Основным источником хитозана является хитин - в естественном состоянии он находится в панцирях морских крабов, креветок, криля, омаров, лангустов, раков, а также в наружном скелете морского зоопланктона, включая кораллы и медуз. У таких насекомых, как бабочки и божьи коровки, хитин содержится в крылышках. Клеточные стенки дрожжей, грибов и разнообразных грибков также содержат это природное вещество. Известно, что панцири ракообразных - достаточно дорогостоящее сырье, и, несмотря на то, что разработано более 15 методов получения из них хитина, был поставлен вопрос о получении хитина и хитозана из других источников, среди которых рассматривались мелкие ракообразные и насекомые. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин. К таковым относятся тутовый шелкопряд, медоносная пчела и комнатная муха.

Потенциальным источником пчелиного хитозана служит кутикула, содержащая хитин. Сырьем для получения хитина и хитозана из пчелиных может служить подмор пчел. Подмор - пчелы, погибшие главным образом в период зимовки и осыпавшиеся на дно улья. Летом их гибель гораздо значительнее, чем зимой, но менее заметна, поскольку пчелы обычно погибают вне улья. Продолжительность жизни определяется физиологическим состоянием организма, что определяется характером выполняемой работы. Матки в среднем живут до 5 лет (максимально 8), трутни - 4 месяца. Предельный возраст рабочих пчел не превышает 1 года, а в активный период их жизни (летом) сильно сокращается и составляет в среднем 35 суток. Пчелы осеннего вывода, не выполняющие интенсивную работу, хорошо переносят зимовку и живут 8-9 месяцев.

За счет широкого распространения пчеловодства в нашей стране существует возможность получать хитиновое сырье (подмор пчел) в значительных масштабах. По состоянию на 2004 г. в Российской Федерации во всех категориях хозяйств имеется 3,29 млн пчелиных семей. Сила пчелиной семьи (масса находящихся в пчелиной семье рабочих пчел, измеряемая в кг) равна в среднем 3,5-4 кг. Летом в период активного медосбора и весной

после зимовки пчелиная семья обновляется почти на 60-80 %. Таким образом, ежегодная сырьевая база подмора пчел может составить от 6 до 10 тысяч тонн, это дает возможность рассматривать подмор пчел как новый перспективный источник хитозана насекомых наряду с традиционными видами сырья.

Существуют различные виды химической модификации хитозана насекомых для его перевода в водорастворимую форму (сукцинирование, дикарбоксилирование и т. д.), но наиболее перспективным является создание низкомолекулярного хитозана, отличительной чертой которого являются новые уникальные свойства. Хитин, полученный из пчел, представляет собой комплексную субстанцию с меланином, обладающую рядом биологических свойств, характерных как для хитина, так и для меланина животного происхождения.

Хранить апизан рекомендуется в сухом, прохладном, темном месте.

Химический состав и органолептические свойства

Для получения апизана используются два вида сырья:

- сухой подмор пчел, собранный во время весеннего обновления пчелиной семьи, представленный рабочими пчелами. Сырье - черно-коричневая масса со специфическим запахом. При детальном рассмотрении видны и целые пчелы, и различные части пчел (голова, грудь, ножки, брюшко, крылья и др.). Средний размер целых пчел 10-12 мм, также в небольшом количестве присутствуют более крупные пчелы (трутни);

- сухой подмор пчел после CCh-экстракции. Сырье представляет собой массу темно-коричневого цвета и состоит в основном из отдельных хорошо видимых сегментов насекомого - голова с хоботком, грудные сегменты, брюшко с ножками, отдельные ножки и крылья.

Сухой хитин из подмора имеет вид темно-коричневой массы со специфическим запахом. Хорошо просматриваются отдельные членики насекомого: голова треугольной формы размером 4-5 мм темно-коричневого цвета, грудь округлой формы размером в среднем 4 мм, ножки и крылья в виде слипшихся комочков и в виде отдельных раздробленных частей, а также отдельные сегменты брюшка. В кутикуле пчелы хитин прочно связан с меланинами, поэтому в процессе щелочного депротеинирования некоторая их часть удаляется вместе с белком, при этом хитин сохраняет черно-коричневую окраску. Таким образом, целесообразно считать полученный продукт хитин-меланиновым комплексом.

Деацетилирование хитина пчел проводят в 50%-ном растворе NaOH при высокой температуре. При этом также происходит растворение меланинов, которые окрашивают щелочь в черный цвет. Дальнейшая промывка позволяет получить кислоторастворимый хитозан коричневого цвета, который свидетельствует об остаточном содержании меланинов. Для придания хитозану водорастворимости его подвергают гидролизу комплексом хитинолитических ферментов микробного происхождения. В результате получен продукт, получивший название апизан (пчелозан).Апизан после лиофильной сушки представляет собой тонкий порошок светло-коричневого цвета, растворимый в кислой среде при рН 5,5, имеет влажность 8-10%, содержание золы 1-2%, вязкость- 5-10 сПз, степень деацетилирования - 80-85%.

Физические свойства

Апизан представляет собой аморфно-кристаллический полимер, для которого также характерно явление полиморфизма. В отличие от хитина, апизан растворяется даже в разбавленных органических кислотах - уксусной, лимонной, щавелевой, янтарной. Он способен прочно удерживать в своей структуре растворитель, а также растворенные и взвешенные в нем вещества, поэтому хитозан обладает более выраженными сорбционными свойствами в растворенном виде, чем в нерастворенном. Апизан полностью растворим в 1%-ной уксусной кислоте. Данный полимер обладает свойствами полиэлектролита, для растворов которых характерен эффект полиэлектролитного набухания - аномального повышения вязкости разбавленных растворов. Апизан способен связывать большое количество органических водорастворимых веществ, в том числе бактериальные токсины и токсины, образующиеся в толстом кишечнике в процессе пищеварения. Расщепление хитина и хитозана в природных объектах происходит под действием микробных ферментов — хитиназ и хитобиаз, поэтому они полностью биологически разрушаемы и не загрязняют окружающую среду.

Апизан является универсальным сорбентом, способным связывать огромный спектр веществ органической и неорганической природы, что определяет широчайшие возможности его применения в жизни человека. Апизан обладает исключительной способностью эффективно удерживать влагу. В природе хитин выступает в роли защитного барьера, ограждающего организм от иссушающего действия внешней среды. Молекула апизана имеет положительный заряд, в то время как липиды кожи - отрицательный, поэтому он прекрасно удерживается на поверхности кожного покрова, образуя тончайшую, невидимую и неощутимую пленку, которая сохраняет влагу. Также необходимо отметить бактерицидное действие данного полимера. Апизан абсолютно нетоксичен, не накапливается в верхних слоях кожи, безвреден для особо чувствительных областей.

Питательные свойства

Апизан может использоваться в качестве пищевых компонентов несколькими способами: в виде нутрицевтических веществ, пищевых пленок, консервантов и усилителей вкуса и аромата и улучшающих структуру веществ. Нутрацевтические вещества. Обогащенные апизаном продукты питания могут использоваться с целью снижения высоких уровней холестерина в крови, фактора риска при заболеваниях сердца.

Пищевые пленки. Пленки из хитозана были использованы для предотвращения влияния сырости, уменьшения бактерий и увеличения срока годности при хранении скоропортящихся продуктов, таких, как свежие фрукты и овощи. Доказано, что при покрытии свежей клубники хитозановой пленкой срок хранения ягод увеличился от одного до пяти дней и более. Огурцы, дыни и фрукты, восприимчивые к плесени, также могут быть сохранены при помощи такой пленки. Консерванты для сохранения запаха и вкуса. Производное хитозана использовали в качестве консерванта для сохранения свежего вкуса говядины. Цель исследования заключалась в том, чтобы найти водорастворимый компонент, который был бы совместим с мышечным белком мяса и уменьшал порчу. Значение этих исследований важно (Food Science and Human Nutrition, 1992), так как многие прошедшие предварительную кулинарную обработку (бланшированные) мясные продукты, такие, как мороженые закуски, продукты для учреждений и продукты для системы быстрого питания (fast food) в процессе хранения приобретают вкус и запах, не характерные для свежего продукта. Эксперименты проводились на говядине, но результаты применимы ко многим другим видам мяса, морским и молочным продуктам.

Усилители вкуса и аромата. В течение многих тысячелетий для придания мясного вкуса продуктам питания использовали грибы, которые также являются источником хитина. В настоящее время для придания мясного вкуса подвергшимся обработке пищевым продуктам исследователи рассматривают возможность применения микрокристаллического хитина. Микрокристаллический хитин при нагревании (обычные температуры при кулинарной обработке) образует вещества, определяющие жареный вкус и аромат многих пищевых продуктов. Возможно, что хитин, в сыром или жареном виде, будет идеальным усилителем вкуса и аромата. Предполагается, что хитиновые материалы найдут широкое применение в продуктах питания, особенно в полуфабрикатах или готовых продуктах, требующих минимальной обработки перед употреблением, с низким содержанием жиров.

Медико-биологическая активность

Хитозан обладает многими свойствами, которые делают его привлекательным для широкого применения: в качестве корма для животных, питания и косметики, продуктов биомедицины, сельского хозяйства и окружающей среды. Антибактериальные, противогрибковые и антивирусные свойства делают хитозан особенно полезным для биомедицинского применения (повязки на раны, хирургические швы, вспомогательные средства при хирургии катаракты и при лечении периодонтальных заболеваний). В отличие от большинства полисахаридов хитозан обладает мощным положительным зарядом, который позволяет ему связываться с отрицательно заряженными поверхностями, такими, как волосы и кожа. Этим объясняется его использование в качестве ингредиента, входящего в состав продуктов по уходу за кожей и волосами. Некоторые исследования указывают на то, что положительный заряд молекул полимера обеспечивает возможность связывания жиров и холестерина.

Фактически многие люди принимают диетические добавки, полученные из хитозана, для улучшения здоровья. Многие из них считают, что хитозан помогает им бороться с рядом недомоганий, уменьшая высокое содержание холестерина в крови, высокое кровяное давление, аллергию и проявления артрита. Потребители также указывают на улучшение состояния кожи, волос и ногтей. Хитозан обладает рядом преимуществ, включая способность к стимулированию роста Bifidobacterita (бифидобактерии), полезной кишечной бактерии.

В результате многочисленных исследований к настоящему времени обнаружен ряд биологических эффектов хитозана:

- гиполипидемический и гипохолестеринемический (связывает и выводит из организма избыток жиров и холестерина);

- гепатопротекторный (снижает нагрузку на печень);

- регулирует кислотность желудочного сока, обладает противоязвенным действием;

- нормализует микрофлору кишечника;

- антитоксический (связывает и выводит из организма токсичные элементы и кишечные токсины);

- радиопротекторный (связывает и выводит радиоактивные изотопы);

- иммуностимулирующий (стимулирует ряд функций иммунной системы, повышает устойчивость организма к инфекциям);

- антиоксидантный (нейтрализует токсичные перекисные соединения);

- антибактериальный и противовирусный (угнетает активность ряда микроорганизмов, защищает организм от некоторых вирусных инфекций);

- регенерирующий (стимулирует заживление ран, язв, ожогов).

Применение в медицине

В настоящее время ведется разработка новых методов местного лечения ран и ожогов с использованием полимерных покрытий — это одно из быстро развивающихся направлений биомедицины. Для обеспечения надежного лечебного эффекта покрытия должны удовлетворять ряду специальных требований, которые включают минимальную травматизацию раневой поверхности при наложении и снятии повязки, они должны впитывать жидкость, которая накапливается на поверхности раны, защищать от заражения извне. Покрытия на основе хитиновых соединений занимают особое место в этом списке, а первые попытки использования хитинов и хитозанов для заживления ран, в том числе ожоговых, были описаны еще в середине 1970-х гг. Установлено, что эти соединения, помимо всех перечисленных свойств, имеют некоторые особо ценные качества. Например, доказано, что хитозан обладает антимикробной активностью, способностью поглощать биологические жидкости и помогать регенерации тканей.

На основе волокнообразующей способности хитина и хитозана были созданы саморассасывающиеся хирургические шовные материалы; их применяют как заменители кровеносных сосудов, катетеров, шлангов. В отличие от других материалов хитозановые не вызывают аллергических реакций и не теряют своей прочности. Имеются предложения использовать эти вещества в качестве биоинженерных материалов, заменителей кожи, костных протезов, зубоврачебных цементов, контактных линз. В косметологии при лечении лазером такого дефекта, как келоидные рубцы, использование хитозана очень эффективно из-за его пленкообразующего и противовоспалительного действия.

Еще одно бесценное свойство хитина и его производных — это способность к сорбированию (очистке). У живых организмов он выполняет в основном защитную функцию, предохраняя внутренние органы от проникновения всякого рода токсинов. При применении в качестве энтеросорбента (средства очистки организма через желудочно-кишечный тракт) хитозан проявляет интересные свойства. Так, перспективна его способность нейтрализовывать избыточное выделение соляной кислоты желудком, он положительно влияет на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и многое другое. Назначается в составе продукта «АпиХит» по 5—7 капель на кусочке сахара или черного хлеба, 2 раза в день за 20 минут до еды курсом 2 недели.

Таким образом, пчелиный подмор является перспективным источником получения высокачественного апизана медицинского, косметического и пищевого назначения, а также ряда побочных продуктов, таких, как кормовой белок и меланин, природный краситель.