O abordare fungică a producției de chitosan

O abordare fungică a producției de chitosan

Într-un studiu recent publicat în jurnalul cu acces deschis Fermentaţiecercetătorii din Italia au analizat extracția chitinei și chitosanului din surse fungice, mai degrabă decât din deșeurile de crustacee.

Studiu: Producția de chitosan de către ciuperci: starea actuală a cunoștințelor, oportunități viitoare și constrângeri. Credit imagine: grebeshkovmaxim / Shutterstock.com

Acest studiu s-a concentrat pe diferite procese de producție, parametri care afectează procesele de producție, avantaje și limitări în comparație cu procesul de extracție pe bază de crustacee și perspectiva promovării unei economii circulare.

Ce sunt chitina și chitosanul?

Atât chitina, cât și chitosanul sunt polizaharide. Chitina este al doilea cel mai abundent biopolimer prezent pe pământ după celuloză, care este un derivat amidic al glucozei constând din N-acetil-D-glucozamină (GlcNAc). Între timp, chitosanul este o polizaharidă liniară cu grupări amine libere, care este făcută în principal din copolimer D-glucozamină (GlcN) legat b-(1-4).

Chitosanul este adesea derivat din chitină prin deacetilare. Ambele sunt utilizate pe scară largă în aplicații biomedicale, datorită biocompatibilității, netoxicității, biodegradabilității și capacității de a forma pelicule subțiri. Potrivit unei estimări, cererea globală de chitină și chitosan va crește cu 14,8% combinat anual între 2020 și 2027.

Structuri de bază ale chitinei (a) și chitosanului (b) și alomorfilor de chitină (c).  Vârfurile săgeților indică pozițiile capetelor reducătoare ale lanțurilor.

Structurile de bază ale chitinei (A) și chitosan (b) și alomorfi de chitină (c). Vârfurile săgeților indică pozițiile capetelor reducătoare ale lanțurilor. Credit imagine: Crognale, S et al., Fermentation

Chitina se găsește în natură în trei faze cristaline și anume, a, b și g. Dintre acestea, a-chitina este cea mai ușor disponibilă, care se găsește în artropode și ciuperci. b-chitina este prezentă în cefalopode, în timp ce g-chitina este cea mai rară. Greutatea uscată a deșeurilor de prelucrare a crabilor și a creveților conține 14% până la 27%, respectiv, chitină.

Procesul tradițional de extracție a chitinei din deșeurile de crustacee

Procesul tradițional de extracție și deacetilare a chitinei implică trei etape majore. În prima etapă, pentru demineralizarea deșeurilor biologice la temperatura camerei se folosesc acizi puternici precum acidul clorhidric (HCl) cu o concentrație de 0,6-1,1 M. În a doua etapă, hidroxidul de sodiu alcalin (NaOH) cu o concentrație de 0,12-5,0 M este utilizat pentru deproteinizare la o temperatură de până la 160 ° C.

În cele din urmă, pigmenții precum astaxantina și b-carotenul sunt îndepărtați folosind acetonă. Toate aceste etape neprietenoase ale biomaterialului, împreună cu compoziția variabilă a materiilor prime, fac ca proprietățile fizico-chimice instabile ale chitosanului să varieze de la lot la lot.

Avantajele extragerii chitinei din ciuperci

În primul rând, sursele fungice de chitină pot fi cultivate în cantități mari în scopuri comerciale, dar o astfel de cultivare la scară largă este dificilă pentru coji de crustacee. Mai mult, sunt surse non-sezoniere și de încredere, cu proprietăți consistente și compoziție a materiei prime. Chitina fungică conține, de asemenea, o cantitate mai mică de cenușă în comparație cu chitina extrasă din coajă.

Cel mai important, chitina fungică nu necesită etapa de demineralizare sau decolorare pe bază de acid. De asemenea, poate promova o economie circulară profitând cultivatorilor de ciuperci și altor industrii biotehnologice. În plus, procesul de extracție a chitinei fungice este mai ecologic, poate fi obținut într-o gamă mai largă de greutăți moleculare în comparație cu chitina extrasă din coajă, nu conține proteine ​​alergene, cum ar fi tropomiozina, iar costul de eliminare a deșeurilor pe bază de ciuperci este mult. inferior.

Ciuperci care produc chitină și chitosan

Trei clase principale de ciuperci Ascomycetes, Basidiomycetes și Deuteromycetes conțin o cantitate mare de chitină în pereții lor celulari. Chitosanul se găsește oarecum mai puțin în pereții celulari ai ciupercilor, dar ciupercile din clasa Zygomycetes conțin cea mai mare cantitate de chitosan. În clasa Zygomycetes, ciupercile din ordinul Mucorales aparținând Cunninghamellaceae, iar familiile Mucoraceae sunt surse majore de chitosan fungic.

Câteva exemple comune ale acestora sunt Absidia (A.) blakesleeana, A. coerulea, Cunninghamella (C.) bertholletiae, bertholletiae, C. echinulate, Gongronella butleri, Mucor (M.) indicus, M. rouxii, Rhizomucor (R.) miehei , Rhizopus oryzae și Syncephalastrum (S.) racemosum. Unele ciuperci aparținând genului Absidia și Rhizopus din clasa Zygomycetes sunt agenți patogeni pentru animale sau oameni.

Ele provoacă mucormicoză la om și zigomicoză la bovine. Colletotrichum lindemuthianum este un agent cauzator al „antracnozei”, care este o boală a plantelor care afectează mai multe culturi cu climă temperată și tropicală. Astfel, manipularea unor astfel de ciuperci necesită cea mai mare grijă.

Calea biosintetică a chitinei și chitosanului.  Următoarea numerotare a fost atribuită enzimelor care catalizează fiecare reacție: 1, trehalază;  2, glicogen fosforilază;  3, fosfoglucomutaza;  4, hexokinaza;  5, glucozo-6-fosfat izomeraza;  6, glutamin-fructoza-6-fosfat amidotransferaza;  7, glucozamin-6-fosfat N-acetiltransferaza;  8, N-acetilglucozamină-fosfat mutaza;  9, UDP-N-acetilglucozamin pirofosforilază;  10, chitin sintetaza și 11, chitin deacetilază.  Abrevierile utilizate sunt următoarele: acetil CoA, acetil coenzima A;  ADP, adenozin difosfat;  CoASH, coenzima A;  Gln, L-glutamina;  Glu, L-glutamat;  UDP, uridin difosfat;  UTP, uridin trifosfat.

Calea biosintetică a chitinei și chitosanului. Următoarea numerotare a fost atribuită enzimelor care catalizează fiecare reacție: 1, trehalază; 2, glicogen fosforilază; 3, fosfoglucomutaza; 4, hexokinaza; 5, glucozo-6-fosfat izomeraza; 6, glutamin-fructoza-6-fosfat amidotransferaza; 7, glucozamin-6-fosfat N-acetiltransferaza; 8, N-acetilglucozamină-fosfat mutaza; 9, UDP-N-acetilglucozamin pirofosforilază; 10, chitin sintetaza și 11, chitin deacetilază. Abrevierile utilizate sunt următoarele: acetil CoA, acetil coenzima A; ADP, adenozin difosfat; CoASH, coenzima A; Gln, L-glutamina; Glu, L-glutamat; UDP, uridin difosfat; UTP, uridin trifosfat. Credit imagine: Crognale, S et al., Fermentation

Procese de producție

Chitosanul fungic în stare solidă (SSF) este extras din ciuperci care sunt cultivate pe substraturi solide, cum ar fi paie de orez și grâu, rumeguș de lemn de esență tare, coji de semințe de bumbac, deșeuri de prelucrare a chipurilor de cartofi, bucăți de cartofi dulci și reziduuri de soia. Ciupercile A. niger și M. rouxii cultivate pe substraturi solide derivate din soia ating concentrația maximă în 12 zile cu o productivitate volumetrică medie de 59 și 119 mg kg−1 h−1respectiv.

Un alt grup de ciuperci este cultivat în stare scufundată în biofluide specifice, cum ar fi supa de dextroză de cartofi (PDB), extract de drojdie – mediu extract de malț (YM), extract de drojdie – mediu peptonă – dextroză (YPD), glucoză – peptonă – extract de drojdie ( GPY) și glucoză peptonă.

Concluzii

În concluzie, acest studiu sa concentrat pe producția de chitină și chitosan pe bază de fungi. Chitina fungică și chitosanul oferă mai multe avantaje față de chitina și chitosanul extras din coajă de crustacee. Mai mult, atât procesele SSF, cât și procesele submerse lichide utilizează deșeuri biologice ușor disponibile, ceea ce este bun din perspectiva mediului.

Cu toate acestea, unele ciuperci patogene au nevoie de manipulare atentă, altfel pot dăuna culturilor, animalelor și chiar oamenilor. Producția de chitină fungică necesită o abordare mai competitivă pentru a reduce costul de producție în comparație cu procesele convenționale.

Sursă

Crognale, S., Russo, C., Petruccioli, M., D’Annibale, A., Chitosan Production by Fungi: Current State of Knowledge, Future Opportunities and Constraints. Fermentaţie 2022, 876. https://www.mdpi.com/2311-5637/8/2/76

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitatea lor privată și nu reprezintă neapărat punctele de vedere ale AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din Termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.