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
Показники
| Тип хітозану
| харчовий
| кормовий
| технічний
| Зовнішній вигляд
| Дрібноволокнисті частинки розміолм не більше 1мм, або порошок
| Пластівці різних розмірів або порошок
| Пластівці різних розмірів або порошок
| Колір
| Від білого до кремового або рожевого
| Від білого до кремового або коричневого
| Від білого до кремового або коричневого
| Смак 1%-вого розчину хітозану в 1%-вому розчині оцтової кислоти
| Властивий без стороннього присмаку
|
|
| Запах
| Властивий без стороннього запаху
| Властивий без стороннього запаху
| Властивий без стороннього запаху
| Прозорість 10"^ м, не менше
| 8,0
| 5,6
| 7,0
| Вміст (% по масі), не более
|
|
|
| вологи
| 10,0
| 14,0
| 14,0
| мінеральних речовин
| 1,0
| -
| 1,5
| речовин, нерозчинних в 2%-вій оцтовій кислоті
| 0,5
| —
| 1,0
| Кінематична вязкістьь(10'8 м2/с), не менше
| 800,0
| 100,0
| 100,0
| Наявність солей важких металів
| Не допускается
| Не допускается
| -
|
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: 1848 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 |
|