Хитин является главным компонентом панцирей ракообразных и насекомых. По химической структуре он относится к полисахаридам, мономером хитина является N-ацетил-1,4-b-D-глюкопиранозамин. При деацетилировании хитина получается хитозан (рис. 13). По химической структуре хитозан является сополимером D-глюкозамина и N-ацетил-Dглюкозамина.
В зависимости от эффективности реакции деацетилирования получаются хитозаны с различным числом деацетилирования – от 80 до 90%. Число деацетилирования показывает процентное содержание D-глюкозамина в молекуле хитозана, т.е. если речь идет о хитозане с числом деацетилирования 85%, то это означает, что в молекуле хитозана в среднем содержится 85% D-глюкозаминовых остатков и 15% N-ацетил-D-глюкозаминовых остатков.
Химические свойства хитозана зависят от его химической структуры. Большое количество свободных аминогрупп в молекуле хитозана определяет его свойство связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд, поэтому хитозан является прекрасным катионитом. Кроме того, свободные аминогруппы и координационно связанные металлы определяют хелатообразующие и комплексо-образующие свойства хитозана. Это объясняет способность хитозана связывать и прочно удерживать ионы металлов (в частности радиоактивных изотопов и токсичных элементов) за счет разнообразных химических и электростатических взаимодействий.
Большое количество водородных связей, которые способен образовать хитозан, определяют его способность связывать большое количество органических водорастворимых вешеств, в том числе бактериальные токсины и токсины, образующиеся в толстом кишечнике в процессе пищеварения.
С другой стороны, обилие 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, причем он способен прочно удерживать в своей структуре растворитель, а также растворенные и взвешенные в нем вещества. Поэтому в растворенном виде хитозан обладает намного большими сорбционными свойствами, чем в нерастворенном.
Хитозан также способен связывать предельные углеводороды, жиры и жирорастворимые соединения за счет гидрофобных взаимодействий и эффекта молекулярного сита, что сближает его по сорбционным механизмам с циклодекстринами.
Расщепление хитина и хитозана до N-ацетил-D-глюкозамина и Dглюкозамина происходит под действием микробных ферментов – хитиназ и хитобиаз, поэтому они полностью биологически разрушаемы и не загрязняют окружающую среду.
Таким образом, хитозан является универсальным сорбентом, способным связывать огромный спектр веществ органической и неорганической природы, что определяет широчайшие возможности его применения в жизни человека.
Уникальные результаты показывает хитозан как энтеросорбент. Хитозан поглощает жир и холестерин в пищеварительном тракте. Положительно заряженный хитозан притягивается к отрицательно заряженному жиру, выводя из организма жира в 10-12 раз больше своего молекулярного веса. Кроме того, хитозан оказывает общее очищающее действие на организм: адсорбирует из содержимого кишечника и крови токсические вещества, продукты незавершённого пищеварения, прекращает проявление аллергических реакций, улучшает функцию кишечника, печени и почек. Таким образом,пища, обогащенная хитозаном, может использоваться в диетическом питании.
Хитозан является В-(1-4)-2-амино-2дезокси-Д-гликополисахаридом,т.е. аминополисахаридом, полученным при удалении ацетильной группы из положения С2 в хитине. Скорость растворения хитозана невысокая. Так, продолжительность растворения порошкообразного хитозана составляет 35- 40 мин, но со можно сократить до 15 мин, применяя перемешивание и нагревание. При температуре 80°С хитозан растворяется в три раза быстрее, чем при 20°С, что объясняется увеличением скорости диффузионных процессов.
Предварительное набухание хитозана в воде позволяет в еще большей степени сократить продолжительность его растворения, водопоглощение хитина, микрокристаллического хитина и хитозана значительно выше, чем микрокристаллической целлюлозы. Внесение хитозана в воду, которая химически не взаимодействует с ним, обеспечивает быстрое набухание полимера, причем каждая частичка хитозана набухает отдельно от других и полученная масса (золь) является однородной (не содержит комочков). При добавлении в эту массу концентрированной кислоты и последующем перемешивании она, прежде всего, растворяется в воде, а получившийся раствор кислоты взаимодействует с хитозаном, переводя его в солевую форму.
Длительность, температура, кратность и порядок кислотной и щелочной обработки хитина зависят от вида сырья, степени его минерализации и протеинизации, требуемого качества хитина и хитозана и устанавливаются конкретно для каждого случая.
Например, в Японии панцири краба промывают в воде, обрабатывают 5-10%-ной соляной кислотой при комнатной температуре и перемешивании в течение нескольких часов. Деминерализованную массу промывают в воде, обрабатывают 5-8%-ным раствором натриевой щелочи при нагревании. Полученный хитин промывают в воде, высушивают и измельчают. В высушенном виде он представляет собой сухие чешуйки, волокна, хлопья или порошок от белого или светло-розового до кремового цвета, содержание влаги и золы в нем не более 10 и 2% соответственно, pH 6,5-7,8.
Хитозан как щелочной полисахарид обладает возможностью угнетать желудочную кислоту и оказывать антиязвенное действие. Он также влияет на содержание жира и холестерина в крови, обладает способностью агглютинировать клетки, вызывающие лейкемию-a и раковый асцит Эрлиха.
