Хитин и хитозан

В мире все большее внимание уделяется биотехнологии морских продуктов, в частности хитину и его производным, среди которых основное место занимает хитозан. Около двух миллионов тонн – такое количество сырья ежегодно получают из морепродуктов. Возрастающий интерес к ним связан с успехами в области изучения  физико-химии хитина, технологий получения хитозана и расширения  возможностей применения.

Общие сведения

Термин «хитин»  был предложен в 1823 году для вещества, выделенного из крыльев майских жуков. Но сама молекула этого вещества была открыта еще в 1811 году в щелочно-устойчивой фракции высших грибов.

Хитин имеет линейную структуру, состоящую из N-ацетил-глюкозаминовых блоков, соединенных между собой  1,4-глюкозидиновыми связями. По химическому строению он родственен целлюлозе.

Продуктом деацетилирования хитина является хитозан. «Хитин» и «хитозан» - понятия однородовые. В зависимости от деацетилирования молекулу можно обозначить как хитин или хитозан. В естественном состоянии хитин сам деацетилирован обычно на 5%. Вообще принято считать,  что содержание азота выше 7% позволяет отличать хитозан от хитина. Функциональная группа  амина придает хитозану иные свойства, чем у хитина. Речь идет о растворимости, о его хелатных, диспергирующих, коагулирующих свойствах.

Источники хитозана

В природе собственно хитозан встречается очень редко, например, в клеточных перегородках одного из классов грибов – зигомицетов, а также у некоторых насекомых – в брюшной стенке маток термитов. Хитин, напротив, распространен как в животном, так и в растительном мире.

В растительном  мире он  встречается  в клеточных  стенках большинства грибов и некоторых водорослей.

В животном мире хитин является важным структурным элементом оболочек беспозвоночных, паукообразных, насекомых, ракообразных. Среди ракообразных десятиногие разновидности имеют панцирь, в котором хитин составляет 65-85% сухого веса. Поэтому  химики-производственники проявляют интерес к отходам  пищевых производств, в частности  в отраслях, перерабатывающих креветок, крабов и т.д.

Важным источником хитина служит зоопланктон. Так, количество  хитина, вырабатываемого в год  различными видами зоопланктона, только в одном  заливе Кальви на Корсике, составляет примерно 25 тонн в год. Но хитин можно обнаружить не только у беспозвоночных. У животных он присутствует в стенках кишечника, трахее. мышечных сухожилиях, внутреннем скелете. У членистоногих хитин составляет до 25-50% сухого веса панцирей.

Биосинтез  хитина является одним из древнейших свойств живой клетки. Для большинства беспозвоночных, а особенно членистоногих – это  важный структурный полисахарид.

Получение хитозана

Хитозан чаще всего получают переработкой панциря креветок и крабов, но могут быть использованы и панцири лангуст.  Отходы переработки ракообразных вообще являются богатейшим источником хитина и хитозана.

Протеины, часто связанные с хитином, экстрагируются  путем обработки слабым щелочным раствором и нагреванием. Слабым раствором соляной кислоты удаляют  минеральные вещества. Дальнейшая обработка хитина в щелочной среде при кипении способствует частичному или полному удалению ацетильных групп. Полученный в результате продукт, называемый хитозаном, представляет собой смесь полимеров в ацетилированном состоянии и с различным уровнем полимеризации.

Различия  в технологических параметрах, например в типе используемых реактивов, их концентрации, продолжительности реакции, температуре, газовом составе окружающего воздуха – все может оказывать воздействие на качество и свойства хитозана.

Хитозан – это смесь полимеров различных параметров с обязательным  показателем – средней молекулярной массой, он  нерастворим  в воде и щелочных растворах, но зато растворим в слабокислых растворах. Сохранять хитозан в растворе  достаточно проблематично, его вязкость ощутимо падает в процессе хранения.

Применение

Успехи в химии полимеров и изучении их свойств привели к новым подходам в использовании хитина и хитозана. Большие усилия были  предприняты в США и Японии при финансовой  поддержке государства в поиске возможностей использования этих продуктов. В итоге, в наши дни этот природный  полимер применяется  в самых разных областях:  медицинской, косметической пищевой, химической, сельскохозяйственной.

Применение в медицине

В области здравоохранения хитозан используется в создании искусственной кожи, пластырей и мазей для заживления ран, в производстве контактных линз и хирургических нитей.

Заживляющие свойства хитозана явились предметом патентования специальных глазных повязок при ранениях глаз. На основе хитозана выпущены  контактные линзы без диоптрий, используемые как лечебное  средство для заживления поврежденной роговой оболочки.

В хирургии используются  операционные нити, полученные на основе хитина. Они обладают  великолепными механическими свойствами, могут хорошо сохраняться и стерилизоваться. К концу довольно продолжительного  периода заживления они распадаются.

Доказано, что хитозан обладает иммунологическими и противоопухолевыми свойствами.  

Хитозан также обладает антибактериальной, противовирусной и антифунгицидной активностью. Активно исследуются возможности использования хитозана для лечения раковых заболеваний. Помимо собственно противоопухолевых свойств, Хитозан используется в виде пористых гранул как основа и носитель для противораковых препаратов. Существуют  препараты на основе хитозана, которые способны снижать содержание холестерина в крови.

Использование в косметических средствах

Хитозан и его производные в косметике применяются как естественные гелеобразователи в средствах ухода за кожей и волосами, препаратах ухода за полостью рта и против кариеса.

Этот полимер, характеризующийся отсутствием токсичности, может быть использован как эмульгатор, эмолент, антистатический, пленкообразующий, увлажняющий компонент.

Его используют как заменитель гиалуроновой кислоты, достаточно дорогой в производстве. Установлено, что влагоудерживающая способность хитозана близка аналогичному свойству гиалуроновой кислоты. Кроме того, эффективность его взаимодействия с кожным покровом превосходит гиалуроновую кислоту.

Катионный характер хитозана и его способность образовывать тонкую пленку на волосах обусловили его использование в многочисленных препаратах для ухода за волосами – в лаках, шампунях, гелях для фиксации.

Косметические компании всего мира, в том числе российские, уже достаточно активно используют хитозан и его производные.

Литература.

«Хитозан», С.Коральник, Т.Пучкова,  журнал «Les Nouvelles Esthetiques», №3, 2001г., стр.36-38.