Біотехнологічне виробництво хітозану: екстракція з Trichoderma sp. та характеризація

Рахман, Р. ур; Матхур, Г.

doi:10.7124/bc.000B13

Biopolym. Cell. 2025; 41(2):100.

http://dx.doi.org/10.7124/bc.000B13

Молекулярна та клітинна біотехнології

Біотехнологічне виробництво хітозану: екстракція з Trichoderma sp. та характеризація

1Рахман Р. ур, 1Матхур Г.

Факультет біотехнології, Інститут інформаційних технологій Jaypee
A-10, Sector-62, Нойда, Уттар-Прадеш, Індія, 201309

Abstract

Мета. Дослідження спрямоване на виділення грибного хітозану з Trichoderma reesei (MTCC 4876), визначення його фізико–хімічних властивостей і оцінку потенціалу застосування у промисловості. Методи. Грибний хітозан виділяли шляхом глибинної ферментації протягом 4 діб на рідких поживних середовищах наступного складу: картопляно-глюкозному (PDB), дріжджово-картопляно-глюкозному (YPDB) та середовищі Чапека-Докса (CDB). Для кожного середовища визначали показники росту, включаючи специфічну швидкість росту (µ) та час подвоєння (td). Хітозан отримували з біомаси методом лужної обробки. За допомогою інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FTIR) визначали його структурну характеристику для ідентифікації функціональних груп і порівняння з комерційним хітозаном. Термічну стабільність аналізували методом диференціальної скануючої калориметрії (DSC), а оптичні властивості — за допомогою спектроскопії в ультрафіолетовій і видимій областях (UV-Vis). Фотолюмінісцентну характеристику визначали за допомогою спектроскопії фотолюмінесценції (PL). Результати. Серед досліджуваних середовищ найбільший вихід біомаси (116 мг/г) був отриманий на PDB. Аналіз FTIR підтвердив наявність функціональних груп, аналогічних до комерційного хітозану, що вказує на їх структурну подібність. Термічний аналіз методом DSC засвідчив термічну стабільність грибного хітозану. Спектроскопія UV-Vis показала значне оптичне поглинання, а спектри PL виявили помітну флуоресценцію, що свідчить про перспективність використання отриманого хітозану для виробництва інноваційних матеріалів. Висновки. У представленій роботі виділено хітозан із Trichoderma reesei (MTCC 4876), який за своїми фізико-хімічними властивостями подібний до комерційного хітозану. Отримані результати підкреслюють перспективність використання грибного хітозану в різних сферах промисловості і комерційної діяльності, особливо там, де важливими є його оптичні властивості й термостабільність.

Keywords: Trichoderma reesei, грибний хітозан, хітин, FTIR, DSC

Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications. Prog Polym Sci. 2023; 120:120987.

[2] Straits Research. Chitosan Market Size, Share & Trends Analysis Report by Grade-2024. https://straitsresearch.com/report/chitosan-market

[3] Kumar MNVR. A review of chitin and chitosan applications. Carbohydr Polym. 2022; 107687.

[4] Dash M, Chiellini F, Ottenbrite RM, Chiellini E. Chitosan–a versatile semi–synthetic polymer in biomedical applications. Int J Biol Macromol. 2022; 108172.

[5] Aranaz I, Harris R, Heras A. Chitosan chemistry and its functional properties. Polymer. 2022; 125678.

[6] Jayakumar R, Prabaharan M, Sudheesh Kumar PT, Nair SV, Tamura H. Biomaterials based on chitin and chitosan in wound dressing applications. Biotechnol Adv. 2021; 107794.

[7] Younes I, Rinaudo M. Chitin and chitosan preparation from marine sources. Colloids Surf B Biointerfaces. 2022; 112737.

[8] Pillai CKS, Paul W, Sharma CP. Chitin and chitosan polymers: Chemistry, solubility and fiber formation. Enzyme Microb Technol. 2022; 110003.

[9] Peter MG. Chitin and chitosan: Prospective industrial applications. Fungal Biol. 2021; 101005.

[10] Dutta PK, Dutta J, Tripathi VS. Chitin and chitosan: Chemistry, properties and applications. Biochem Cell Biol. 2023; 106545.

[11] Knaul JZ, Hudson SM, Creber KA. Improved mechanical properties of chitosan films. Food Chem. 2023; 135602.

[12] Ravi Kumar MNV. Chitin and chitosan derivatives for biomedical applications. Chem Eng J. 2022; 139834.

[13] Shahidi F, Abuzaytoun R. Chitin, chitosan, and co–products: Chemistry, production, applications, and health effects. Mar Pollut Bull. 2023; 115882.

[14] Synowiecki J, Al–Khateeb NA. Production, properties, and some new applications of chitin and its derivatives. Bioresour Technol. 2023; 128496.

[15] Domard A, Domard M. Chitosan and its derivatives. Surf Coat Technol. 2022; 128076.

[16] Didecan D, Dumitriu S. Polysaccharides in medical applications. Food Bioprod Process. 2022; 101356.

[17] Elsabee MZ, Abdou ES. Chitosan–based edible films and coatings. Int J Food Microbiol. 2022; 109857.

[18] Khor E, Lim LY. Implantable applications of chitin and chitosan. Microbiol Res. 2022; 127157.

[19] El Knidri H, Belaabed R, Addaou A, Laajeb A, Lahsini A. Extraction, chemical modification and characterization of chitin and chitosan. Enzyme Microb Technol. 2021; 109883.

[20] Zhang J, He X, Wang Y, Zhao X. Production of cellulases by Trichoderma reesei. Biotechnol Rep. 2022; 006521.

[21] Xu Y, Gallert C, Winter J. Biodegradation of chitosan. Mycol Res. 2023; 101230.

[22] Ogawa K, Yui T, Miya M. Molecular dynamics simulation of chitosan and chitin. Synth Met. 2022; 116956.

[23] Martin M, Meyer AS. Chitosan production by submerged fermentation. Biotechnol Rep. 2022; 101011.

[24] Zhang L, Lin J, Han X. Optimization of chitosan extraction. LWT Food Sci Technol. 2022; 113455.

[25] Pereira JF, Cavalcanti RC. Submerged fermentation for biopolymer production. Process Biochem. 2022; 108771.

[26] Madigan MT, Martinko JM, Bender KS. Brock Biology of Microorganisms. 16th ed. Pearson; 2022.

[27] Shuler ML, Kargi F. Bioprocess Engineering: Basic Concepts. 3rd ed. Prentice Hall; 2021.

[28] Prescott LM, Harley JP, Klein DA. Microbiology. 11th ed. McGraw–Hill Education; 2023.

[29] Pelczar MJ, Chan ECS, Krieg NR. Microbiology: Concepts and Applications. 2nd ed. McGraw–Hill; 2021

[30] Dhillon GS, Kaur S, Brar SK, Verma M. Green synthesis approach: extraction of chitosan from fungus mycelia. Critical reviews in biotechnology. 2013; 33(4):379-403.

[31] Moura A, Silva V, Pereira L. Determination of the degree of deacetylation of chitosan using infrared spectroscopy and NMR calibration. Carbohydr Polym. 2023; 312:120675.

[32] Chen Y, Wang T, Li X. Comparative analysis of chitosan deacetylation methods: FTIR versus chemical titration. Int J Biol Macromol. 2022; 197:845-51.

[33] Santos JP, Oliveira FJ, Costa AC. Improved FTIR–based method for accurate assessment of chitosan deacetylation. Polym Test. 2023; 115:107753.

[34] Li H, Zhang Y, Chen J. Thermal characterization of chitosan: Effects on stability and application potential. Thermochim Acta. 2023; 725:179010

[35] Patel R, Mehta P, Shah D. FT–IR spectroscopic analysis for characterization of chitosan from fungal and commercial sources. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2023; 287:122056.

[36] Singh V, Kaur P, Verma R. Optical characterization of fungal and commercial chitosan using UV–Vis and photoluminescence spectroscopy. J Mol Struct. 2023; 1289:135678

[37] Gachhi DB, Hungund BS. Two phase extraction, characterization and biological evaluation of chitin and chitosan from Rhizopus oryzae. J App Pharm Sci. 2018; 8(11):116-22

[38] Zhao X, Wu Y, Chen Q. Photoluminescence properties of fungal–derived chitosan and its structural correlation. J Photochem Photobiol A Chem. 2023; 439:114482.

[39] Kumar S, Meena R, Patel V. Comparative photoluminescence study of commercial and fungal chitosan for optical applications. Opt Mater. 2022; 134:113276.

[40] Fernandes AC, Silva MJ, Costa RM. Infrared spectral interpretation of chitosan: Identification of characteristic functional groups. Vib Spectrosc. 2023; 117:103264.