Физико-химические и биотехнологические подходы к получению хитоолигосахаридов (обзор)
Physicochemical and biotechnological approaches to the production of chitooligosaccharides (review)

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

хитин, хитозан, хитоолигосахариды, ферментативный гидролиз, ферменты, степень дезацетилирования, молекулярная масса, степень деполимеризации, chitin, chitosan, chitooligosaccharides, enzymatic hydrolysis, enzymes, degree of deacetylation, degree of depoly

АННОТАЦИЯ

Авторы: Саврасов Евгений Сергеевич, Казанцева Ирина Яковлевна, Минаков Денис Викторович, Тихонов Сергей Леонидович, Минакова Анастасия Александровна, Тихонова Наталья Валерьевна

Обзорная статья посвящена исследованию способов получения хитоолигосахаридов. Цель исследований – проведение аналитического обзора современного состояния получения хитоолигосахаридов физико-химическими и биотехнологическими методами. Статья начинается с обзора преимуществ применения хитина и хитозана, природных полимеров, из которых получают хитоолигосахариды. Хитин является вторым по распространенности природным полисахаридом после целлюлозы, низкомолекулярные олигомеры которого в виде хитоолигосахаридов обладают широким спектром биологической активности и важными перспективами применения в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Хитоолигосахариды получают физическими, химическими, электрохимическими или ферментативными методами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Биологическая активность хитоолигосахаридов зависит от их физико-химических свойств, механизмы которых полностью не изучены. В обзоре обсуждается получение хитоолигосахаридов из различных хитинсодержащих источников. Химическая деполимеризация является традиционным методом, но может привести к образованию побочных продуктов с различными степенями полимеризации и дезацетилирования. Помимо этого, данный метод наносит значительный вред окружающей среде за счет необходимости утилизации химических компонентов. Электрохимическая деполимеризация является альтернативным методом, который легко контролировать, однако из-за короткого срока службы и высокой стоимости электрода, используемого в процессе получения хитоолигосахаридов, имеет существенный недостаток. Физическая деполимеризация, включающая ультразвуковую, микроволновую обработку и гамма-излучение, может быть использована для получения хитоолигосахаридов с минимальным уровнем загрязнения окружающей среды, но получаются продукты с низкой биологической активностью. При ферментативной деполимеризации используются специфические ферменты, такие как хитиназы и хитозаназы, для избирательного расщепления гликозидных связей хитина и хитозана, что приводит к образованию хитоолигосахаридов с прогнозируемыми физико-химическими и биологическими свойствами. В статье также обоснована необходимость всесторонней характеристики и изучения хитоолигосахаридов для дальнейшего получения ценных продуктов на их основе. В заключение подчеркивается потенциал ферментативной деполимеризации для производства биоактивных соединений с широким спектром применений.

Abstract:

NAME: Physicochemical and biotechnological approaches to the production of chitooligosaccharides (review)
AUTOR: Savrasov Evgeny Sergeevich, Kazantseva Irina Yakovlevna, Minakov Denis Viktorovich, Tikhonov Sergey Leonidovich, Minakova Anastasiia Aleksandrovna, Tikhonova Natalya Valeryevna

The review paper is devoted to the study of methods for obtaining chitooligosaccharides. The purpose of the research is to conduct an analytical review of the current state of obtaining chitooligosaccharides by physicochemical and biotechnological methods. The paper begins with an overview of the advantages of using chitin and chitosan, natural polymers from which chitooligosaccharides are obtained. Chitin is the second most common natural polysaccharide after cellulose. Its low-molecular oligomers in the form of chitooligosaccharides have a wide range of biological activity and important prospects for use in the food, pharmaceutical and other industries. Chitooligosaccharides are produced by physical, chemical, electrochemical or enzymatic methods, each of which has its own advantages and disadvantages. The biological activity of chitooligosaccharides depends on their physicochemical properties whose mechanisms are not fully studied. The review discusses the production of chitooligosaccharides from various chitin-containing sources. Chemical depolymerization is a traditional method, but can lead to the formation of by-products with different degrees of polymerization and deacetylation. In addition, this method causes significant harm to the environment due to the need to dispose of chemical components. Electrochemical depolymerization is an alternative method that is easy to control, but due to the short service life and high cost of the electrode used in the process of obtaining chitooligosaccharides, it has a significant drawback. Physical depolymerization involving ultrasound, microwave, and gamma irradiation can be used to produce chitooligosaccharides with minimal environmental pollution, but the resulting products have low biological activity. Enzymatic depolymerization utilizes specific enzymes such as chitinases and chitosanases to selectively cleave the glycosidic bonds of chitin and chitosan, resulting in chitooligosaccharides with predictable physicochemical and biological properties. The paper also substantiates the need for comprehensive characterization and study of chitooligosaccharides for further production of valuable products based on them. In conclusion, the potential of enzymatic depolymerization for the production of bioactive compounds with a wide range of applications is underlines.