Федеральне агентство з освіти
Технологічний інститут
Державного технічного університету
Кафедра хімічної технології
Науково-практична робота
Технологія отримання високоочищеного хітозану
з панцирів ракоподібних
Виконав:
Перевірив:
2008 р .
Зміст
Введення
1. Інформаційний аналіз
1.1 Хітин і хітозан. Будова і властивості
1.2 Способи отримання хітозану
2. Експериментальна частина
2.1. Об'єкти дослідження
2.2. Методи дослідження
2.3. Висновки
Список використаної літератури
Введення
В даний час природний полісахарид хітозан завдяки широкому спектру своїх корисних властивостей знаходить все більш широке застосування в самих різних областях, таких як: текстильна промисловість - при шліхтовке і протиусадочною або водовідштовхувальним обробці тканин; паперова і фотографічна промисловість - для виробництва високоякісних і спеціальних сортів паперу, а також для поліпшення властивостей фотоматеріалів; атомна промисловість - для локалізації радіоактивності і концентрації радіоактивних відходів; медицина - як шовних матеріалів, рано-і ожогозажівляющіх пов'язок, у складі мазей і різних лікувальних препаратів, як ентеросорбент, сільське господарство - для виробництва добрив, захисту насіннєвого матеріалу і сільськогосподарських культур; в харчовій промисловості виконує роль консерванту, освітлювача соків і вин, дієтичного волокна, емульгатора; в якості харчової добавки показує унікальні результати як ентеросорбент; в парфумерії та косметиці входить до складу зволожуючих кремів, лосьйонів, гелів, лаків для волосся , шампунів; при очищенні води служить як сорбент і флокулянт.
До незаперечних достоїнств хитозана відноситься його досконала безпеку для людини та навколишнього середовища: екологічно чистий і цілком розпадається в природних умовах.
Однак одержуваний загальними методами полісахарид хітозан характеризується структурною і хімічною неоднорідністю, оскільки навіть після обробки в жорстких хімічних умовах містить невелику кількість мінеральних та білкових домішок, а також характеризується широким молекулярно-масовим розподілом. Остання зумовлює утворення нерозчинних гель-частинок при розчиненні хітозану. Перераховані фактори суттєво обмежують його область застосування. [1]
Тому вирішення проблеми створення ефективної технології одержання високоочищеного хітозану є актуальним завданням.
1. Інформаційний аналіз
Хітин і хітозан. Будова і властивості
Біополімери хітин і хітозан звернули на себе увагу учених майже 200 років тому. Хітин був відкритий в 1811 р . (H. Braconnot, A. Odier), а хітозан в 1859 році (C. Rouget), хоча свою нинішню назву отримав у 1894 р . (F.Hoppe-Seyler). У першій половині ХХ століття до хітину та його похідних був виявлений заслужений інтерес, зокрема, до нього мали безпосереднє відношення три Нобелівських лауреата: F. Fischer (1903) синтезував глюкозамін, P. Karrer (1929) провів деградацію хітину з допомогою хітинази, а WH Haworth (1939) встановив абсолютну конфігурацію глюкозаміну.
Хітин - лінійний амінополісахарид, що складається з N-ацетил-2-аміно-2-дезокісі-D-глікопіранозних ланок.
Хітин
Панцир ракоподібних побудований з трьох основних елементів - хітину, що грає роль каркаса, мінеральної частини, що надає панциру необхідну міцність і білків, що роблять його живою тканиною. До складу панцира входять також ліпіди, меланіни та інші пігменти. Пігменти панцира ракоподібних представлені, зокрема, каротиноїдами типу астаксантину, астацин і криптоксантину. У кутикулі дорослих комах хітин також ковалентно зв'язаний з білками типу артраподіна і склеротинія, а також великою кількістю меланінового сполук, які можуть становити до 40% маси кутикули. Кутикула комах відрізняється великою міцністю і в той же час гнучкістю завдяки хітин, зміст якого від 30% до 50%. У клітинній стінці деяких фікоміцетов, наприклад в ітрідіевих, хітин виявляється разом з целюлозою. Хітин у грибів, як правило, асоціюється з іншими полісахаридами, наприклад b-1-3-глюканів, у членистоногих він пов'язаний з білками типу склеротинія і меланінами.
Структурний компонент хітину N-ацетил-D-глюкозамін у бактерій, поряд з N-ацетилмурамовой кислотою, є компонентом клітинної стінки. У тваринному світі N-ацетилглюкозамін входить до складу мукополісахаридів (глікозаміноглікани) сполучної тканини (гіалуронової кислоти, хондроїтинсульфатів, гепарину), групових речовин крові та інших глікопротеїнів. Залишок N-ацетил-D-глюкозаміну зазвичай знаходиться на відновленому кінці вуглеводних ланцюгів тварин глікопротеїнів, утворюючи зв'язок вуглевод - білок. Цим пояснюється сумісність хітину та хітозану з живими тканинами. Найбільш поширеним типом зв'язку в тварин глікопротеїну є N-гликозидная зв'язок, утворена залишком N-ацетилглюкозаміну і b-амідній групою аспаргін. [1,2]
Хітозан є b-(1-4)-2-аміно-2дезоксі-D-глікополісахарідом, тобто амінополісахарид, отриманим при видаленні ацетільной групи з положення С2 у хітину в результаті обробки його в жорстких умовах розчином лугу, що дозволяє замістити ацетільние групи хітину аміногрупами:
Залежно від джерела сировини і методу отримання молекулярна маса хитозана коливається в межах 3.10 5 -6 · 10 5.
Як і хітин, хітозан є аморфно-кристалічний полімер, для якого також характерне явище поліморфізму, причому кількість структурних модифікацій при переході від хітину до хітозану збільшується до 6. Збереження при цьому розмірів елементарної комірки кристаліти вздовж осі макромолекули на рівні відповідної характеристики для хітину (103 нм) свідчить про те, що конформація макромолекул при переході від хітину до хітозану істотно не змінюється. У той же час в процесі деацетилювання хітину помітно зменшується загальна впорядкованість структури (ступінь кристалічності знижується до 40-50%). Зниження ступеня кристалічності може бути обумовлене як аморфізацією структури внаслідок внутрікрісталлітной набухання при деацетилюванню, так і порушенням регулярності будови полімерного ланцюга в разі неповного відщеплення N-ацетільних груп.
На відміну від хітину, отримуваний за його деацетилюванню хітозан розчиняється навіть у розбавлених органічних кислотах, наприклад у водному розчині оцтової кислоти. При цьому для розчинів хітозану, як і інших полімерів, характерна істотна залежність в'язкості від концентрації (при збільшенні концентрації розчину хітозану в 1-2%-ном розчині оцтової кислоти з 2 до 4% в'язкість розчину збільшується приблизно в 30 разів). Поява в кожному елементарному ланці макромолекули вільної аміногрупи надає хітозану властивості поліелектроліту, одним з яких є характерний для розчинів поліелектролітів ефект поліелектролітний набухання - аномального підвищення в'язкості розбавлених розчинів (з концентрацією нижче 1 г / л) при зменшенні концентрації полімеру. Цей ефект є наслідком збільшення ефективного обсягу і асиметрії макромолекул в розчині в результаті відштовхування однойменних зарядів, що виникають при протонировании аміногруп [2,3].
Хітозан є биополимером відносно слабкою основності (рКа ~ 6,5). Він не розчиняється у лужних середовищах, проте його катіонна поліелектролітний природа в кислому середовищі забезпечує взаємодію з негативно зарядженими синтетичними або природними полімерами. Цей катіонний поліамін має високий молекулярний вагу лінійного поліелектроліту, а також володіє в'язкістю від високої до низької. Виявляє хелатні властивості, пов'язує перехідні метали, володіє високою здатністю до хімічної модифікації завдяки наявності реактивних аміно-і гідроксильних груп. Крім того, хітозан є природним биополимером, який біологічно сумісний з тканинами організму, біодеградірует до звичайних компонентів організму (глюкозамін, N-ацетилглюкозамін), нетоксичний, в медицині проявляє себе як гемостатики, бактеріостатики, фунгістатік, імуномодулятор, надає антипухлинні ефект і знижує рівень холестерину [4].
Способи отримання хітозану
Хітозан є амінополісахарид, отриманим при видаленні ацетільной групи в хітину в результаті обробки його в жорстких умовах розчином лугу, що дозволяє замістити ацетільние групи хітину аміногрупами. Таким чином, стадії деацетилювання хітину завжди передує процес його виділення з хітінсодержащего сировини. Хітин як нерозчинний полімер не піддається виділенню з панцира безпосередньо. Для його отримання необхідно послідовно відокремити білкову і мінеральну складові панцира, тобто перевести їх у розчинний стан і видалити. Для отримання хітину і його модифікацій з відтворюваними характеристиками необхідно вичерпне видалення білкової та мінеральної складових панцира. [4,5]
Деацетилюванню хітину. Отримання хітозану
В основі отримання хитозана лежить реакція відщеплення від структурної одиниці хітину-N-ацетил-D-глюкозаміну ацетільной угруповання чи реакція деацетилювання.
Транс-розташування в елементарному ланці макромолекули хітину заступників (ацетамідной і гідроксильної груп) у С 2 і С 3 обумовлює значну гідролітичну стійкість ацетамідних груп, в тому числі і в умовах лужного гідролізу. Тому відщеплення ацетамідних груп вдається здійснити лише в порівняно жорстких умовах - при обробці 40-49%-ним водним розчином NaOH при температурі 110-140 0 С протягом 4-6 годин. Однак і в цих умовах ступінь деацетилювання (частка відщепилися ацетамідних груп у розрахунку на одне елементарне ланка) не досягає одиниці, тобто не забезпечується кількісне видалення цих груп, зазвичай складаючи 0,8-0,9 [3,4,6].
Реакція ТАК супроводжується одночасним розривом глікозидних зв'язків полімеру, тобто зменшенням молекулярної маси, зміною надмолекулярної структури, ступеня кристалічності і т.д. Таким чином, хітозан представляє собою полідисперсний за молекулярною масою полімер D-глюкозаміну, що містить 5-15% ацетамідних груп, а також до 1% груп, з'єднаних з амінокислотами та пептидами.
Процес ТАК проводять зазвичай за допомогою концентрованих лугів при підвищених температурах. Першим досвідом отримання хітозану, було сплавлення хітину з твердою лугом при 180 0 С. Цим способом отримували продукт зі ступенем деацетилювання (СД) 95%, але значно деструктировать (до 20 одиниць).
Найбільш поширене ТАК розчинами лугів 30-50%-ної концентрацій, оскільки воно є більш м'яким. ДА у водних розчинах лугів може забезпечити 100%-ную ступінь деацетилювання при використанні ступеневої процесу і значно менш деструктуруючих хітозан. При отриманні хітозану в зазначених умовах одночасно з реакцією ТАК йде деструкція хітину, тобто розрив його ланцюгів по глікозидних зв'язків, що призводить до зменшення молекулярної маси хітозану та зниження його в'язкості [1,3,7]. Висока стійкість хітину до ТАК пояснюється наявністю водневого зв'язку між карбонільної групою і азотом амідної групи суміжних ланцюжків хітину в міцелярной структурі. Для руйнування цієї, дуже міцного зв'язку, процес ведуть при високій температурі (100-160 0 С). Зі збільшенням температури навіть при невисокій концентрації лугу (30%) ступінь ТАК досягає майже граничного значення (98%), однак при цьому знижується молекулярна маса, а, отже, і в'язкість розчинів отриманого хітозану. Для збереження молекулярної маси полімеру переважно знижувати температуру обробки хітину [6].
Як вже зазначалося, структура хітину являє собою кристалічну решітку, в зв'язку, з чим ступеня розчинності і набрякання хітину в різних середовищах досить низькі. Ступінь подрібнення хітину перед ТАК важлива для отримання однорідного продукту. Подрібнення хітину полегшує доступ деацетилюється агента всередину структури, завдяки чому досягається рівномірний перебіг процесу ТАК і супроводжує його деструкції. При використанні занадто великих часток хітину процес ТАК проходить не в повній мірі, поверхневі шари таких частинок деацетіліровани більшою мірою, ніж внутрішні. При розчиненні в оцтовій кислоті ці поверхневі шари утворюють розчин, а внутрішні шари часток не повністю деацетілірованние, тільки набухають. Такий неоднорідний по СД хітозан може мати обмежене застосування. У випадку достатньо тонкого подрібнення хітину всі верстви частинок деацетилюється в однаковій мірі, що приводить до отримання однорідного продукту.
Важливу роль у зниженні ступеня деструкції хітину грає середовище, в якому проводять реакцію ТАК, тобто присутність у ній кисню. Розроблено ряд способів видалення кисню зі сфери реакції. Найпростіший з них - щільна укладання і подпрессовка змоченого лугом хітину з подальшим витісненням з тари залишків повітря азотом і її герметизацією. Застосовується також барботування реакційної суміші азотом, пропускання азоту над поверхнею суспензії та ін У всіх випадках при ТАК хітину в інертному середовищі відзначається підвищення молекулярної маси й в'язкості хитозана без зниження СД на противагу даними, отриманим при деацетилюванню хітину на повітрі.
Для використання хітозану, наприклад, у фармації та парафармації як субстрат для таблетування і капсулювання необхідно подрібнити його до розміру частинок 100 - 200 мкм. Хітозан, зберігаючи кристалічну структуру хітину, погано піддається подрібненню, і тому для отримання порошкоподібного продукту його подрібнюють послідовно різанням, стиранням та ударно-сдвиговой деформацією, застосовуючи для цього відповідно дезінтегратори, млини та кульові млини. Найбільшу трудність при подрібненні представляє погано висушений або ороговілий хітозан, так як в цьому випадку він має пластичністю і погано піддається подрібненню [5].
У ряді випадків переваги перед порошкоподібної формою має гранульована форма полімеру. Переробка хітозану в гранули може бути здійснена різними способами: розпилювальних висушуванням низьков'язких розчинів полімеру; гранулюванням під тиском порошкоподібного полімеру, що містить пластифікатор; осадженням полімеру у вигляді крапель з високов'язкого розчину; формуванням сферичних мікрокрапель з розчину полімеру шляхом його емульгування у відповідній дисперсійному середовищі [30] . Два останні способи найбільш актуальні, оскільки вони забезпечують найбільшу аморфізацію полімеру і отримання композитних гранул за умови введення у формувальний розчин модифікуючих добавок.
У процесі зберігання хітозану на світлі спостерігається його потемніння до коричневого кольору, зниження розчинності. Особливо це відноситься до тонко подрібненого, а також розпилювально висушеному хітозану. Хітозан є гігроскопічний матеріал, порошковий хітозан може злежуватися при зберіганні в приміщеннях з підвищеною вологістю або при перепадах температур. Тому хітозан зберігають герметично закупорені в світлонепроникної упаковці (банки, пакети, мішки) в сухих закритих приміщеннях при кімнатній температурі [5,6].
Застосування хітину та хітозану
Як вже вказувалося, хітин і хітозан за своєю будовою близькі до целюлози - одному з основних волокнообразующих природних полімерів. Природно тому, що, як і целюлоза, ці полімери та їх похідні володіють волокно-і плівкоутворюючими властивостями. [6] Завдяки біосумісності з тканинами людини, низьку токсичність, здатності посилювати регенеративні процеси при загоєнні ран, біодеградіруемості такі матеріали становлять особливий інтерес для медицини.
При лікуванні гнійних і опікових ран широке застосування набули ферменти, ефективність використання яких може бути підвищена за рахунок їх включення в структуру волокон і губок. Такі полімери, як хітин, хітозан, карбоксіметілхітін, завдяки широкому набору функціональних груп забезпечують можливість утворення між полімером-носієм і ферментом зв'язків різної міцності, що створює передумови для регулювання активності і стабільності ферменту, швидкості його дифузії в рану [7,8].
Технологічний інститут
Державного технічного університету
Кафедра хімічної технології
Науково-практична робота
Технологія отримання високоочищеного хітозану
з панцирів ракоподібних
Виконав:
Перевірив:
Зміст
Введення
1. Інформаційний аналіз
1.1 Хітин і хітозан. Будова і властивості
1.2 Способи отримання хітозану
2. Експериментальна частина
2.1. Об'єкти дослідження
2.2. Методи дослідження
2.3. Висновки
Список використаної літератури
Введення
В даний час природний полісахарид хітозан завдяки широкому спектру своїх корисних властивостей знаходить все більш широке застосування в самих різних областях, таких як: текстильна промисловість - при шліхтовке і протиусадочною або водовідштовхувальним обробці тканин; паперова і фотографічна промисловість - для виробництва високоякісних і спеціальних сортів паперу, а також для поліпшення властивостей фотоматеріалів; атомна промисловість - для локалізації радіоактивності і концентрації радіоактивних відходів; медицина - як шовних матеріалів, рано-і ожогозажівляющіх пов'язок, у складі мазей і різних лікувальних препаратів, як ентеросорбент, сільське господарство - для виробництва добрив, захисту насіннєвого матеріалу і сільськогосподарських культур; в харчовій промисловості виконує роль консерванту, освітлювача соків і вин, дієтичного волокна, емульгатора; в якості харчової добавки показує унікальні результати як ентеросорбент; в парфумерії та косметиці входить до складу зволожуючих кремів, лосьйонів, гелів, лаків для волосся , шампунів; при очищенні води служить як сорбент і флокулянт.
До незаперечних достоїнств хитозана відноситься його досконала безпеку для людини та навколишнього середовища: екологічно чистий і цілком розпадається в природних умовах.
Однак одержуваний загальними методами полісахарид хітозан характеризується структурною і хімічною неоднорідністю, оскільки навіть після обробки в жорстких хімічних умовах містить невелику кількість мінеральних та білкових домішок, а також характеризується широким молекулярно-масовим розподілом. Остання зумовлює утворення нерозчинних гель-частинок при розчиненні хітозану. Перераховані фактори суттєво обмежують його область застосування. [1]
Тому вирішення проблеми створення ефективної технології одержання високоочищеного хітозану є актуальним завданням.
1. Інформаційний аналіз
Хітин і хітозан. Будова і властивості
Біополімери хітин і хітозан звернули на себе увагу учених майже 200 років тому. Хітин був відкритий в
Хітин - лінійний амінополісахарид, що складається з N-ацетил-2-аміно-2-дезокісі-D-глікопіранозних ланок.
Хітин
Панцир ракоподібних побудований з трьох основних елементів - хітину, що грає роль каркаса, мінеральної частини, що надає панциру необхідну міцність і білків, що роблять його живою тканиною. До складу панцира входять також ліпіди, меланіни та інші пігменти. Пігменти панцира ракоподібних представлені, зокрема, каротиноїдами типу астаксантину, астацин і криптоксантину. У кутикулі дорослих комах хітин також ковалентно зв'язаний з білками типу артраподіна і склеротинія, а також великою кількістю меланінового сполук, які можуть становити до 40% маси кутикули. Кутикула комах відрізняється великою міцністю і в той же час гнучкістю завдяки хітин, зміст якого від 30% до 50%. У клітинній стінці деяких фікоміцетов, наприклад в ітрідіевих, хітин виявляється разом з целюлозою. Хітин у грибів, як правило, асоціюється з іншими полісахаридами, наприклад b-1-3-глюканів, у членистоногих він пов'язаний з білками типу склеротинія і меланінами.
Структурний компонент хітину N-ацетил-D-глюкозамін у бактерій, поряд з N-ацетилмурамовой кислотою, є компонентом клітинної стінки. У тваринному світі N-ацетилглюкозамін входить до складу мукополісахаридів (глікозаміноглікани) сполучної тканини (гіалуронової кислоти, хондроїтинсульфатів, гепарину), групових речовин крові та інших глікопротеїнів. Залишок N-ацетил-D-глюкозаміну зазвичай знаходиться на відновленому кінці вуглеводних ланцюгів тварин глікопротеїнів, утворюючи зв'язок вуглевод - білок. Цим пояснюється сумісність хітину та хітозану з живими тканинами. Найбільш поширеним типом зв'язку в тварин глікопротеїну є N-гликозидная зв'язок, утворена залишком N-ацетилглюкозаміну і b-амідній групою аспаргін. [1,2]
Хітозан є b-(1-4)-2-аміно-2дезоксі-D-глікополісахарідом, тобто амінополісахарид, отриманим при видаленні ацетільной групи з положення С2 у хітину в результаті обробки його в жорстких умовах розчином лугу, що дозволяє замістити ацетільние групи хітину аміногрупами:
Залежно від джерела сировини і методу отримання молекулярна маса хитозана коливається в межах 3.10 5 -6 · 10 5.
Як і хітин, хітозан є аморфно-кристалічний полімер, для якого також характерне явище поліморфізму, причому кількість структурних модифікацій при переході від хітину до хітозану збільшується до 6. Збереження при цьому розмірів елементарної комірки кристаліти вздовж осі макромолекули на рівні відповідної характеристики для хітину (103 нм) свідчить про те, що конформація макромолекул при переході від хітину до хітозану істотно не змінюється. У той же час в процесі деацетилювання хітину помітно зменшується загальна впорядкованість структури (ступінь кристалічності знижується до 40-50%). Зниження ступеня кристалічності може бути обумовлене як аморфізацією структури внаслідок внутрікрісталлітной набухання при деацетилюванню, так і порушенням регулярності будови полімерного ланцюга в разі неповного відщеплення N-ацетільних груп.
На відміну від хітину, отримуваний за його деацетилюванню хітозан розчиняється навіть у розбавлених органічних кислотах, наприклад у водному розчині оцтової кислоти. При цьому для розчинів хітозану, як і інших полімерів, характерна істотна залежність в'язкості від концентрації (при збільшенні концентрації розчину хітозану в 1-2%-ном розчині оцтової кислоти з 2 до 4% в'язкість розчину збільшується приблизно в 30 разів). Поява в кожному елементарному ланці макромолекули вільної аміногрупи надає хітозану властивості поліелектроліту, одним з яких є характерний для розчинів поліелектролітів ефект поліелектролітний набухання - аномального підвищення в'язкості розбавлених розчинів (з концентрацією нижче 1 г / л) при зменшенні концентрації полімеру. Цей ефект є наслідком збільшення ефективного обсягу і асиметрії макромолекул в розчині в результаті відштовхування однойменних зарядів, що виникають при протонировании аміногруп [2,3].
Хітозан є биополимером відносно слабкою основності (рКа ~ 6,5). Він не розчиняється у лужних середовищах, проте його катіонна поліелектролітний природа в кислому середовищі забезпечує взаємодію з негативно зарядженими синтетичними або природними полімерами. Цей катіонний поліамін має високий молекулярний вагу лінійного поліелектроліту, а також володіє в'язкістю від високої до низької. Виявляє хелатні властивості, пов'язує перехідні метали, володіє високою здатністю до хімічної модифікації завдяки наявності реактивних аміно-і гідроксильних груп. Крім того, хітозан є природним биополимером, який біологічно сумісний з тканинами організму, біодеградірует до звичайних компонентів організму (глюкозамін, N-ацетилглюкозамін), нетоксичний, в медицині проявляє себе як гемостатики, бактеріостатики, фунгістатік, імуномодулятор, надає антипухлинні ефект і знижує рівень холестерину [4].
Способи отримання хітозану
Хітозан є амінополісахарид, отриманим при видаленні ацетільной групи в хітину в результаті обробки його в жорстких умовах розчином лугу, що дозволяє замістити ацетільние групи хітину аміногрупами. Таким чином, стадії деацетилювання хітину завжди передує процес його виділення з хітінсодержащего сировини. Хітин як нерозчинний полімер не піддається виділенню з панцира безпосередньо. Для його отримання необхідно послідовно відокремити білкову і мінеральну складові панцира, тобто перевести їх у розчинний стан і видалити. Для отримання хітину і його модифікацій з відтворюваними характеристиками необхідно вичерпне видалення білкової та мінеральної складових панцира. [4,5]
Деацетилюванню хітину. Отримання хітозану
В основі отримання хитозана лежить реакція відщеплення від структурної одиниці хітину-N-ацетил-D-глюкозаміну ацетільной угруповання чи реакція деацетилювання.
Транс-розташування в елементарному ланці макромолекули хітину заступників (ацетамідной і гідроксильної груп) у С 2 і С 3 обумовлює значну гідролітичну стійкість ацетамідних груп, в тому числі і в умовах лужного гідролізу. Тому відщеплення ацетамідних груп вдається здійснити лише в порівняно жорстких умовах - при обробці 40-49%-ним водним розчином NaOH при температурі 110-140 0 С протягом 4-6 годин. Однак і в цих умовах ступінь деацетилювання (частка відщепилися ацетамідних груп у розрахунку на одне елементарне ланка) не досягає одиниці, тобто не забезпечується кількісне видалення цих груп, зазвичай складаючи 0,8-0,9 [3,4,6].
Реакція ТАК супроводжується одночасним розривом глікозидних зв'язків полімеру, тобто зменшенням молекулярної маси, зміною надмолекулярної структури, ступеня кристалічності і т.д. Таким чином, хітозан представляє собою полідисперсний за молекулярною масою полімер D-глюкозаміну, що містить 5-15% ацетамідних груп, а також до 1% груп, з'єднаних з амінокислотами та пептидами.
Процес ТАК проводять зазвичай за допомогою концентрованих лугів при підвищених температурах. Першим досвідом отримання хітозану, було сплавлення хітину з твердою лугом при 180 0 С. Цим способом отримували продукт зі ступенем деацетилювання (СД) 95%, але значно деструктировать (до 20 одиниць).
Найбільш поширене ТАК розчинами лугів 30-50%-ної концентрацій, оскільки воно є більш м'яким. ДА у водних розчинах лугів може забезпечити 100%-ную ступінь деацетилювання при використанні ступеневої процесу і значно менш деструктуруючих хітозан. При отриманні хітозану в зазначених умовах одночасно з реакцією ТАК йде деструкція хітину, тобто розрив його ланцюгів по глікозидних зв'язків, що призводить до зменшення молекулярної маси хітозану та зниження його в'язкості [1,3,7]. Висока стійкість хітину до ТАК пояснюється наявністю водневого зв'язку між карбонільної групою і азотом амідної групи суміжних ланцюжків хітину в міцелярной структурі. Для руйнування цієї, дуже міцного зв'язку, процес ведуть при високій температурі (100-160 0 С). Зі збільшенням температури навіть при невисокій концентрації лугу (30%) ступінь ТАК досягає майже граничного значення (98%), однак при цьому знижується молекулярна маса, а, отже, і в'язкість розчинів отриманого хітозану. Для збереження молекулярної маси полімеру переважно знижувати температуру обробки хітину [6].
Як вже зазначалося, структура хітину являє собою кристалічну решітку, в зв'язку, з чим ступеня розчинності і набрякання хітину в різних середовищах досить низькі. Ступінь подрібнення хітину перед ТАК важлива для отримання однорідного продукту. Подрібнення хітину полегшує доступ деацетилюється агента всередину структури, завдяки чому досягається рівномірний перебіг процесу ТАК і супроводжує його деструкції. При використанні занадто великих часток хітину процес ТАК проходить не в повній мірі, поверхневі шари таких частинок деацетіліровани більшою мірою, ніж внутрішні. При розчиненні в оцтовій кислоті ці поверхневі шари утворюють розчин, а внутрішні шари часток не повністю деацетілірованние, тільки набухають. Такий неоднорідний по СД хітозан може мати обмежене застосування. У випадку достатньо тонкого подрібнення хітину всі верстви частинок деацетилюється в однаковій мірі, що приводить до отримання однорідного продукту.
Важливу роль у зниженні ступеня деструкції хітину грає середовище, в якому проводять реакцію ТАК, тобто присутність у ній кисню. Розроблено ряд способів видалення кисню зі сфери реакції. Найпростіший з них - щільна укладання і подпрессовка змоченого лугом хітину з подальшим витісненням з тари залишків повітря азотом і її герметизацією. Застосовується також барботування реакційної суміші азотом, пропускання азоту над поверхнею суспензії та ін У всіх випадках при ТАК хітину в інертному середовищі відзначається підвищення молекулярної маси й в'язкості хитозана без зниження СД на противагу даними, отриманим при деацетилюванню хітину на повітрі.
Сушіння хітозану. Подрібнення і зберігання
Після ТАК і відмивання до нейтрального значення рН хітозан є сильно гідратований, набряклий продукт з вмістом води понад 70%. Для запобігання ороговіння хітозан сушать при 50-55 0 С. При сушці в умовах більш високих температур хітозан ущільнюється, темніє і втрачає розчинність, що знижує можливість його використання. Найкращим чином показує себе сушка хітозану в псевдокиплячому шарі при 50 0 С. Низькомолекулярний водорозчинний хітозан і олігосахариди сушать на розпилювальних і ліофільних сушарках. Повітряно-сухий хітозан містить 8-10% води.Для використання хітозану, наприклад, у фармації та парафармації як субстрат для таблетування і капсулювання необхідно подрібнити його до розміру частинок 100 - 200 мкм. Хітозан, зберігаючи кристалічну структуру хітину, погано піддається подрібненню, і тому для отримання порошкоподібного продукту його подрібнюють послідовно різанням, стиранням та ударно-сдвиговой деформацією, застосовуючи для цього відповідно дезінтегратори, млини та кульові млини. Найбільшу трудність при подрібненні представляє погано висушений або ороговілий хітозан, так як в цьому випадку він має пластичністю і погано піддається подрібненню [5].
У ряді випадків переваги перед порошкоподібної формою має гранульована форма полімеру. Переробка хітозану в гранули може бути здійснена різними способами: розпилювальних висушуванням низьков'язких розчинів полімеру; гранулюванням під тиском порошкоподібного полімеру, що містить пластифікатор; осадженням полімеру у вигляді крапель з високов'язкого розчину; формуванням сферичних мікрокрапель з розчину полімеру шляхом його емульгування у відповідній дисперсійному середовищі [30] . Два останні способи найбільш актуальні, оскільки вони забезпечують найбільшу аморфізацію полімеру і отримання композитних гранул за умови введення у формувальний розчин модифікуючих добавок.
У процесі зберігання хітозану на світлі спостерігається його потемніння до коричневого кольору, зниження розчинності. Особливо це відноситься до тонко подрібненого, а також розпилювально висушеному хітозану. Хітозан є гігроскопічний матеріал, порошковий хітозан може злежуватися при зберіганні в приміщеннях з підвищеною вологістю або при перепадах температур. Тому хітозан зберігають герметично закупорені в світлонепроникної упаковці (банки, пакети, мішки) в сухих закритих приміщеннях при кімнатній температурі [5,6].
Застосування хітину та хітозану
Як вже вказувалося, хітин і хітозан за своєю будовою близькі до целюлози - одному з основних волокнообразующих природних полімерів. Природно тому, що, як і целюлоза, ці полімери та їх похідні володіють волокно-і плівкоутворюючими властивостями. [6] Завдяки біосумісності з тканинами людини, низьку токсичність, здатності посилювати регенеративні процеси при загоєнні ран, біодеградіруемості такі матеріали становлять особливий інтерес для медицини.
При лікуванні гнійних і опікових ран широке застосування набули ферменти, ефективність використання яких може бути підвищена за рахунок їх включення в структуру волокон і губок. Такі полімери, як хітин, хітозан, карбоксіметілхітін, завдяки широкому набору функціональних груп забезпечують можливість утворення між полімером-носієм і ферментом зв'язків різної міцності, що створює передумови для регулювання активності і стабільності ферменту, швидкості його дифузії в рану [7,8].
У медицині для лікування і профілактики тромбозів використовується природний антикоагулянт крові - гепарин, за хімічною будовою є змішаним полисахаридом. Найбільш близький його структурний аналог - сульфат хитозана також має антикоагулянтну активність, зростаючої при збільшенні ступеня сульфатування. Можливість реалізації синергетичного ефекту (посилення активності гепарину при введенні добавок сульфату хитозана) робить це з'єднання перспективним для створення лікарських препаратів антикоагулянтної і антисклеротичної дії.
N-і О-сульфатованих похідні частково деацетілірованного карбоксіметілхітіна не тільки перешкоджають згортанню крові завдяки селективної адсорбції антитромбіну, але і різко зменшують інтенсивність розподілу ракових клітин.
Ще одна можливість використання хітину, хітозану та їх похідних (карбоксіметілхітіна, карбоксіметілхітозана, сукцінілхітозана) - створення біодеградіруемих носіїв фармацевтичних препаратів (антибіотиків, антивірусних, протипухлинних та антиалергенних препаратів) у вигляді плівок (мембран). Застосування таких плівок створює умови для виділення лікарських засобів, забезпечуючи ефект пролонгування їх дії.
Однією з унікальних біологічних активностей хітозану є його здатність індукувати стійкість до вірусних захворювань у рослин, інгібувати вірусні інфекції у тварин і запобігати розвитку фагових інфекцій в зараженій культурі мікроорганізмів [8,9].
Освіта комплексів полімерними лігандами з різними металами знаходить все більш широке застосування в аналітичній хімії, хроматографії, біотехнологічних процесах. Полімерні комплексообразователи, в тому числі хітин, хітозан та їх похідні, наприклад карбоксіметіловие ефіри, можуть розглядатися як реальна альтернатива традиційним методам очищення стічних вод промислових підприємств від сполук металів, використовуваних для нанесення захисних покриттів (нікель, хром, цинк), а також від таких металів, як ртуть і кадмій, здатних акумулюватися живими організмами. Наявність електронодонорних аміно-і гідроксильних груп, широкі можливості введення різних йоногенних груп кислотного і основного характеру роблять похідні хітину та хітозану досить перспективними для використання в хроматографії при поділі і очищення біологічно активних сполук (нуклеїнових кислот і продуктів їх гідролізу, стероїдів, амінокислот).
У фотографічних процесах, пов'язаних з швидким проявом зображення, використовують такі важливі характеристики хітозану, як його плівкоутворювальні властивості, поведінка в системах, що містять желатин і комплекси срібла, що забезпечує відсутність поперечної (в шарах плівки) дифузії барвника, оптичні характеристики полімеру.
Значні перспективи має використання хітозану в паперовій промисловості: завдяки більшій міцності при водних обробках іонних зв'язків, які виникають при нанесенні хітозану на целюлозне волокно при формуванні папери, в порівнянні з існуючими в звичайному папері водневими зв'язками помітно зростає міцність паперового листа, особливо в мокрому стані. При цьому одночасно поліпшуються і інші важливі властивості (опір продавлювання, зламу, стабільність зображення) [7,9].
Завдяки своїм унікальним властивостям хітозан знайшов застосування в харчовій промисловості. Здатність хитозана освітлювати технологічні рідини використовується у виробництві соків, пива, вин, молочній сироватці, промивних вод фаршевих виробництва, подпрессових бульйонів та інших низькоконцентрованого рідин, що містять дрібнодисперсні частинки органічних сполук різної природи. Прояв властивостей сорбенту і частково емульгатора обумовлює ліпофільний ефект хітозану.
У технології формованих виробів хітозан використовується як структуроутворюючий агент, що підвищує значення реологічних характеристик харчових мас. Хітозан володіє рідкісним властивістю з'єднувати в упорядковану структуру фрагменти матеріалів різного вологовмісту: сухих, з проміжною вологістю і Високовологе.
Бактерицидна дія хитозана дозволяє використовувати його при зберіганні різних видів харчової продукції. Найбільш широко показано захисну дію плівок з хітозану, нанесених на поверхню плодів і овочів - яблук, апельсинів, суниці, томатів, перцю. Оскільки плоди та овочі залишаються живим організмом, будучи відокремленими від материнської рослини, вони мають певним імунітетом і в них проходять обмінні процеси.
Застосування хітозану в коштах для волосся грунтується на їх здатності утворювати плівки при взаємодії з кератинами волосся. Плівки хитозана більш стабільні при підвищеній вологості, ніж плівки, утворені синтетичними полімерами, тому в складі засобів для укладання волосся мають значні переваги перед традиційними фіксаторами. Хітозан покращує і інші споживчі якості засобів для догляду за волоссям, покращує расчесиваемость, зменшують статичний заряд, збільшують блиск волосся. Вони вже давно використовуються як кондиціонуючих добавок у шампунях і кондиціонерах.
При розробці засобів догляду за шкірою використовуються такі властивості хітозану, як здатність утворювати прозору захисну плівку, яка захищає шкіру від втрати вологи.
Потенціал використання хітозану в засобах догляду за шкірою визначається його унікальною хімічною структурою, подібною з целюлозою.
Фракція молекул, що містять залишилися N-ацетил групи (5-24%) визначає здатність хітозану до гідрофобним взаємодіям. Гідрофільність і гідрофобність хитозана дозволяє використовувати його в якості стабілізаторів емульсій. Завдяки високомолекулярної масі і лінійної структурі молекули, хітозан є чудовим засобом підвищення в'язкості емульсій при низьких значеннях рН.
Хітозан, як і інші гідроколоїди, здатний утримувати воду і служити зволожуючим компонентом косметичних засобів. [7,8,9]
2. Експериментальна частина
2.1. Об'єкти дослідження
Для проведення випробувань з отримання високоочищеного хитозана був використаний хітозан, отриманий з панцира королівського камчатського краба. Хімічний склад панцира наведено в таблиці 1.
Таблиця 1. Характеристика хімічного складу панцира в%.
Для визначення властивостей отриманого хитозана були проведені фізико-хімічні, радіологічні та мікробіологічні випробування. Для оцінки рівня властивостей отриманого хитозана були використані показники, закладені в технічні умови на харчовій хітозан (ТУ 9289-067-00472124-03). У додатку подано відповідні акти випробувань, а загальні результати представлені нижче у таблиці 2.
Органолептичні показники.
Зовнішній вигляд: лусочки розміром 1 - 3 мм .
Колір: кремовий з жовтуватим відтінком.
Смак: властивий даному продукту, без стороннього присмаку.
Запах: властивий даному продукту, без стороннього запаху.
Таблиця 2. Фізико-хімічні властивості хітозану
Реактиви:
- Оцтова кислота, хч / лід - ГОСТ 61-75
- Гідроксид натрію х.ч. - ГОСТ 2263-79
2.2. Методи дослідження
0,54 мм . Розрахунок ММ проводили за рівнянням Марка-Куна-Хаувінка з константами К і α з роботи ([h] = К ∙ М α):
де [h]-характеристична в'язкість розчину, дл / г,
М - молекулярна маса.
0,2 г розчиняють при перемішуванні в 20 мл 0,1 н розчині соляної кислоти при перемішуванні на магнітній мішалці протягом 1 год. Отриманий розчин титрують потенціометрично 0,03 н розчином їдкого натру до рН близько 11. Перший перегин кривої титрування відповідає надлишкового кількості соляної кислоти, а другий - концентрації аміногруп в навішуванні хітозану.
Ступінь деацетилювання визначають за формулою:
де: G - наважка хітозану в м;
m - кількість молів аміносодержащіх ланок у навішуванні хітозану;
m = V ∙ T;
V - об'єм розчину NaOH в мл, відповідний нейтралізації кватернізірованной форми аміногруп хітозану, який визначається різницею обсягів другого і першого перегинів на кривій потенціометричного титрування;
Т - титр розчину NaOH у моль / мл, що визначається в холостому титруванні 0,1 н розчину HCl.
Точність і відтворюваність визначень може бути обумовлена ступенем дисперсності та їх вологістю.
Висновок формул:
G = m ∙ 161 + X ∙ 203;
161 - молекулярна вага елементарного ланки хітозану;
203 - молекулярна вага ацетильованого ланки хітозану;
X - кількість молей ацетильованих ланок у навішуванні.
Після перетворень одержуємо формулу для визначення СД.
Під МСМ зазвичай розуміють ряд побудов, що використовують дані по залежності каламутності системи від довжини хвилі падаючого світла, які дозволяють отримати інформацію про розсіюючих частинках. У МСМ структурно-складний розчин полімеру моделюється колоїдної системою, в якій за дисперсну фазу приймаються агрегати макромолекул (надмолекулярні частки), а за дисперсійне середовище - істинний розчин макромолекул. Така модель виправдана в тим більшою мірою, чим більше світлової енергії розсіюється на надмолекулярні частки, в порівнянні з розсіюванням на флуктуаціях концентрації одиничних макромолекул в розчині.
Експериментальним критерієм переважної ролі розсіяння від надмолекулярних частинок може служити візуально спостерігається опалесценція розчину або сама можливість вимірювання оптичної щільності полімерних розчинів на спектрофотометрах або колориметрії. Вимірювання оптичної щільності проводили на фотоколориметр КФК - 2 в діапазоні довжин хвиль l = 400-590 нм при t = 20 ° С. Для характеристики каламутності (
Таблиця 3. Каламутність і параметри надмолекулярних частинок розчинів ХТЗ в ацетатному буфері в залежності від часу зберігання
У таблиці 4 наведені властивості високоочищеного хітозану, виходячи з яких випливає, що отриманий полімер характеризується високим ступенем чистоти.
Таблиця 4. Фізико-хімічні властивості хітозану
2.3. Висновки
На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що високоочіщеннний хітозан істотно перевершує за своїми властивостями первинний хітозан. Високоочищений хитозана характеризується значно більш низьким змістом таких токсичних елементів як ртуть, миш'як, свинець, кадмій, також зменшилася масова частка нерозчинних речовин. Рівень каламутності розчинів високоочищеного хитозана менше каламутності первинного хітозану. Ці факти свідчить про ефективність запропонованого методу очищення хітозану.
На підставі вищесказаного можна зробити висновок, що розроблена технологія забезпечує отримання високоочищеного хитозана високої якості і з доступної сировини, який здатний конкурувати на сучасному ринку, а також задовольняти потреби споживачів.
Список використаної літератури
1. Хітин і хітозан. Отримання, властивості та застосування / під ред. К.Г. Скрябіна, Г.А. Вихорева, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с. - ISBN 5-02-006435-1.
2. Гальбрайх Л.С. Хітин і хітозан: будова, властивості, застосування / Л.С. Гальбрайх / / Соровский освітній журнал. - 2001. - Т. 7, № 1. С. 51-56.
3. Бикова В.М. Сировинні джерела і способи отримання хітину та хітозану: Хітин, його будова і властивості / В.М. Бикова, С.В. Німців / / Хітин і хітозан. Отримання, властивості і застосування. - М.: Наука, 2002. - C. 7-23.
4. Маслова Г.В. Вплив виду хітінсодержащего сировини на фізико-хімічні властивості хітинових біополімерів, отриманих за допомогою електрохімічно активованих / Г.В. Маслова та [ін] / / Матеріали Шостої Міжнар. Конф «Нові досягнення в дослідженні хітину та хітозану», Москва - С 22-24 жовтня 2001 р . - М.: ВНІРО, 2001. - С. 35-38.
5. Купріна Є.Е. дослідно-промислова установка для отримання хітин-мінерального комплексу «Хізітел» електрохімічним способом / Є.Е. Купріна і [ін] / / Матеріали Восьмий Міжнар. конф. «Сучасні перспективи у дослідженні хітину та хітозану», Казань 12-15 червня 2006 р . - М.: ВНІРО, 2006. - С. 34-37.
6. Загальна хімічна технологія / під ред. І.П. Мухленова. - М.: Вища школа, том 1, 1984. - 255 с.
7. Гамзазаде А.І. Деякі особливості отримання хітозану / А.І. Гамзазаде, А.І. Скляр, С.В. Рогожин / / Високомолекулярні сполуки. - 1985. - Т. 27А, № 6. - С. 1179-1184.
8. Пат. 2087483 РФ, МПК 6 З 08 В37/08. Спосіб отримання хітозану / В.В. Сова, Д.Б. Фрайманд, В.В. Банніков, Ф.І. Львович. № 93055356/25; Заявлено 21.12.93; Опубл. 20.08.97 / / Винаходи. - 1997 .- № 23. - С. 92.
9. Пат. 2116314 РФ, МПК 6 С08 В37/08. Спосіб отримання хітозану / Г.І. Касьянов, О.І. Квасенков, А.І. Миколаїв, О.Є. Касьянова. - № 97104789/04; Заявлено 26.03.97. Опубл. 27.07.98. / / Винаходи. - 1998 .- № 21. - С.220.
N-і О-сульфатованих похідні частково деацетілірованного карбоксіметілхітіна не тільки перешкоджають згортанню крові завдяки селективної адсорбції антитромбіну, але і різко зменшують інтенсивність розподілу ракових клітин.
Ще одна можливість використання хітину, хітозану та їх похідних (карбоксіметілхітіна, карбоксіметілхітозана, сукцінілхітозана) - створення біодеградіруемих носіїв фармацевтичних препаратів (антибіотиків, антивірусних, протипухлинних та антиалергенних препаратів) у вигляді плівок (мембран). Застосування таких плівок створює умови для виділення лікарських засобів, забезпечуючи ефект пролонгування їх дії.
Однією з унікальних біологічних активностей хітозану є його здатність індукувати стійкість до вірусних захворювань у рослин, інгібувати вірусні інфекції у тварин і запобігати розвитку фагових інфекцій в зараженій культурі мікроорганізмів [8,9].
Освіта комплексів полімерними лігандами з різними металами знаходить все більш широке застосування в аналітичній хімії, хроматографії, біотехнологічних процесах. Полімерні комплексообразователи, в тому числі хітин, хітозан та їх похідні, наприклад карбоксіметіловие ефіри, можуть розглядатися як реальна альтернатива традиційним методам очищення стічних вод промислових підприємств від сполук металів, використовуваних для нанесення захисних покриттів (нікель, хром, цинк), а також від таких металів, як ртуть і кадмій, здатних акумулюватися живими організмами. Наявність електронодонорних аміно-і гідроксильних груп, широкі можливості введення різних йоногенних груп кислотного і основного характеру роблять похідні хітину та хітозану досить перспективними для використання в хроматографії при поділі і очищення біологічно активних сполук (нуклеїнових кислот і продуктів їх гідролізу, стероїдів, амінокислот).
У фотографічних процесах, пов'язаних з швидким проявом зображення, використовують такі важливі характеристики хітозану, як його плівкоутворювальні властивості, поведінка в системах, що містять желатин і комплекси срібла, що забезпечує відсутність поперечної (в шарах плівки) дифузії барвника, оптичні характеристики полімеру.
Значні перспективи має використання хітозану в паперовій промисловості: завдяки більшій міцності при водних обробках іонних зв'язків, які виникають при нанесенні хітозану на целюлозне волокно при формуванні папери, в порівнянні з існуючими в звичайному папері водневими зв'язками помітно зростає міцність паперового листа, особливо в мокрому стані. При цьому одночасно поліпшуються і інші важливі властивості (опір продавлювання, зламу, стабільність зображення) [7,9].
Завдяки своїм унікальним властивостям хітозан знайшов застосування в харчовій промисловості. Здатність хитозана освітлювати технологічні рідини використовується у виробництві соків, пива, вин, молочній сироватці, промивних вод фаршевих виробництва, подпрессових бульйонів та інших низькоконцентрованого рідин, що містять дрібнодисперсні частинки органічних сполук різної природи. Прояв властивостей сорбенту і частково емульгатора обумовлює ліпофільний ефект хітозану.
У технології формованих виробів хітозан використовується як структуроутворюючий агент, що підвищує значення реологічних характеристик харчових мас. Хітозан володіє рідкісним властивістю з'єднувати в упорядковану структуру фрагменти матеріалів різного вологовмісту: сухих, з проміжною вологістю і Високовологе.
Бактерицидна дія хитозана дозволяє використовувати його при зберіганні різних видів харчової продукції. Найбільш широко показано захисну дію плівок з хітозану, нанесених на поверхню плодів і овочів - яблук, апельсинів, суниці, томатів, перцю. Оскільки плоди та овочі залишаються живим організмом, будучи відокремленими від материнської рослини, вони мають певним імунітетом і в них проходять обмінні процеси.
Застосування хітозану в коштах для волосся грунтується на їх здатності утворювати плівки при взаємодії з кератинами волосся. Плівки хитозана більш стабільні при підвищеній вологості, ніж плівки, утворені синтетичними полімерами, тому в складі засобів для укладання волосся мають значні переваги перед традиційними фіксаторами. Хітозан покращує і інші споживчі якості засобів для догляду за волоссям, покращує расчесиваемость, зменшують статичний заряд, збільшують блиск волосся. Вони вже давно використовуються як кондиціонуючих добавок у шампунях і кондиціонерах.
При розробці засобів догляду за шкірою використовуються такі властивості хітозану, як здатність утворювати прозору захисну плівку, яка захищає шкіру від втрати вологи.
Потенціал використання хітозану в засобах догляду за шкірою визначається його унікальною хімічною структурою, подібною з целюлозою.
Фракція молекул, що містять залишилися N-ацетил групи (5-24%) визначає здатність хітозану до гідрофобним взаємодіям. Гідрофільність і гідрофобність хитозана дозволяє використовувати його в якості стабілізаторів емульсій. Завдяки високомолекулярної масі і лінійної структурі молекули, хітозан є чудовим засобом підвищення в'язкості емульсій при низьких значеннях рН.
Хітозан, як і інші гідроколоїди, здатний утримувати воду і служити зволожуючим компонентом косметичних засобів. [7,8,9]
2. Експериментальна частина
2.1. Об'єкти дослідження
Для проведення випробувань з отримання високоочищеного хитозана був використаний хітозан, отриманий з панцира королівського камчатського краба. Хімічний склад панцира наведено в таблиці 1.
Таблиця 1. Характеристика хімічного складу панцира в%.
| Зміст вологи, | Білок | Ліпіди | Мінеральні Речовини | Хітин |
| 7-8 | 21-27 | 0,2-0,4 | 34-39 | 26-32 |
Органолептичні показники.
Зовнішній вигляд: лусочки розміром 1 -
Колір: кремовий з жовтуватим відтінком.
Смак: властивий даному продукту, без стороннього присмаку.
Запах: властивий даному продукту, без стороннього запаху.
Таблиця 2. Фізико-хімічні властивості хітозану
| Найменування показника | Од. ізм. | Норма по ТУ | Результати випробувань |
| Молекулярна маса | кДа | - | 120 |
| Ступінь деацетилювання | % | - | 87 |
| Масова частка вологи | % | Не більше 10,0 | 9.4 |
| Масова частка мінеральних речовин | % | Чи не более0, 7 | 0,33 |
| рН 1% розчину хітозану в 2% оцтової кислоти | Од. рН | Не більше 7,5 | 3,85 |
| Масова частка нерозчинних речовин у 3% розчині оцтової кислоти | % | Не більше 0,2 | 0,18 |
| Масова частка вологи | % | Не більше 10,0 | 9.4 |
| Токсичні елементи | |||
| Ртуть | мг / кг | Не більше 0,03 | 0,005 |
| Миш'як | мг / кг | Не більше 0,2 | 0,007 |
| Свинець | мг / кг | Не більше 1,0 | 0,31 |
| Кадмій | мг / кг | Не більше 0,1 | 0,012 |
| Пестициди | |||
| ГХЦГ (α, β, γ,-ізомери) | мг / кг | Не більше 0,5 | Не виявлено |
| ДДТ і його метаболіти | мг / кг | Не більше 0,02 | Не виявлено |
| Гептахлор | мг / кг | Не допускається | Не виявлено |
| Алдрин | мг / кг | Не допускається | Не виявлено |
| Радіологічні випробування | |||
| Цезій 137 | Бк / кг | 200 | 28,0 |
| Стронцій 90 | Бк / кг | 100 | 8,0 |
| Мікробіологічні показники | |||
| Кількість мезофільних аеробних і факультативно анаеробних мікроорганізмів, КУО / г | Не більше 5 * 10 4 КУО / г | 0 | |
| БГКП (коліформи) | не допускаються в | Не виділено | |
| E.coli | не допускаються в | Не виділено | |
| Патогенні, у тому числі сальмонели | не допускаються в | Не виділено | |
| Дріжджі, цвілі | Не більше 100 КУО / г | Не виділено | |
- Оцтова кислота, хч / лід - ГОСТ 61-75
- Гідроксид натрію х.ч. - ГОСТ 2263-79
2.2. Методи дослідження
Визначення молекулярної маси хітозану
Молекулярну масу хитозана визначали віскозіметріческі за стандартною методикою. Розчини концентрації 0,05 і 0,5 г / дл готували розчиненням навішення порошку полімеру в ацетатному буфері (0,33 М СН 3 СООН + 0,2 М СН 3 СOONa) протягом однієї доби. Використовували крижану оцтову кислоту і уксуснокислий натрій кваліфікації хч. Вимірювання проводили при 25 0 С в капілярному віскозиметрі Уббелоде, діаметр якого дорівнюєде [h]-характеристична в'язкість розчину, дл / г,
М - молекулярна маса.
Потенціометричне титрування і розрахунок ступеня деацетилювання.
Потенціометричне титрування виконували на універсальному іонометри ЕВ-74 з використанням скляного електрода. Точність вимірювання pH ± 0,1. Перед роботою прилад налаштовували за стандартними буферним розчинам. Наважку хітозануСтупінь деацетилювання визначають за формулою:
де: G - наважка хітозану в м;
m - кількість молів аміносодержащіх ланок у навішуванні хітозану;
m = V ∙ T;
V - об'єм розчину NaOH в мл, відповідний нейтралізації кватернізірованной форми аміногруп хітозану, який визначається різницею обсягів другого і першого перегинів на кривій потенціометричного титрування;
Т - титр розчину NaOH у моль / мл, що визначається в холостому титруванні 0,1 н розчину HCl.
Точність і відтворюваність визначень може бути обумовлена ступенем дисперсності та їх вологістю.
Висновок формул:
G = m ∙ 161 + X ∙ 203;
161 - молекулярна вага елементарного ланки хітозану;
203 - молекулярна вага ацетильованого ланки хітозану;
X - кількість молей ацетильованих ланок у навішуванні.
Після перетворень одержуємо формулу для визначення СД.
Метод спектру каламутності
Для визначення параметрів надмолекулярних утворень у розчинах хитозана (С = 0,5 г / дл), таких як середній розмір часток (Під МСМ зазвичай розуміють ряд побудов, що використовують дані по залежності каламутності системи від довжини хвилі падаючого світла, які дозволяють отримати інформацію про розсіюючих частинках. У МСМ структурно-складний розчин полімеру моделюється колоїдної системою, в якій за дисперсну фазу приймаються агрегати макромолекул (надмолекулярні частки), а за дисперсійне середовище - істинний розчин макромолекул. Така модель виправдана в тим більшою мірою, чим більше світлової енергії розсіюється на надмолекулярні частки, в порівнянні з розсіюванням на флуктуаціях концентрації одиничних макромолекул в розчині.
Експериментальним критерієм переважної ролі розсіяння від надмолекулярних частинок може служити візуально спостерігається опалесценція розчину або сама можливість вимірювання оптичної щільності полімерних розчинів на спектрофотометрах або колориметрії. Вимірювання оптичної щільності проводили на фотоколориметр КФК - 2 в діапазоні довжин хвиль l = 400-590 нм при t = 20 ° С. Для характеристики каламутності (
Таблиця 3. Каламутність і параметри надмолекулярних частинок розчинів ХТЗ в ацетатному буфері в залежності від часу зберігання
| Зразок | ||||||||||||
| Час зберігання, діб | ||||||||||||
| 0 | 14 | 21 | 0 | 14 | 21 | 0 | 14 | 21 | 0 | 14 | 21 | |
| ХТЗ | 0,21 | 0,21 | 0,19 | 150 | 150 | 135 | 8,42 | 9,12 | 15,4 | 4,2 | 4,1 | 4,3 |
| ВХТЗ | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 30 | 25 | 15 | 0,12 | 0,14 | 0,11 | 1,2 | 1,2 | 1,1 |
Таблиця 4. Фізико-хімічні властивості хітозану
| Найменування показника | Од. ізм. | Норма по ТУ | Хітозан 1 (Первинний) | Хітозан 2 (Високо-очищений) |
| Молекулярна маса | кДа | - | 120 | 120 |
| Ступінь деацетилювання | % | - | 87 | 88 |
| Масова частка вологи | % | Не більше 10,0 | 9,4 | 9,6 |
| Масова частка мінеральних речовин | % | Чи не более0, 7 | 0,33 | 0,03 |
| рН 1% розчину хітозану в 2% оцтової кислоти | Од. рН | Не більше 7,5 | 7 | 7 |
| Масова частка нерозчинних речовин у 3% розчині оцтової кислоти | % | Не більше 0,2 | 0,18 | 0,005 |
| Токсичні елементи | ||||
| Ртуть | мг / кг | Не більше 0,03 | 0,005 | 0,001 |
| Миш'як | мг / кг | Не більше 0,2 | 0,007 | 0,001 |
| Свинець | мг / кг | Не більше 1,0 | 0,31 | 0,04 |
| Кадмій | мг / кг | Не більше 0,1 | 0,012 | 0,002 |
На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що високоочіщеннний хітозан істотно перевершує за своїми властивостями первинний хітозан. Високоочищений хитозана характеризується значно більш низьким змістом таких токсичних елементів як ртуть, миш'як, свинець, кадмій, також зменшилася масова частка нерозчинних речовин. Рівень каламутності розчинів високоочищеного хитозана менше каламутності первинного хітозану. Ці факти свідчить про ефективність запропонованого методу очищення хітозану.
На підставі вищесказаного можна зробити висновок, що розроблена технологія забезпечує отримання високоочищеного хитозана високої якості і з доступної сировини, який здатний конкурувати на сучасному ринку, а також задовольняти потреби споживачів.
Список використаної літератури
1. Хітин і хітозан. Отримання, властивості та застосування / під ред. К.Г. Скрябіна, Г.А. Вихорева, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с. - ISBN 5-02-006435-1.
2. Гальбрайх Л.С. Хітин і хітозан: будова, властивості, застосування / Л.С. Гальбрайх / / Соровский освітній журнал. - 2001. - Т. 7, № 1. С. 51-56.
3. Бикова В.М. Сировинні джерела і способи отримання хітину та хітозану: Хітин, його будова і властивості / В.М. Бикова, С.В. Німців / / Хітин і хітозан. Отримання, властивості і застосування. - М.: Наука, 2002. - C. 7-23.
4. Маслова Г.В. Вплив виду хітінсодержащего сировини на фізико-хімічні властивості хітинових біополімерів, отриманих за допомогою електрохімічно активованих / Г.В. Маслова та [ін] / / Матеріали Шостої Міжнар. Конф «Нові досягнення в дослідженні хітину та хітозану», Москва - С 22-24 жовтня
5. Купріна Є.Е. дослідно-промислова установка для отримання хітин-мінерального комплексу «Хізітел» електрохімічним способом / Є.Е. Купріна і [ін] / / Матеріали Восьмий Міжнар. конф. «Сучасні перспективи у дослідженні хітину та хітозану», Казань 12-15 червня
6. Загальна хімічна технологія / під ред. І.П. Мухленова. - М.: Вища школа, том 1, 1984. - 255 с.
7. Гамзазаде А.І. Деякі особливості отримання хітозану / А.І. Гамзазаде, А.І. Скляр, С.В. Рогожин / / Високомолекулярні сполуки. - 1985. - Т. 27А, № 6. - С. 1179-1184.
8. Пат. 2087483 РФ, МПК 6 З 08 В37/08. Спосіб отримання хітозану / В.В. Сова, Д.Б. Фрайманд, В.В. Банніков, Ф.І. Львович. № 93055356/25; Заявлено 21.12.93; Опубл. 20.08.97 / / Винаходи. - 1997 .- № 23. - С. 92.
9. Пат. 2116314 РФ, МПК 6 С08 В37/08. Спосіб отримання хітозану / Г.І. Касьянов, О.І. Квасенков, А.І. Миколаїв, О.Є. Касьянова. - № 97104789/04; Заявлено 26.03.97. Опубл. 27.07.98. / / Винаходи. - 1998 .- № 21. - С.220.