АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ПОЛІСАХАРИДИ ТВАРИННОГО ПОХОДЖЕННЯ

Хітин (фр. chitine, від грецьк. χιτών: хітон — одяг, шкіра, оболонка) – природна сполука з групи азотовмісних полісахаридів.

Він є компонентом екзоскелету (кутикули) членистоногих і ряду безхребетних, входить до складу клітинної стінки грибів і бактерій та ін.

В 1821 француз Генрі Бракон (Braconnot), директор ботанічного саду в Нансі, виявив в грибах речовину, яка не розчинялася в сірчаній кислоті. Він назвав його фунгін. Чистый хітин вперше выділили із зовнішніх оболонок тарантулів. Термін був запропонований французьким вченим А. Одьє, який досліджував зовнішнє покриття комах, в 1823 році.

Хітин найбільш розповсюджений у природі полісахарид – кожен рік на землі в живих організмах утворююється і розкладається 10 гігатон хітину. Він виконує захисну і опорну функції, придаючи жорсткість.

Хімічна назва хітину: полі-N-ацетил-D-глюкозо-2-амін. Це полимер із остатков N-ацетилглюкозаміну, зв’язаних між собою β-(1,4)-глікозидними зв'язками (рис.31)

Рис.31 Структурная формула молекулы хитина

У всіх організмах, які виробляють і використовують хітин, він знаходиться не в чистому виді, а в комплексі з іншими полісахаридами, і дуже часто асоційований з білками. Незважаючи на те, що хітин я речовиною, дуже близькою за будовою, фізико-хімічними властивостями і біологічною функцією до целюлози, в організмах, що утворюють целюлозу (рослини, деякі бактерії), хітин не виявлено.

В природних умовах хітини різних організмів відрізняються за складом і властивостями. Молекулярна маса хітину досягає 260000.

Хітин нерозчинний у воді, стійкий до дії розведених кислот, лугів, спирту та ін. розчинний в концентрованих розчинах деяких солей (хлорид цинку, тіоцианат літію, солі кальцію). При нагріванні з концентрованими розчинами мінеральних кислот він гідролізується.

Одним з похідних хітину, який отримують промисловим способом є хітозан. Сировиною для його отримання слугують панцирі ракоподібних (криль, камчатський краб та ін.), а також продукти мікробіологічного синтезу. Спрощена схема виробництва хітину і хітозану хімічним способом приведена на рис.32.

Тривалість, температура, кратність і порядок кислотного і лужного оброблення залежать від виду сировини, ступеню її мінералізації і протеїнизації, потрібної якості хітину, вона встановлюється конкретно для кожного процесу. Наприклад, в Японії панцирі крабів промивають у воді, обробляють 5 – 10%-вою соляною кислотою при кімнатній1 температурі і перемішуванні протягом декількох годин.

Димінералізовану масу промивають у воді, обробляють 5 – 8%-вим розчином натрієвого лугу при нагріванні. Отриманий хітин промивають у воді, висушують і подрібнюють. У висушеному вигляді він являє собою сухі волокна, пластівці або порошок від білого або світло-рожевого до кремового кольору. Вміст в ньому вологи повинен бути не більше 10%, а вміст золи – не більше 2%, рН 6,5 – 7,8.

З хітину шляхом проведення реакції деацетилювання отримують хітозан з вмістом азоту не більше 1%. Для проведення реакції деацетилювання хітин обробляють 40 – 590%-вим натрієвим лугом при високотемпературному нагріванні. Використання такого жорсткого режиму проведення реакції сприяє високому ступеню деацетилювання хітину (до 80 – 93%). Але, деструкція, яка при цьому протікає, призводить до зменшення молекулярної маси полімеру, і погіршення його функціональних властивостей як структуроутворювача. Щоб запобігти цьому проводять деацетилювання хітину в атмосфері азоту при пониженій температурі або обробку гідразингідратом при температурі 120 – 150⁰С протягом 2 – 42 годин. По закінченню деацетилювання хітозан промивають водою до нейтральної реакції і висушують до повітряно-сухого стану.

Рис.32 Схема виробництва хітину і хітозану

В залежності від призначення отримують хітозан медичний, харчовий, кормовий і технічний, які характеризуються наступними показниками якості (табл.8)

Таблиця 8

Показники якості хітозану

Хітин і хітозан утворюються і розкладаються живими організмами, тому є екологічно чистими високомолекулярними природними сполуками. Шляхи господарського використання хітину і хітозану визначаються їх властивостями. Причому хітин в силу своєї інертності менше знаходить практичне використання ніж хітозан. Хімічна реакційна здатність хітозану обумовлена наявністю в його молекулах вільних аміногруп. Цей полімер характеризується слаболужними і аніонобмінними властивостями, і його можна класифікувати як смолу, що спричиняє утворення хелатних сполук.

Властивість хітозану розчиняться в розведених органічних і мінеральних кислотах з утворенням прозорих в’язких розчинів покладено в основу його використання в різних галузях промисловості, насамперед в харчовій в якості структуроутворювача.

Швидкість розчинення хітозану невисока. Тривалість розчинення порошкоподібного хітозану становить 35 – 40 хв., а при перемішуванні і нагріванні – 15 хв. при температурі 80⁰С хітозан розчиняється втричі швидше, ніж при 20⁰С, що пояснюється збільшенням швидкості дифузійних процесів. Попереднє набрякання хітозану у воді дозволяє скоротити тривалість процесу його розчинення. Водопоглинання хітину, мікрокристалічного хітину і хітозану значно вище, ніж мікрокристалічної целюлози.

Внесення хітозану у воду, яка з ним хімічно не взаємодіє, забезпечує швидке набрякання полімеру. Причому, кожна частинка хітозану набрякає окремо від інших і отримана маса (золь) є однорідною (не містить грудочок). При додаванні в цю масу концентрованої кислоти і наступному перемішуванні остання перш за все розчиняється у воді, а отриманий розчин кислоти вже потім взаємодіє з хітозаном і переводить його в сольову форму (відбувається розчинення). При цьому взаємодія між розчинником і хітозаном протікає по всій поверхні кожної частинки полімеру, що й забезпечує збільшення швидкості процесу розчинення хітозану. Загальна тривалість процесу приготування розчинів хітозану з використанням попереднього набрякання становить 7 – 9 хв.

Мінімальна кількість кислот, введення яких забезпечує розчинення хітозану різна: оцтової кислоти – 0,5%; лимонної – 2,5%; щавлевої – 5%. Це пояснюється різною здатністю кислот до утворення іонного зв’язку з аміногрупою полімеру. Для кожної концентрації кислоти характерна визначена кількість хітозану, що здатна до іонного розчинення в ній. Наприклад, отримати 12%-вий розчин хітозану можна, використовуючи розчин оцтової кислоти не менше 2%-вої концентрації. Збільшення вмісту хітозану в розчині змінює рН до значень, характерних для нейтрального середовища, тому що присутня аміногрупа хітозану має властивості слабкого лугу.

Густина розчинів хітозану зростає із збільшенням в них концентрації полімеру. При концентрації хітозану 0,2 – 1,0%, густина розчинів збільшується з 1000 до 1006кг/м³.

В процесі зберігання розчинів хітозану відмирають мікробні клітини, що пояснюється присутністю в розчині оцтової кислоти, а також бактерицидною дією самого хітозану.

В'язкість розчинів хітозану залежить від типу розчинника, концентрації полімеру і розчинника, температури, молекулярної маси хітозану, Рн і присутністю в розчині визначених солей.

В'язкість розчинів хітозану, як і більшості високомолекулярних сполук, збільшується із зростанням концентрації полімеру. Пояснюється це тим, що в області низьких концентрацій макромолекули хітозану переміщуються незалежно одна від одної. При досягненні визначеної концентрації не можуть розглядатися як незалежні кінетичні одиниці, і переміщення однієї з них призводить до зміни просторового положення інших, що пояснює збільшення вязкісних характеристик системи. В'язкість розчинів зростає із збільшенням концентрації кислоти (відповідно із зниженням рН), що пов’язано з розвертанням хітозанових ланцюгів, зростанням числа аміногруп (зниження рН), в результаті чого ланцюги дуже подовжуються і випрямляються.

При зберіганні розчинів хітозану їх в'язкість зменшується, тому в технологічних процесах рекомендовано використовувати свіжоприготовлені розчини. Найбільша швидкість зниження в’язкості (в середньому на 10,6%) спостерігається в перші 4 години зберігання, що пов’язано із зміною форми і розмірів макромолекул, а також утворенням і розпадом їх асоціатів.

В'язкість розчинів хітозану із збільшенням температури зменшується (особливо інтенсивно при температурах 20 – 60⁰С). пояснюється це тим, що кінетична енергія розчинника і розчиненої речовини зростає, в результаті чого збільшується гнучкість ланцюгів і відстань між їх кінцями. Розчини знову набувають вихідної в’язкості після їх охолодження до початкової температури при умовах нагрівання до помірних температур (до 60⁰С).

Розчини хітозану завдяки присутнім в макромолекулах функціональних аміногруп і гідроксильних груп виявляють високу адгезій ну здатність. Липкість розчинів хітозану збільшується із зростанням його концентрації в розчині і в залежності від матеріалу, до якого він прилипає.

За реологічними властивостями хітозани поділяють на:

– низькоконцентровані, з вмістом хітозану до 2%;

– середньої концентрації, з вмістом хітозану від 2 до 5%;

– висококонцентровані, з вмістом хітозану більше 5%.

В якості структуроутворювачів використовують середньо- і низькоконцентровані розчини хітозану.

Розчини хітозану мають здатність утворювати стійкі гелі. Наприклад, хітозанових гель у водному розчині щавлевої кислоти (10%-вої), прозорий, безбарвний, без запаху, жорсткий, здатний до синерезису. Хітозанові гелі мають схожі властивості (особливо міцність) з кальційальгінатними гелями.

Природа співрозчинника суттєво впливає на процес утворення хітозанового гелю. Додавання 1% метанолу або формаліну до 5%-вої оцтової кислоти забезпечує швидке гомогенне гелеутворення. В той же час n-бутанол сприяє утворенню гелю у вигляді грудочок, а при використанні етиленгліколю гель взагалі не утворюється.

Емульгуючу здатність виявляє лише мікрокристалічний хітин. Ця його здатність виявляється лише при визначеній його концентрації, температурі і рН середовища. Встановлено, що емульсії з вмістом хітозану не менше 0,5% стабільні після центрифугування, нагрівання і охолодження, якщо при емульгуванні підтримується температура 90 – 100⁰С і рН середовища не вище 4. В’язкісні характеристики емульсій зростають із збільшенням в них концентрації хітозану, що свідчить про його здатність до згущення. Виявлення хітозаном властивостей емульгатора пояснюється наявністю в нього функціональних груп, що взаємодіють з жировою фазою емульсії. Розчини хітозану до того ж виявляють вологоутримуючу здатність.

Таким чином можна вважати перспективним використання хітозану:

– в якості структуроутворювача в технології сировини водного походження;

– в якості емульгатора простих (олія/вода) і складних (томатно-олійна заливка та ін.) емульсій;

– в якості згущувача соусів, приправ, паштетів, паст;

– в якості харчового клею для придання продуктам з широким діапазоном вологості (10 – 80%) визначеної форми і заданої структури;

– в якості добавки, що підвищує водостійкість і міцність гранульованих продуктів та ін.

До групи полісахаридів тваринного походження відносяться також глікогени, гепарин, хондроітинсульфати. На відміну від хітозану вони не знайшли широкого застосування в харчовій промисловості, але їх біологічне значення для організму є важливим.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1948 | Нарушение авторских прав