1.1.3. Процес на получаване.

животински

Отпадъците от черупкови ракообразни се състоят от протеини (20-40%), калциеви и магнезиеви соли, най-вече карбонат и фосфат (30-60%), хитин (20-30%) и липиди (0-14%), вариращи тези пропорции с вида и сезона.

Следователно изолирането на хитин от биологичните отпадъци от ракообразни включва 3 основни операции:

1) Елиминиране на остатъчния протеин.

2) Елиминиране на неорганични вещества.

3) Елиминиране на липидните пигменти (каротеноиди).

Получаване на хитозан. Термичната обработка на хитин под силна водна алкала обикновено се използва за получаване на частично деацетилиран хитин (GA по-малък от '= 30%), свързан с хитозан. Основният критерий за разграничаване на хитозана от хитина е разтворимостта в разтвори на разредени киселини, получени, когато остатъчната фракция на ацетил е ниска.

Хитозанът може да се получи по 2 начина:

- химически (хетерогенно или хомогенно деацетилиране)

За да се получи разтворим продукт, той трябва да има степен на деацетилиране между 80 и 85% или по-висока, а хитозанът е известен като продукт, който обикновено има между 70 и 85% деацетилиране.

1.4. Имоти.

Свойствата на хитина и хитозана зависят главно от източника на производство и метода на приготвяне и тези полимери се различават един от друг по тяхното разпределение, молекулна маса и степен на ацетилиране.

1.1.4.1 Степен на ацетилиране.

Химически хитинът и хитозанът са полиглюкозамини, които се отличават само със степента на ацетилиране на аминогрупите. Типичните хитини обикновено имат степен на ацетилиране между 70-95%, което съответства на съдържание на ацетил от 15-20,7%, докато хитозаните обикновено имат степен на ацетилиране между 15-25%, което съответства на 3,2 - 5,3% от съдържанието на ацетил. Степента на ацетилиране е може би най-важният параметър на тези полизахариди и до голяма степен определя техните функционални и физиологични характеристики.

Факторите, които влияят върху степента на деацетилиране, включват: концентрация на алкали, предварителна обработка, размер на частиците и плътност на хитина. Последните два фактора оказват влияние върху скоростта на проникване на алкали в аморфната област и до известна степен и в кристалните области на полимера, необходими за настъпване на хидролиза. На практика максималното ниво на деацетилиране, което може да бъде постигнато при еднократна алкална обработка, е около 75-85%.

Степента на ацетилиране е много важна за получаване на разтворим продукт, въпреки че разпределението на ацетиловите групи също влияе.

1.1.4.2 Молекулно тегло и вискозитет.

Други важни параметри са молекулното тегло и свързаният с тях вискозитет. Тъй като хитозанът се получава от хитин чрез алкално деацетилиране, молекулното тегло има по-ниско средно молекулно тегло, обикновено вариращо между 1x105-3x105 Da. Хитозанът показва широк диапазон от вискозитети в разредена кисела среда, които зависят главно от молекулното му тегло. Относителният вискозитет на високовискозитетния хитозан е сравним с вискозитета на гуаровите гуми или трагаканта.

Хитозанът е силно вискозен продукт, подобен на естествените венци. Вискозитетът може да варира от 10 до 5000 cp. В разтвор, поради полиелектролитичното си поведение, в зависимост от йонната сила на средата, той се държи по различен начин, което значително влияе върху вискозитета на разтвора.

Поради високия вискозитет на хитозана в системи с pH 6,0 и той работи само в киселинни системи, той е подходящо свойство за приложението му в храната. Поради високата плътност на положителните заряди, хитозанът се държи във водни киселинни разтвори като поликатионна молекула. Това поведение не е типично за хитина поради високата му степен на ацетилиране.

Хитозанът е неразтворим в H2S04 и с ограничена разтворимост в H3P04. Също така е разтворим в смеси от алкохол и вода.

1.1.4.4. Биоразградимост.

Като полимер от интерес за хранителните системи, биоразграждането на хитина и на Хитозанът е важно свойство, което трябва да се има предвид, тъй като много от хранителните приложения са пряко или косвено свързани със способността на ензимите да деполимеризират. Сред ензимите (или ензимен комплекс), за които се съобщава, че упражняват хидролитична активност в хитин и хитозан, са: хитиназа, хитозаназа, лизозим, целилаза, хемицелулаза, пектиназа, липаза, декстраназа и подобни протеази като панкреатин, пепсин и папаин. Единствено биоразградимостта не е релевантна характеристика на тези биополимери, също така нетоксичността на разграждането на продуктите е най-значимата за биомедицинските и хранителните приложения.

Хитозанът е биоразбираем и биоразградим и е доказано, че се разгражда бавно главно от хитозиназа и лизозимни ензими; при първите биоразграждането настъпва до 75% и до 35% при лизозимите.

1.1.4.5. Функционални свойства.

Хитозанът може да образува пени, емулсии, гелове с полианиони и да задържа влагата поради наличието на свободни аминогрупи, които при разтваряне в подкислен воден разтвор придобиват положителен заряд.

Във връзка със способността на хитозана да се пени, е показано, че хитозанът повишава способността за образуване на пяна и стабилността на пяната, образувана от яйцето, поради неговия положителен заряд, който взаимодейства с отрицателния заряд на протеините на яйцето. яйце. Освен това е документирано, че хитозанът с ниско молекулно тегло ефективно насърчава образуването на пяна.

В проучване, проведено в смеси от суроватъчен изолат и хитозан, е показано подобрение в свойствата на пяната с хитозан между 0,4 и 0,6% и в тесни граници на рН (5,5-6,0).

Смес от хитозан и лецитин се използва за образуване на емулсии и оценка на техните свойства, като се получава стабилна емулсия на малки мастни глобули с големи положителни заряди, поради адсорбцията на хитозана на повърхността на мастните капчици. Това демонстрира способността на хитозана да образува емулсии.

Стабилността на емулсията зависи от концентрацията на разтвора на хитозан. В проучване, проведено, когато концентрацията на разтвора на хитозан е 0,2%, е имало фазово разделяне за всички изследвани стойности на диапазона на деацетилиране (75-95%).

Стабилността на емулсията се увеличава с 10% при добавяне на 0,1% хитозан в проучвания, проведени, за да се демонстрира ефектът му върху емулгиращата способност на яйчен жълтък; Той също така увеличи вискозитета на майонезата, без да променя сензорните й свойства.

Доказано е, че хитозанът може да образува гелове в разтвор с отлични свойства. Наличието на хитозан намалява синерезиса на гела поради способността му да задържа вода, варирайки неговите механични свойства. Загубата на вода е по-малка, колкото по-голям е размерът на молекулата. Хитозанът адсорбира 230-440% вода, побеждавайки картофено нишесте и карбоксиметил целулоза (CMC).

Други описани свойства са ниска токсичност, хидрофилен афинитет, стабилност срещу гниене, формован и формован.

1.1.5 Антимикробни свойства.

Съобщава се, че хитозанът контролира растежа на бактерии, гъбички и дрожди и се прилага за потискане на тези организми в растителните и хранителните тъкани.

Хитозанът, имащ положителен йон с аминобаза (NH2), привлича отрицателно заредени молекули; неговата антибактериална активност е обяснена с омрежването между поликатионния хитозан и анионите, присъстващи на бактериалната повърхност, причиняващи промени в пропускливостта на клетъчната стена.

Това свойство на хитозана е доказано в проучване, проведено върху майонеза, тъй като значително намалява броя на жизнеспособните клетки на влошаващи се микроорганизми като Lactobacillus fructorans Y. Zygosaccharomyces bailií по време на съхранение при 25 ° C. Тези резултати предполагат, че хитозанът може да се използва като хранителен консервант за инхибиране на растежа на тези микроорганизми.

Възприемчивостта на Salmonella typhimurum в глутамат и хитозан лактат във фосфатен буфер (рН = 5,8) при 32 ° С Той също така действа върху Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Yersínia enterocolitica, Listeria monocytogenes Y. Sacharomyces cerevisiae.

Хитозанът се използва и при хот-доги, като заместител на нитритите, за инхибиране на бактериите; отбелязвайки, че когато в колбасите се използват 0,2% хитозан (с молекулно тегло 120 KDa) и 50% нормални нива на нитрит, консервантът е подобен на тези колбаси, които съдържат целия нитрит. Най-високият растеж на бактериите е 80% инхибиран от 0,01-0,2% хитозан.

Изследвани са ефектите на хитозана върху дрожди и нишковидни гъби, свързани с разваляне на ябълков сок. Хитозанът намалява скоростта на растеж на различни микроорганизми, но ефектът се определя от неговата концентрация. Например 1g/L хитозан намалява скоростта на растеж на Mucor racemosus и все пак 5 g/L са необходими за завършване на инхибирането на растежа на Byssochiamys spp. Най-чувствителната мая беше Zygosaccharomyces baílii и не расте в присъствието на 0,1 g/L хитозан по време на съхранение в продължение на 32 дни при 25 ° C.

Неотдавнашно проучване показа, че хитозанът води до увеличаване на синтеза на предварително получени фенолни съединения в зрелите фъстъчени семена, което води до инхибиране на растежа на Aspergillus flavus и последващо производство на афлатоксис чрез индукция на чувствителни тъкани.

Изследван е ефектът на хитозана върху развитието на влошаване на кайма от говеждо месо, съхранявано при 30 ° C в продължение на 2 дни и при 4 ° C в продължение на 10 дни, показващо намаляване от 1 до 2 логаритмични цикъла на псевдомонаси, стафилококи, колиформи, грам -негативни бактерии и микрококи в присъствието на 1% хитозан. Въпреки това, броят на жизнеспособните организми, присъстващи в месото преди началото на експеримента, обикновено е по-висок (> 107 CFU/g) и е възможно добавянето на хитозан да е било по-ефективно при по-ниски първоначални популации.

Хитозановите спадове са изследвани като възможно средство за удължаване на срока на годност на пресните плодове и зеленчуци след прибиране на реколтата. Например в пресни ягоди и чушки, натопени в кисели разтвори на хитозан, инокулирани с Botrytis cinerea или Rhizopus stolonifer, докладвана е устойчивост на влошаване при 13 ° C, същата като плодовете, третирани с конвенционален химически фунгицид.

Хитозанът се използва като хранителен консервант в храни в Япония, в продукти като юфка, соев сос, китайско зеле и сардини.

1.1.6. Биологични свойства. Диетични и метаболитни ефекти.

Установено е, че хитозанът не може да се усвоява от хората, така че се счита за диетични фибри с нулево съдържание на калории. Проучване при плъхове показа, че хитозанът намалява абсорбцията на жлъчна киселина и понижава нивата на холестерола в кръвта. Абсорбцията на холестерол при плъхове, хранени с диета с хитозан, е по-ниска от диетите, съдържащи гума гуар или целулоза.

Малко проучване при хора показа, че приемането на 3-6 g хитозан на ден в продължение на 2 седмици намалява показателите за гниене в червата, промяна, която може да помогне за предотвратяване на заболявания като рак на дебелото черво.

Хитозанът с ниско молекулно тегло, когато се абсорбира, има други благоприятни ефекти върху тялото като регенерация на съединителната тъкан, подпомага образуването на кости, предотвратява появата на тумори, стимулира имунната система, наред с други.

Възможните вредни ефекти на продукт с излишен хитозан (над 5%) включват влошаване на основните хранителни вещества като мастноразтворими витамини, незаменими мастни киселини и минерали. Наблюдавано е също, че излишъкът от хитозан води до физически разстройства на чревния тракт, като механично износване.

1.1.7. Приложения.

Благодарение на катионната си природа в киселинни разтвори, което му придава уникални свойства спрямо други полизахариди, хитозановата промишленост и някои от нейните производни Знам стимулира в международен план, откривайки широка вселена от приложения.

? Биомедицински приложения.

Този биоматериал е тестван за множество биомедицински приложения, улесняващ процеса на заздравяване при рани, наранявания от изгаряния и възстановяване на хронични кожни наранявания; неговите ефекти са свързани с активиране на макрофаги, стимулация на фибробластите, митогенно активиране и улесняване на междуклетъчната адхезия.

? Приложение в селското стопанство и операции след прибиране на реколтата.

В селското стопанство потенциалното му приложение се основава на двойното му качество на инхибиране на растежа инвитро на гъбички и фитопатогенни бактерии, както и активиране на защитни механизми в растенията, тясно свързани с индуцирането на системна резистентност към атаката на микроорганизмите. Тези употреби се дължат главно на високото съдържание на амини, което му придава поликатионен характер с висока плътност на заряда, в допълнение към високата му молекулна маса. Доказано е, че хитозанът е мощен гъбичен инхибитор, в допълнение към индуцирането на по-добра кълняемост и растителна продукция при пшеницата. Освен това при експерименти, засадени в местности с тежка индукция на жълт фузариум в целина, честотата на заболяването и тежестта са значително намалени.

? Пречистване на отпадъчни води.

Сред различните документирани приложения за хитозан, използването му като коагулиращ или флокулиращ агент за пречистване на отпадъчни води е най-важно от икономическа гледна точка. Премахването на оцветители, тежки метали, радиоактивни материали и танини също е възможно с помощта на хитозан.

  • Козметична индустрия.

Използва се при приготвянето на хидратиращи кремове, почистващи препарати, паста за зъби, лосиони за вана и др.

  • Хранително-вкусовата промишленост.

В хранителната индустрия са докладвани множество приложения, сред които са:

?> Обезкисляване и избистряне на сокове.

?> Хлебопекарна индустрия.

?r Като антимикробно средство.

?> Употреба в диетични храни

?> Като консервант

?>? Напитки и вина. Частично деацетилиран хитин с различни нива на N-ацетилиране (GA = 0,49-1,0, неразтворим в киселинен разтвор) е използван като йонообменен адсорбиращ материал за избистряне на ултрафилтриран ананасов сок. Проби от хитин с по-нисък GA отстраняват нежелани цветни тела, отговорни за развитието на оцветяването. Хитозанът също се използва успешно за предотвратяване на оцветяване на ябълков сок на нива от 200 ppm или повече. Елиминирането на фенолни компоненти (катехини, флавини, канелни киселини и др.) От бяло вино, които са отговорни за промените в дъбенето и дървесината, е важна операция за стабилизиране на продукта. Това обикновено се постига чрез избистряне с адсорбиращи материали (яйчен албумин, силициев диоксид, бентонит и плинивинипиролидон). В скорошно проучване хитозанът (GA = 0,22-0,4) е ефективен адсорбент на полифенолни компоненти и хидроксикинетна киселина, както и на търговски казеинат и поливинилпиролидон (PVP).

?> Микрокапсулиране на хранителни ензими. В хранително-вкусовата промишленост микрокапсулирането може да се използва за органолептично маскиране на горчив вкус и неприятни миризми в алкалоиди, соли или рибени масла. Капсулираният материал трябва да отговаря, наред с други, на следните изисквания: добро сетивно качество, притежава физико-химична и микробна стабилност, без токсични остатъци, безопасен за здравето и без замърсяване. Хитозанът е естествен биополимер, който отговаря на тези изисквания и е използван като хранителна добавка и като компонент в годни за консумация гарнитури.

?»? Обездвижване на клетки и ензими. Такива системи имат обещаващи перспективи поради съответния набор от специализирани приложения в хранителните системи. Обездвижените ензими предлагат възможност за запазване на тяхната активност в органични разтворители. Друго присъщо предимство на обездвижването на ензимите е, че те могат да бъдат използвани многократно. Хитинът е проучен като добра подкрепа за ензимно обездвижване, изглежда, че предлага висока механична стабилност, подходяща плътност и ниска разтворимост в много разтворители. Примери за индустриални ензими с висока употреба в хранителната промишленост, които са били обездвижени в хитин или хитозан, включват а-амилаза и глюкоамилаза, D-глюкоза изомераза, a-D-галактозидаза, р-галактозидаза, папаин, пепсин, алфа химотрипсин.

Дозата на хитозан като функционален компонент (сгъстител, емулгатор, хранителна дъвка) обикновено не надвишава 0,5% от масата на продукта. Таблица 1 показва концентрациите на хитозан, използван за различни цели в храната.

Таблица 1. Концентрации на хитозан, използван в храната.