии наук и профильных университетах.
¶Интересные факты
- Прочность хитиновых покровов сопоставима с некоторыми конструкционными материалами при значительно меньшей плотности.
- Ежегодно в Мировом океане естественным путём образуется порядка 100 миллиардов тонн хитина.
- Хитин обнаружен в ископаемых остатках членистоногих возрастом сотни миллионов лет.
¶Источники
- Химическая энциклопедия
- Большая российская энциклопедия
- Материалы по биополимерам и биотехнологии
- Публикации по химии природных соединений