EUR/RUB 67.89
USD/RUB 57.51
EUR/USD 1.18
Банк инноваций
2009, декабрь
2009, ноябрь
2009, октябрь
2009, сентябрь
2009, август
2009, июль
2009, июнь
2009, май
2009, апрель
2009, март
2009, февраль
2009, январь
2008, декабрь
2008, ноябрь
2008, октябрь
2008, сентябрь
2008, август
2008, Июль
2008, Июнь
 •  Статья 1
 •  Статья 2
 •  Статья 3
 •  Статья 4
2008, Май
2008, Апрель
2008, Март
2008, Февраль
Анонсы


Гомогенизатор топлива
для карбюраторных двигателей

БЮРО ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
 

 
100%
800
960
1024
1152
 О компании  Услуги  Журнал  Контакты 
Журнал  2008, Июнь  Статья 3

 

ХИТОЗАН - БИОПОЛИМЕР 21 ВЕКА





В настоящее время во всем мире не ослабевает интерес к хитину и его производному - хитозану. Будучи полимером природного происхождения, хитозан обладает высокой биологической активностью и биодеградируемостью, благодаря чему не загрязняет окружающую среду. Хитозан относится к 4 классу токсичности и считается безопасным.

Около 200 лет тому назад хитин и хитозан обратили на себя внимание ученых. Так, хитин был открыт в 1811 г. (H. Braconnot и A. Odier), хитозан выделен в 1859 г. (C. Rouget), а получил свое название в 1894 г. (F. Hoppe-Seyler). С хитином и хитозаном связаны имена трех Нобелевских лауреатов: E. Fisher (1903 г.) синтезировал глюкозамин, P. Karrer (1929 г.) осуществил деградацию хитина с помощью хитиназ, W. Haworth (1939 г.) установил конфигурацию глюкозамина.

В России около 40 лет назад были начаты широкие исследования хитина и хитозана. За это время в нашей стране проведено 8 конференций, посвященных перспективам применения этих полимеров в различных областях. В 2000 г. организовано Российское Хитиновое Общество. На европейском и международном уровнях регулярно проводятся конгрессы по хитину и хитозану, что свидетельствует о всевозрастающем интересе к этим биополимерам.

В настоящее время известно более 70 направлений использования хитина и хитозана в различных сферах жизнедеятельности человека.

Наиболее важными среди них являются следующие:

  • медицина (в составе лечебных препаратов, мазей, раневых покрытий, для изготовления хирургических нитей);
  • сельское хозяйство (в составе удобрений, средств защиты растений и стимуляторов роста);
  • текстильная промышленность (при шлихтовке, противоусадочной и водоотталкивающей обработке тканей);
  • производство косметических средств (в составе кремов, лосьонов, гелей, шампуней);
  • природоохранные мероприятия (как сорбент и флокулянт для очистки воды);
  • пищевая промышленность (как осветлитель, стабилизатор, эмульгатор, БАД - энтеросорбент и жиропоглотитель);
  • бумажная промышленность (производство бумаги, для улучшения свойств фотоматериалов);
  • атомная промышленность (локализация радиоактивных отходов);
  • горнодобывающая промышленность (извлечение металлов из отходов горно-обогатительных процессов).

Общая характеристика хитозана

Хитозан является продуктом деацетилирования хитина. Хитин содержится в ракообразных и насекомых, в клетках грибов и диатомовых водорослей. На сегодняшний день наиболее доступным источником получения хитина и хитозана являются панцири промысловых ракообразных. В России массовым источником хитинсодержащего сырья является камчатский краб, краб-стригун, углохвостая креветка, антарктический криль. Значительный резерв сырья представляют запасы пресноводного рачка-бокоплава гаммаруса. Возможно также использование гладиуса (скелетной пластинки) кальмаров, сепиона каракатицы. Общая продукция хитина в мировом океане оценивается в 2,3 млрд. т в год, что может обеспечить мировой потенциал производства 150 - 200 тыс. т хитина в год. Промышленное производство хитина и хитозана освоено в Японии, США, Италии, Норвегии, Польше, Индии, Китае, Таиланде. В России общий объем выпуска хитина и хитозана достигает 80 тыс.т в год.

В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина (N-ацетил-D-глюкозамина) ацетильной группы. Наряду с реакцией деацетилирования, происходит разрушение гликозидных связей хитина, что приводит к уменьшению молекулярной массы, изменению надмолекулярной структуры и степени кристалличности.

Процесс деацегилирования осуществляют с помощью NaOH в широком диапазоне концентраций (от 35 до 50%), температур (от 20 до 140°С) и времени обработки (от 0,5 до 10 сут.). Применяют также ферментативные способы деацетилирования хитина, например, с помощью хитиндезацетилазы из Absidia coerula.

Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярному весу полимер D-глюкозамина, содержащий 5-15% ацетамидных групп, а также до 1% групп, соединённых с аминокислотами и пептидами.

Молекулярный вес хитозана зависит от источника сырья и способа его получения.

По внешнему виду хитозан представляет собой чешуйки или порошок от белого до кремового цвета, часто с желтоватым, сероватым или розоватым оттенком, без запаха. Пищевой хитозан удовлетворяет требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Растворы хитозана обладают вяжущим вкусом, от которого, впрочем, можно избавиться определенным образом.

Проведенные во всем мире исследования показали уникальные сорбционные свойства хитозана. При этом обнаружено отсутствие у него выраженной субстратной специфичности, что означает примерно одинаковую способность связывать как гидрофильные, так и гидрофобные соединения. В кислой среде хитозан приобретает положительный заряд. При низких значениях рН он способен связывать свободные жирные кислоты и холестерин с образованием нерастворимых комплексов. Как высокомолекулярный поликатион, он может связываться с кислыми белками и нуклеиновыми кислотами.

Наличие свободных аминогрупп в молекуле хитозана определяет способность связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд, что делает его прекрасным катионитом. Рассматривая механизм действия хитозана в отношении металлов, большинство исследователей склоняются к тому, что чаще всего преобладает хелатное комплексообразование, обусловленное высокой электронодонорной способностью атомов азота и кислорода.

Установлено, что хитозан обладает высокой сорбционной емкостью и селективностью в отношении тяжелых и переходных металлов. В связи с этим перспективно использование данного полимера в водоочистке и водоподготовке, а также для деметаллизации вин с целью предупреждения металлических кассов.

Большое количество водородных связей между молекулами хитозана приводит к его плохой растворимости в воде, поскольку связи между молекулами хитозана более прочные, чем между молекулами хитозана и молекулами воды. Вместе с тем, хитозан хорошо набухает и растворяется в органических кислотах - уксусной, лимонной, щавелевой, янтарной. При этом он способен прочно удерживать в своей структуре растворитель, а также растворенные и взвешенные в нем вещества. Минимально необходимое для растворения хитозана содержание органических кислот, обладающих различной способностью к образованию ионной связи с NH2-группой полимера, неодинаково и составляет для уксусной кислоты 0,5%, лимонной -2,5%, щавелевой - 5,0%.

Таким образом, хитозан является универсальным сорбентом, способным связывать большой спектр веществ органической и неорганической природы, что определяет широчайшие возможности его применения. К наиболее перспективным направлениям использования хитозана относятся медицина, косметическая промышленность, сельское хозяйство, пищевая промышленность. Перспективным представляется применение его в виноделии и пивоварении в качестве препарата, повышающего стабильность напитков.

Использование хитозана в пивоваренной промышленности

Стабилизация является ключевой стадией в процессе производства пива. Она необходима для обеспечения стойкости напитка по таким показателям, как вкус, пена, прозрачность в течение всего срока годности. К нежелательным проявлениям, которые делают пиво непригодным для употребления, относятся коллоидные помутнения. Исследования показали, что основной вклад в образование коллоидной мути вносят белки и полифенольные вещества. При возникновении необратимого коллоидного помутнения происходит окислительная конденсация полифенольных веществ и образование прочных комплексов сконденсировавшихся полифенолов с высокомолекулярными белками за счет водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.

Существует ряд технологических приёмов, призванных замедлить либо предотвратить возникновение коллоидных помутнений пива. Так, для избавления от нежелательных белковых помутнений используют гидрогели, ксерогели и силикагели, а для удаления хлопьеобразующих полифенольных веществ - поливинилполипирролидон (ПВПП). Иногда при технологической обработке пива применяют излишне жесткие операции, в значительной степени обедняющие пиво. К тому же не всегда принятые обработки дают желаемые результаты, но при этом являются достаточно дорогостоящими.

Поэтому возникла необходимость найти принципиально новый способ борьбы с помутнениями, который, сохраняя все ценные потребительские качества пива, удалял бы нежелательные белково-полифенольные комплексы. Нами предложено использовать для этой цели хитозан. Исследования проводили на различных образцах пива производства 000 «Пивоварня Хейнекен» и пивоварни «Тинькофф» после сепарации до внесения стабилизатора, из буферной емкости перед подачей на фильтрацию и те же образцы, разлитые в бутылки. Пиво исследовали до и после обработки хитозаном.

Анализ результатов экспериментов, нацеленных на изучение влияния концентрации хитозана на степень извлечения полифенольных веществ, общего и коагулируемого азота, цветность, мутность и качество пены, показал, что с увеличением концентрации хитозана с 0,5 до 2,0 г/дм3 достоверно растет степень извлечения из пива полифенольных веществ, общего и коагулируемого азота и значительно снижается мутность. Применение сорбента в дозах, больших 2,0 г/дм3, приводит к значительному снижению в исследованных образцах пива высоты и стойкости пены из-за чрезмерного извлечения коагулированного азота, отчего также страдает качество напитка. Очевидно, что для каждой партии пива необходимо подбирать концентрацию хитозана с учетом исходного содержания фенольных и белковых веществ, а также с учетом требований, предъявляемых к физико-химическим и органолептическим показателям определенного сорта пива.

Установлено, что обработка пива хитозаном приводит к более эффективной сорбции полифенолов, общего и коагулируемого азота, чем обработка традиционными стабилизаторами (силикагелями Stabiquick sedi, Stabiquick 83 и нерегенерируемым ПВПП). При этом физико-химические показатели пива остаются в пределах спецификации на данный сорт, а показатели качества пенообразования даже превышают аналогичные показатели, полученные после обработки пива традиционными стабилизаторами.

Наряду с высокой эффективностью, хитозан безвреден, что делает его особенно привлекательным. Несомненно, что хитозан достоин называться биополимером XXI века.

Г.Г. Няникова, Т.Э. Маметнабиев, И.П. Калинкин, М.В. Гепецкая, С.М. Комиссарчик, Е.Ю. Елдинова

 

©2007-2017 Бюро инновационных технологийcms4site™