Matières premières pour la production de chitosane

La coquille de crabe et la cuticule d'insecte jouent le rôle de squelette externe et remplissent des fonctions de protection. La chitine, qui fait partie de la coquille des crustacés, forme une structure fibreuse. Elle est associée aux protéines par une liaison peptidique du groupe amino désacétylé avec des acides aminés diaminomonocarboxyliques de structure non aromatique, se présentant comme un complexe chitine-protéine (CBC).

La chitine est modifiée de manière spéciale par l'action d'enzymes dans le corps des crabes. Dans le processus de mue, la chitine en coquille subit une destruction et une récupération importantes. La participation d’enzymes spécifiques à ce processus contribue à la synthèse et à la dégradation de la chitine à un taux extrêmement élevé. Les enzymes chitinolytiques ont différents niveaux d'activité en fonction de l'état physiologique des crustacés. Chez les crabes, par exemple, la chitinase est synthétisée de manière constante et la synthèse de la chitobiose est améliorée avant la mue et diminue immédiatement après son achèvement. Immédiatement après la mue, la carapace des crabes marins est molle, élastique et constituée uniquement de CBH, mais elle est renforcée au fil du temps en raison de la minéralisation de la structure de CBH, principalement du carbonate de calcium. Cette minéralisation est plus ou moins importante selon le type d'animal.

Ainsi, la carapace de crabe est constituée de trois éléments principaux - la chitine, qui joue le rôle de squelette, la partie minérale, qui donne à la coquille la force nécessaire et les protéines qui en font un tissu vivant. La composition de la coque comprend également des lipides, des mélanines et d'autres pigments. Les pigments de coquille de crustacés sont notamment représentés par des caroténoïdes tels que l'astaxanthine, l'astacine et la cryptoxanthine.

Dans la cuticule des insectes adultes, la chitine est également associée de manière covalente à des protéines telles que l'arthrapodine et la sclérotine, ainsi qu'à un grand nombre de composés de mélanine, qui peuvent constituer jusqu'à 40% de la masse de la cuticule. La cuticule des insectes est à la fois très durable et flexible grâce à la chitine, dont la teneur varie de 30% à 50%. Dans la paroi cellulaire de certains phycomycètes, par exemple dans l'itridium, on trouve la chitine en même temps que la cellulose. La chitine dans les champignons est généralement associée à d'autres polysaccharides, par exemple le -1-3-glucane, chez les arthropodes, elle est associée à des protéines de type sclérotine et à des mélanines.

Les principales différences entre la cuticule de chitine des larves de mouches et la chitine de crustacés sont les suivantes:

1) La cuticule de chitine des larves de mouches, contrairement à la chitine de crustacé, ne contient pas de sels de calcium. Cela nous permet d’omettre l’une des principales étapes technologiques de la désacétylation de la chitine associée à sa déminéralisation, ce qui constitue un avantage important de notre technologie de production de chitosane;

2) la cuticule de chitine des larves de mouches, contrairement à la chitine de crustacés, ne contient pas de composés contenant du fluor, ce qui allongera considérablement la durée de vie des équipements utilisés pour sa purification et sa désacétylation, car le traitement acide des carapaces de crustacés libère des composés fluorés volatils qui corrodent fortement les appareils.

La méthode proposée permet d’utiliser des matières premières contenant de la chitine dans les larves de mouches synanthropes, qui sont le produit d’un nouveau procédé technologique de traitement sans déchets du fumier et des déchets alimentaires.

La chitine des larves d'insectes est de nature différente de la chitine de crustacé et est unique en soi par rapport aux sources connues de chitine.

Types de matières premières pour la production de chitosane

Les régions cristallines de la structure de la chitine peuvent exister selon trois modifications cristallographiques (structurelles) différant par la disposition des chaînes moléculaires dans la cellule élémentaire du cristallite (un phénomène connu sous le nom de polymorphisme). Ainsi, par analyse aux rayons X, il a été montré que les unités moléculaires de la chitine ont une conformation 4C1.

Selon l'emplacement des molécules de polymère, il existe trois formes de la structure de la chitine - a, b et g. La A-chitine est le polymère le plus cristallin, le plus dense et le plus dense dans lequel les chaînes sont disposées de manière antiparallèle. Elle se caractérise par l'état le plus stable. Dans la b-chitine, les chaînes sont parallèles les unes aux autres et dans la g-chitine, deux chaînes de polymères sont dirigées «vers le haut» par rapport à une, dirigées «vers le bas». Les b et g-chitines peuvent se transformer en a-chitine [1].

La spécificité de l'état de polymère de la chitine, ainsi que celle d'autres composés à poids moléculaire élevé, rend impossible l'existence de ce polymère en tant que système monophasé (cristallinité complète). Cependant, la teneur en régions cristallines de la chitine est assez importante et, selon l'origine et la méthode d'isolement, est comprise entre 60 et 85%. Dans ce cas, la fixation de l'arrangement mutuel des macromolécules de chitine est assurée par un système de liaisons hydrogène intramoléculaires et intermoléculaires: le groupe OH au niveau de l'unité élémentaire C3 est inclus dans la liaison hydrogène avec l'atome d'oxygène dans le cycle de l'unité élémentaire voisine; Le groupe OH en C6 peut être lié à l'hydrogène de manière intramoléculaire à l'atome d'oxygène de la liaison glycosidique et (ou) à l'atome d'azote du groupe acétamide et, de manière intermoléculaire, au groupe OH de C6 à la macromolécule voisine. Dans ce cas, ces derniers peuvent former des liaisons hydrogène avec des molécules d'eau de cristallisation.

Crabes crus

La teneur en chitine dans la coquille de crabe augmente à mesure qu'elle se solidifie. Ainsi, la carapace d'un crabe récemment fané contient de 2 à 5% et la carapace d'un «vieux» crabe contient de 18 à 30% de chitine par rapport au poids de la carapace sèche. En plus de la carapace, la chitine est présente dans d'autres organes du crabe - les parois de l'estomac, les tendons et les branchies, en particulier dans ces derniers le contenu en chitine atteint 15 à 70% du poids des branchies sèches.

Matières premières provenant d'insectes et de leurs pupes (pupes)

Dans la cuticule des insectes adultes, la chitine est également associée de manière covalente à des protéines telles que l'arthrapodine et la sclérotine, ainsi qu'à un grand nombre de composés de mélanine, qui peuvent constituer jusqu'à 40% de la masse de la cuticule. La cuticule des insectes est à la fois très durable et flexible grâce à la chitine, dont la teneur varie de 40% à 50%. Dans la paroi cellulaire de certains phycomycètes, par exemple dans l'itridium, on trouve la chitine en même temps que la cellulose. La chitine dans les champignons est généralement associée à d'autres polysaccharides, par exemple le b-1-3-glucane, chez les arthropodes, elle est associée à des protéines de type sclérotine et à des mélanines.

On sait que les coquillages de crustacés sont chers. Par conséquent, malgré le fait qu’il existe 15 façons d’obtenir de la chitine, il a été soulevé la question de l’obtention de chitine et de chitosane d’autres sources, parmi lesquelles figuraient les petits crustacés et insectes.

La chitine des insectes est 20 à 50 fois supérieure à celle des crustacés (Verotchenko, MA, Tereshchenko, AP, Zlochevsky, FI, 2000). Dans les pays développés, à partir des années 40 du XXe siècle, on introduit des biotechnologies imitant les processus naturels dans des conditions intensives favorisant la transformation de la matière organique en humus (Gudilin II, 2000).

Les insectes domestiqués et reproducteurs, en raison de leur reproduction rapide, peuvent fournir une grande biomasse contenant de la chitine et de la mélanine.

http://www.nasadki.net/index/syre_dlja_proizvodstva_khitozana/0-77

Exosquelettes de cafards comme matière première pour la production de chitine

Introduction

La chitine est un biopolymère naturel ayant une activité biologique élevée, une compatibilité avec les tissus humains, animaux et végétaux et, ce qui est particulièrement précieux, elle ne pollue pas l'environnement car elle est complètement détruite par les enzymes de microorganismes naturels. La chitine dans la nature est la base du système squelettique qui soutient la structure cellulaire des tissus dans les coquilles des crustacés, la cuticule des insectes, la paroi cellulaire des champignons et des bactéries, et possède donc une source naturelle assez large de matières premières [1].

Le problème de l’utilisation généralisée de la chitine est son coût élevé et sa faible rentabilité en utilisant des sources traditionnelles contenant de la chitine naturelle (coquillages de crustacés) [2].

La tâche urgente consiste à rechercher des matières premières disponibles et biodégradables pouvant réduire le coût de production de la chitine. Les insectes domestiqués et reproducteurs, en raison de leur reproduction rapide, peuvent fournir une plus grande biomasse contenant de la chitine dans les conditions de travail de l'ISS et dans d'autres situations d'exploration spatiale.

Partie principale

Dans le cadre de ce projet, une étude a été menée sur la possibilité d'utiliser des exosquelettes de blattes contenant de la chitine comme matière première pour la production de chitine et de ses dérivés.

Une méthode expérimentalement obtenue pour obtenir de la chitine à partir d'exosquelettes de blattes [3] comprenait les étapes suivantes: 1) sélection et préparation des matières premières, 2) extraction de la chitine par la méthode d'extraction, 3) évaluation de la pureté de l'échantillon obtenue par spectroscopie IR, 4) détermination du rendement et du coût pratiques du produit.

Pour l’expérience, des adultes de Blaberus craniifer ont été capturés - un type de blatte sud-américaine appelée «tête morte». Les blattes ont été préparées: toutes les parties exemptes de chitine ont été retirées (les déchets biologiques obtenus ont été utilisés comme engrais pour les plantes d'intérieur), les coquilles de chitine ont été lavées à l'eau, la masse contenant de l'humidité a été pesée, puis séchée au micro-ondes à 60 ° C pendant 15 minutes, la masse sèche a pesé.

L'extraction et la purification de la chitine ont été effectuées au cours d'opérations successives: 1) élimination des lipides primaires: lavage à l'acétone, 2) déprotéinisation primaire: traitement avec une solution de NaOH à 4% en excès pendant 60 minutes à 100 0 C, 3) lavage à l'eau avec un échantillon, résidu liquide neutralisant, 4) déminéralisation primaire: traitement avec une solution de HCI à 15% en excès pendant 30 minutes, 5) lavage de l’échantillon avec de l’eau, neutralisant les déchets liquides, 6) ré-excrétion des lipides: lavage à l’acétone, 7) re-déprotéinisation: traitement avec un excès de solution à 4% hydroxyde de sodium avec NaOH pendant 30 minutes à 100 ° C; 8) lavage de l’échantillon avec de l’eau, neutralisant les déchets liquides; 9) déminéralisation répétée: traitement avec une solution de HC1 à 15% en excès pendant 15 minutes; 10) lavage de l’échantillon à l’eau. neutralisation des déchets liquides, 11) séchage au micro-ondes à 60 0 С pendant 12 heures, pesée et emballage du matériau.

La pureté de l'échantillon de chitine obtenu a été déterminée par spectroscopie IR. Le spectre infrarouge de réflexion diffuse (Figure 1) et le spectre infrarouge de la réflexion interne totale perturbée (Figure 2) ont été pris dans la plage de longueurs d'onde de 4 000 à 400 cm -1, car c'est dans cet intervalle que les fréquences d'absorption caractéristiques des principaux groupes fonctionnels molécules [4].

Figure 1. Spectre IR de réflexion diffuse d'un échantillon de chitine.

Figure 2. Spectre IR de la réflexion interne totale altérée d'un échantillon de chitine.

Les maxima d'absorption aux spectres IR des longueurs d'onde comprises entre 1700 et 1 000 cm -1 des deux espèces présentent une différence non significative avec les fréquences caractéristiques de certains groupes fonctionnels [4] et confirment la présence de chitine dans l'échantillon étudié (tableau 1).

Les maxima de l'absorption infrarouge de l'échantillon obtenu

http://cosmoport.club/post/ekzoskelety-tarakanov-kak-syre-dlya-polucheniya-hitina

1.4. Obtenir de la chitine et du chitosane d'insectes

Les insectes peuvent constituer une source potentielle de chitine et de chitosane. Les principales caractéristiques de la cuticule d'insecte sont une faible teneur en minéraux (2 à 5%), ce qui élimine le stade de déminéralisation et la présence dans la cuticule d'insectes adultes d'une grande quantité de mélanine (30 à 40%), ce qui conduit à l'introduction d'un stade supplémentaire: le blanchiment.

Dans la littérature, il existe peu d'informations sur l'utilisation d'insectes pour la chitine et le chitosane. Cela est dû à certaines difficultés d’élevage et de collecte, ainsi qu’aux caractéristiques individuelles des matières premières. Les insectes sont utilisés comme matières premières qui se prêtent facilement à l’élevage en masse (mouches, blattes) ou sont un sous-produit d’autres industries (ver à soie, abeille submorphus).

Cuticoles-clic Agriotes tauricus

L’utilisation de pièges à phéromones qui attirent les adultes du même sexe et perturbe le processus de reproduction en masse est l’un des moyens efficaces de lutter contre les parasites des plantes (dendroctones du Colorado, dendroctones, dendroctones, imprimantes, etc.). L'installation et la mise à jour de pièges à phéromones vous permettent de collecter la biomasse de coléoptères en quantités importantes (une moyenne de 45 g de coléoptères secs provenant d'un piège par jour).

Un schéma d’isolation de la chitine et du chitosan de la biomasse de coléoptères secs comprend: la déprotéinisation (NaOH à 10%, 70 ° C, 2 h), la décoloration (H à 3%)₂Oh₂, 75-80 ° C, 1 h) et la désacétylation (NaOH à 50%, 125-130 ° C, 1,5 h). Dans ces conditions, on a obtenu du chitosane présentant les caractéristiques suivantes: rendement - 10%, DM-82%, MM-360 kDa. Hydrolyse du chitosane
réalisées avec les préparations enzymatiques S. kurssanovii et T.viride à pH 5,3, à des températures respectives de 45 ° C et 55 ° C [70]. Les caractéristiques du chitosane sont présentées au tableau 4.

Caractérisation du chitosane des coléoptères clic avant et après l'hydrolyse

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Chitine

Composants de puissance - Chitine

Chitine - Composants de puissance

Champignons - un vrai super produit. Ils contiennent des vitamines B, du potassium, du cuivre, du zinc, du sélénium, ainsi que de nombreux autres nutriments. Mais ce qui est particulièrement intéressant dans la composition des champignons, c'est leur texture unique, qui n'a pas d'analogue parmi les autres représentants de la nature. Et la substance chitine est responsable de la structure «charnue» des champignons. Oui, oui, la même chitine, tirée des leçons de biologie, est contenue dans des coquilles de crustacés et d’insectes. C'est grâce à la structure chimique unique des champignons qui ont été isolés dans un royaume séparé. Mais quel est le rôle de la nature attribué à la chitine, si ce n’est créer des coquillages et donner un caractère unique aux champignons?

Quelle est la chitine

La chitine est le deuxième biopolymère le plus répandu sur la planète.

Selon certaines estimations, cette substance est produite annuellement dans la nature exactement comme la cellulose. D'un point de vue chimique, il s'agit d'un polysaccharide non ramifié contenant de l'azote. In vivo fait partie de composés organiques et inorganiques complexes.

La chitine en tant que biopolymère naturel se trouve principalement dans l'exosquelette (la partie la plus externe du squelette) des crevettes, des crabes, des homards et des écrevisses. On le trouve également dans les champignons, la levure, certaines bactéries et les ailes de papillon. Dans le corps humain est nécessaire pour la formation des cheveux et des ongles, et chez les oiseaux - le plumage. La chitine pure est plus fragile qu'en association avec d'autres substances. Les exosquelettes d'insectes sont une combinaison de chitine et de protéines. En règle générale, les coquilles de crustacés sont constituées de chitine et de carbonate de calcium.

La chitine a de nombreux analogues commerciaux, y compris des produits alimentaires et pharmaceutiques. Ils sont couramment utilisés comme épaississants et stabilisants dans les aliments et aident également à créer un film comestible sur les aliments.

Dans les aliments, la chitine est présentée sous une forme modifiée et plus biodisponible du chitosane. Le chitosan est un dérivé de la chitine, formé à la suite d'une exposition à une substance contenant de la température et des alcalis. Comme le disent les scientifiques, cette substance dans sa composition ressemble aux tissus du corps humain. À des fins industrielles, il recevra des coquilles de crustacés.

Histoire de la découverte

La découverte de la chitine a eu lieu en 1811, lorsque le professeur Henry Brakonno l'a découverte pour la première fois dans des champignons. Le scientifique avec un intérêt particulier a commencé à étudier une substance inconnue qui n'était pas susceptible à l'influence de l'acide sulfurique. Puis (en 1823) cette substance a été trouvée dans les ailes des coléoptères de mai et l’a appelée "chitine", ce qui en grec signifie "vêtement, fourreau". Ce matériau était structurellement similaire à la cellulose, mais était significativement plus fort. Pour la première fois, la structure de la chitine a été déterminée par le chimiste suisse Albert Hofmann. Et en 1859, le monde savant a appris sur le chitosane. Après que les chimistes aient éliminé la chitine du calcium et des protéines. Il s'est avéré que cette substance avait un effet bénéfique sur presque tous les organes et systèmes du corps humain.

Au cours du siècle suivant, l’intérêt pour la chitine s’est quelque peu estompé et ce n’est que dans les années 1930 qu’elle a pris de l’importance. Et dans les années 1970, la production de coquillages a commencé.

Chitine dans la nature

Comme on l'a déjà noté, la chitine est le composant principal de l'exosquelette (la partie externe du squelette) de nombreux arthropodes, tels que les insectes, les araignées et les crustacés. Les exosquelettes de cette substance forte et solide protègent les tissus sensibles et mous des animaux dépourvus de squelettes internes.

La chitine dans sa structure ressemble à la cellulose. Et les fonctions de ces deux substances sont également similaires. Puisque la cellulose donne de la force aux plantes, la chitine renforce les tissus animaux. Cependant, cette fonction n'est pas effectuée indépendamment. Il vient au secours des protéines, notamment de la résiline élastique. La force de l'exosquelette dépend de la concentration de certaines protéines: qu'elle soit dure, comme la carapace d'un coléoptère, ou douce et souple, comme les articulations d'un crabe. La chitine peut également être combinée avec des substances non protéiques telles que le carbonate de calcium. Dans ce cas, les coquilles de crustacés sont formées.

Les animaux qui portent un "squelette" à l'extérieur, en raison de la rigidité de l'armure, sont relativement inflexibles. Les arthropodes ne peuvent plier les membres ou des segments de leur corps que dans les articulations, où l'exosquelette est plus mince. Par conséquent, pour eux, il est important que l'exosquelette soit compatible avec l'anatomie. En plus du rôle d'une coquille dure, la chitine empêche le dessèchement et la déshydratation des corps d'insectes et d'arthropodes.

Mais les animaux grandissent, ce qui signifie qu'ils doivent parfois corriger la "taille" de l'armure. Mais comme la construction chitineuse ne peut pas grandir avec les animaux, ils jettent la vieille coquille et commencent à sécréter un nouvel exosquelette avec les glandes de l'épiderme. Et tandis que la nouvelle armure se durcit (et cela prendra un peu de temps), les animaux deviennent extrêmement vulnérables.

Pendant ce temps, la nature des coquilles de chitine ne donnait que de petits animaux, une telle armure ne protégerait pas les plus gros animaux de la faune. Elle n'aurait pas approché les invertébrés terrestres car avec le temps, la chitine grossissait et devenait plus lourde, ce qui signifiait que les animaux ne pouvaient plus se déplacer sous le poids de cette armure protectrice.

Rôle biologique dans le corps

Une fois dans le corps humain, la chitine, qui a la capacité de lier les lipides alimentaires, réduit l’activité d’absorption des graisses dans l’intestin. En conséquence, les niveaux de cholestérol et de triglycérides du corps sont réduits. D'autre part, le chitosane peut affecter le métabolisme du calcium et accélérer son excrétion dans les urines. En outre, cette substance peut réduire considérablement le niveau de vitamine E, mais un effet positif sur la composition minérale du tissu osseux.

Dans le corps, la chitine-chitosane joue le rôle d'une substance antibactérienne.

Pour cette raison, il est inclus dans certains produits de soin des plaies. Pendant ce temps, l'administration à long terme de chitine peut perturber la microflore saine du tractus gastro-intestinal et augmenter la croissance de la microflore pathogène.

Fonctions de la chitine et du chitosane:

composant alimentaire pour bébé;
complément alimentaire utile;
réduit le cholestérol;
source de fibres;
favorise la reproduction des bifidobactéries;
aide à l'intolérance au lactose;
important pour la perte de poids;
composant antiulcéreux;
nécessaire pour la résistance des os;
a un effet bénéfique sur la santé des yeux;
élimine les maladies des gencives;
agent antitumoral;
composant de produits cosmétiques;
composant de nombreux dispositifs médicaux;
arôme, conservateur;
utilisé pour la production de textiles, de papier;
traitement des semences;
important pour la purification de l'eau.

Ce qui est nécessaire

Certaines preuves scientifiques suggèrent que la chitine a pour effet d'abaisser les concentrations de cholestérol. Cette propriété est particulièrement visible dans la combinaison du chitosane et du chrome. Pour la première fois, cet effet sur l'exemple du rat a été démontré par des scientifiques japonais en 1980. Les chercheurs ont ensuite découvert que la réduction du cholestérol était due à la capacité de la chitine à se lier aux cellules lipidiques, empêchant ainsi leur absorption par l'organisme. Les scientifiques norvégiens ont ensuite annoncé les résultats de leur expérience: pour réduire le cholestérol de près de 25%, il est nécessaire de prendre du chitosane pendant 8 semaines en plus des régimes.

L'effet positif de la chitine est également ressenti par les reins. Cette substance est particulièrement importante pour le maintien d’un bien-être optimal chez les personnes sous hémodialyse.

L'impact sur la peau est d'améliorer la capacité de cicatrisation des plaies.

Les suppléments nutritionnels contenant du chitosan aident à maintenir un poids santé.

Affecte le corps sur le principe de la fibre soluble. Cela signifie qu'il améliore le fonctionnement des organes digestifs, accélère le passage des aliments par le tractus intestinal et améliore la motilité des intestins.

Améliore la structure des cheveux, des ongles et de la peau.

Propriétés utiles

De nombreuses études ont montré que la chitine et ses dérivés ne sont pas toxiques et peuvent donc être appliqués en toute sécurité dans les industries alimentaire et pharmaceutique. Selon certaines données, aux États-Unis et au Japon, environ 2 millions de personnes prennent des compléments alimentaires à base de chitine. Et leur nombre ne fait que croître. En passant, les médecins japonais recommandent aux patients de prendre de la chitine pour lutter contre les allergies, l'hypertension artérielle et l'arthrite.

De plus, il est connu que la chitine est complètement décomposée sous l’influence de micro-organismes et est donc une substance respectueuse de l’environnement.

Chitin et...

... digestion

L'introduction de la chitine dans le régime alimentaire habituel est ce que la personne peut faire de mieux pour sa santé. Alors au moins certains chercheurs disent. Après tout, la consommation de cette substance aidera non seulement à perdre du poids, mais aussi à réduire la pression artérielle, à prévenir l’apparition d’ulcères dans le système digestif et à faciliter la digestion des aliments.

Plusieurs études menées au Japon et en Europe ont montré que la chitine et ses dérivés contribuent à la croissance de bactéries bénéfiques dans l'intestin. En outre, les scientifiques ont des raisons de croire que la chitine améliore non seulement le fonctionnement du côlon (en éliminant le syndrome du côlon irritable), mais empêche également la formation de tumeurs malignes et de polypes dans les tissus.

Il est prouvé que cette substance unique protège contre la gastrite, arrête la diarrhée, soulage la constipation, élimine les toxines.

... lactose

Cela peut paraître surprenant, mais les résultats de la recherche prouvent la véracité de cette hypothèse. La chitine facilite l'intolérance au lactose. Les résultats des expériences ont surpris même les scientifiques. Il s'est avéré que, dans le contexte de la chitine, même les aliments, composés à 70% de lactose, ne provoquent pas de symptômes d'indigestion.

... poids supplémentaire

Il existe aujourd'hui des preuves que la chitine est un bloqueur de graisse. Quand une personne consomme cet hydrate de carbone, il se lie aux lipides ingérés avec les aliments. Et étant un composant insoluble (indigeste), la même capacité dote automatiquement la graisse liée. En conséquence, il se trouve que cet étrange «soufflage» se déplace avec son corps sans y être absorbé. Il a été établi expérimentalement que, pour perdre du poids, il est nécessaire de consommer 2,4 g de chitosane par jour.

... cicatrisation

La chitine est l'une des substances les plus importantes pour les patients atteints de brûlures. Il a une compatibilité remarquable avec les tissus vivants. Les scientifiques ont remarqué qu'en raison de cette substance, les plaies guérissent plus rapidement. Il s'est avéré que le mélange acide de chitine accélère la guérison des blessures après des brûlures de divers degrés. Mais l'étude de cette capacité à chitiner se poursuit.

... minéralisation

Ce polysaccharide joue un rôle crucial dans la minéralisation de divers tissus. Et l'exemple principal est celui des coquilles de mollusques. Les chercheurs, après avoir étudié cette capacité de la chitine, ont de grands espoirs pour cette substance en tant que composant de la récupération du tissu osseux.

"Avez-vous commandé la sauterelle pour le déjeuner?"

Le chitosane "a éclaté" dans l'industrie alimentaire dans les années 1990. Lors de la promotion de nouveaux compléments alimentaires, les fabricants ont répété qu’il favorisait la perte de poids, le cholestérol, la prévention de l’ostéoporose, de l’hypertension et des ulcères d’estomac.

Bien entendu, l'utilisation de la chitine dans les aliments n'a pas commencé à la fin du siècle dernier. Cette tradition a au moins plusieurs milliers d'années. Depuis des temps immémoriaux, les habitants du Moyen-Orient et d'Afrique consomment des sauterelles comme un plat sain et nutritif. La mention des insectes dans le rôle de la nourriture se trouve dans les pages de l'Ancien Testament, dans les archives de l'historien grec antique Hérodote, dans les anciennes annales romaines, dans les livres des islamistes et dans les légendes des Aztèques.

Dans certains pays africains, le criquet séché avec du lait était considéré comme un plat traditionnel. En Orient, il y avait une tradition de donner des insectes à un mari comme le plus grand cadeau. Au Soudan, les termites étaient considérés comme un mets délicat, et les Aztèques avaient fait bouillir les fourmis comme point culminant de leurs dîners.

Il existe différents avis sur des goûts gastronomiques similaires. Mais dans de nombreux pays de l'Est et vendent maintenant des criquets rôtis, au Mexique, ils préparent des sauterelles et des punaises, les Philippins apprécient différents plats de cricket et, en Thaïlande, les touristes sont disposés à offrir des mets spécifiques comme les larves de coléoptères, les grillons, les chenilles et les libellules.

Sauterelle alternative à la viande?

Dans le monde moderne, la consommation de coléoptères est traitée différemment. On jette dans la chaleur seulement à la pensée que quelqu'un, quelque part, clique à la place des graines de cafards. D'autres décident d'essayer la gastronomie exotique en parcourant le monde. Et pour le troisième, les sauterelles et tous les frères chitineux servent de nourriture ordinaire, qui est tenue en haute estime depuis des siècles.

Ce fait ne pouvait qu'intéresser les chercheurs. Ils ont commencé à étudier ce que les gens peuvent obtenir en consommant des insectes. Comme on pouvait s’y attendre, les scientifiques ont déterminé que tous ces «exotiques animés» approvisionnent l’homme en chitine, ce qui, sans aucun doute, est déjà un avantage.

En outre, au cours de l'étude de la composition chimique des insectes, il s'est avéré que certains contiennent presque autant de protéines que le bœuf. Par exemple, 100 g de sauterelles contiennent 20,5 g de protéines, ce qui ne représente que 2 g de moins que chez le bœuf. Dans les coléoptères, environ 17 g de protéines, chez les termites, 14 et dans les abeilles, il y a environ 13 g de protéines. Et tout irait bien, mais collecter 100 grammes d'insectes est beaucoup plus difficile que d'acheter un morceau de viande de 100 grammes.

Quoi qu’il en soit, mais à la fin du XIXe siècle, le Britannique Vincent Holt a fondé une nouvelle tendance pour les gourmets et l’a appelé entomophagie. Les adeptes de ce mouvement, au lieu de manger de la viande ou de végétarisme, "professaient" la nourriture par les insectes. Les partisans de ce régime considéraient que leur régime était riche en chitine, presque thérapeutique. Et les plats de votre menu sont plus sains et plus propres que les produits d'origine animale.

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«Actes du BSU 2016, volume 11, partie 1 - Examens UDC 547.458 BASES TECHNOLOGIQUES POUR L'OBTENTION DE CHITINE ET DE CHITOSAN D'INSECTES V.P. Kurchenko1, S.V. Bug1,. "

Actes du BSU 2016, volume 11, partie 1

BASES TECHNOLOGIQUES POUR L'OBTENTION DE CHITINE ET DE CHITOSAN

D'INSECTES

V.P. Kurchenko1, S.V. Buga1, N.V. Petrashkevich1, T.V. Butkevich1, A.A. Vetoshkin1,

E.L. Demchenkov2, A.D. Lodygin2 O. Yu. Zueva3, V.P. Varlamov3, O.I. Borodin4

Université d'État biélorusse, Minsk, République de Biélorussie Université fédérale du Caucase du Nord, Stavropol, Institut de bio-ingénierie de la Fédération de Russie, FGU FITS Principes fondamentaux de la biotechnologie de l'Académie des sciences de Russie, Moscou, Fédération de Russie SNPO NPC de Biélorussie sur les ressources biologiques, Minsk, République de Biélorussie e-mail : [email protected] Introduction La chitine a été découverte en 1821 par G. Bracon, directeur du jardin botanique de l'Académie des sciences de Nancy. Au cours d'expériences chimiques, il a isolé une substance provenant de champignons qui ne pouvait pas être dissoute dans de l'acide sulfurique et l'a appelée "champignon". Après deux ans en 1823, le scientifique français A. Odier, étudiant les éléments de l'exosquelette d'insectes et de tarentules, a isolé la même substance des élytres d'insectes et a suggéré d'utiliser le terme «chitine». En 1859, par exposition à un alcali, la forme désacétylée de chitine, appelée "chitosane", a été obtenue pour la première fois. Cependant, au moment de la découverte du chitosane, les scientifiques ne s'y intéressaient pas et ce n'est que dans les années trente du XXe siècle qu'ils ont à nouveau prêté attention à la substance elle-même et aux possibilités de son utilisation pratique.

Ces dernières années, la recherche et le développement de technologies d'utilisation du chitosane ont suscité un intérêt croissant [1]. La figure 1 illustre l’augmentation du nombre de publications sur ce sujet, semblable à une avalanche, au cours des 20 dernières années. Le nombre total de publications pour 1990-1999. était de 215, et en 2015 seulement, plus de 1600 ont été publiés.

Nombre de publications Années Figure 1 - Nombre de publications sur l'utilisation de chitosan selon les données d'octobre 2016 de la base de données Web of Science.

La chitine est le deuxième polymère naturel le plus répandu après la cellulose. Ce biopolymère fait partie de l'exosquelette et d'autres éléments du squelette des arthropodes, de la paroi cellulaire des champignons, des algues, etc. La chitine est un extrait du fascicule de BGU 2016, volume 11, partie 1. Il s'agit d'un polysaccharide linéaire constitué de N-acétyl-2-amino-2-désoxy. D-glucopyranose lié par 1-4 liaisons glycosidiques (Figure 2). La chitine isolée de sources naturelles contient généralement 5 à 10% de résidus de 2-amino-2-désoxy-D-glucose [2, 3].

Figure 2 Formule développée de la chitine Dans les organismes chitineux, la chitine se trouve dans des complexes avec des protéines, des glucanes.

La biosynthèse de la molécule de chitine se produit avec la participation de l'enzyme synthétase de chitine dans des organites cellulaires spéciaux, les chitosomes, qui est réalisée par transfert séquentiel des résidus de N-acétyl-D-glucosamine de l'uridine diphosphate-N-acétyl-D-glucosamine à une chaîne polymérique en extension.

La chitine est un polymère hautement cristallin, avec des liaisons intra et intermuléculaires entre les groupes hydroxyle, ainsi qu'entre les groupes aminoacyle et hydroxyle. La chitine a trois modifications polymorphes avec une orientation différente des microfibrilles. La forme la plus commune est présente dans la coquille des crustacés et certains mollusques, la cuticule des insectes, la paroi cellulaire des champignons. C'est une chaîne polymère anti-parallèle étroitement tassée. Dans le cas des formes β, les chaînes polymères sont parallèles et, en raison de liaisons hydrogène intermoléculaires plus faibles, ont une solubilité et une capacité de gonflement plus grandes [4].

La chitine est insoluble dans l'eau, les alcalis, les acides dilués, les alcools, les autres solvants organiques et soluble dans les acides chlorhydriques, sulfuriques et formiques concentrés, ainsi que dans certaines solutions salines lorsqu'elles sont chauffées et fortement dissipées [7]. Il est capable de former des complexes avec des substances organiques: cholestérol, protéines, peptides et possède également une capacité de sorption élevée pour les métaux lourds, les radionucléides. La chitine ne se décompose pas sous l'action d'enzymes de mammifères, mais est hydrolysée par certaines enzymes d'insectes, de champignons et de bactéries responsables de la dégradation de la chitine dans la nature [8].

La chitine a deux groupes hydroxyle, dont un en C-3 est secondaire et le second en C-6 est primaire. Pour ces groupes fonctionnels, il peut être modifié chimiquement pour produire des dérivés avec les propriétés fonctionnelles souhaitées. Parmi eux se trouvent les carburants simples (par exemple, carboxyméthyle) et les esters [9, 10, 11]. Parmi les différents dérivés de ce polymère, le chitosane est le plus accessible.

Le chitosan est un dérivé de chitine désacétylé, qui est un polymère constitué d'unités α-D-glucosamine (figure 3).

Actes du BSU 2016, volume 11, partie 1 Examens L'obtention du chitosane repose sur la réaction d'élimination de l'unité structurale de la chitine - le groupe acétyle. La réaction de désacétylation peut s'accompagner d'une rupture simultanée des liaisons glycosidiques du polymère. Par conséquent, le chitosane présente une hétérogénéité structurelle en raison de l'achèvement incomplet de la réaction de désacétylation et de la rupture de la chaîne du polymère [2].

Figure 3 Formule développée du chitosane

Lorsque vous travaillez avec la chitine et le chitosane, vous devez prendre en compte leur poids moléculaire, leur degré de désacétylation (DM) ou leur degré d'acétylation (CA). Le degré de désacétylation indique la teneur molaire relative en groupes amino du polymère, le degré d'acétylation - la teneur molaire relative en groupes N-acétyle. Actuellement, il n'existe pas de critère généralement accepté pour distinguer le chitosan de la chitine, en fonction de la teneur en groupes N-acétyle. Pour des raisons pratiques, cette limite conditionnelle peut être tracée en fonction du degré d'acétylation, qui est supérieur à 50% pour la chitine et inférieur à 50% pour le chitosane [2].

Contrairement à la chitine pratiquement insoluble, le chitosan est soluble dans les acides inorganiques dilués (chlorhydrique, nitrique) et organique (formique, acétique, succinique, lactique, malique), mais insoluble dans les acides citrique et tartrique [12]. Cette propriété ouvre de nombreuses possibilités d’application dans diverses industries, l’agriculture et la médecine.

Les groupes amino de la molécule de chitosane ont une constante de dissociation ionique (pKa) de 6,3–6,5 [13]. Au-dessous de cette valeur, les groupes amino sont protonés et le chitosane est un polyélectrolyte cationique hautement soluble. Ci-dessus, les groupes amino sont déprotonés et le polymère est insoluble. Cette dépendance de la solubilité au pH permet d'obtenir du chitosane sous différentes formes: capsules, films, membranes, gels, fibres, etc.

La solubilité du chitosane dans les solutions aqueuses faiblement acides augmente considérablement avec la diminution du poids moléculaire et l'augmentation du degré de désacétylation.

Le chitosane de haut poids moléculaire avec un degré de désacétylation de 70–80% est peu soluble dans les solutions aqueuses à pH 6,0–7,0, ce qui limite considérablement les possibilités de son application pratique [14].

Le chitosane, contrairement à la chitine, possède un groupe fonctionnel réactif supplémentaire (groupe amino NH2). Par conséquent, outre les éthers et les esters du chitosane, il est possible d'obtenir des dérivés N de différents types, ce qui élargit considérablement les possibilités d'utilisation.

Le chitosan a dans la plupart des cas une activité biologique diverse.

En raison de la charge positive élevée, il a une forte affinité pour la sorption des molécules de protéines, pesticides, colorants, lipides, chélation des ions métalliques (Cu2 +, Ni2 +, Zn2 +, Cd2 +, Hg2 +, Pb2 +, Cr3 +, VO2 +, UO22 +) et radionuclides [15]. Les produits à base de chitosane ont une biodégradabilité, une résistance aux radiations et une biocompatibilité.

Le chitosan et ses dérivés présentent des propriétés antibactériennes, immunostimulantes, anticancéreuses, cicatrisantes et autres. Compte tenu de sa toxicité, le chitosane appartient à la 4ème classe et est considéré comme sûr [2], de sorte que ce polymère est de plus en plus utilisé dans presque tous les domaines, tels que la médecine, les aliments. énergie, industrie textile, etc. [1]

Applications de la chitine et du chitosane Tenant compte des propriétés uniques de la chitine et du chitosane, la recherche sur ces polymères naturels et le développement des bases scientifiques de leur utilisation pratique ont été considérablement intensifiés. À ce jour, il existe plus de 200 applications de ces biopolymères.

Industrie cosmétique En raison des propriétés filmogènes de ces polysaccharides utilisés dans l'industrie cosmétique, les crèmes cosmétiques réduisent les pertes en eau et augmentent l'efficacité des filtres UV [16], ainsi que les produits de soin des cheveux (shampooings, baumes, lotions) pour améliorer le peignage, réduisent la charge statique, préviennent les pellicules et améliorent la brillance des cheveux. De plus, le chitosane peut agir comme agent gélifiant dans les savons liquides, les dentifrices gélifiants, les vernis à ongles aux propriétés bactéricides [2]. En parfumerie utilisée dans la fabrication de parfums comme stabilisant d'arôme [17].

Médecine En médecine, ces biopolymères sont utilisés sous forme de poudres, pommades, gels, poudres, pansements, éponges, peau artificielle pour traiter et éliminer les défauts, lésions et brûlures de la muqueuse buccale et des dents [18], ainsi que pour la régénération des tissus osseux. pour la cicatrisation des plaies, assurer une protection mécanique et stimuler les processus de régénération des tissus endommagés (une guérison 3 à 4 fois plus rapide est fournie) [19]. Le sulfate de chitosan, qui a une activité anticoagulante, est utilisé comme analogue de l'héparine qui ralentit la coagulation du sang et prévient la formation de caillots sanguins [22]. En raison de leur biodégradabilité, de leur biocompatibilité et de leur faible toxicité, le chitosan est utilisé comme matériau fonctionnel pour créer des membranes aux propriétés adhésives, des films, des nanoparticules et des nanosystèmes pour la délivrance de vitamines, protéines, peptides et médicaments administrés par diverses méthodes (orale, nasale, parentérale)., à action prolongée [20, 21].

Agriculture En agriculture, le chitosane peut être utilisé comme éliciteur, provoquant chez les plantes une résistance systémique et durable aux agents responsables de diverses maladies (bactériennes, fongiques, virales) au cours du traitement des semences avant le semis et lors du traitement de la plante en phase de ramification, ainsi que comme biostimulant augmenter le rendement en légumes de 25 à 40% [23], ainsi que pour améliorer le sol dans des compositions contenant des engrais naturels ou artificiels [24]. Écologie À des fins environnementales, le chitosane et la chitine peuvent ut utilisé pour nettoyer les eaux usées des métaux lourds, des radionucléides, des protéines, des hydrocarbures, des pesticides, des colorants, et des cellules bactériennes [25].

Industrie alimentaire Dans l'industrie alimentaire, le chitosane a trouvé l'application la plus large (Figure 4). Il est utilisé comme émulsifiant pour les émulsions simples et multicomposantes pour la stabilisation de systèmes homogènes et hétérogènes dans la production de puddings, de mousses et de gelées ainsi que pour le fractionnement du lait cru. Il est utilisé comme épaississant pour les sauces, les assaisonnements, les tartes, les pâtes, pour la panure liquide et comme structurant pour les aliments diététiques qui favorisent l'élimination des radionucléides du corps, ainsi que pour la clarification des liquides dans la production de vins, de bières, de jus de fruits et de lactosérum [2].

Compte tenu des propriétés bactéricides de ces polysaccharides, ils peuvent être utilisés comme conservateurs pour supprimer la microflore pathogène et conditionnellement pathogène. Examens de la valeur biologique des aliments et des boissons, ainsi que dans la fabrication de films pour le stockage de divers types de produits alimentaires [26] Le plus connu est l’effet protecteur des films de chitosane appliqués sur la surface des fruits et des légumes - pommes, agrumes, fraises, tomates, poivrons. Les films de chitosan homogènes, flexibles et sans fissures ont une perméabilité sélective; ils jouent donc le rôle de filtre microbien à la surface des fruits et légumes et / ou régulent la composition des gaz à la surface et dans la masse des tissus, affectant ainsi l'activité et le type de respiration ensemble contribue à prolonger la durée de conservation des produits d’origine végétale.

Figure 4 - Applications du chitosane dans l'industrie alimentaire

De plus, le chitosane désigne les fibres alimentaires qui ne sont pas absorbées par le corps humain. Dans l'environnement acide de l'estomac, il forme une solution de haute viscosité. En tant que composant alimentaire ou médicament thérapeutique et prophylactique, le chitosane présente les propriétés d'un entérosorbant, d'un immunomodulateur, d'un facteur anti-sclérotique et anti-arthrose, d'un régulateur de l'acidité gastrique, d'un inhibiteur de la pepsine, etc. [27].

La teneur en chitine de la chitine varie de 6 à 30% (en termes de matière sèche) dans la carapace des crustacés, de 10 à 14% en polypes hydroïdes, de 18 à 20% en biomasse de champignons filamenteux, de 60 à 65% en tissus tégumentaires des coquerelles., 40–50% - dans la soumission des abeilles, des champignons supérieurs et inférieurs), ainsi que de la structure et des propriétés [2, 28]. Par conséquent, pour obtenir ces biopolymères possédant les propriétés souhaitées, il est nécessaire d'étudier les sources contenant du chitosane et de développer des méthodes pour isoler le composant cible.

Les principales sources de chitine et de chitosane, la chitine, sont présentes dans l'exosquelette des arthropodes (crustacés, insectes), des éléments squelettiques du zooplancton marin, la paroi cellulaire des champignons et des levures, des tubes de chordophore [29]. Ce polymère est également représenté dans les parois des kystes de ciliés, d'aiguilles, Actes de BGU 2016, volume 11, partie 1, Examen de diatomées, cellules d'algues vertes, d'or et d'haptophytes [30]. Il est absent chez les organismes et les plantes procaryotes.

Crustacés (crustacés) Actuellement, la principale source de chitine et de chitosane sont les arthropodes, à savoir les crustacés. Les matières premières industrielles les plus accessibles pour l'obtention de chitosane sont les déchets issus de la transformation des hydrobiontes marins coquilliers: crabes, crevettes, homards, etc. La principale caractéristique de ces matières premières est l'absence de coûts de sélection et de culture [31].

Dans les carapaces de crustacés, il est présent dans la forme α de la chitine, laquelle forme des nanofibrilles de 3 nm de diamètre, contenant 19 chaînes moléculaires d'une longueur d'environ 0,3 µm [32]. La chitine forme des complexes avec les protéines (jusqu'à 50%), interagissant avec les résidus acide aspartique et / ou histidine, les minéraux (carbonates amorphes et phosphates de calcium) et les pigments (lutéine, -carotène, astaxanthine), conférant résistance mécanique et élasticité [33].

Les entreprises crabes de l'Extrême-Orient de la Russie, destinées à la production de chitine et de chitosane, et Bairdy (Chionoecetes bairdi). La chitine naturelle des crabes n'est pas complètement acétylée et contient jusqu'à 82,5% d'acétylglucosoamine, 12,4% de glucose amine et 5% d'eau [2]. Le tableau 1 présente la composition chimique des carapaces de crabes et d’autres crustacés.

Cam Crusader Gammarus (Rivulogammarus) lacustris est un autre objet très massif et facilement exploitable. Ses réserves sont calculées en milliers de tonnes et les captures ne sont pas associées à une perturbation de l'équilibre biologique dans les masses d'eau. La teneur relativement élevée en chitine (25-30%) et la faible épaisseur de la coque (100-500 µm) facilitent le processus de traitement pour produire de la chitine et du chitosane [34].

Le krill antarctique (Euphausia superba) est une autre source prometteuse, massive dans les secteurs de l'Atlantique, du Pacifique et de l'océan Indien. Selon certaines estimations, ses réserves s'élèveraient à 50 millions de tonnes et le rendement en chitine après traitement du krill brut serait d'environ 1%.

Aujourd'hui, la capture mondiale de krill est estimée à 100 000 tonnes et ses ressources actuelles pourraient permettre une pêche presque toute l'année [35].

Actes de BGU 2016, Volume 11, Partie 1 Examens Champignons (Champignons) Les champignons sont une source disponible de chitine et de chitosane. La paroi cellulaire de presque tous les champignons, sauf Acrasiales, contient de la chitine. La teneur en chitine est différente dans les champignons de différents taxons et est soumise à des fluctuations importantes en fonction des conditions de culture et de la position systématique du corps, allant de 0,2% à 26% du poids sec. Par exemple, la teneur en chitine par gramme de biomasse sèche est de 20–22% pour les Aspergillaceae, de 4–5,5% pour le Penicillium, de 3–5% pour les champignons supérieurs et de 6,7% pour les champignons porcins. Le contenu de la chitine n'est pas le même, même chez les champignons appartenant au même genre. Par exemple, parmi les micromycètes de la famille des Aspergillaceae, la teneur en chitine de A. flavus contient jusqu'à 22% du poids sec, de A. niger - 7,2% et de A. parasiticus - 15,7%. La teneur relative en chitine dans certains champignons varie considérablement dans les limites de l'espèce, représentant entre 11,7% et 24% de la masse sèche de différentes souches de A. niger.

Il est établi que ce polysaccharide est présent dans 29 espèces de levures, à l'exception de Schizosaccharomyces. Dans la levure, il existe une forme d'a-chitine d'un poids moléculaire moyen d'environ 25 kDa, ce qui représente 1 à 3% de la masse totale [36].

La paroi cellulaire des champignons est un système de microfibrilles inclus dans la matrice amorphe. De telles fibrilles ou composants squelettiques, selon l'espèce de champignon, peuvent être construits à partir de cellulose, de glucane et de chitine. Les polysaccharides restants, protéines, pigments, lipides servent d'agents de cimentation, formant des liaisons chimiques avec la partie microfibrillaire de la paroi cellulaire.

-Les 1,3-glucanes forment le complexe le plus durable avec la chitine en raison de liaisons covalentes, appelé complexe chitine-glucane (CHGC), qui forme le «squelette» de la cellule fongique. Dans la paroi cellulaire, la synthèse de chitine détermine l’aspect de la cellule, sa composition chimique et est étroitement liée à la turgescence, au développement morphogénétique, à la synthèse des lipides, à l’activité de nombreuses enzymes ainsi qu’à l’appareil nucléaire de la cellule fongique. La chitine de champignons peut être obtenue de deux manières: par fermentation ciblée et à partir de déchets de production d'acides organiques, d'enzymes, d'antibiotiques. La séparation des glucanes de la chitine étant difficile, il est donc préférable d’obtenir des complexes chitine-glucane et chitosanglucane. Le chitosane peut également être isolé directement, qui fait partie de la paroi cellulaire de certains champignons filamenteux, tels que Mucor spp., Rhizopus spp., Absidia coerulea, A. glauca, A. orchidis [37, 38].

Insectes (Insecta) Les insectes constituent la classe la plus nombreuse du monde animal, avec plus d'un million d'espèces. Les téguments du corps des insectes sont constitués de deux formations hétérogènes - les cellules vivantes de l'épiderme et la cuticule non cellulaire - le produit de la sélection de ces cellules.

La cuticule forme le squelette externe recouvrant tout le corps et est divisée en deux couches.

La couche interne épaisse du procuticule (jusqu’à 200 µm d’épaisseur) se caractérise par une teneur élevée en eau (30 à 40%) et est constituée de fibres de chitine incrustées dans une matrice protéique. La mince couche externe de l'épicuticule ne contient pas de chitine (épaisseur de 1 à 3 µm) [39].

Le procutikul perméable à l’eau assure la fonction de protection mécanique des tissus et des cellules et l’épicuticule imperméable protège du dessèchement. Procuticula est divisé en une endocuticule molle, adjacente à l'épiderme, et une exocuticule plus puissante située au-dessus de celle-ci. Dans le domaine des endocutulas, les processus de solidification et de pigmentation ne sont pas exprimés. Les molécules polymères du complexe protéine-chitine forment des couches alternées composées des plaques les plus minces - les lamelles [40]. Dans le domaine des exocutulas, ce complexe est stabilisé par des quinones et imprégné de pigments à la mélanine. La cuticule des arthropodes en géométrie spatiale est l'un des meilleurs exemples de cristaux liquides cholestériques. Une telle structure est formée de composés à centres asymétriques, grâce auxquels les couches de molécules sont torsadées par rapport aux travaux de BGU 2016, volume 11, partie 1, se commentent sous un angle faible et constant, formant une spirale. La formation de la matrice extracellulaire se déroule selon le principe de la mise en ordre automatique du type de cristaux liquides [41].

La part de la chitine dans la cuticule des insectes est élevée et atteint 50% chez certaines espèces. La chitine est également présente dans la muqueuse de la grande trachée, les glandes unicellulaires, dans la membrane péritrophique [42]. Le tableau 2 présente le contenu de la chitine dans d'autres organes ou parties du corps des arthropodes, ainsi que dans les phanères du corps de divers insectes.

En plus de la chitine, l'exosquelette des arthropodes comprend des protéines, qui représentent 25 à 50% du matériau sec de la cuticule, ainsi que des lipides (3,5–22%) [39]. Parmi les substances inorganiques, les sels de calcium neutres (carbonates, phosphates), qui forment des complexes avec les protéines, sont le plus souvent présents. La teneur en substances minérales est faible et ne dépasse pas 1–3% [44].

Ainsi, à l'heure actuelle, la principale source de chitine et de chitosane sont les crustacés. L'obtention de chitine à partir de cette matière première ne peut être rentable que si tous les nutriments contenus dans la coque sont extraits simultanément. En outre, les entreprises qui se procurent de la chitine à partir de carapaces de crustacés devraient être situées à proximité de leurs sites de pêche. Par conséquent, la recherche de nouvelles sources de production de chitine viables sur les plans environnemental et économique est pertinente. Les insectes peuvent constituer une nouvelle source prometteuse de chitine et de chitosane. La production de polyaminosaccharides à partir de ceux-ci mérite une attention particulière en raison de la teneur élevée en chitine et de la faible cristallinité des matières premières, ce qui permet de réaliser le processus dans des conditions favorables grâce à une biotechnologie polyvalente respectueuse de l'environnement.

Zooculture d'animaux invertébrés En République de Biélorussie, la zooculture d'animaux invertébrés peut être une source disponible de chitine et de chitosane. Étant donné que la collecte d'animaux dans l'environnement naturel est dans la plupart des cas difficile, dépend de la saison et n'est pas rentable, la zooculture d'insectes peut devenir une nouvelle source disponible de chitine, qui deviendra une ressource domestique renouvelable pour l'obtention de ce biopolymère et de ses dérivés.

La zooculture est un groupe d'animaux de tous les taxons cultivés depuis de nombreuses générations et à l'égard desquels une personne veille à la réalisation de certains objectifs pratiques.

Lorsque les insectes sont cultivés dans le zoo, les cafards, les grillons, les larves de vers de farine, etc. sont les plus populaires (tableau 2).

Conditions de culture des insectes Caractéristiques: blattes nicheuses "Tête morte" (Blaberus craniifer), marbre (Nauphoeta cinerea), cafards grésillant de Madagascar (Gromphadorhina portentosa) et tigre de Madagascar (Gromphadorhina grandidieri).

Nauphoeta cinerea est une espèce de blatte d'Amérique du Nord actuellement distribuée dans le monde entier. Il est largement utilisé comme culture fourragère pour divers animaux exotiques. Blaberus craniifer, Gromphadorhina portentosa et Gromphadorhina grandidieri sont des cafards caractérisés par une taille record, des périodes de développement plus longues et une nourriture plus exigeante. En longueur, ils peuvent atteindre 80 mm. Ces espèces sont également cultivées à l'échelle industrielle, mais ne sont pas aussi populaires que les blattes en marbre.

En tant que source de substances biologiquement actives, ces insectes présentent un intérêt, car ils possèdent un exosquelette chitineux très épais et on peut s’attendre à ce que le rendement en chitosane lors de leur traitement soit supérieur.

La connaissance de la biologie et de l'écologie des blattes est la base fondamentale de leur culture réussie. La culture des blattes exige le respect de certaines conditions optimales de détention; à savoir la nutrition, la reproduction, qui peut assurer le fonctionnement normal de la culture de laboratoire dans son ensemble. Le respect des conditions d’entretien tout au long de l’année: alimentation équilibrée, température, humidité relative de l’air, éclairage et densité optimale des insectes dans les cages, compte tenu de l’évolution saisonnière de la structure de la population, permettra de préserver la culture d’insectes dans des délais raisonnables.

Les larves et les blattes imago doivent recevoir des aliments pour plantes et animaux tout au long de l’année et, en l’absence de produits naturels, des concentrés de viande et de poisson granulés avec oligo-éléments et vitamines peuvent remplacer le maintien de l’homéostasie normal des colonies de blattes.

Les fabricants sont conservés dans des cages en verre ou des récipients en plastique dont le fond est situé à 6040 cm.Pour assurer la ventilation, des orifices de ventilation sont laissés dans la cage, qui sont serrés avec un mince maillage en acier inoxydable ou du gaz du moulin. Le substrat utilisé est le sol, la tourbe, le sol kosovo ou les copeaux, la sciure de bois de feuillus, des chicots et de l'écorce d'orme, du tremble, du tilleul et du chêne. Pour augmenter la surface, il est recommandé de placer des plateaux à œufs en carton dans la cage, qui servent d’abri supplémentaire aux larves. La hauteur de la couche de substrat pour la reproduction doit être de 6 à 7 cm au minimum, en particulier de la présence de morceaux d'écorce en présence de G. grandidieri. Les substances biologiquement actives contenues dans le bast (tanins, etc.) sont nécessaires au déroulement normal des processus physiologiques et au fonctionnement normal de ces blattes.

La température optimale pour la culture des blattes est maintenue dans la plage de 24 à 27 ° C. L'humidité dans les cages devrait varier entre 60 et 70%, ce qui est obtenu en pulvérisant quotidiennement le substrat de l'atomiseur avec une pulvérisation fine pour éviter toute surhumidification.

Aliments utilisés dans deux catégories: sec et humide. Nourriture sèche - gammarus sec (Gammarus spp.), Gruau, son, craquelins noirs et blancs, biscuits. La nourriture humide est utilisée en fonction de la saison de l'année. En hiver, il s'agit de citrouille, courgettes, courges, carottes, laitue, chou, betteraves, pommes, bananes. En période estivale - feuilles de pissenlit médicinal (Taraxacum officinale), de bardane (Arcticum lappa), de laitue verte, etc.

L'alimentation est mieux faite une fois tous les trois jours. Cela est dû au fait que des bactéries peuvent se développer sur des débris de nourriture non consommés, entraînant une détérioration de la nourriture et causant un certain nombre de maladies infectieuses chez les insectes. Par conséquent, les restes de nourriture ont été retirés du réservoir et remplacés par des produits frais. En plus de l'alimentation ci-dessus dans le régime des blattes additifs minéraux, craie, coquille d'oeuf sont introduits.

Actes du BSU 2016, volume 11, partie 1 Avis Culture d'un ver de farine géant (Zoophobas morio).

Zophobas morio est un scarabée de la famille darkling. Cet insecte est largement reconnu comme source potentielle de protéines animales. Pas tellement les adultes, car ses larves, qui contiennent jusqu'à 20% de protéines et 16% de matières grasses, ont un grand potentiel industriel en tant que matière première biotechnologique. La teneur élevée en substances biologiquement utiles et la fertilité extrêmement élevée ont fait de Zophobas morio l'un des insectes les plus populaires cultivés à des fins commerciales. Ainsi, à l'échelle industrielle, ce coléoptère est largement reproduit en Europe, en Asie et aux États-Unis.

Il existe différentes technologies pour conserver Zophobas morio. Le son, la tourbe, la sciure de bois ou un mélange de tous les substrats ci-dessus est le plus souvent utilisé comme substrat nutritif. À des fins commerciales, sous sa forme brute, il est utilisé comme aliment pour les besoins du bétail ou comme source de protéines animales dans les mélanges d'aliments.

Cet objet est très intéressant du point de vue de l'obtention du chitosane, car au stade larvaire, la chitine des insectes est à l'état le moins squelettisé.

En d'autres termes, il contient le minimum de minéraux. On peut s’attendre à ce que le traitement de cette chitine en chitosane réduise la consommation de réactifs par rapport à d’autres objets. Il convient également de supposer que le chitosane obtenu à partir de cette matière première présentera le degré de désacétylation le plus élevé.

Pour l'entretien d'un ver de farine géant, on utilise des conteneurs en plastique, des aquariums en verre à parois lisses, recouverts de couvercles munis d'un filet. Les conteneurs ont des dimensions de 3050 cm, une hauteur d'environ 40 à 50 cm et une distance d'au moins 15 à 20 cm entre le substrat et le couvercle, afin d'éviter que les larves ne "s'échappent"; les parois doivent être enduites d'une couche de vaseline de 10 cm à partir du bord supérieur du conteneur. Le conteneur est fermé avec un couvercle avec des trous pour la ventilation.

Le substrat est un mélange de parties égales de tourbe et de bois pourri ou de sciure de bois, de terre de coco ou de copeaux finement coupés, qui sont déposées en couche lâche de 7 à 12 cm au fond du récipient. En tant que délitant, il est possible d'ajouter de l'argile expansée ou de la vermiculite au substrat. Pour la ponte des œufs sur le substrat, sont superposés des morceaux de bois pourri ou de carton ondulé, des plateaux à œufs. Pour éviter de dessécher les œufs, des contenants sont régulièrement pulvérisés. Les branches sèches sont placées dans le conteneur de la cellule reine, la surface du substrat est fermée avec un filet à mailles fines qui est perméable aux petites larves mais pas à l'imago.

Les coléoptères noirs sont maintenus à une température de 26 à 28 ° C et une humidité relative de l'air de 60 à 70%. Il est préférable de chauffer le récipient par le bas. Pour ce faire, il est placé sur des étagères chauffées à l'aide de cordons thermiques.

Le régime alimentaire de Z. morio se compose de son, de flocons d’avoine, de coquilles d’œufs finement broyées, de pain sec, d’aliments pour animaux, de légumes hachés (carottes, pommes de terre, chou, laitue) et de fruits. De plus, on utilise du bois pourri, des fruits, des champignons, du poisson ou de la viande frais, des aliments pour chiens et chats. Afin de prévenir la pourriture des aliments pour animaux, il est nécessaire de surveiller le degré de contamination des nourrisseurs.

Culture de cricket à la banane (Gryllus assimilis) La cricket à la banane est l’objet le plus facile à reproduire en raison de son manque de prétention dans l’alimentation, de sa fertilité élevée et de son absence de diapause persistante. Le cricket

- la nourriture la plus nutritive et optimale pour les animaux mangeant des insectes.

Pour le maintien de G. assimilis. utilisez des récipients en plastique ou en verre. La taille des conteneurs dépend du nombre d'insectes cultivés. Les grillons sont caractérisés par une activité locomotrice élevée. Ils sont capables de bien sauter. Ils doivent donc disposer de suffisamment d'espace pour mener une vie active.

La hauteur des cages devrait être de 45 à 50 cm pour éviter les sauts. En raison de l'absence des procédures de la BGU 2016, volume 11, partie 1 Examens sur les pattes des pulvérisateurs, les insectes sont privés de la possibilité de se déplacer sur des surfaces verticales. Pour disperser les criquets sur toute la surface du conteneur et créer des abris, des plateaux en carton cahoteux sont placés à l'intérieur pour le transport des œufs.

Une condition nécessaire dans l'insectarium est la présence d'un substrat utilisé comme mélange de son avec de la farine d'avoine, du gammarus ou des chips. L'épaisseur du substrat est comprise entre 0,5 et 1,5 cm Il est très important de ne pas laisser gorger d'eau dans la charge. L'humidité optimale est de 35–50%. Pour maintenir l’humidité quotidienne, pulvériser un spray avec une petite injection.

La température optimale se situe entre 28 et 35 ° C. Si elle se situe en dehors de la plage normale, il peut en résulter un étourdissement dû au froid ou à la chaleur. À une température de 45 à 48 ° C, les insectes meurent.

Les grillons sont des polyphages auxquels se nourrissent des aliments d'origine végétale et animale. Le manque de protéines dans les aliments peut avoir une incidence négative sur les processus d’activité vitale et le développement des grillons (processus de mue, formation de l’aile) peut entraîner le cannibalisme ou la mort des larves. Les femelles qui ne contiennent que des aliments végétaux pondent des œufs non viables tout en réduisant considérablement l'espérance de vie des adultes. L'ajout d'aliments protéinés aux aliments pour grillons assure le développement normal des larves et la maturation de produits génitaux à part entière chez les insectes adultes. Pour nourrir les grillons, utilisez différents aliments: carottes, betteraves, laitue, plantes vertes, flocons d'avoine, son, gammares, lait en poudre, farine de poisson, mélange de fourrage (porc, poulet), nourriture sèche pour chats, chiens et rongeurs, ainsi que blanc d'œuf à la coque. Les aliments humides sont donnés par petites portions 1 à 2 fois par jour. Les aliments secs doivent toujours être conservés dans l'insecte.

L'accès à l'eau est un facteur nécessaire, en raison de son absence, le cannibalisme et la mort des insectes sont possibles. Les abreuvoirs sont des coupes d'eau inversées, ou on utilise un chiffon ou un coton imbibé d'eau (pour les petits individus).

Méthodes de production de chitosan Il existe différentes méthodes pour isoler la chitine des matières premières et la convertir en chitosan. Les plus couramment utilisées sont les méthodes chimiques, biotechnologiques et électrochimiques.

La méthode chimique est l’un des moyens les plus anciens de produire du chitosane.

Il est basé sur le traitement séquentiel de matières premières avec des alcalis et des acides. Le processus d'élimination des protéines (déprotéinisation) est réalisé en traitant le matériau brut broyé contenant de la chitine avec une solution alcaline. L'hydroxyde de sodium est généralement utilisé.

Ceci est suivi par le processus de déminéralisation, qui est effectué dans une solution d'acide chlorhydrique, jusqu'à l'élimination complète des sels minéraux des matières premières. Le processus de blanchiment (dépigmentation) est réalisé à l'aide d'agents oxydants, par exemple le peroxyde d'hydrogène.

Le processus de désacétylation est réalisé en chauffant la matière première avec une solution alcaline concentrée. Le chitosan résultant est lavé successivement avec de l'eau et du méthanol.

Une autre façon d'obtenir de la chitine et de la convertir en chitosane consiste à effectuer d'abord l'étape de déminéralisation, puis l'étape de déprotéinisation.

Le produit obtenu selon ce schéma présente une qualité supérieure par rapport à la chitine, obtenue selon le schéma de déprotéinisation, déminéralisation.

Les inconvénients de la méthode chimique de production de chitine comprennent une grande quantité de déchets de production, le contact des matières premières avec des réactifs puissants, ce qui entraîne la destruction de la chitine, l'hydrolyse et la modification chimique des protéines et des lipides et, par conséquent, la dégradation de la qualité des produits cibles et la diminution du poids moléculaire de la chitosan [9]. 45, 46]. Les avantages de la méthode chimique de production de chitine comprennent le degré élevé de déprotéinisation et de déminéralisation de la chitine, le temps de traitement court de la matière première ainsi que la disponibilité relative et le faible coût des réactifs.

Actes de BSU 2016, volume 11, partie 1 Examens La méthode biotechnologique implique l'utilisation d'enzymes pour la déprotéinisation de matières premières, de produits de fermentation de l'acide lactique ou de l'acide acétique pour la déminéralisation et de réactifs chimiques pour la dépigmentation. Pour atteindre un degré élevé de déprotéinisation, les méthodes les plus efficaces sont l'utilisation d'enzymes et de préparations d'enzymes d'origine microbienne et animale, telles que la pancréatine, les protéinases acides G10X, les protéinases alcalines G20X [47, 48].

Cette méthode est mise en œuvre dans des conditions douces, d'un point de vue chimique, lorsque plusieurs opérations de déprotéinisation et de déminéralisation sont combinées en un seul processus, ce qui simplifie le processus et conduit à une augmentation de la qualité du produit fini, tout en préservant au maximum les propriétés fonctionnelles du chitosane fini [49]. Mais cette méthode est limitée par l'utilisation d'enzymes ou de souches de bactéries coûteuses, par un faible degré de déprotéinisation de la chitine, même lors de l'utilisation de plusieurs traitements successifs dans des fermenteurs fraîchement inoculés, ainsi que par la nécessité d'assurer la stérilité de la production. Par conséquent, à l'heure actuelle, la méthode est sous-développée et n'a pas encore trouvé une large application dans l'industrie.

La méthode électrochimique d’obtention du chitosane permet, dans un processus technologique, d’obtenir de la chitine d’un degré de purification relativement élevé ainsi que des protéines et des lipides précieux. L’essence de la technologie de production de chitine par la méthode électrochimique consiste à effectuer les étapes de déprotéinisation, déminéralisation et décoloration de matières premières contenant de la chitine dans une suspension eau-sel dans des électrolyseurs sous l’action d’un champ électromagnétique, un flux dirigé d’ions résultant de l’électrolyse de l’eau électrolytique, ainsi que de nombreux produits en poids moléculaire réaction acide et alcaline du milieu, ainsi que son potentiel rédox, respectivement [50,51]. L'un des avantages de cette méthode est l'absence de la nécessité d'utiliser des produits chimiques toxiques.

Le chitosane ainsi obtenu a un niveau élevé de propriétés de sorption et d'activité biologique, mais l'inconvénient de cette méthode est sa consommation d'énergie élevée.

Technologie de production chimique de chitine et de chitosane à partir d'insectes cultivés: comme la chitine d'insecte est presque totalement absente de la fraction minérale et que la teneur en chitine pure dans la cuticule peut dépasser 50%, l'utilisation de ce type de matière première devrait entraîner une réduction significative du coût de production du fait de la réduction des étapes technologiques.

À cet égard, le schéma technologique de traitement complexe des représentants de la zooculture a été développé, comprenant 4 étapes [52]:

L'étape consistant à obtenir de la mélanine hydrosoluble est réalisée par extraction à l'eau d'une suspension à 10% de matière première broyée contenant de la chitine à une température de 80 ° C pendant 1 heure.Par filtration, la fraction mélanique est séparée et séchée et le précipité est traité pour produire de la chitine et du chitosane.

Le complexe chitine-mélanine (CMC) est obtenu suite à la déprotéinisation d'un précipité solide avec une solution de NaOH à 10% à une température de 45 à 55 ° C pendant 2 h et à sa séparation par filtration, suivie d'un lavage à l'eau distillée jusqu'à un pH de 7,0.

La phase de blanchiment de KMK est réalisée avec une solution à 3% de H2O2 à une température de 45 à 55 ° C pendant 1 heure. Après filtration du mélange réactionnel, le résidu solide

- le complexe blanchi de chitine et de mélanine est lavé avec de l'eau distillée jusqu'à obtention d'un pH de 7,0 et séché. Le complexe blanchi de chitine et de mélanine est utilisé davantage pour obtenir du chitosane.

Travaux BGU 2016, volume 11, partie 1 Commentaires La désacétylation du CMC est effectuée avec une solution à 50% de NaOH à une température de 125 à 130 ° C pendant 1 à 1,5 heure. À la fin du processus, la suspension est refroidie à 50 ° C et filtrée pour obtenir un résidu solide. qui est soigneusement lavé à l'eau de lavage neutre. Le produit résultant est un complexe chitosan-mélanine de haut poids moléculaire.

Grâce au traitement complexe de matières premières contenant de la chitine selon cette technologie, il est possible d’obtenir les composés biologiquement actifs suivants: mélanine-protéine, chitine-mélanine, complexes chitosan-mélanine et chitosan.

Le complexe mélanine-protéine peut présenter des propriétés antioxydantes, protectrices des gènes, radioprotectrices et autres du fait de la présence de divers groupes réactifs dans la molécule de pigment: groupes carboxyle, carbonyle, méthoxy, etc., qui permettent de participer à des réactions d'oxydo-réduction.

Ce complexe peut être utilisé dans les industries alimentaire, cosmétique et médicale.

En raison de la teneur élevée en mélanine, le complexe chitine-mélanine peut efficacement lier les métaux lourds, les radionucléides et d’autres polluants, et peut servir de sorbant pour purifier l’eau et le sol de ces polluants anthropiques.

Le complexe chitosane-mélanine est soluble dans l'eau, ce qui élargit considérablement ses possibilités d'utilisation pour la sorption des métaux lourds à partir de solutions aqueuses.

Le chitosane peut être utilisé en tant qu'éliciteur pour le traitement de pré-ensemencement des graines de diverses plantes agricoles, ainsi que pour la conception d'agents modernes de traitement des plaies.

Conclusion La chitine et les polysaccharides de chitosane sont des biomatériaux prometteurs pour l'avenir. La chitine, en raison de sa structure et de la présence de groupes réactifs, est capable de former des complexes avec des substances organiques: cholestérol, protéines, peptides et possède également une capacité de sorption élevée pour les métaux lourds et les radionucléides. La structure unique de la macromolécule de chitosane et la présence d'une charge positive déterminent la manifestation des propriétés antioxydantes, radioprotectrices, filmogènes, immunomodulatrices, antitumorales, ainsi que de sa faible toxicité et de sa biodégradabilité. À ce jour, les principales sources de chitine et de chitosane sont les crustacés (crabe, crevette, krill). L’extension des domaines d’application de ces biopolymères conduit à la recherche de nouvelles sources prometteuses des polysaccharides à l’étude. La cuticule d'insecte peut être considérée comme une source de diverses substances biologiquement actives avec la possibilité d'isolement sous forme séparée ou sous forme de complexes. La zooculture d'insectes peut devenir une nouvelle source disponible de production de chitine, qui deviendra une ressource renouvelable nationale pour l'obtention de ce biopolymère et de ses dérivés. Les technologies de culture de divers insectes sont proposées: les cafards "Dead Head"

(Blaberus craniifer), le marbre (Nauphoeta cinerea), Madagascar sifflant (Gromphadorhina portentosa) et les cafards madagoskarskih tigre (Gromphadorhina grandidieri), géant (mealworms Zoophobas Morio) et le cricket banane (Gryllus assimilis) pour chitine et le chitosane. Et une technologie a été développée pour produire de la chitine et du chitosan à partir d'insectes cultivés par une méthode chimique comprenant 4 étapes. Grâce au traitement complexe de matières premières contenant de la chitine selon cette technologie, il est possible d’obtenir des complexes mélanine-protéine, chitine-mélanine, complexes de mélanine de chitosan et de chitosan. Les biopolymères obtenus peuvent être utilisés dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique, la biotechnologie et l’agriculture.

Actes du BSU 2016, volume 11, partie 1 Examens Les travaux ont été réalisés dans le cadre de la tâche 2.09.01 «Développement de la base technologique pour la production de chitosan à partir de matières premières secondaires pour l'aquaculture et le zoo» (GPNI «Utilisation de la nature et écologie» 10.2. «Biodiversité, ressources biologiques, écologie»)..

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L'extension de l'utilisation de la chitine et du chitosane permet de rechercher de nouvelles sources.

La zooculture d'insectes peut être traitée avec des matières premières pour cette extraction de polysaccharides. C'est une ressource renouvelable de chitine et de ses dérivés. Technologies de culture sur les hautes terres: Blaberus craniifer, Nauphoeta cinerea, Gromphadorhina portentosa, Gromphadorhina grandidieri, Zoophobas morio, Gryllus et le chitosan.

La technologie qui comprend 4 étapes a été développée. Il permet d’obtenir les groupes mélanine-protéine, chitinmélanine, mélanine-chitosane et chitosane. Ces biopolymères peuvent être utilisés dans les aliments,

http://pdf.knigi-x.ru/21raznoe/49928-1-trudi-bgu-2016-tom-11-chast-1-obzori-udk-547458-tehnologicheskie-osnovi-polucheniya-hit.php

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