Хитозан что это значит

Хитозан – природный полимер XXI века. Уникальные свойства хитина и хитозана привлекают внимание большого числа специалистов самых разных специальностей. Роль полимеров в нашей жизни является общепризнанной, и все области их применения в быту, промышленном производстве, науке, медицине, культуре трудно даже просто перечислить. Если до XX века человеком использовались полимеры природного происхождения – крахмал, целлюлоза (дерево, хлопок, лен), природные полиамиды (шелк), природные полимерные смолы на основе изопрена – каучук, гуттаперча, то развитие химии органического синтеза в XX веке привело к появлению в различных областях деятельности человека огромного разнообразия полимеров синтетического происхождения – пластмасс, синтетических волокон и т.п. Происшедший технологический прорыв не только кардинально изменил нашу жизнь, но и породил массу проблем, связанных с охраной здоровья человека и защитой окружающей среды.

Поэтому закономерным является большой интерес науки и промышленности к поиску и использованию полимеров природного происхождения, таких как хитин и хитозан. Эти полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами микроорганизмов, могут широко применяться в проведении природоохранных мероприятий.

В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина-N-ацетил-D-глюкозамина ацетильной группировки или реакция деацетилирования. Транс-расположение в элементарном звене макромолекулы хитина заместителей (ацетамидной и гидроксильной групп) у С2 и С3 обусловливает значительную гидролитическую устойчивость ацетамидных групп в том числе и в условиях щелочного гидролиза [18]. Поэтому отщепление ацетамидных групп удается осуществить лишь в сравнительно жестких условиях — при обработке 40-49% -ным водным раствором NaOH при температуре 110-1400С в течение 4-6 часов. Однако и в этих условиях степень деацетилирования (доля отщепившихся ацетамидных групп в расчете на одно элементарное звено) не достигает единицы, то есть не обеспечивается количественное удаление этих групп составляя обычно 0 8-0 9.

Реакция сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера т.е. уменьшением молекулярной массы изменением надмолекулярной структуры степени кристалличности и т.д. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе полимер D-глюкозамина содержащий 5-15% ацетамидных групп а также до 1% групп соединенных с аминокислотами и пептидами. Процесс проводят обычно с помощью концентрированных щелочей при повышенных температурах. Первым опытом получения хитозана было сплавление хитина с твердой щелочью при 1800С. Этим способом получали продукт со степенью деацетилирования (СД) 95% но значительно деструктированный (до 20 единиц).

Хитин и хитозан по своему строению близки к целлюлозе — одному из основных волокнообразующих природных полимеров. Естественно поэтому что как и целлюлоза эти полимеры и их производные обладают волокно — и пленкообразующими свойствами [9]. Благодаря биосовместимости с тканями человека низкой токсичности способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран биодеградируемости такие материалы представляют особый интерес для медицины. При лечении гнойных и ожоговых ран широкое применение приобрели ферменты эффективность использования которых может быть повышена за счет их включения в структуру волокон и губок. Такие полимеры как хитин хитозан карбоксиметилхитин благодаря широкому набору функциональных групп обеспечивают возможность образования между полимером-носителем и ферментом связей различной прочности что создает предпосылки для регулирования активности и стабильности фермента скорости его диффузии в рану. В медицине для лечения и профилактики тромбозов используется природный антикоагулянт крови — гепарин по химическому строению являющийся смешанным полисахаридом. Наиболее близкий его структурный аналог — сульфат хитозана также обладает антикоагулянтной активностью возрастающей при увеличении степени сульфатирования. Возможность реализации синергического эффекта (усиления активности гепарина при введении добавок сульфата хитозана) делает это соединение перспективным для создания лекарственных препаратов антикоагулянтного и антисклеротического действия [4,8,13,23].

N- и О-сульфатированные производные частично деацетилированного карбоксиметилхитина не только препятствуют свертыванию крови благодаря селективной адсорбции антитромбина но и резко уменьшают интенсивность деления раковых клеток.

Одной из уникальных биологических активностей хитозана является его способность индуцировать устойчивость к вирусным заболеваниям у растений ингибировать вирусные инфекции у животных и предотвращать развитие фаговых инфекций в зараженной культуре микроорганизмов. Образование комплексов полимерными лигандами с различными металлами находит все более широкое применение в аналитической химии хроматографии биотехнологических процессах. Полимерные комплексообразователи в том числе хитин хитозан и их производные например карбоксиметиловые эфиры могут рассматриваться как реальная альтернатива традиционным методам очистки сточных вод промышленных предприятий от соединений металлов используемых для нанесения защитных покрытий (никель хром цинк) а также от таких металлов как ртуть и кадмий способных аккумулироваться живыми организмами [25]. Наличие электронодонорных амино — и гидроксильных групп широкие возможности введения различных ионогенных групп кислотного и основного характера делают производные хитина и хитозана весьма перспективными для использования в хроматографии при разделении и очистке биологически активных соединений (нуклеиновых кислот и продуктов их гидролиза стероидов аминокислот).

Весьма перспективно использование хитозана в бумажной промышленности: благодаря большей прочности при водных обработках ионных связей образующихся при нанесении хитозана на целлюлозное волокно при формировании бумаги по сравнению с существующими в обычной бумаге водородными связями заметно возрастает прочность бумажного листа особенно в мокром состоянии. При этом одновременно улучшаются и другие важные свойства (сопротивление продавливанию излому стабильность изображения). В последнее время все большее внимание уделяется исследованиям процессов образования изучению свойств и возможностей практического применения особого класса продуктов химических превращений полимеров — интерполимерных комплексов. Эти соединения образующиеся при взаимодействии макромолекул противоположно заряженных полиэлектролитов характеризуются высокой гидрофильностью что позволяет использовать их в качестве эффективных флокулянтов структурообразователей а в виде пленок в качестве полупроницаемых мембран и покрытий в том числе в медицине. Использование в качестве компонента интерполимерного комплекса сравнительно жесткоцепного хитозана способного благодаря наличию ионогенных групп к образованию межмолекулярных ион — ионных и ион — дипольных связей обеспечивает возможность улучшения физико-механических свойств получаемых пленок. Одним из направлений успешного использования таких пленок могут быть первапорационные процессы разделения водно-органических смесей. Так пленка на основе интерполимерного комплекса хитозан — полиакриловая кислота в процессе разделения методом первапорации водно — изопропанольной смеси не уступает по транспортным характеристикам пленкам из традиционных материалов (ацетат целлюлозы поливиниловый спирт) заметно превосходя их по селективности. Благодаря своим уникальным свойствам хитозан нашел применение в пищевой промышленности. Способность хитозана осветлять технологические жидкости используется в производстве соков пива вин молочной сыворотке промывных вод фаршевого производства подпрессовых бульонов и других низкоконцентрированных жидкостей содержащих мелкодисперсные частицы органических соединений различной природы. Проявление свойств сорбента и частично эмульгатора обусловливает липофильный эффект хитозана.

В технологии формованных изделий хитозан используется как структурообразующий агент повышающий значения реологических характеристик пищевых масс. Хитозан обладает редким свойством соединять в упорядоченную структуру фрагменты материалов различного влагосодержания: сухих с промежуточной влажностью и высоковлажных. Бактерицидное действие хитозана позволяет использовать его при хранении различных видов пищевой продукции. Наиболее широко показано защитное действие пленок из хитозана нанесенных на поверхность плодов и овощей — яблок апельсинов земляники томатов перца. Поскольку плоды и овощи остаются живым организмом будучи отделенными от материнского растения они обладают определенным иммунитетом и в них проходят обменные процессы [5,8,12].

Однородные гибкие не дающие трещин хитозановые пленки обладают избирательной проницаемостью подобно другим полимерным покрытиям на поверхности плодов и овощей играют роль микробного фильтра и/или регулируют состав газов у поверхности и в толще тканей влияя тем самым на активность и тип дыхания что в целом способствует продлению сроков хранения растительного сырья. Помимо этого покрытие из хитозана вызывает некоторые морфологические изменения в возбудителях порчи томатов и перца. Пленка хитозана способствующая продлению срока хранения мороженого тунца вероятнее всего играет роль барьера регулирующего проникновение кислорода воздуха и испарение воды. Хитозан присутствуя в составе пищевых продуктов положительно влияет на их биологическую ценность. Кроме того хитозан относится к диетическим волокнам которые не усваиваются организмом человека а в кислой среде желудка образует раствор высокой вязкости. Как компонент пищи или как лечебно профилактический препарат хитозан проявляет свойства энтеросорбента иммуномодулятора антисклеротического и антиартрозного фактора регулятора кислотности желудочного сока ингибитора пепсина и др. [11].

Хитозан отличается от большинства природных и химически синтезированных гелеобразователей применяемых в косметике тем что при биологических значениях рН они имеют положительный заряд т.е. является поликатионом (если рН

Источник

Хитозан: свойства, польза и особенности использования

Хитозан – полисахарид, является компонентом хитина. Производят из панцирей ракообразных, верхнего покрова насекомых и крыльев бабочек. В большом количестве содержится в панцире красного краба. Входит в состав морских водорослей и грибов.

Вещество химически связано с целлюлозой являющейся опорным материалом клеточной стенки растений. Хитозан относится к классу пищевых волокон. В желудочно-кишечном тракте преобразуется в гель. Способен соединятся с жирами, токсинами, холестерином. Оказывает на них разрушающее действие. Выводится из организма в неизменном виде, естественным путем.

Натуральное биологическое вещество регулирует множество физиологических процессов в организме. Широко используется в медицине. Входит в состав средств для борьбы с дисбактериозом кишечника и нарушениями работы ЖКТ. Диетологи назначают хитозан в виде пищевой добавки для профилактики и очищения организма от шлаков. При попадании в желудок хорошо усваивается. Распадается на простые составляющие, всасывается в кровь. Препарат применяют для лечения травм, порезов, ожогов. Ускоряет регенерацию кожных покровов. Стимулирует заживление без образования рубцов.

История открытия

В 1821 году хитин обнаружен в стенках грибов. Вещество нерастворимое в серной кислоте названо фунгином. В 1822 году французский химик выделил из тканей насекомых нерастворимую в щелочной среде фракцию и назвал хитином. В 1829 году описана структура вещества. В 1859 году профессор С. Роже получил хитозан путем извлечения из хитина карбоновых соединений. В 1970 году ученые начали подробно изучать полезные свойства. В 1991 году разработана технология получения хитозана из панциря крабов. В 1997 году вещество начали применять при производстве лекарственных средств и пищевых добавок. Природный полимер включили в состав косметических средств по уходу за волосами, кожей лица и телом. Хитозан активно используют в биомедицине. Благодаря способности быстро соединяться со слизистыми оболочками и впитывать влагу. На его основе изготавливают препараты для остановки крови.

Морфология хитина

В зависимости от источника хитин встречается в виде двух алломорфов, а именно α и β форм, которые можно различить с помощью инфракрасной и твердотельной NMR спектроскопии, а также рентгеновской X-ray дифракции. В твердом состоянии хитиновые цепи собраны сетью, которая контролирует растворимость, набухание и реакционную способность.

Изоморф α-хитина является наиболее распространенным; он встречается в клеточных стенках грибов и дрожжей, в сухожилиях криля, омаров и крабов, в панцирях креветок, а также в кутикуле насекомых. Помимо нативного хитина, α-хитин систематически образуется путем: перекристаллизации из раствора хитина, биосинтеза invitro или ферментативной полимеризации из-за высокой термодинамической стабильности этого изоморфа.

Более редкий β-хитин встречается в ассоциации с белками в перьях кальмара и в трубках, синтезируемых червями погонофорами и вестиментиферанами . Кристаллографические параметры двух изоморфов позволяют заключить, что в α-хитине на одну элементарную ячейку приходится две антипараллельные молекулы, а в β-хитине только одна в параллельном расположении. В заключение следует отметить, что как α, так и β-формы нерастворимы во всех распространенных растворителях. Эта нерастворимость является серьезной проблемой с точки зрения развития переработки и применения хитина.

Фармацевтическое и биомедицинское применение хитина и хитозана

Основные свойства хитина и хитозана, применяемые для конкретных целей, уже описаны, например: биосовместимость, возобновляемое происхождение, не токсичность, не аллергенность и биоразлагаемость в организме. Кроме того, благодаря их привлекательной биологической активности (противогрибковая, антибактериальная, противоопухолевая, иммуноадъювантная, антитромбогенная, антихолестериновая) и биоадгезивности (особенно хитозана и его производных, они широко используются в качестве промоторов абсорбции и гидратирующих агентов, а также для производства пленки и заживления ран.

Хитин и более легко хитозан могут быть переработаны, в зависимости от предполагаемого применения, в различные формы, такие как волокна, порошки, пленки, губки, бусины, растворы, гели и капсулы . Следовательно, хитозан может использоваться в пероральном, назальном и глазном путях, для доставки лекарств как в имплантируемых, так и в инъекционных формах. Хитин и хитозан в виде волокон или пленок в основном применяются для тканевой инженерии и перевязки ран.

Кроме того, эффект хитозана, способствующий трансмукозальному всасыванию, особенно важен для назальной и пероральной доставки полярных лекарств, для введения пептидов и белков, а также для доставки вакцин. Катионный хитозан может влиять на транспорт ионов через взаимодействие с клеточной поверхностью (вызывая возмущение бислоев фосфолипидов мембраны).

Польза хитозана для организма

1.Снижает уровень холестерина в крови.

Олигамерыхитозана соединяются с отрицательно заряженным холестерином и выводят его из организма. Избыток приводит к развитию атеросклероза. Ежедневный прием вещества на протяжении 2 месяцев снижает уровень холестерина на 20%.

2.Уменьшает риск возникновения заболеваний сердца и сосудов.

Уменьшает артериальное давление. Укрепляет стенки сосудов и улучшает проходимость крови. Предотвращает образование бляшек. Подавляет негативное воздействие поваренной соли. Хитозан связывается с ионами хлора и выводит их из организма естественным путем. Обладает антиоксидантным действием. Подавляет негативное воздействие свободных радикалов. Поддерживает здоровье сердечно-сосудистой системы.

3.Оказывает очищающее действие.

Выводит из организма соли тяжелых металлов, шлаки, токсины, остатки лекарственных средств. Вредные соединения накапливаются и негативно влияют на здоровье человека. Хитозан очищает лимфатическую систему, в которой скапливаются токсические вещества.

4.Улучшает состояние кожи.

Стимулирует циркуляцию крови в микрососудах и капиллярах. Хитозан укрепляет стенки дермы, поддерживает водный баланс. Делает кожу упругой и эластичной. На основе вещества изготавливают маски, крема и сыворотки. Предотвращают появление пигментных пятен, шелушение, угревую сыпь, прыщи.

5.Поддерживает нормальную работу ЖКТ.

В организм попадают вредные бактерии, вирусы, аллергены. Хитозан обладает адсорбирующим действием. Подавляет развитие патогенных микроорганизмов. Поддерживает здоровую микрофлору кишечника. Предотвращает развитие дисбактериоза. Нормализует обмен веществ, улучшает перистальтику.

6.Поставляет полезные вещества в кровь.

Обладает захватывающими свойствами. На клеточном уровне поставляет в кровь аминокислоты, витамины, минералы, лекарственные средства. Улучшает усвоение полезных элементов, поступивших в желудочно-кишечный тракт с продуктами питания или пищевыми добавками.

7.Укрепляет иммунную систему.

Хитозан улучшает синтез иммуноглобулинов и интерферонов необходимых для производства лимфоцитов, нейтрофилов и макрофагов. Стимулирует защитные функции иммунной системы. Предотвращает развитие вирусов и инфекций.

8.Снижает риск возникновения сахарного диабета.

Ежедневный прием вещества снижает уровень сахара в крови. Повышает чувствительность клеток к инсулину.

9.Поддерживает здоровье суставов и хрящей.

Хитозан является источником глюкозамина необходимого для образования связок, сухожилий и суставных хрящей. При попадании в кишечник молекулы хитозана поступают в ткани и хрящи. Преобразуются в необходимые для организма соединения. Хитозан снимает болевые ощущения в ногах. Повышает подвижность и укрепляет кости. Ускоряет восстановление связок, хрящей. Предотвращает развитие артрита и артроза.

Чрезмерное употребление белков может привести нарушению пуринового обмена. Образованию большого количества мочевой кислоты. Хитозан воздействует на обмен, снижает ее уровень в организме.

Обладает противомикробными свойствами.
Оказывает противогрибковое действие.
Снижает уровень глюкозы при сахарном диабете.
Улучшает зрение.
Стимулирует мозговую активность.
Ускоряет заживление ран, порезов, ожогов.
Оказывает противоопухолевое воздействие.
Препятствует всасыванию холестерина.
Обладает противовоспалительным действием.
Нормализует работу печени.
Поддерживает здоровье микрофлоры кишечника.
Улучшает память и концентрацию внимания.

Источник

Хитозан что это значит

Медицинские интернет-конференции

Языки

Хитозан: свойства и перспективы применения