b>Сушка хитозана. Измельчение и хранениеПосле ДА и отмывки до нейтрального значения рН хитозан представляет собой сильно гидратированный, набухший продукт с содержанием воды более 70%. Для предотвращения ороговения хитозан сушат при 50-550С. При сушке в условиях более высоких температур хитозан уплотняется, темнеет и теряет растворимость, что снижает возможность его использования. Наилучшим образом показывает себя сушка хитозана в псевдокипящем слое при 500С. Низкомолекулярный водорастворимый хитозан и олигосахариды сушат на распылительных и лиофильных сушилках. Воздушно-сухой хитозан содержит 8-10% воды.Для использования хитозана, например, в фармации и парафармации в качестве субстрата для таблетирования и капсулирования необходимо измельчить его до размера частиц 100 - 200 мкм. Хитозан, сохраняя кристаллическую структуру хитина, плохо поддается измельчению, и поэтому для получения порошкообразного продукта его измельчают последовательно резанием, истиранием и ударно-сдвиговой деформацией, применяя для этого соответственно дезинтеграторы, мельницы и шаровые мельницы. Наибольшую трудность при измельчении представляет плохо высушенный или ороговевший хитозан, так как в этом случае он обладает пластичностью и плохо поддается измельчению [5].В ряде случаев преимущества перед порошкообразной формой имеет гранулированная форма полимера. Переработка хитозана в гранулы может быть осуществлена различным способами: распылительным высушиванием низковязких растворов полимера; гранулированием под давлением порошкообразного полимера, содержащего пластификатор; осаждением полимера в виде капель из высоковязкого раствора; формированием сферических микрокапель из раствора полимера путем его эмульгирования в подходящей дисперсионной среде [30]. Два последних способа наиболее актуальны, поскольку они обеспечивают наибольшую аморфизацию полимера и получение композитных гранул при условии введения в формовочный раствор модифицирующих добавок.В процессе хранения хитозана на свету наблюдается его потемнение до коричневого цвета, снижение растворимости. Особенно это относится к тонко измельченному, а также распылительно высушенному хитозану. Хитозан представляет собой гигроскопичный материал, порошковый хитозан может слеживаться при хранении в помещениях с повышенной влажностью или при перепадах температур. Поэтому хитозан хранят герметично укупоренным в светонепроницаемой упаковке (банки, пакеты, мешки) в сухих закрытых помещениях при комнатной температуре [5,6].Применение хитина и хитозанаКак уже указывалось, хитин и хитозан по своему строению близки к целлюлозе - одному из основных волокнообразующих природных полимеров. Естественно поэтому, что, как и целлюлоза, эти полимеры и их производные обладают волокно- и пленкообразующими свойствами. [6] Благодаря биосовместимости с тканями человека, низкой токсичности, способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран, биодеградируемости такие материалы представляют особый интерес для медицины.При лечении гнойных и ожоговых ран широкое применение приобрели ферменты, эффективность использования которых может быть повышена за счет их включения в структуру волокон и губок. Такие полимеры, как хитин, хитозан, карбоксиметилхитин, благодаря широкому набору функциональных групп обеспечивают возможность образования между полимером-носителем и ферментом связей различной прочности, что создает предпосылки для регулирования активности и стабильности фермента, скорости его диффузии в рану [7,8].В медицине для лечения и профилактики тромбозов используется природный антикоагулянт крови - гепарин, по химическому строению являющийся смешанным полисахаридом. Наиболее близкий его структурный аналог - сульфат хитозана также обладает антикоагулянтной активностью, возрастающей при увеличении степени сульфатирования . Возможность реализации синергического эффекта (усиления активности гепарина при введении добавок сульфата хитозана) делает это соединение перспективным для создания лекарственных препаратов антикоагулянтного и антисклеротического действия.N- и О-сульфатированные производные частично деацетилированного карбоксиметилхитина не только препятствуют свертыванию крови благодаря селективной адсорбции антитромбина, но и резко уменьшают интенсивность деления раковых клеток.Еще одна возможность использования хитина, хитозана и их производных (карбоксиметилхитина, карбоксиметилхитозана, сукцинилхитозана) - создание биодеградируемых носителей фармацевтических препаратов (антибиотиков, антивирусных, противоопухолевых и антиаллергенных препаратов) в виде пленок (мембран). Применение таких пленок создает условия для выделения лекарственных средств, обеспечивая эффект пролонгирования их действия.Одной из уникальных биологических активностей хитозана является его способность индуцировать устойчивость к вирусным заболеваниям у растений, ингибировать вирусные инфекции у животных и предотвращать развитие фаговых инфекций в зараженной культуре микроорганизмов [8,9].Образование комплексов полимерными лигандами с различными металлами находит все более широкое применение в аналитической химии, хроматографии, биотехнологических процессах. Полимерные комплексообразователи, в том числе хитин, хитозан и их производные, например карбоксиметиловые эфиры, могут рассматриваться как реальная альтернатива традиционным методам очистки сточных вод промышленных предприятий от соединений металлов, используемых для нанесения защитных покрытий (никель, хром, цинк), а также от таких металлов, как ртуть и кадмий, способных аккумулироваться живыми организмами. Наличие электронодонорных амино- и гидроксильных групп, широкие возможности введения различных ионогенных групп кислотного и основного характера делают производные хитина и хитозана весьма перспективными для использования в хроматографии при разделении и очистке биологически активных соединений (нуклеиновых кислот и продуктов их гидролиза, стероидов, аминокислот).В фотографических процессах, связанных с быстрым проявлением изображения, используют такие важные характеристики хитозана, как его пленкообразующие свойства, поведение в системах, содержащих желатин и комплексы серебра, обеспечивающее отсутствие поперечной (в слоях пленки) диффузии красителя, оптические характеристики полимера.Весьма перспективно использование хитозана в бумажной промышленности: благодаря большей прочности при водных обработках ионных связей, образующихся при нанесении хитозана на целлюлозное волокно при формировании бумаги, по сравнению с существующими в обычной бумаге водородными связями заметно возрастает прочность бумажного листа, особенно в мокром состоянии. При этом одновременно улучшаются и другие важные свойства (сопротивление продавливанию, излому, стабильность изображения) [7,9].Благодаря своим уникальным свойствам хитозан нашел применение в пищевой промышленности. Способность хитозана осветлять технологические жидкости используется в производстве соков, пива, вин, молочной сыворотке, промывных вод фаршевого производства, подпрессовых бульонов и других низкоконцентрированных жидкостей, содержащих мелкодисперсные частицы органических соединений различной природы. Проявление свойств сорбента и частично эмульгатора обусловливает липофильный эффект хитозана.В технологии формованных изделий хитозан используется как структурообразующий агент, повышающий значения реологических характеристик пищевых масс. Хитозан обладает редким свойством соединять в упорядоченную структуру фрагменты материалов различного влагосодержания: сухих, с промежуточной влажностью и высоковлажных.Бактерицидное действие хитозана позволяет использовать его при хранении различных видов пищевой продукции. Наиболее широко показано защитное действие пленок из хитозана, нанесенных на поверхность плодов и овощей - яблок, апельсинов, земляники, томатов, перца. Поскольку плоды и овощи остаются живым организмом, будучи отделенными от материнского растения, они обладают определенным иммунитетом и в них проходят обменные процессы.Применение хитозана в средствах для волос основано на их способности образовывать пленки при взаимодействии с кератинами волос. Пленки хитозана более стабильны при повышенной влажности, чем пленки, образованные синтетическими полимерами, поэтому в составе средств для укладки волос имеют значительные преимущества перед традиционными фиксаторами. Хитозан улучшает и другие потребительские качества средств для ухода за волосами, улучшает расчесываемость, уменьшают статический заряд, увеличивают блеск волос. Они уже давно используются в качестве кондиционирующих добавок в шампунях и кондиционерах.При разработке средств ухода за кожей используются такие свойства хитозана, как способность образовывать прозрачную защитную пленку, предохраняющую кожу от потери влаги.Потенциал использования хитозана в средствах ухода за кожей определяется его уникальной химической структурой, сходной с целлюлозой.Фракция молекул, содержащих оставшиеся N-ацетил группы (5-24%) определяет способность хитозана к гидрофобным взаимодействиям. Гидрофильность и гидрофобность хитозана позволяет использовать его в качестве стабилизаторов эмульсий. Благодаря высокомолекулярной массе и линейной структуре молекулы, хитозан является отличным средством повышения вязкости эмульсий при низких значениях рН.Хитозан, как и другие гидроколлоиды, способен удерживать воду и служить увлажняющим компонентом косметических средств. [7,8,9] 2. Экспериментальная часть2.1. Объекты исследованияДля проведения испытаний по получению высокоочищенного хитозана был использован хитозан, полученный из панциря королевского камчатского краба. Химический состав панциря приведен в таблице 1.Таблица 1. Характеристика химического состава панциря в %.|
| Содержание влаги, | Белок | Липиды | Минеральные Вещества | Хитин | | 7-8 | 21-27 | 0,2-0,4 | 34-39 | 26-32 | | |
Для определения свойств полученного хитозана были проведены физико-химические, радиологические и микробиологические испытания. Для оценки уровня свойств полученного хитозана были использованы показатели, заложенные в технические условия на пищевой хитозан (ТУ 9289-067-00472124-03). В приложении представлены соответствующие акты испытаний, а общие результаты представлены ниже в таблице 2.Органолептические показатели.Внешний вид: чешуйки размером 1-3 мм.Цвет: кремовый с желтоватым оттенком.Вкус: свойственный данному продукту, без постороннего привкуса.Запах: свойственный данному продукту, без постороннего запаха.Таблица 2. Физико-химические свойства хитозана|
Наименование показателя | Ед. изм. | Норма по ТУ | Результаты испытаний | | Молекулярная масса | кДа | - | 120 | | Степень деацетилирования | % | - | 87 | | Массовая доля влаги | % | Не более 10,0 | 9.4 | | Массовая доля минеральных веществ | % | Не более0,7 | 0,33 | | | рН 1% раствора хитозана в 2% уксусной кислоте | Ед. рН | Не более 7,5 | 3,85 | | Массовая доля нерастворимых веществ в 3% р-ре уксусной кислоты | % | Не более 0,2 | 0,18 | | Массовая доля влаги | % | Не более 10,0 | 9.4 | | Токсичные элементы | | Ртуть | мг/кг | Не более 0,03 | 0,005 | | Мышьяк | мг/кг | Не более 0,2 | 0,007 | | Свинец | мг/кг | Не более 1,0 | 0,31 | | Кадмий | мг/кг | Не более 0,1 | 0,012 | | Пестициды | | ГХЦГ (?,?,?,-изомеры) | мг/кг | Не более 0,5 | Не обнаружено | | ДДТ и его метаболиты | мг/кг | Не более 0,02 | Не обнаружено | | Гептахлор | мг/кг | Не допускается | Не обнаружено | | Алдрин | мг/кг | Не допускается | Не обнаружено | | Радиологические испытания | | Цезий 137 | Бк/кг | 200 | 28,0 | | Стронций 90 | Бк/кг | 100 | 8,0 | | Микробиологические показатели | | Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г | Не более 5*104 КОЕ/г | 0 | | БГКП (колиформы) | не допускаются в 0,1 г | Не выделены | | E.coli | не допускаются в 1,0 г | Не выделены | | | Патогенные, в том числе сальмонеллы | не допускаются в 25 г | Не выделены | | Дрожжи, плесени | Не более 100 КОЕ/г | Не выделены | | |
Реактивы:- уксусная кислота, хч/лед - ГОСТ 61-75- гидроксид натрия х.ч. - ГОСТ 2263-79 2.2. Методы исследованияОпределение молекулярной массы хитозанаМолекулярную массу хитозана определяли вискозиметрически по стандартной методике. Растворы концентрации 0,05 и 0,5 г/дл готовили растворением навески порошка полимера в ацетатном буфере (0,33 М СН3СООН + 0,2 М СН3СOONa) в течение одних суток. Использовали ледяную уксусную кислоту и уксуснокислый натрий квалификации ХЧ. Измерения проводили при 250С в капиллярном вискозиметре Уббелоде, диаметр которого равен 0,54 мм. Расчёт ММ проводили по уравнению Марка-Куна-Хаувинка с константами К и ? из работы ([]=К • М?): , где []-характеристическая вязкость раствора, дл/г, М - молекулярная масса. Потенциометрическое титрование и расчёт степени деацетилирования.Потенциометрическое титрование выполняли на универсальном ионометре ЭВ-74 с использованием стеклянного электрода. Точность измерения pH 0,1. Перед работой прибор настраивали по стандартным буферным растворам. Навеску хитозана 0,2 г растворяют при перемешивании в 20 мл 0,1н растворе соляной кислоты при перемешивании на магнитной мешалке в течение 1ч. Полученный раствор титруют потенциометрически 0,03н раствором едкого натра до рН около 11. Первый перегиб кривой титрования соответствует избыточному количеству соляной кислоты, а второй - концентрации аминогрупп в навеске хитозана.Степень деацетилирования определяют по формуле: ,где: G - навеска хитозана в г;m - количество молей аминосодержащих звеньев в навеске хитозана;m = V•T;V - объем раствора NaOH в мл, соответствующий нейтрализации кватернизированной формы аминогрупп хитозана, определяемый разностью объемов второго и первого перегибов на кривой потенциометрического титрования;Т - титр раствора NaOH в моль/мл, определяемый в холостом титровании 0,1н раствора HCl.Точность и воспроизводимость определений может быть обусловлена степенью дисперсности и их влажностью.Вывод формул:G = m•161 + X•203;161 - молекулярный вес элементарного звена хитозана;203 - молекулярный вес ацетилированного звена хитозана;X - количество молей ацетилированных звеньев в навеске.;После преобразований получаем формулу для определения СД. Метод спектра мутностиДля определения параметров надмолекулярных образований в растворах хитозана (С = 0,5 г/дл), таких как средний размер частиц (), числовая () и весовая () концентрации использовали метод спектра мутности. Под МСМ обычно понимают ряд построений, использующих данные по зависимости мутности системы от длины волны падающего света, которые позволяют получить информацию о рассеивающих частицах. В МСМ структурно-сложный раствор полимера моделируется коллоидной системой, в которой за дисперсную фазу принимаются агрегаты макромолекул (надмолекулярные частицы), а за дисперсионную среду - истинный раствор макромолекул. Такая модель оправдана в тем большей степени, чем больше световой энергии рассеивается на надмолекулярные частицы, по сравнению с рассеянием на флуктуациях концентрации единичных макромолекул в растворе. Экспериментальным критерием преобладающей роли рассеяния от надмолекулярных частиц может служить визуально наблюдаемая опалесценция раствора или сама возможность измерения оптической плотности полимерных растворов на спектрофотометрах или колориметрах. Измерения оптической плотности проводили на фотоколориметре КФК - 2 в диапазоне длин волн = 400-590 нм при t=20С. Для характеристики мутности () исследуемых систем использовали ее значение при длине волны ? = 490 нм. Таблица 3. Мутность и параметры надмолекулярных частиц растворов ХТЗ в ацетатном буфере в зависимости от времени хранения |
Образец | , см-1 | , нм | 10-10, см-3 | 105, гсм-3 | | | Время хранения, сут | | | 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 | | |
В таблице 4 приведены свойства высокоочищенного хитозана, исходя из которых следует, что полученный полимер характеризуется высокой степенью чистоты. Таблица 4. Физико-химические свойства хитозана |
Наименование показателя | Ед. изм. | Норма по ТУ | Хитозан 1 (первичный) | Хитозан 2 (высоко-очищенный) | | Молекулярная масса | кДа | - | 120 | 120 | | Степень деацетилирования | % | - | 87 | 88 | | Массовая доля влаги | % | Не более 10,0 | 9,4 | 9,6 | | Массовая доля минеральных веществ | % | Не более0,7 | 0,33 | 0,03 | | рН 1% раствора хитозана в 2% уксусной кислоте | Ед. рН | Не более 7,5 | 7 | 7 | | Массовая доля нерастворимых веществ в 3% р-ре уксусной кислоты | % | Не более 0,2 | 0,18 | 0,005 | | Токсичные элементы | | Ртуть | мг/кг | Не более 0,03 | 0,005 | 0,001 | | Мышьяк | мг/кг | Не более 0,2 | 0,007 | 0,001 | | Свинец | мг/кг | Не более 1,0 | 0,31 | 0,04 | | Кадмий | мг/кг | Не более 0,1 | 0,012 | 0,002 | | |
2.3. Выводы На основании полученных результатов можно сделать вывод, что высокоочищеннный хитозан существенно превосходит по своим свойствам первичный хитозан. Высокоочищенный хитозана характеризуется значительно более низким содержанием таких токсичных элементов как ртуть, мышьяк, свинец, кадмий, также уменьшилась массовая доля нерастворимых веществ. Уровень мутности растворов высокоочищенного хитозана меньше мутности первичного хитозана. Эти факты свидетельствует об эффективности предложенного метода очистки хитозана. На основании вышесказанного можно сделать вывод, что разработанная технология обеспечивает получение высокоочищенного хитозана высокого качества и из доступного сырья, который способен конкурировать на современном рынке, а также удовлетворять потребности потребителей. Список используемой литературы 1. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с. - ISBN 5-02-006435-1. 2. Гальбрайх Л.С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение / Л.С. Гальбрайх // Соровский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7, № 1. С. 51-56. 3. Быкова В.М. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана: Хитин, его строение и свойства / В.М. Быкова, С.В. Немцев // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение. - М.: Наука, 2002. - C. 7-23. 4. Маслова Г.В. Влияние вида хитинсодержащего сырья на физико-химические свойства хитиновых биополимеров, полученных с помощью электрохимически активированных / Г.В. Маслова и [др] // Материалы Шестой Междунар. Конф «Новые достижения в исследовании хитина и хитозана», Москва - Щелково, 22-24 октября 2001 г. - М.: ВНИРО, 2001. - С. 35-38. 5. Куприна Е.Э. опытно-промышленная установка для получения хитин-минерального комплекса «Хизитэл» электрохимическим способом / Е.Э. Куприна и [др] // Материалы Восьмой Междунар. конф. «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана», Казань 12-15 июня 2006 г. - М.: ВНИРО, 2006. - С. 34-37. 6. Общая химическая технология / под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, том 1, 1984. - 255 с. 7. Гамзазаде А.И. Некоторые особенности получения хитозана / А.И. Гамзазаде, А.И. Скляр, С.В. Рогожин // Высокомолекулярные соединения. - 1985. - Т. 27А, №6. - С. 1179-1184. 8. Пат. 2087483 РФ, МПК 6 С 08 В37/08. Способ получения хитозана / В.В. Сова, Д.Б. Фрайманд, В.В. Банников, Ф.И. Львович. №93055356/25; Заявлено 21.12.93; Опубл. 20.08.97 // Изобретения. - 1997.-№23. - с. 92. 9. Пат. 2116314 РФ, МПК 6 С08 В37/08. Способ получения хитозана / Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков, А.И. Николаев, Е.Е. Касьянова. -№97104789/04; Заявлено 26.03.97. Опубл. 27.07.98.//Изобретения. - 1998.-№ 21. - с.220.
Страницы: 1, 2
|
