Реферати українською » Химия » Технологія отримання високоочищеного хітозану з панцирів ракоподібних


Реферат Технологія отримання високоочищеного хітозану з панцирів ракоподібних

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою

Технологічний інститут

Державного технічного університету

Кафедра хімічної технології

>Научно-практическая робота

Технологія отриманнявисокоочищенногохитозана

з панцирів ракоподібних

>Виполнил:

Перевірив:

2008 р.


Зміст

Запровадження

1. Інформаційний аналіз

1.1Хитин іхитозан. Будова й поліпшуючи властивості

1.2 Способи отриманняхитозана

2. Експериментальна частина

2.1. Об'єкти дослідження

2.2. Методи дослідження

2.3. Висновки

Список використовуваної літератури


Запровадження

Нині природний полісахаридхитозан завдяки широким спектром своїх корисних властивостей знаходить дедалі більше широке використання у найрізноманітніших галузях, як-от: текстильна промисловість – пришлихтовке іпротивоусадочной чи водовідштовхувальної обробці тканин; паперова і фотографічна промисловість – для високоякісних і спеціальних сортів папери, і навіть підвищення властивостей фотоматеріалів; атомна промисловість – для локалізації радіоактивності і концентрації радіоактивних відходів; медицина – як шовних матеріалів, рано- іожогозаживляющих пов'язок, у складі мазей і різних лікувальних препаратів, якентеросорбент; сільському господарстві – для добрив, захисту насіннєвий матеріал і сільськогосподарських культур; у харчовій промисловості виконує роль консерванту, освітлювача соків і вин, дієтичного волокна, емульгатора; як харчової добавки показує унікальні результати якентеросорбент; в парфумерії і косметиці входить до складуувлажняющих кремів, лосьйонів, гелів, лаків для волосся, шампунів; при очищенні води служить як сорбент і флокулянт.

До незаперечним гідностямхитозана належить його досконала безпеку в людини і навколишньому середовищу: екологічно чистий й цілком розпадається у природних умовах.

Проте отримуваний загальними методами полісахаридхитозан характеризується структурної та хімічної неоднорідністю, бо навіть і після обробки жорстких хімічних умовах містить небагато мінеральних і білкових домішок, і навіть характеризується широкиммолекулярно-массовим розподілом. Останнє зумовлює освіту нерозчиннихгель-частиц при розчиненніхитозана. Перелічені чинники істотно обмежують його сферу застосування. [1]

Тому вирішення проблеми створення ефективної технології отриманнявисокоочищенногохитозана є актуальним.


1. Інформаційний аналіз

>Хитин іхитозан. Будова і їхні властивості

>Биополимери хітин іхитозан звернули на себе увагу вчених майже 200 років тому я.Хитин було відкрито 1811 р. (H.Braconnot,A.Odier), ахитозан в 1859 року (>C.Rouget), хоча своє нинішнє назва одержав у 1894 р. (>F.Hoppe-Seyler). У першій половині сучасності дохитину та її похідним був виявлено заслужений інтерес, зокрема, щодо нього мали безпосередній стосунок три Нобелівських лауреата: F.Fischer (1903) синтезував глюкозамін,P.Karrer (1929) провів деградацію хітину з допомогоюхитиназ, аW.H.Haworth (1939) встановив абсолютну конфігураціюглюкозамина.

>Хитин – лінійнийаминополисахарид, що зN-ацетил-2-амино-2-дезокиси-D-гликопиранозних ланок.

 

>Хитин

>Панцирь ракоподібних побудовано з трьох основних елементів – хітину, що грає роль каркаса, мінеральної частини,придающей панциру необхідної міцності і білків, які його живої тканиною. До складу панцира входять також ліпіди,меланини та інші пігменти.Пигменти панцира ракоподібних представлені, зокрема,каротиноидами типуастаксантина,астацина ікриптоксантина. Укутикуле дорослих комах хітин такожковалентно пов'язані з білками типуартраподина ісклеротина, і навіть велику кількістьмеланинових сполук, які можуть становити до 40% маси кутікули.Кутикула комах відрізняється великий міцністю й те водночас гнучкістю завдякихитину, зміст якого від 30% до 50%. У клітинної стінці деякихфикомицетов, наприклад, уитридиевих, хітин можна знайти разом із целюлозою.Хитин у грибів, зазвичай, асоціюється коїться з іншими полісахариди, наприкладb-1-3-глюканом, у членистоногих пов'язаний із білками типусклеротина імеланинами.

>Структурний компонент хітинуN-ацетил-D-глюкозамин у бактерій, поруч ізN-ацетилмурамовой кислотою, є компонентом клітинної стінки. У тваринний світN-ацетилглюкозамин входить до складумукополисахаридов (>гликозаминогликани) сполучної тканини (>гиалуроновой кислоти,хондроитинсульфатов, гепарину), групових речовин крові й іншихгликопротеинов. ЗалишокN-ацетил-D-глюкозамина звичайно знаходиться на відновленому кінці вуглеводневих ланцюгів тварингликопротеинов, створюючи зв'язок вуглевод – білок. Цим пояснюється сумісність хітину іхитозана з живими тканинами. Найбільшраспространенним типом зв'язку в тварингликопротеинах єN-гликозидная зв'язок, утворена залишкомN-ацетилглюкозамина іb-амидной групоюаспаргина.[1,2]

>Хитозан єb-(1-4)-2-амино-2дезокси-D-гликополисахаридом, тобто.аминополисахаридом, одержаними під час видаленніацетильной групи з положенняС2 вхитине внаслідок обробки їх у жорстких умов розчином луги, що дозволяє заміститиацетильние групи хітинуаминогруппами:

Залежно джерела сировини й методу отримання молекулярна масахитозана коливається не більше 3·105-6·105.

Хоча це й хітин,хитозан єаморфно-кристаллический полімер, котрій також характерно явище поліморфізму, причому кількість структурних модифікацій під час переходу від хітину дохитозану збільшується до 6. Збереження у своїй розмірів елементарної осередкикристаллита вздовж осі макромолекули лише на рівні відповідної характеристики для хітину (103 нм) свідчить у тому, що конформація макромолекул під час переходу від хітину дохитозану істотно не змінюється. У той самий час у процесідеацетилирования хітину помітно зменшується загальна упорядкованість структури (ступінькристалличности знижується до приблизно 40-50%). Зниження ступенякристалличности може бути зумовлене якаморфизацией структури внаслідоквнутрикристаллитного набрякання придеацетилировании, і порушенням регулярності будівлі полімерної ланцюзі у разі неповного відщіпленняN-ацетильних груп.

На відміну від хітину, отримуваний за йогодеацетилированиихитозан розчиняється навіть у розбавлених органічних кислотах, наприклад, у водному розчині оцтової кислоти. У цьому для розчинівхитозана, як та інших полімерів, характерна істотна залежність в'язкості від концентрації (зі збільшенням концентрації розчинухитозана в1-2%-ном розчині оцтової кислоти з 2 до запланованих 4 % в'язкість розчину збільшується приблизно 30 раз). Поява у кожному елементарному ланці макромолекули вільноїаминогруппи надаєхитозану властивостіполиелектролита, однією із є характерний розчинівполиелектролитов ефектполиелектролитного набрякання - аномального підвищення в'язкості розбавлених розчинів (з концентрацією нижче 1 г/л) при зменшенні концентрації полімеру. Цей ефект є наслідком збільшення ефективного обсягу й асиметрії макромолекул в розчині внаслідок відштовхування однойменних зарядів, які виникають запротонированииаминогрупп [2,3].

>Хитозан єбиополимером щодо слабкоїосновности (>рКа~ 6,5). Він розчиняється в лужних середовищах, але йогокатионнаяполиелектролитная природа у кислому середовищі забезпечує взаємодію Космосу з негативно зарядженими синтетичними чи природними полімерами. Цейкатионнийполиамин має високий молекулярний вагу лінійногополиелектролита, і навіть має в'язкістю від високої до низькою. Виявляєхелатние властивості, пов'язує перехідні метали, має високої здатність до хімічної модифікації наявністю реактивнихамино- і гідроксильних груп. З іншого боку,хитозан є природнимбиополимером, який біологічно сумісний із тканинами організму,биодеградирует до звичайних компонентів організму (глюкозамін,N-ацетилглюкозамин),нетоксичен, до медицини поводиться якгемостатик,бактериостатик,фунгистатик, імуномодулятор, надаєантиопухолевий ефект знижує рівень холестерину [4].

Способи отриманняхитозана

>Хитозан єаминополисахаридом, одержаними під час видаленніацетильной групи вхитине внаслідок обробки їх у жорстких умов розчином луги, що дозволяє заміститиацетильние групи хітинуаминогруппами. Отже, стадіїдеацетилирования хітину завжди передує процес його виділення зхитинсодержащего сировини.Хитин як нерозчинний полімер не піддається виділенню з панцира безпосередньо. На його отримання необхідно послідовно відокремити білкову і мінеральну складові панцира, тобто. перевести в розчинне стан усунути. Для отримання хітину та її модифікацій звоспроизводимими характеристиками необхідно вичерпне видалення білкової і мінеральної складових панцира. [4,5]


>Деацетилирование хітину. Одержанняхитозана

У основі отриманняхитозана лежить реакція відщіплення від структурної одиниціхитина-N-ацетил-D-глюкозаминаацетильной угруповання чи реакціядеацетилирования.

>Транс-расположение в елементарному ланці макромолекули хітину заступників (>ацетамидной ігидроксильной груп) у З2 і З3 обумовлює значнугидролитическую стійкістьацетамидних груп, зокрема й за умов лужного гідролізу. Тому відщепленняацетамидних груп доводиться робити лише порівняно жорстких умов - при обробці40-49%-ним водним розчиномNaOH за нормальної температури 110-1400З протягом 4-6 годин. Проте й умовах ступіньдеацетилирования (часткаотщепившихсяацетамидних груп у розрахунку одне елементарне ланка) не сягає одиниці, тобто не забезпечується кількісне видалення цих груп, становлячи зазвичай 0,8-0,9 [3,4,6].

Реакція ТАК супроводжується одночасним розривомгликозидних зв'язків полімеру, тобто. зменшенням молекулярної маси, зміноюнадмолекулярной структури, ступенякристалличности тощо. Отже,хитозан єполидисперсний з молекулярної масі полімерD-глюкозамина, у якому 5-15%ацетамидних груп, і навіть до 1% груп, поєднаних з амінокислотами іпептидами.

Процес ТАК проводять звичайно з допомогою концентрованих лугів при підвищених температурах. Першим досвідом отриманняхитозана, було сплавлення хітину з твердої лугом при 1800З. В такий спосіб отримували продукт зі ступенемдеацетилирования (СД) 95%, але значнодеструктированний (до 20 одиниць).

Найбільш поширене ТАК розчинами лугів30-50%-ной концентрацій, оскільки він є м'яким. ТАК у водних розчинах лугів може забезпечити 100-відсоткову ступіньдеацетилирования під час використанняступенчатого процесу значно меншдеструктурируетхитозан. З отриманнямхитозана у умовах разом з реакцією ТАК йде деструкція хітину, тобто. розрив його ланцюгів погликозидним зв'язкам, що зумовлює зменшенню молекулярної масихитозана та зниження його в'язкості [1,3,7]. Висока стійкість хітину до ТАК пояснюється наявністю водневої зв'язок міжкарбонильной групою - і азотомамидной групи суміжних ланцюжків хітину вмицелярной структурі. Для руйнації цієї, дуже міцної зв'язку, процес ведуть за високої температури (100-1600З). Зі збільшенням температури навіть за невисокою концентрації луги (30%) ступінь ТАК становить майже граничного значення (98%), але знижується молекулярна маса, отже, і в'язкість розчинів отриманогохитозана. Задля збереження молекулярної маси полімеру переважно знижувати температуру обробки хітину [6].

Як зазначалося, структура хітину є кристалічну грати, у зв'язку з, із чим ступеня розчинності і набрякання хітину у різних середовищах досить низькі. Ступінь подрібнення хітину перед ТАК важлива отримання однорідної продукту.Измельчение хітину полегшує доступдеацетилирующего агента всередину структури, завдяки чому досягається рівномірний перебіг процесу ТАК і супроводить його деструкції. З використанням надто великих частинок хітину процес ТАК проходить над повною мірою, поверхневі шари таких частинокдеацетилировани більшою мірою, ніж внутрішні. При розчиненні в оцтової кислоті ці поверхневі шари утворюють розчин, а внутрішні верстви частинок в повному обсязідеацетилированние, лише набухають. Такий неоднорідний по СДхитозан може мати обмежений застосування. Що стосується досить тонкого подрібнення хітину всі прошарки частинокдеацетилируются однаковою мірою, що зумовлює отриманню одноріднішого продукту.

Важливу роль зниженні ступеня деструкції хітину відіграють середовища, у якій проводять реакцію ТАК, тобто. наявність у ній кисню. Розроблено ряд способів видалення кисню зі сфери реакції. Найпростіший їх - щільна укладка іподпрессовка змоченого лугом хітину з наступним витісненням з тари залишків повітря азотом і йогогерметизацией. Застосовується такожбарботирование реакційної суміші азотом, пропускання азоту від поверхні суспензії та інших. В усіх випадках при ТАК хітину в інертної середовищі відзначається підвищення молекулярної є і в'язкостіхитозана без зниження СД на противагу даним, одержаними під часдеацетилировании хітину надворі.

Сушінняхитозана.Измельчение і збереження

Після ТАК і відмивання до нейтрального значення рНхитозан є сильно гідратований, набряклий продукт із вмістом води понад 70 відсотків%. Щоб запобігти зроговінняхитозан сушать при 50-550З. При сушінню за умов вищих температурхитозан ущільнюється, темніє і втрачає розчинність, що знижує можливість її використання. Найкраще показує себе сушінняхитозана впсевдокипящем шарі при 500З.Низкомолекулярний водорозчиннийхитозан і олігосахариди сушать нараспилительних ілиофильних сушарках.Воздушно-сухойхитозан містить 8-10% води.

Для використанняхитозана, наприклад, в фармації іпарафармации як субстрату длятаблетирования і капсулювання необхідно подрібнити його розміру частинок 100 - 200мкм.Хитозан, зберігаючи кристалічну структуру хітину, погано піддається подрібнюванню, і для отримання порошкоподібного продукту його подрібнюють послідовно різанням,истиранием іударно-сдвиговой деформацією, застосовуючи при цьому відповідно дезінтегратори, млини і кульові млини. Найбільшу труднощі при подрібнюванні представляє погано висушений чиороговевшийхитозан, позаяк у цьому випадку має пластичністю й погано піддається подрібнюванню [5].

Нерідко переваги перед порошкоподібної формою має гранульована форма полімеру. Переробкахитозана в гранули можна здійснити різним способами:распилительнимвисушиваниемнизковязких розчинів полімеру;гранулированием під тиском порошкоподібного полімеру, що містить пластифікатор; осадженням полімеру як крапель з високов'язкого розчину; формуванням сферичнихмикрокапель з розчину полімеру шляхом його емульгування в підходящоїдисперсионной середовищі [30]. Два останніх способу найактуальніші, оскільки вони забезпечують найбільшуаморфизацию полімеру й одержання композитних гранул за умови запровадження формувальний розчинмодифицирующих добавок.

У процесі зберіганняхитозана на світу спостерігається його потемніння до коричневого кольору, зниження розчинності. Особливо це стосується тонкоизмельченному, і навітьраспилительновисушенномухитозану.Хитозан єгигроскопичний матеріал, порошковийхитозан можеслеживаться при зберіганні у помешканнях із підвищеної вологістю або за перепадах температур. Томухитозан зберігають герметичноукупоренним всветонепроницаемой упаковці (банки, пакети, мішки) в сухих закритих приміщеннях при кімнатної температурі [5,6].

Застосування хітину іхитозана

Як вказувалося, хітин іхитозан за своєю будовою близькі до целюлозі - одного з основнихволокнообразующих природних полімерів. Природно тому, що, як і целюлоза, ці полімери та його похідні мають волокно- іпленкообразующими властивостями. [6] Завдяки біосумісності з тканинами людини, низькою токсичності, здібності посилюватирегенеративние процеси при загоєнні ран,биодеградируемости такі матеріали представляють особливий інтерес для медицини.

При лікуванні гнійних і опікових ран широке застосування придбали ферменти, ефективність використання яких може бути підвищено у цих колегіях включення до структуру волокон і губок. Такі полімери, як хітин,хитозан,карбоксиметилхитин, завдяки широкому набору функціональних груп забезпечують можливість освіти міжполимером-носителем і ферментом зв'язків різної міцності, що створює передумови для регулювання активності і загальну стабільність ферменту, швидкості його дифузії в рану [7,8].

У медицині на лікування і профілактики тромбозів використовується природнийантикоагулянт крові - гепарин, з хімічної будовою є змішанимполисахаридом. Найближчий його структурний аналог - сульфатхитозана також маєантикоагулянтной активністю, зростаючій зі збільшенням ступенясульфатирования . Можливість реалізаціїсинергического ефекту (посилення активності гепарину під час введення добавок сульфатухитозана) робить ця сполука перспективним до створення лікарських засобівантикоагулянтного іантисклеротического дії.

N- іО-сульфатированние похідні частководеацетилированногокарбоксиметилхитина як перешкоджають згортання крові завдяки селективною адсорбції антитромбіну, а й різко зменшують інтенсивність розподілу ракових клітин.

Ще одна використання хітину,хитозана та його похідних (>карбоксиметилхитина,карбоксиметилхитозана,сукцинилхитозана) - створеннябиодеградируемих носіїв фармацевтичних препаратів (антибіотиків, антивірусних, протипухлинних іантиаллергенних препаратів) як плівок (мембран). Застосування таких плівок створює умови виділення лікарських засобів, забезпечуючи ефектпролонгирования їхні діяння.

Однією з унікальних біологічнихактивностейхитозана є його спроможність індукувати опірність вірусних захворювань рослин,ингибировать вірусні інфекції у тварин і звинувачують запобігати розвитокфагових інфекцій в зараженої культурі мікроорганізмів [8,9].

Освіта комплексів полімернимилигандами з різними металами знаходить усе ширше застосовуються в аналітичної хімії, хроматографії, біотехнологічних процесах.Полимерниекомплексообразователи, зокрема хітин,хитозан та його похідні, наприкладкарбоксиметиловие ефіри, можна розглядати як реальну альтернативу традиційних методів очищення стічних вод мовби промислових підприємств від сполук металів, що використовуються нанесення захисних покриттів (нікель, хром, цинк), і навіть від такого типу металів, як ртуть і кадмій, здатних акумулюватися живими організмами. Наявністьелектронодонорнихамино- і гідроксильних груп, широкі можливість запровадження різнихионогенних груп кислотного і основного характеру роблять похідні хітину іхитозана дуже перспективними від використання в хроматографії при поділі і очищенні біологічно активних сполук (нуклеїнових кислот і продуктів їх гідролізу, стероїдів, амінокислот).

У фотографічних процесах, що з швидким проявом зображення, використовують такі важливі характеристикихитозана, як вінпленкообразующие

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація