Еріка Е. Лопес Лізаррага
Студент з біоінженерії
Хітин, відкритий у 1811 р. Французьким хіміком і фармацевтом Анрі Браконно, є основною складовою клітинних стінок грибів; стійкого екзоскелета членистоногих, таких як павукоподібні, комахи та ракоподібні (креветки, краби, креветки, омари, ...), та деяких інших біологічних структур, таких як кети, які мають форму волосся - в тілі анелід: безхребетні тварини за формою нагадують «кільчастого» хробака, як гусениці.
Хітин (від грецького kitón, що означає «покрив») - другий за поширеністю біополімер у природі (перший - целюлоза, компонент рослин і деревини). Своєю грізною стійкістю він зобов’язаний тому, що він є композиційним матеріалом, тобто складається з хітинової матриці, в якій містяться певні кристали карбонату кальцію (мінерал, що міститься в гірських породах), добре розподілені та дисперговані всередині. З’єднання хітину з кристалами дає матеріал з механічними властивостями, що значно перевершує властивості хітину та карбонату кальцію. Хітозан, наша цікава речовина, отримується з хітину.
Біополімери
Біополімери - це макромолекули, які синтезуються (виробляються) всіма живими істотами. Зазвичай їх класифікують на білки, які надають структуру та специфічну функціональність тканинам організмів; полісахариди, такі як целюлоза, яка входить до складу всіх рослинних клітин (це видно на квітці бавовни); нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК), які є макромолекулами, що кодують характеристики живих істот. Також можуть бути включені біополімери, такі як натуральний каучук та лігнін. Останній є сполучною речовиною, яка фіксує целюлозні волокна, що утворюють деревину.
Хитозан був виділений з хітину в 1859 році французьким фізіологом Шарлем Руже; Він має цікаві властивості, що стримують ріст і розвиток певних грибів та мікроорганізмів, саме тому він був предметом інтенсивних досліджень щодо його технологічного застосування в областях, пов’язаних із здоров’ям, сільським господарством та продуктами харчування.
Отримання хітозану
Хитозан, який також називають хітозаном, виявляється хітином у демінералізованому стані, без білків та без хімічних функціональних груп ацетильного типу (див. Вставку 2). Для вилучення хітозану використовують ракоподібних, оскільки вони містять більшу кількість хітину в своїх екзоскелетах. Одним з найпростіших процесів отримання є наступне:
Спочатку екзоскелети ракоподібних (зазвичай краби або креветки) промивають великою кількістю води, щоб видалити будь-які органічні сміття, які можуть бути присутніми. Їх сушать при температурі, яка коливається близько 65 ° C. Голови, ноги та хвіст видаляють і піддають подрібненню та просіванню з отриманням порошку з розміром частинок менше 0,250 мм. У цей момент карбонат кальцію та білки хітину потрібно видалити. Мінерал видаляється зануренням порошку в розчин кислоти на кілька годин. Потім для відмови від білків хітин піддають лужній обробці (з використанням їдкого натру певної концентрації), де лужний розчин завдає білкам сильної шкоди і розриває зв’язки, що приєднують їх до біополімеру. У той же час при обробці відбувається деацетилювання, де хімічні функціональні групи ацетильного типу видаляються з хітину (температура процесу може змінюватися). Нарешті, лужний рН знижують до нейтрального рівня (7,0), щоб остаточно отримати очищений хітозан.
Деацетилювання
Хімічна формула ацетилу –COCH3, що за допомогою дефіса вказує на те, що його атом вуглецю має «неспарений» електрон (без його пари), який може з’єднати молекулу з іншим електроном за тих самих обставин, утворюючи ковалентний зв’язок. з двох електронів, тепер "спарених").
Деацетилювання полягає саме в розриві зв'язку, яка пов'язує ацетил із цікавить молекулою. Чи має молекула ацетильні групи (чи інші функціональні групи) чи ні, це впливає на спосіб взаємодії з навколишнім середовищем. У випадку з біополімерами, такими як ДНК, ацетилювання змушує її розширюватися для транскрипції генів; натомість деацетилювання конденсує його, запобігаючи цьому процесу.
Властивості і застосування хітозану
Хитозан, оскільки походить від хітину, є нетоксичною, біологічно розкладається та біосумісною речовиною, тобто він може контактувати з тканинами біологічних організмів, не викликаючи подразнення або відторгнення. І навіть може бути біоактивним, оскільки було встановлено, що він може сприяти утворенню остеобластів (клітин, що відповідають за ріст, підтримку та відновлення кісток), а з іншого боку, сприяє зменшенню кровотоку в певних ранах.
Щодо найвідоміших властивостей, хітозан пригнічує розвиток та ріст певних грибів та мікробів. Це разом із пластичністю утворювати плівки та волокна сприяло його використанню як біологічно розкладається марлі та шовних ниток для боротьби з інфекцією у ранах, а з іншого боку - як плівок, що продовжують життя насіння та їжі.
Наприклад, протигрибкове властивість ("протигрибковий") хітозану було використано в сільському господарстві, коли його використовують у певних культурах для запобігання розмноженню та атаці патогенних грибів, таких як Mycosphaerella fijensis Morelet, що може спричинити захворювання Чорний сигатока зазвичай він атакує листя бананової рослини, яка є однією з найсерйозніших у світі; стало причиною втрат понад 50% у виробництві бананів.
Певна біоактивність хітозану, що спостерігається у ссавців, спостерігалась і у рослин, оскільки це створює стресову ситуацію, яка сприяє активації внутрішніх захисних механізмів, які готують їх до боротьби з грибковими інфекціями самостійно. Насправді вчені NASA використовували хитозан для дослідження того, як цей біополімер захищає рослини в космосі, так само, як це було зроблено з рослинами квасолі, які виросли на російській космічній станції MIR в 1997 році. Вчені дійшли висновку, що хітозан, крім своєї свердловини -доведена здатність пригнічувати ріст мікроорганізмів, спонукає рослини підвищувати свою природну стійкість проти патогенів.
З іншого боку, хітозан має флокулюючі властивості, тобто може агломерувати нестабільні частинки - у певному розчині - у кругових одиницях, званих флокулами, саме тому він має здатність захоплювати тверді речовини у суспензії, що сприяє їх аглютинації та осаду на знизу. Цю властивість можна використовувати для очищення води від важких мінералів, барвників або масел. Хоча насправді він вже використовувався для освітлення напоїв, таких як пиво або вино, оскільки він має здатність перетягувати та осаджувати залишки дріжджів, фруктів або будь-яких інших небажаних домішок.
Але будьте обережні! Нібито були розроблені засоби для схуднення, що містять хітозан. Головний аргумент полягає в тому, що він зв’язується з жирами в їжі, тим самим не даючи організму засвоювати їх; однак, Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA) попереджає про мізерну наукову основу для цих тверджень. Агентство закликає споживачів, не обманювати їх, і продавців щодо ненадійності продуктів, які вони рекламують.
Описані тут характеристики та властивості хітозану походять із джерел, де вчені опублікували результати своїх досліджень. Щоразу, коли розробляється нове застосування хітозану або будь-якого іншого матеріалу, важливо шукати оригінальні наукові роботи, де заявки підтримуються. Якщо доказів немає, це, швидше за все, шахрайство. Ми повинні це дуже добре усвідомлювати.
Загалом, застосування хітозану в різних згаданих областях мало дуже багатообіцяючі результати, і оскільки його вважають другим за поширеністю полісахаридом у природі, його застосування зростає.
Деякі посилання
Лінден, Джеймс, К., Стоунер, Річард Дж., ОГА! Порівняння реакцій еліситора з хітином/хітозаном в експериментах з пророщування бобів Мунг та Адзукі (2008 р.).
Хітин і хітозан, http://www.interempresas.net/Horticola/Articulos/66791-Quitina-y-quitosano-como-subproductos-de-la-pesca.html
Ширай К «Хитозан». Підрозділ Ізтапалапа. Столичний автономний університет, Ізтапалапа, Мексика, (2011).
Чавес А, Коліна М, Вальбуена А, Лопес А, Отримання та характеристика паперу з хітозаном, Іберо-американський журнал полімерів, 13 (2), 41 (2012)