Биологически полученные полимеры, такие как хитозан, привлекли внимание как устойчивые альтернативы синтетическим материалам для пищевых и биомедицинских применений. Хитозан, полученный из грибов, обладает заметными преимуществами по сравнению с хитозаном, полученным из ракообразных, включая возобновляемое происхождение и меньший аллергенный потенциал, заявили ученые.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей международной группы исследователей из Бразилии (Федеральный университет Висоза, Федеральный университет Мараньяна, Федеральный технологический университет Параны) и Новой Зеландии (Университет Линкольна), в которой рассматривается новая ниша для производителей шампиньонов – грибной хитозан.
В 1811 году французский исследователь Анри Браконно, исследуя грибы, первым выделил хитин, который он первоначально назвал «фунгином». Впоследствии, в 1823 году, другой французский ученый, Огюст Одье, идентифицировал похожее соединение животного происхождения, извлеченное из экзоскелетов насекомых. Одье назвал вещество «хитином», термин, который продолжает использоваться и по сей день.
Хитин, один из самых распространенных биополимеров в природе, представляет собой полисахарид, который по распространенности уступает только целлюлозе. Он в основном встречается в дрожжах, клеточных стенках грибов, насекомых и экзоскелетах морских организмов.
Несмотря на его широкую доступность, использование хитина в пищевой промышленности остается ограниченным из-за ряда присущих ему проблем. Его полукристаллическая структура делает его жестким и трудным для обработки, а также он обладает ограниченной биоразлагаемостью и плохой растворимостью в большинстве органических растворителей.
Чтобы преодолеть эти ограничения, хитин обычно преобразуют в хитозан посредством процесса, известного как деацетилирование. В ходе этой химической модификации ацетильные группы удаляются из полимерной цепи, что приводит к структурным изменениям, повышающим его функциональную универсальность. В результате хитозан более растворим, чем хитин, что делает его более подходящим для широкого спектра промышленных применений.
Благодаря своей низкой токсичности, биосовместимости и биоразлагаемости хитозан является универсальным биополимером, который высоко ценится в пищевой, косметической, фармацевтической и сельскохозяйственной промышленности.
В коммерческих целях хитозан обычно извлекают из экзоскелетов крабов и креветок; однако его производство включает использование агрессивных химических реагентов, таких как сильные кислоты и основания, которые представляют потенциальную опасность как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Более того, сырье подвержено сезонным колебаниям и изменчивости состава, а наличие остаточных белков может вызывать аллергические реакции. Следовательно, определенным группам потребителей, особенно людям с аллергией на морепродукты, рекомендуется избегать продуктов, содержащих коммерческий хитозан.
Этот сценарий также вызывает опасения относительно экологической устойчивости, особенно в контексте Цели устойчивого развития №12 (ЦУР №12 – Ответственное потребление и производство), которая направлена на снижение воздействия промышленных процессов на окружающую среду и продвижение устойчивых методов работы во всех секторах.
Традиционное производство хитозана, включающее использование агрессивных химических веществ, способствует загрязнению окружающей среды и образованию отходов, создавая риски как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Эти проблемы подчеркивают необходимость в более устойчивых альтернативах, таких как хитозан, получаемый из грибов, производство которого может оказывать значительно меньшее воздействие на окружающую среду.
Извлечение хитина из грибов в первую очередь включает этапы деминерализации и депротеинизации, за которыми следует деацетилирование для превращения хитина в хитозан. По сравнению с традиционными источниками, такими как ракообразные, клеточные стенки грибов содержат более низкие концентрации минералов и белков, что обеспечивает более мягкий и простой процесс извлечения.
В грибах хитин преимущественно связан с другими структурными полисахаридами, такими как β-глюкан, образуя комплексы хитин-глюкан. Эти ассоциации напрямую влияют на физико-химические свойства извлеченного биополимера. Состав и структурная организация этих комплексов могут значительно различаться в зависимости от вида гриба, стадии развития мицелия и условий культивирования. Эти факторы существенно влияют как на выход, так и на физико-химические характеристики конечного продукта.
Грибной хитозан, полученный из хитина, присутствующего в клеточных стенках грибов, как источник биополимера обеспечивает большую последовательность и устойчивость в производстве, характеризуется более постоянным составом, сниженным риском аллергенного загрязнения и потенциалом для непрерывного производства посредством контролируемого выращивания грибной биомассы.
Среди грибов с биотехнологическим потенциалом Agaricus bisporus примечателен благодаря его широкому культивированию и коммерческой доступности во многих странах. Он представляет собой перспективный источник для производства хитозана из-за высокого содержания хитина в клеточной стенке.
В связи с этим, целью настоящего исследования является выделение и характеристика хитозана, полученного из белого шампиньона Agaricus bisporus, в сравнении с коммерческим хитозаном с точки зрения производственных процессов, а также физических, химических и структурных свойств. Для комплексной оценки выделенного материала были использованы передовые аналитические методы.
В данном исследовании хитозан был извлечен из грибной биомассы посредством последовательного процесса, включающего деминерализацию, депротеинизацию и деацетилирование. Извлеченный материал был охарактеризован с помощью инфракрасной Фурье-спектроскопии, рентгеновской дифракции, термогравиметрического анализа, сканирующей электронной микроскопии, измерения дзета-потенциала, динамического рассеяния света и анализа цвета.
Учитывая начальную массу высушенной биомассы гриба Agaricus bisporus (20 г) и конечную массу, полученную после экстракции хитина (13,7 г), был рассчитан выход 68,35%. Это значение отражает эффективность комбинированных стадий деминерализации и депротеинизации, которые эффективно удалили неполисахаридные компоненты, такие как минералы и белки, из клеточной стенки гриба.
Высокий выход можно объяснить внутренними характеристиками грибной биомассы, которая, естественно, содержит меньше минералов по сравнению с источниками из ракообразных. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, в которых наблюдались более высокие выходы при экстракции полисахаридов из грибов, в первую очередь из-за их биохимического состава, характеризующегося более низкой минеральной фракцией и более высокой долей структурных полисахаридов. Эта особенность представляет собой значительное преимущество, позволяющее использовать более эффективный, чистый и экологически устойчивый процесс экстракции.
На основе соотношения между начальной массой биомассы Agaricus bisporus и конечной массой извлеченного хитозана был получен общий выход 14,6 + 1,14%. Это значение отражает общую эффективность всего процесса экстракции, от подготовки биомассы до конечного продукта. Хотя этот выход напрямую связан с хитозаном, он также служит косвенной оценкой содержания хитина, присутствующего в клеточной стенке гриба.
По сравнению с хитозаном, получаемым преимущественно из ракообразных, хитозан, полученный из грибов, продемонстрировал превосходные характеристики в некоторых технологических приложениях. Его основные преимущества включают улучшенную пленкообразующую способность, повышенную способность к инкапсуляции биологически активных соединений, большую пригодность для систем с контролируемым высвобождением, превосходные антимикробные свойства и термостабильность.
Это исследование не только подчёркивает потенциал хитозана грибного происхождения как устойчивой альтернативы, но и способствует более широкому пониманию его применения в различных отраслях промышленности.
Источник: Foods 2025, doi.org/10.3390/foods14162785