Chitina și chitosanul, polizaharide animale importante (pagina 2)

1.1.3. Procesul de obținere.

Deșeurile de coajă de crustacee sunt compuse din proteine (20-40%), săruri de calciu și magneziu, în principal carbonat și fosfat (30-60%), chitină (20-30%) și lipide (0-14%), variind aceste proporții cu specia și anotimpul.

Prin urmare, izolarea chitinei din deșeurile biologice de crustacee implică 3 operațiuni de bază:

1) Eliminarea proteinei reziduale.

2) Eliminarea materiei anorganice.

3) Eliminarea pigmenților lipidici (carotenoizi).

Obținerea chitosanului. Tratamentele termice ale chitinei sub alcaline apoase puternice sunt utilizate în mod obișnuit pentru a obține chitină parțial deacetilată (GA mai mică de '= 30%) asociată cu chitosan. Principalul criteriu pentru a distinge chitosanul de chitină este solubilitatea în soluții de acid diluat obținute atunci când fracția reziduală de acetil este scăzută.

Chitosanul poate fi obținut în 2 moduri:

- chimice (deacetilare eterogenă sau omogenă)

Pentru a obține un produs solubil, acesta trebuie să aibă un grad de deacetilare între 80 și 85% sau mai mare, iar chitosanul este cunoscut ca un produs care are în general între 70 și 85% deacetilare.

1.4. Proprietăți.

Proprietățile chitinei și chitosanului depind în principal de sursa de producție și de metoda de preparare, iar acești polimeri diferă între ei prin distribuția, masa moleculară și gradul de acetilare.

1.1.4.1 Gradul de acetilare.

Din punct de vedere chimic, chitina și chitosanul sunt poliglucozamine care se disting numai prin gradul de acetilare a grupelor amino. Chitinele tipice au, în general, un grad de acetilare între 70-95%, care corespunde unui conținut de acetil de 15-20,7%, în timp ce chitosanii au în mod obișnuit un grad de acetilare între 15-25%, care corespunde la 3,2 - 5,3% din conținutul de acetil. Gradul de acetilare este probabil cel mai important parametru al acestor polizaharide și determină în mare măsură caracteristicile funcționale și fiziologice ale acestora.

Factorii care afectează gradul de deacetilare includ: concentrația de alcali, pretratarea, dimensiunea particulelor și densitatea chitinei. Ultimii doi factori afectează rata de penetrare a alcalinilor în regiunea amorfă și într-o oarecare măsură și în regiunile cristaline ale polimerului, necesare pentru a avea loc hidroliza. În practică, nivelul maxim de deacetilare care poate fi atins într-un singur tratament alcalin este de aproximativ 75-85%.

Gradul de acetilare este foarte important pentru a obține un produs solubil, deși influențează și distribuția grupărilor acetil.

1.1.4.2 Greutate moleculară și vâscozitate.

Alți parametri importanți sunt greutatea moleculară și vâscozitatea asociată. Deoarece chitosanul este obținut din chitină prin deacetilare alcalină, greutatea moleculară are o greutate moleculară medie mai mică, în general cuprinsă între 1x105-3x105 Da. Chitosanul prezintă o gamă largă de vâscozități în medii acide diluate care depind în primul rând de greutatea sa moleculară. Vâscozitatea relativă a chitosanului cu vâscozitate ridicată este comparabilă cu vâscozitatea gumelor de guar sau a tragacantului.

Chitosanul este un produs foarte vâscos similar cu gingiile naturale. Viscozitatea poate varia de la 10 la 5000cp. În soluție, datorită comportamentului său polielectrolitic, în funcție de puterea ionică a mediului, acesta se comportă diferit, ceea ce influențează semnificativ vâscozitatea soluției.

Datorită vâscozității mari a chitosanului în sistemele cu pH 6,0 și funcționează numai în sistemele acide, este o proprietate relevantă pentru aplicarea sa în alimente. Datorită densității mari a sarcinilor pozitive, chitosanul se comportă în soluții apoase de acid ca o moleculă policationică. Acest comportament nu este tipic pentru chitină datorită gradului său ridicat de acetilare.

Chitosanul este insolubil în H2S04 și are o solubilitate limitată în H3P04. De asemenea, este solubil în amestecuri de alcool și apă.

1.1.4.4. Biodegradabilitate.

Ca polimer de interes în sistemele alimentare, biodegradarea chitinei și Chitosanul este o proprietate importantă de luat în considerare, deoarece multe dintre aplicațiile alimentare sunt direct sau indirect legate de capacitatea enzimelor de a depolimeriza. Printre enzimele (sau complexul enzimatic) despre care s-a raportat că exercită activitate hidrolitică în chitină și chitosan se numără: chitinaza, chitosanaza, lizozima, celilaza, hemicelulaza, pectinaza, lipaza, dextranaza și proteaze similare, cum ar fi pancreatina, pepsina și papaina. Doar biodegradabilitatea nu este o caracteristică relevantă a acestor biopolimeri, de asemenea, netoxicitatea degradării produselor, este cea mai semnificativă pentru aplicațiile biomedicale și alimentare.

Chitosanul este bioabsorbabil și biodegradabil și s-a demonstrat că este degradat încet în principal de enzimele chitosinazei și lizozimelor; cu prima, biodegradarea are loc până la 75% și până la 35% cu lizozimele.

1.1.4.5. Proprietăți funcționale.

Chitosanul poate forma spume, emulsii, geluri cu polianioni și poate reține umezeala datorită prezenței grupelor amino libere care, atunci când sunt dizolvate în soluție apoasă acidificată, dobândesc o sarcină pozitivă.

În raport cu capacitatea chitosanului de a spuma, s-a demonstrat că chitosanul sporește capacitatea de formare a spumei și stabilitatea spumei formate de ou, datorită încărcării sale pozitive care interacționează cu sarcina negativă a proteinelor din ou. În plus, chitosanul cu greutate moleculară mică a fost documentat pentru a promova în mod eficient spumarea.

Într-un studiu realizat în amestecuri de izolat din zer și chitosan, s-a arătat o îmbunătățire a proprietăților spumei cu chitosan între 0,4 și 0,6% și într-un interval îngust de pH (5,5-6,0).

Un amestec de chitosan și lecitină a fost folosit pentru a forma emulsii și a evalua proprietățile acestora, obținându-se o emulsie stabilă de mici globule de grăsime cu sarcini pozitive mari, datorită adsorbției chitosanului la suprafața picăturilor de grăsime. Acest lucru a demonstrat capacitatea chitosanului de a forma emulsii.

Stabilitatea emulsiei depinde de concentrația soluției de chitosan. Într-un studiu efectuat când concentrația soluției de chitosan a fost de 0,2%, a existat o separare de fază pentru toate valorile intervalului de deacetilare (75-95%) studiate.

Stabilitatea emulsiei a fost crescută cu 10% la adăugarea a 0,1% de chitosan în studiile efectuate pentru a demonstra efectul acesteia asupra capacității de emulsionare a gălbenușului de ou; De asemenea, a crescut vâscozitatea maionezei fără a-i varia proprietățile senzoriale.

S-a demonstrat că chitosanul poate forma geluri în soluție cu proprietăți excelente. Prezența chitosanului scade sinereza gelului datorită capacității sale de reținere a apei, variind proprietățile sale mecanice. Pierderea de apă este cu atât mai mică cu cât dimensiunea moleculei este mai mare. Chitosanul adsorbe 230-440% apă, depășind amidonul de cartofi și carboximetilceluloza (CMC).