Олигосахариды хитозана что это такое

Хитин и хитозан. Что это такое?

Дары моря хитин и хитозан обратили на себя внимание ученых почти 200 лет назад. Хитин был открыт в 1811 г., а хитозан в 1859 г. Но более интенсивное освоение его начато позже, о чём свидетельствуют материалы международных конференций по хитозану, проводимых с 1977 года. После 1985 года резко возросло количество сообщений по применению этого замечательного продукта. В настоящее время интерес к хитозану лавинообразно нарастает с каждым годом – в этой области теперь работают и крупнейшие мировые концерны, ранее не связанные ни с природными соединениями, ни даже вообще с химией.

Что такое хитин?

Хитин(C8H13NO5)n (фр. chitine, от др.-греч.: хитон — одежда, кожа, оболочка) высокомолекулярный линейный полисахарид, который в комплексе с белками, меланинами и минеральными веществами образует твердый наружный покров и внутренние опорные структуры насекомых, ракообразных, а также входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий. Т.е., хитин природное вещество, созданное для защиты живых организмов от вредного воздействия.

Хитин является вторым веществом по распространенности в природе после целлюлозы, а их химическая структура и очень близка.

Что такое хитозан?

Хитозан – это биоактивный катионный полисахарид, мономером которого является N-ацетил-1,4-b-D-глюкопиранозамин, его получают только из хитина, путем жесткой обработки щелочными растворами.

Хитозан обладает антибактериальными, противогрибковыми, антиоксидантными, противодиабетическими, противовоспалительными и противораковыми свойствами, а также он способен снижать уровень холестерина в крови. Ему свойственны такие характеристики как биосовместимость, нетоксичность, низкая аллергенность и биоразлагаемость.

Широкое применение хитозан нашел в следующих сферах человека

Молекула хитозана представляет собой длинную цепочку, состоящую из множества гексозных (мономерных) колец, доходящих до десятков миллионов, поэтому данный биополимер не растворяется в воде и не всасывается в кишечнике, а действует как мощный сорбент. Благодаря своим сильным сорбционным свойствам хитозан похож на большой товарный поезд, который выводит из кишечника не только вредные, но и полезные вещества, подвергая организм тотальной чистке. В ряде случаев такая «чистка» имеет смысл, но зачастую причиняет организму человека значительный вред. Таким образом, хитозан – это сорбент, который нерастворим в воде и не участвует в обменных процессах организма в полном объеме.

Что такое олигосахариды хитозана и чем они отличаются от хитозана?

Чтобы активно участвовать в обменных процессах организма, необходимы водорастворимые формы хитозана, которые при внутреннем употреблении легко будут проникать через стенки кишечника в кровеносную систему и активно участвовать в профилактике нарушений обмена веществ. Для получения водорастворимых форм хитозана необходимо разорвать длинную (полимерную, с количеством звеньев n=∞) цепочку хитозана на короткие – олигомеры (малые, n

Олигосахариды хитозана близки по своей структуре к олигосахаридам женского грудного молока. Являясь полностью натуральным продуктом, по своим свойствам олигосахариды хитозана биосовместимы с тканями человеческого организма (соединительной, хрящевой), беспрепятственно проникают через стенку кишечника при внутреннем употреблении или через кожу в случае наружного применения.

Японские специалисты считают, что уже через два три десятилетия промышленная цивилизация будет немыслима без хитозана точно также, как без алюминия, полиэтилена или персонального компьютера, а доходность и товарооборот этой отрасли в самое ближайшее время станет выше, чем в целлюлозно-бумажной.

Источник

Олигосахариды хитозана что это такое

Целью работы является проведение сравнительного анализа структуры, свойств и некоторых областей применения лишайниковых амино-β-олигосахаридов и хитозана.

Материалы и методы исследования

Производство олигомеров хитозана ведется кислотно-щелочным способом или методом ферментативного гидролиза с последующей ультрафильтрацией. Расщепить хитин и хитозан до N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкозамина можно под действием микробных ферментов, таких как хитиназы и хитобиазы [10].

Процессы дезацетилирования хитина с образованием хитозана и его олигомеров могут происходить и в твердом состоянии при механическом воздействии [1]. Олигомеры лихенана также можно получать экстракцией кипящей водой с 2%-ной щелочью [7] и ферментативным гидролизом.

Результаты и обсуждение

Благодаря своему строению (большое количество свободных положительно заряженных аминогрупп, гидроксильных групп, образующих водородные связи, гидрофобных групп), хитозан обладает высокой хелатирующей способностью в отношении ионов различных металлов, в том числе радиоактивных изотопов и токсичных элементов, токсинов, жиров и жирорастворимых соединений. Хитозан способен снижать уровень холестерина, оказывать иммуномодулирующее действие (аналогично действию 1,3-глюкана, но более слабое), при этом он не только не является аллергеном, но и ингибирует процессы воспаления. Ввиду схожей химической структуры олигомеров хитозана (ОХ) с компонентами хрящевой и соединительной тканей человека, прежде всего со структурой олигосахаридных компонентов гликокаликса клеточных мембран, они могут быть отнесены к «сигнальным» молекулярным веществам, способным запускать иммунные реакции, обладающим высокой противоопухолевой активностью, стимулирующим рост и размножение нормальных клеток [10].

Известен также широкий спектр фармакологической активности и лишайниковых лихенанов. Они обладают антигипоксическим, отхаркивающим, противовоспалительным, иммунотропным, энтеросорбирующим, гепатопротекторным, гиполипидемическим, противоопухолевым, общеукрепляющим действием [7]. Причем максимальной антиопухолевой и иммуномодулирующей (антикомплементарной) активностью обладают β-1,3-олиго-D-глюканы, со средней степенью разветвления (присоединения по 1-6-связям остатков D-глюкозы): 1:3, 1:2, 1:24 [7], а по своей структуре они ещё более близки к олигосахаридным компонентам гликокаликса.

Вместе с тем сырьевая доступность слоевищ лишайников существенно выше, чем панцирей членистоногих, поэтому в нашей работе, во-первых, были апробированы новые физико-химические биотехнологии получения лишайниковых амино-β-олигосахаридов (ЛА-β-ОС; обработка диоксидом углерода в состоянии сверхкритической жидкости, механохимические биотехнологии). Во-вторых, исследованы свойства ЛА-β-ОС и оценены области их возможного применения.

Сравнение ИК-спектров порошков ягеля грубого помола и механоактивированного, а также анализ водорастворимых углеводов (по методу восстанавливающих концов) в экстрактах слоевищ лишайников после вышеуказанных обработок подтвердили, что при механохимической активации происходит частичное расщепление b-гликозидных связей в лишайниковых b-полисахаридах с образованием водорастворимых, легко усвояемых ЛА-β-ОС, концентрация которых увеличивалась при двухминутной механоактивации в 7,3 раза.

С помощью сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии показано, что механохимическая активация слоевищ лишайников и их композитов с природными физиологически активными веществами (ФАВ) приводит к образованию наноразмерных частиц в твердой фазе [3].

Благодаря наноразмерам и особенностям структуры b-олигосахариды и их супрамолекулярные комплексы с ФАВ хорошо растворяются в воде, легко всасываются в желудочно-кишечном тракте и транспортируются через клеточные мембраны, выступая в качестве «активного транспортного средства» для фармаконов, обеспечивая тем самым их высокую усвояемость (почти 100%-ное всасывание и транспорт в клетки без потери биоактивности фармакона) и биоактивность. Вследствие этого биоэффективная доза в ряде направлений применения таких комплексов может быть снижена в 5-10 раз, что особенно важно в таких областях, как онкология, радиопротекция, спортивная медицина и др.

Показано, что введение БАД «Ягель» в водочные изделия в соотношении 1:100 в целях детоксикации, а также профилактики алкогольных патологий позволяет снизить в 2÷3 раза токсическое действие алкоголя при полном сохранении эйфорического эффекта; более чем в 20 раз уменьшить постинтоксикационный эффект, в 5,6 раза уменьшить скорость формирования наркоманической алкогольной зависимости [8].

За счет близости структуры b-олигосахаридов структуре олигосахаридов гликокаликса внешнего слоя клеточных мембран 3-4 недельный приём БАД «Ягель» повышает секрецию инсулина β-клетками панкреаса в 1,8-1,9 раза [11], соответственно снижается в 1,8-1,9 раза уровень сахара и на 20-40% содержание гликозилированного гемоглобина при одновременном снижении доли липопротеидов низкой плотности на 18¸37% в крови у больных сахарным диабетом II типа и b-холестерина у страдающих атеросклерозом [6].

Антитромбиновая активность препарата «Ягель» показана в Гематологическом научном центре РАМН (г. Москва). Наряду с выявленной антиатерогенной активностью это позволяет рекомендовать препарат «Ягель» в целях профилактики и купирования последствий тяжелейших сосудистых патологий, включая инсульты и инфаркты.

Создан механохимический композит, состоящий из ЛА-β-ОС («активный наполнитель») стандартного препарата «витаминно-микроэлементного комплекса» (ВМЭК, «фар-макон») в соотношении 20:1. Исследование его физиологической активности показало повышение в 1,9-2,5 раза резистентности (характеристик, связанных с выносливостью, двигательной и исследовательской активностью) животного организма к действию физических нагрузок и экстремальных факторов различной природы по сравнению со смесью грубого помола, за счет большей биодоступности ВМЭК и детоксикационной функции «активного наполнителя» (содержание лактата в мышцах при одной и той же нагрузке снизилось в 1,5 раза). При этом изменение массы в контрольной и экспериментальных группах не выявили достоверных отличий, т.е. исследуемые препараты не способствуют наращиванию мышечной массы и не обладают анаболическими свойствами.

Аналогичные по характеру эффекты, но ещё более выраженные в количественном отношении (в 2,5-5,2 раза), были получены при совместной механоактивации слоевищ лишайников с тканями некоторых лекарственных растений: корней и корневищ родиолы розовой, листьев и верхних побегов рододендрона золотистого в соотношении 10:1. Созданные механохимические композиты могут быть использованы в качестве лечебно-профилактического средства для повышения физической активности, выносливости, ускорения восстановления после физической нагрузки спортсменов и работоспособности людей, ведущих активный образ жизни, проживающих в экологически неблагоприятных регионах, а также в ветеринарии.

Испытания биопрепарата «Ягель-М», проведенные на лабораторных животных, инфицированных лекарственно устойчивыми штаммами микобактерий (туберкулеза) показали очень высокую эффективность: при 100%-ной летальности в контрольной группе, в группе животных, принимающих препарат «Ягель-М», летальность равна 0, более того, животные за время эксперимента (2,5 месяца) прибавили в весе на 20%. Причем на такой препарат антибактериального действия не развивается реакция привыкания соответствующих микробиологических штаммов [9].

Показано, что механоактивация слоевищ лишайников позволяет значительно снизить дозировку ягелевого сырья как пищевой добавки в хлебобулочные изделия с 1-3% до 0,2-0,5%, при этом пищевая ценность, качество хлебобулочных изделий значительно возрастают. Благодаря этому разработан способ повышения качества хлебобулочных изделий и срока их хранения без черствления и плеснения (без введения химиоконсервантов) в 2,5-3,0 раза за счет введения при хлебопечении милликоличеств биопрепарата «Ягель-ТМ». Результатом является также обогащение хлебобулочных изделий эссенциальными микроэлементами, негормональными ФАВ, повышение степени их усвояемости и улучшение физико-химических показателей хлеба. При этом, кроме того что появляется возможность выпускать продукты с повышенным сроком годности, решается также задача выпуска продуктов питания оздоровительной направленности [2].

Заключение

Все вышеизложенное позволяет предложить лишайниковые амино-β-олиго-сахариды, получаемые с помощью новых физико-химических биотехнологий, с учетом их большего сырьевого потенциала, в качестве альтернативы олигосахаридам хитозана в некоторых направлениях использования.

Рецензенты

Источник

Использование олигосахарида хитозана в молочной промышленности

Использование олигосахарида хитозана в молочной промышленности

На протяжении практически всего периода существования человеческой цивилизации пища, преимущественно, рассматривалась как средство, предназначенная для удовлетворения чувства голода, аппетита и вкусовых потребностей. В последние десятилетия ввиду роста числа хронических заболеваний и установления их причинной связи с несбалансированным питанием, к пищевым продуктам стали относиться и как к эффективному средству поддержания физического и психического здоровья и снижения риска возникновения многих заболеваний.

Улучшение физического и психического здоровья, также как и предотвращение или уменьшение частоты возникновения заболеваний, являются главными критериями, позволяющими относить существующие или создаваемые вновь продукты питания в категорию продуктов функционального питания. (ФПП)

Ключевые функции и некоторые состояния организма человека, позитивное воздействие на которые позволяет относить продукты к категории продуктов функционального питания

— рост, развитие и дифференциация (адаптивные изменения в организме матери во время беременности и лактации; рост и развитие плода; рост и развитие ребенка в период новорожденности и детства);

— защита против соединений, обладающих оксидантной активностью (исследование структуры и функций днк, белков, липопротеинов, полиненасыщенных жирных кислот, клеточных мембран);

-сахарный диабет и ожирение (вес тела, состав и распределение жирового слоя; сохранение энергетического баланса; содержание глюкозы, инсулина и триацилглицеридов в сыворотке крови; адаптация к физическим упражнениям);

-состояние костной ткани (плотность костной ткани, кинетика ионов кальция, фосфора, магния);

-состояние нормальной микрофлоры (количество и состав микроорганизмов в фекалиях, состояние биопленки, гистохимические, морфологические исследования содержимого пищеварительного тракта, биотипирование выделяемых микроорганизмов, состав микробных метаболитов, нагрузочные пробы с индикаторными микроорганизмами и химическими субстанциями, исследование микроорганизм-ассоциированных характеристик);

— состояние иммунной системы (состояние ассоциированной с пищеварительным трактом лимфоидной ткани, активность фагоцитоза, содержание эндотоксина в сыворотке крови, количество иммуноглобулинов различных классов, т- и в – лимфоцитов, интерлейкинов и медиаторов иммунного ответа и воспаления, ответ на вакцинацию);

-поведенческие реакции и состояние психического здоровья (аппетит, чувство сытости, познавательные способности, настроение и жизнестойкость, способность справляться со стрессом).

Первоначально основными категориями физиологически функциональных ингредиентов, предложенными японскими исследователями для производства ФПП, были молочнокислые бактерии и бифидобактерии; олигосахариды; пищевые волокна и омега-3 жирные кислоты [2; 8]. В последующем этот перечень значительно расширился и к началу 21-го века включал уже 15 наименований.

Основные категории функциональных нутриентов

— Бифидобактерии

— Аминокислоты, пептиды, протеины, нуклеиновые кислоты

— Макро- и микробиоэлементы

— Полиненасыщенные жирные кислоты и другие антиоксиданты

— Растительные энзимы, другие фитосоединения

Наряду с достаточно хорошо известными и широко используемыми физиологически активными функциональными субстанциями (молочнокислые бактерии, витамины, минералы, не насыщенные жирные кислоты, пищевые волокна), в состав БАД и ФПП все чаще начинают включать и другие относительно недавно идентифицированные микро- и макронутриенты, проявляющие позитивные эффекты на организм человека (пребиотики, лектины, биофлавоноиды и другие различного состава и происхождения).

Предполагается, что к 2010 году мировое производство пребиотиков достигнет нескольких сотен тысяч тонн. Они реализуются самостоятельно, в виде обогащающих добавок к разнообразным продуктам питания, а также в комбинации с пробиотическими микроорганизмами (синбиотики) [1; 5; 6].

Таким образом для поддержания нормальной микрофлоры в толстом кишечнике в продуктах питания должны содержаться, прежде всего, бифидоактивные углеводы, необходимые для колонизации в толстом кишечнике бифидобактерий.

Что же такое бифидоактивные олигосахариды и где они содержатся?

Как видно из самого понятия, к бифидоактивным олигосахаридам относятся углеводы, способные гидролизовываться ферментами микробной клетки Bifidus longum и в дальнейшем использоваться для питания самой клетки. Обычно бифидобактерии хорошо гидролизуют такие олигосахариды, как маннаны, глюкоманнаны, галактоманнаны, глюкогалактоманнаны, арабаноманнаны, ксиломанннаны, фукоиданы, ксиланы, а также другие гетерополисахариды, содержащие маннозу и фукозу, исключая крахмал и целлюлозу. Эти олигосахариды накапливаются, прежде всего, в растительных клетках многих растений, а также клетками печени многих животных.В настоящее время особенно широко используются в качестве пребиотиков фруктоолигосахариды. Известно так же, что олигосахариды хитозана являются пребиотиками, более эффективными, чем олигофруктоза («Nutraceuticals International», vol. 7, № 6, June 2002; «Respin», 6, 2004, VI Congreso de Ciencias de los Alimentos). Известно, что олигосахариды хитозана, являясь пребиотиком, обладает целым рядом биологически активных свойств и используются в профилактике и комплексной терапии дислипопротеидемии, атеросклероза, туберкулеза, гипертонии, болезней опорно-двигательного аппарата, а так же при алкогольной интоксикации ( Патент КР 142373 от 31.03.1998, Патент РФ 2250106 от 14.11.2003, Патент РФ 2259783 от 11.02.2003.)

Принципиальное отличие олигомеров хитозана от широко используемых фруктоолигосахаридов, продуктов ферментативной обработки инулина и лактулозы заключается в том, что помимо стимулирующего действия на нормальную кишечную микрофлору, олигомеры хитозана проявляют и антибактериальную активность по отношению к широкому спектру видов патогенной микрофлоры (Staphyllococcus sp., Peptococcus sp., Enterococcus sp., Candida sp., Bacillus sp., Actinomyces sp.). Из-за подавления деятельности гнилостных бактерий хитозаном и олигомерами хитозана уменьшается выработка токсических продуктов, образующихся при переваривании белков и всасывающихся из просвета кишечника в кровь. При этом токсичный аммиак (NH₃) превращается в ионизированный аммоний (NH₄), безвредный для печени и мозга. В результате создаются благоприятные условия для функционирования печени и поддержания обмена веществ.

При усвоении сахаров микробными клетками, как мы знаем, выделяется углекислый газ, поскольку при сбраживании сахаров всегда выделяется спирт и углекислый газ. Многие читатели проверяли эти процессы много раз в своей жизни, если к дрожжам не добавить сахар или сахаросодержащих компонентов, то дрожжи развиваться не будут, соответственно не будет накапливаться спирт и выделяться углекислый газ. Это и получение вина, и квашенной капусты, и пива, и пшеничного хлеба.

В то же время имеются пищевые продукты, которые не содержат бифидоактивные олигосахариды, либо содержат их в очень малых количествах. Это коровье молоко и продукты из него (масло сливочное, сыр, творог, сметана и т.п.), мука пшеничная высших сортов и продукты из нее, мучные кондитерские изделия, конфеты, карамель и некоторые другие. При употреблении таких продуктов необходимо компенсировать недостаток этих олигосахаридов за счет введения продуктов, их содержащих. Что, кстати, широко и применяется. Так в детские молочные смеси для искусственного вскармливания с первых дней жизни добавляют различные бифидоактивные олигосахариды, в молочные продукты добавляют натуральные плоды или овощи, в мучные изделия вводят повидло из яблок, груш, абрикосов и т.п.

При отсутствии бифидоактивных олигосахаридов в продуктах питания, потребляемых человеком, начинают угнетаться бифидобактерии в толстом кишечнике и развиваться другие микроорганизмы, для которых не нужны сахара.

Следующим компонентом после сахаров, на котором могут развиваться микроорганизмы в толстом кишечнике, являются белки. В результате разложения белков микроорганизмами уже не образуется углекислый газ и спирт, а накапливаются сероводород, меркаптаны, дисульфиды, фенольные вещества (индол и скатол), вещества, имеющие неприятный запах. Многие сталкивались с такими запахами, когда портиться яйцо, гниет мясо, капуста и т.п. Таким образом, накопление продуктов разложения белков указывает нам на то, что в толстом кишечнике не колонизируются бифидобактерии, а начинают развиваться другие микроорганизмы и нарушаться оптимальное соотношение микрооорганизмов и возникает дисбактериоз.

Олигосахарид хитозана получают ферментативным гидролизом хитозана в водных растворах кислот, разрешенных для применения в пищевой промышленности (аскорбиновой, уксусной, янтарной, молочной, лимонной и др.). В зависимости от кислоты, используемой при получении продукта, выпускается нескольких наименований олигосахаридов хитозана пищевого: олигосахариды хитозана аскорбат, олигосахариды хитозана сукцинат, олигосахариды хитозана ацетат, олигосахариды хитозана лактат, олигосахариды хитозана цитрат и др.

«Олигосахарид хитозана пищевой» является смесью глюкозамина, олигосахаридов хитозана и низкомолекулярного хитозана (патент RU 2 259 783 от 11.12.2003 г.)

«Олигосахарид хитозана пищевой» используется в качестве источника водорастворимых пищевых волокон антиоксидантного действия, витамина С и янтарной кислоты и др. кислот, а так же может входить в состав как стабилизатора консистенции, эмульгатора, загустителя, текстуратора и связующего агента в пищевой промышленности (кондитерской, молочной, хлебопекарной, плодоовощной, рыбной, и др.). Он может использоваться так, же в производстве биологически активных добавок (БАД), функциональных продуктов питания (ФПП), диетических продуктов питания и продуктов специального назначения как один из составляющих компонентов.

Молочные и кисломолочные продукты всегда считались одним из важнейших элементов здорового и диетического питания. Поэтому при создании нового поколения продуктов питания – продуктов, обогащенных витаминами и пищевыми волокнами, внимание ученых и специалистов в первую очередь было обращено на молочные продукты. Введение в них олигосахаридов хитозана, как эффективных пребиотиков, не представляя технических трудностей, дает возможность расширить спектр лечебного и профилактического действия этих продуктов.

Разработаны композиции кисломолочных продуктов, включающие ароматизатор, витамины, минералы, микроорганизмы, в которые дополнительно вносится олигосахариды хитозана в виде аскорбата, сукцината или их смесей в количестве 0,7-1,4 %, являющимися пребиотиками и обладающими целым комплексом биологически активных свойств.

Установлено, что хитозан и его олигосахариды при внесении их в кисломолочные напитки обладают консервирующим свойством («Исследование свойств хитозана и его олигосахарида при производстве кисломолочных напитков» Василисин С.В., Алиева Л.Р., Перлик Е.А., Герасимова Т.В..СевКавГТУ, Стврополь, 2004)

Длительное применение пищевых продуктов с консервантами приводит к угнетению бифидобактерий и способствует развитию у человека дисбактериоза. В настоящее время в качестве консервантов применяют неорганические соединения, органические кислоты и их производные.

Также известно, что олигосахариды хитозана эффективно используются в профилактике и комплексной терапии дислипопротеинемии, атеросклероза, туберкулеза, гипертонии, болезней опорно-двигательного аппарата, а так же при алкогольной интоксикации (Патент КР 142373 от 31.03.1998, Патент РФ 2250106 от 14.11.2003, Патент РФ 2259783 от 11.02.2003.)

Таким образом, олигосахариды хитозана могут использоваться в молочной промышленности для производства широкого ассортимента продуктов функционального питания, так и при потенциальной возможности усовершенствования технологических процессов производства классических молочных продуктов, поскольку обладают комплексом необходимых технологических свойств:

растворимостью; способностью к гелеобразованию; стабильностью; устойчивостью к кислой среде и температуре; водо- и жиросвязывающими свойствами; антипригарными свойствами.

В настоящее время продукты функционального питания составляют не более 5% всех известных пищевых продуктов, судя по прогнозам, в ближайшие 10 лет их доля достигнет 30% всего продуктового рынка. При этом они на 35-50% вытеснят многие традиционные лекарственные препараты из арсенала средств сохранения здоровья, профилактической и восстановительной медицины. Так всемирно известная фирма « Nestle» заявила, что в ближайшие 10 лет она переведет все свое производство на выпуск ФПП.

«Олигосахарид хитозан пищевой», используемый для производства ФПП и отвечающей всем требованиям предъявляемые к ингредиентам ФПП безусловно займет ведущее место в этом перспективном направлении.

9. Патент RU 2 259 783 от 11.12.2003 г.

10. Василисин С.В., Алиева Л.Р., Перлик Е.А., Герасимова Т.В. Исследование свойств хитозана и его олигосахарида при производстве кисломолочных напитков.СевКавГТУ, Стврополь, 2004)

Источник