1.1.3. Процес отримання.
Відходи оболонок ракоподібних складаються з білків (20-40%), солей кальцію та магнію, переважно карбонатів та фосфатів (30-60%), хітину (20-30%) та ліпідів (0-14%), змінюючи ці пропорції до вид і сезон.
Отже, виділення хітину з біовідходів ракоподібних включає 3 основні операції:
1) Виведення залишкового білка.
2) Виведення неорганічних речовин.
3) Виведення ліпідних пігментів (каротиноїдів).
Отримання хітозану. Термічна обробка хітину під сильним водним лугом зазвичай використовується для отримання частково деацетильованого хітину (ГА менше '= 30%), пов'язаного з хітозаном. Основним критерієм, який дозволяє відрізнити хітозан від хітину, є розчинність у розбавлених розчинах кислот, отриманих, коли залишкова частка ацетилу низька.
Хитозан можна отримати двома способами:
- хімічна (гетерогенне або однорідне деацетилювання)
Щоб отримати розчинний продукт, він повинен мати ступінь деацетилювання від 80 до 85% або вище, а хитозан відомий як продукт, який зазвичай має деацетилювання від 70 до 85%.
1.4. Властивості.
Властивості хітину та хітозану залежать головним чином від джерела виробництва та способу отримання, і ці полімери відрізняються один від одного розподілом, молекулярною масою та ступенем ацетилювання.
1.1.4.1 Ступінь ацетилювання.
Хімічно хітин і хітозан - це поліглюкозаміни, які відрізняються лише ступенем ацетилювання аміногруп. Типові хітини зазвичай мають ступінь ацетилювання між 70-95%, що відповідає вмісту ацетилу 15-20,7%, тоді як хітозани зазвичай мають ступінь ацетилювання між 15-25%, що відповідає 3,2 - 5,3% вмісту ацетилу. Ступінь ацетилювання є, мабуть, найважливішим параметром цих полісахаридів і значною мірою визначає їх функціональні та фізіологічні характеристики.
До факторів, що впливають на ступінь деацетилювання, належать: концентрація лугу, попередня обробка, розмір частинок і щільність хітину. Останні два фактори впливають на швидкість проникнення лугу в аморфну область і певною мірою також у кристалічні області полімеру, необхідні для гідролізу. На практиці максимальний рівень деацетилювання, якого можна досягти за одну лужну обробку, становить близько 75-85%.
Ступінь ацетилювання дуже важлива для отримання розчинного продукту, хоча розподіл ацетильних груп також впливає.
1.1.4.2 Молекулярна маса та в'язкість.
Іншими важливими параметрами є молекулярна маса та пов'язана в'язкість. Оскільки хітозан отримують із хітину лужним деацетилюванням, молекулярна маса має нижчу середню молекулярну масу, як правило, в межах 1х105-3х105 Да. Хітозан демонструє широкий діапазон в'язкості в розбавлених кислих середовищах, що залежить насамперед від його молекулярної маси. Відносна в'язкість високовязкого хітозану порівнянна з в'язкістю гуарових смол або трагаканту.
Хитозан - це сильно в’язкий продукт, подібний до натуральних ясен. В'язкість може становити від 10 до 5000 с.п. У розчині завдяки своїй поліелектролітичній поведінці, залежно від іонної сили середовища, він поводиться по-різному, що суттєво впливає на в’язкість розчину.
Завдяки високій в’язкості хітозану в системах рН 6,0 і він працює лише в кислотних системах, це є важливою властивістю для його застосування в їжі. Через високу щільність позитивних зарядів хітозан поводиться у водних розчинах кислот як полікатіональна молекула. Така поведінка не характерна для хітину через його високий ступінь ацетилювання.
Хітозан нерозчинний у H2S04 та обмеженої розчинності у H3P04. Він також розчинний у сумішах спирту та води.
1.1.4.4. Біорозкладність.
Як полімер, що представляє інтерес для харчових систем, відбувається біодеградація хітину та Хітозан є важливою властивістю, яку слід враховувати, оскільки багато харчових застосувань прямо чи опосередковано пов’язані зі здатністю ферментів деполімеризуватися. Серед ферментів (або ферментних комплексів), які, як повідомляється, виявляють гідролітичну активність у хітині та хітозані, є: хітиназа, хітозаназа, лізоцим, целілаза, геміцелюлаза, пектиназа, ліпаза, декстраназа та подібні протеази, такі як панкреатин, пепсин та папаїн. Тільки біологічна здатність не є важливою характеристикою цих біополімерів, а також нетоксичність деградації продуктів є найбільш значущою для біомедичних та харчових продуктів.
Хітозан біоабсорбується та піддається біологічному розкладанню, і було доведено, що він повільно розкладається головним чином ферментами хітозинази та лізоциму; при першому біодеградація відбувається до 75%, а до 35% - при лізоцимах.
1.1.4.5. Функціональні властивості.
Хитозан може утворювати піни, емульсії, гелі з поліаніонами і утримувати вологу завдяки наявності вільних аміногруп, які при розчиненні в підкисленому водному розчині набувають позитивного заряду.
Що стосується здатності хітозану пінитися, було показано, що хітозан посилює здатність піноутворення та стабільність піни, що утворюється яйцем, завдяки своєму позитивному заряду, який взаємодіє з негативним зарядом яєчних білків. Крім того, було задокументовано, що низькомолекулярний хітозан ефективно сприяє піноутворенням.
У дослідженні, проведеному в сумішах ізоляту сироватки та хітозану, було показано покращення властивостей піни з хітозаном від 0,4 до 0,6% та у вузькому діапазоні рН (5,5-6,0).
Суміш хітозану та лецитину використовували для утворення емульсій та оцінки їх властивостей, отримуючи стійку емульсію дрібних жирових кульок з великими позитивними зарядами, завдяки адсорбції хітозану на поверхні крапель жиру. Це продемонструвало здатність хітозану утворювати емульсії.
Стійкість емульсії залежить від концентрації розчину хітозану. У дослідженні, проведеному, коли концентрація розчину хітозану становила 0,2%, існувало поділ фаз для всіх значень діапазону деацетилювання (75-95%).
Стійкість емульсії підвищувалася на 10% при додаванні 0,1% хітозану в дослідженнях, проведених для демонстрації його впливу на емульгуючу здатність яєчного жовтка; Це також збільшило в'язкість майонезу, не змінюючи його сенсорних властивостей.
Показано, що хитозан здатний утворювати гелі у розчині з чудовими властивостями. Наявність хітозану зменшує синерезис гелю через його здатність утримувати воду, змінюючи його механічні властивості. Втрати води тим менші, чим більший розмір молекули. Хитозан адсорбує 230-440% води, перевершуючи картопляний крохмаль та карбоксиметилцелюлозу (КМЦ).
Іншими описаними властивостями є низька токсичність, гідрофільна спорідненість, стійкість проти гниття, формується та формується.
1.1.5 Протимікробні властивості.
Повідомляється, що хитозан контролює ріст бактерій, грибків та дріжджів і застосовується для придушення цих організмів у рослинних та харчових тканинах.
Хитозан, маючи позитивний іон з аміноосновою (NH2), притягує негативно заряджені молекули; його антибактеріальна активність пояснюється зшиванням між полікатионним хітозаном та аніонами, що знаходяться на бактеріальній поверхні, викликаючи зміни в проникності клітинної стінки.
Ця властивість хітозану була засвідчена в дослідженні, проведеному на майонезі, оскільки воно значно зменшило кількість життєздатних клітин мікроорганізмів, що погіршуються, таких як Lactobacillus fructorans Y Zygosaccharomyces bailií під час зберігання при 25 ° C. Ці результати дозволяють припустити, що хітозан можна використовувати як харчовий консервант для пригнічення росту цих мікроорганізмів.
Сприйнятливість Salmonella typhimurum в глутаматі та хітозан-лактаті у фосфатному буфері (рН = 5,8) при 32 ° С. Він також діє на Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Yersínia enterocolitica, Listeria monocytogenes Y Sacharomyces cerevisiae.
Хитозан також застосовувався у хот-догах, як замінник нітриту, для інгібування бактерій; спостерігаючи, що коли в ковбасах використовували 0,2% хітозану (з молекулярною масою 120 кДа) та 50% нормального рівня нітриту, консервуючий ефект був подібним до тих ковбас, які містили весь нітрит. Найвищий ріст бактерій був на 80% пригнічений 0,01-0,2% хітозаном.
Вивчено вплив хітозану на дріжджі та ниткоподібні гриби, пов’язані з псуванням яблучного соку. Хитозан знижував швидкість росту різних мікроорганізмів, але ефект визначався його концентрацією. Наприклад, 1 г/л хітозану знижують швидкість росту Mucor racemosus і все ж 5 г/л було потрібно для завершення інгібування росту Byssochiamys spp. Найчутливішими були дріжджі Zygosaccharomyces baílii і не ріс у присутності 0,1 г/л хітозану під час зберігання протягом 32 днів при 25 ° C.
Недавнє дослідження показало, що хітозан сприяє збільшенню синтезу попередньо утворених фенольних сполук у зрілому насінні арахісу, що спричинило гальмування росту Aspergillus flavus і подальше вироблення афлатоксигазів шляхом індукції сприйнятливих тканин.
Досліджено вплив хітозану на розвиток погіршення стану яловичого фаршу, що зберігається при 30 ° C протягом 2 днів і при 4 ° C протягом 10 днів, показуючи зменшення на 1-2 логарифмічні цикли псевдомонади, стафілококів, коліформ, грам -негативні бактерії та мікрококи у присутності 1% хітозану. Однак кількість життєздатних організмів, присутніх у м'ясі до початку експерименту, як правило, була вищою (> 107 КУО/г), і цілком можливо, що додавання хітозану могло бути більш ефективним при менших початкових популяціях.
Дітос хітозану досліджували як можливий засіб продовження терміну зберігання свіжих фруктів та овочів після збору врожаю. Наприклад, у свіжу полуницю та болгарський перець, змочені в кислотних розчинах хітозану, щеплених Botrytis cinerea або Rhizopus stolonifer, повідомляється про стійкість до погіршення якості при 13 ° C, така ж, як і у плодів, оброблених звичайним хімічним фунгіцидом.
Хітозан використовується як харчовий консервант у харчових продуктах Японії, таких продуктах, як локшина, соєвий соус, китайська капуста та сардини.
1.1.6. Біологічні властивості. Дієтичні та метаболічні ефекти.
Встановлено, що хітозан не може засвоюватися людиною, тому він вважається харчовою клітковиною з нульовим вмістом калорій. Дослідження на щурах показало, що хітозан зменшує всмоктування жовчних кислот і знижує рівень холестерину в крові. Поглинання холестерину у щурів, які харчувалися хитозановою дієтою, було нижчим, ніж дієти, що містять камедь гуару або целюлозу.
Невелике дослідження на людях показало, що прийом 3-6 г хітозану на день протягом 2 тижнів зменшує показники гниття в кишечнику, що може допомогти запобігти таким захворюванням, як рак товстої кишки.
Низькомолекулярний хітозан, всмоктуючись, має інші сприятливі ефекти на організм, такі як регенерація сполучної тканини, сприяє формуванню кісток, запобігає появі пухлин, стимулює імунну систему, серед іншого.
Можливі шкідливі ефекти продукту з надлишком хітозану (понад 5%) включають погіршення таких важливих поживних речовин, як жиророзчинні вітаміни, незамінні жирні кислоти та мінерали. Також спостерігалося надлишок хітозану, що призводить до фізичних розладів кишкового тракту, таких як механічна стираність.
1.1.7. Програми.
Завдяки своїй катіонній природі в кислотних розчинах, що надає їй унікальних властивостей щодо інших полісахаридів, промисловості хітозану та деяких його похідних я знаю стимулював на міжнародному рівні, знаходячи широкий всесвіт застосувань.
? Біомедичні програми.
Цей біоматеріал був протестований для багатьох біомедичних застосувань, полегшуючи процес загоєння ран, опікових травм та відновлення хронічних травм шкіри; його ефекти були пов'язані з активацією макрофагів, стимуляцією фібробластів, мітогенною активацією та полегшенням міжклітинної адгезії.
? Застосування в сільському господарстві та післязбиральних операціях.
У сільському господарстві його потенційне застосування базується на подвійній якості пригнічення росту в пробірці грибів та фітопатогенних бактерій, а також активує захисні механізми у рослин, тісно пов'язаних з індукцією системної стійкості до атаки мікроорганізмів. Таке використання в основному пояснюється високим вмістом амінів, що надає йому полікатіонічну природу з високою щільністю заряду, крім високої молекулярної маси. Показано, що хитозан є потужним інгібітором грибів, крім того, що він сприяє кращому проростанню та вирощуванню рослин в пшениці. Крім того, в експериментах на посівах в місцевостях із серйозною індукцією жовтого фузаріозу в селері частота захворювання та тяжкість були значно зменшені.
? Очищення стічних вод.
Серед різних задокументованих застосувань хитозану його використання як коагулюючого або флокулюючого агента для очищення стічних вод є найбільш важливим з економічної точки зору. Видалення кольорів, важких металів, радіоактивних матеріалів та дубильних речовин також можливо за допомогою хітозану.
- Косметична промисловість.
Застосовується для приготування зволожуючих кремів, миючих засобів, зубної пасти, лосьйонів для ванн тощо.
- Харчова промисловість.
У харчовій промисловості зареєстровано декілька застосувань, серед яких:
?> Розкислення і освітлення соків.
?> Хлібопекарська промисловість.
?р Як протимікробний засіб.
?> Використання в дієтичних продуктах
?> Як консервант
?>? Напої та вина. Частково деацетильований хітин із різними рівнями N-ацетилювання (GA = 0,49-1,0, нерозчинний у розчині кислоти) використовували як іонообмінний адсорбуючий матеріал для освітлення ультрафільтрованого ананасового соку. Зразки хітину з нижчим ГА видаляли небажані кольорові тіла, відповідальні за розвиток забарвлення. Хитозан також успішно використовується для запобігання фарбування яблучного соку на рівні 200 проміле або більше. Виведення фенольних компонентів (катехінів, флавінів, коричних кислот тощо) з білого вина, які відповідають за зміни засмаги та деревини, є важливою операцією для стабілізації продукту. Зазвичай це досягається освітленням адсорбуючими матеріалами (яєчний альбумін, діоксид кремнію, бентоніт та плівініпіролідон). В недавньому дослідженні хітозан (GA = 0,22-0,4) був ефективним адсорбентом поліфенольних компонентів та гідроксикинатної кислоти, а також комерційного казеїнату та полівінілпіролідону (PVP).
?> Мікрокапсулювання харчових ферментів. У харчовій промисловості мікрокапсуляцію можна використовувати для органолептичної маскування гіркого смаку та неприємних запахів в алкалоїдах, солях або риб’ячому жирі. Капсульований матеріал повинен задовольняти, серед іншого, наступні вимоги: хороша сенсорна якість, володіти фізико-хімічною та мікробною стабільністю, без токсичних залишків, безпечний для здоров'я та не забруднює навколишнє середовище. Хитозан - це природний біополімер, який відповідає цим вимогам і використовувався як харчова добавка та як компонент у їстівних начинках.
?»? Іммобілізація клітин та ферментів. Такі системи мають перспективні перспективи завдяки відповідному спектру спеціалізованих застосувань у харчових системах. Іммобілізовані ферменти дають можливість зберегти свою активність в органічних розчинниках. Ще однією внутрішньою перевагою іммобілізації ферментів є те, що їх можна багаторазово використовувати. Хітин був вивчений як хороша підтримка для іммобілізації ферментів, він, як видається, пропонує високу механічну стабільність, відповідну щільність та низьку розчинність у багатьох розчинниках. Приклади промислових ферментів, широко використовуваних у харчовій промисловості, які були іммобілізовані в хітині або хітозані, включають а-амілазу та глюкоамілазу, D-глюкозу ізомеразу, a-D-галактозидазу, р-галактозидазу, папаїн, пепсин, альфа-хімотрипсин.
Доза хітозану як функціонального компонента (загусник, емульгатор, харчова камедь) зазвичай не перевищує 0,5% маси продукту. У таблиці 1 наведено концентрацію хітозану, що використовується для різних цілей у їжі.
Таблиця 1. Концентрація хітозану, що використовується в їжі.