Хитозан - Chitosan
|
|
|
|
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
Полиглусам; Деацетилхитин; Поли- (D) глюкозамин; ДО Н.Э; Chitopearl; Читофарм; Флонак; Kytex
|
|
| Идентификаторы | |
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.122.259 
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Родственные соединения | |
|
Родственные соединения
|
D- глюкозамин и N- ацетилглюкозамин (мономеры) |
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Хитозан / к aɪ т ə с æ п / представляет собой линейный полисахарид , состоящий из случайным образом распределенных бета- (1 → 4) -связанной D -glucosamine (деацетилированного единицы) и N -acetyl- D -glucosamine (ацетилированный единица). Его получают путем обработки хитиновых панцирей креветок и других ракообразных щелочным веществом, например гидроксидом натрия .
Хитозан имеет ряд коммерческих и возможных биомедицинских применений. Его можно использовать в сельском хозяйстве как средство для обработки семян и биопестицид , помогая растениям бороться с грибковыми инфекциями. В виноделии его можно использовать как осветлитель, который также помогает предотвратить порчу вина. В промышленности его можно использовать в качестве самовосстанавливающегося полиуретанового лакокрасочного покрытия. В медицине он используется в перевязках для уменьшения кровотечения и как антибактериальное средство; его также можно использовать для доставки лекарств через кожу.
Производство и свойства
Хитозан получают коммерчески деацетилирования из хитина , который является структурным элементом в экзоскелет из ракообразных (например, крабов и креветок) и клеточных стенок грибов . Степень деацетилирования (% DD) может быть определена с помощью ЯМР-спектроскопии , а% DD в коммерческих хитозанах колеблется от 60 до 100%. В среднем молекулярная масса коммерчески производимого хитозана составляет 3800–20 000 дальтон . Распространенным методом получения хитозана является деацетилирование хитина с использованием избытка гидроксида натрия в качестве реагента и воды в качестве растворителя. Реакция следует кинетике первого порядка, хотя и происходит в два этапа; энергия активации барьера для первого этапа оценивается в 48,8 кДж · моль -1 при 25-120 ° С и выше , чем барьер на второй стадии.
Амина группа в хитозана имеет р K значения \ 6,5, что приводит к значительному протонирования в нейтральном растворе, возрастает с увеличением кислотности (рН снизился) и% DA-значения. Это делает хитозан водорастворимым и биоадгезивом, который легко связывается с отрицательно заряженными поверхностями, такими как слизистые оболочки. Свободные аминогруппы на цепях хитозана могут образовывать сшитые полимерные сети с дикарбоновыми кислотами для улучшения механических свойств хитозана. Хитозан усиливает перенос полярных лекарств через эпителиальные поверхности, является биосовместимым и биоразлагаемым . Однако он не одобрен FDA для доставки лекарств. Очищенные количества хитозана доступны для биомедицинских применений.
Нанофибриллы были созданы с использованием хитина и хитозана.
Использует
Использование в сельском хозяйстве и садоводстве
Использование хитозана в сельском хозяйстве и садоводстве, в первую очередь для защиты растений и повышения урожайности, основано на том, как этот полимер глюкозамина влияет на биохимию и молекулярную биологию растительной клетки. Клеточными мишенями являются плазматическая мембрана и ядерный хроматин. Последующие изменения происходят в клеточных мембранах, хроматине, ДНК, кальции, MAP-киназе , окислительном взрыве, активных формах кислорода, генах, связанных с патогенезом каллозы (PR), и фитоалексинах.
Хитозан был впервые зарегистрирован в качестве активного ингредиента (разрешен к продаже) в 1986 году.
Натуральный биоконтроль и элиситор
В сельском хозяйстве хитозан обычно используется в качестве натурального средства для обработки семян и усилителя роста растений, а также в качестве экологически чистого биопестицида , повышающего врожденную способность растений защищаться от грибковых инфекций. Природные активные ингредиенты для биоконтроля , хитин / хитозан, содержатся в панцирях ракообразных, таких как омары , крабы и креветки , а также многих других организмов, включая насекомых и грибы . Это один из самых распространенных биоразлагаемых материалов в мире.
Разложившиеся молекулы хитина / хитозана существуют в почве и воде. Применение хитозана для растений и сельскохозяйственных культур регулируется EPA, а Национальная органическая программа USDA регулирует его использование на сертифицированных органических фермах и сельскохозяйственных культурах. Одобренные EPA, биоразлагаемые продукты из хитозана разрешены для использования на открытом воздухе и в помещении на растениях и сельскохозяйственных культурах, выращиваемых в коммерческих целях и потребителями.
Не следует путать естественную способность хитозана к биологическому контролю с воздействием удобрений или пестицидов на растения или окружающую среду. Активные биопестициды хитозана представляют собой новый уровень рентабельного биологического контроля сельскохозяйственных культур в сельском хозяйстве и садоводстве. Механизм действия биоконтроля хитозана вызывает естественные врожденные защитные реакции внутри растений, чтобы противостоять насекомым, патогенам и болезням, передаваемым через почву, при нанесении на листву или почву. Хитозан увеличивает фотосинтез, способствует и ускоряет рост растений, стимулирует поглощение питательных веществ, увеличивает прорастание и прорастание, а также повышает жизнеспособность растений. При использовании в качестве обработки семян или покрытия семян хлопка, кукурузы, семенного картофеля, соевых бобов, сахарной свеклы, томатов, пшеницы и многих других семян он вызывает реакцию врожденного иммунитета в развивающихся корнях, которая уничтожает паразитических цистных нематод, не нанося вреда полезным нематодам и организмы.
Применение хитозана в сельском хозяйстве может снизить нагрузку на окружающую среду из-за засухи и недостатка почвы, повысить жизнеспособность семян, улучшить качество древостоя, повысить урожайность и уменьшить гниль овощей, фруктов и цитрусовых культур. Применение хитозана в садоводстве увеличивает цветение и продлевает жизнь срезанных цветов и рождественских елок. Лесная служба США провела исследование хитозана для борьбы с патогенами в сосновых деревьях и увеличения оттока смолы, которая препятствует заражению сосновыми жуками.
Хитозан имеет богатую историю исследований для применения в сельском хозяйстве и садоводстве, начиная с 1980-х годов. К 1989 г. растворы солей хитозана стали применяться к посевам для улучшения защиты от замерзания или к посевным материалам для грунтовки семян. Вскоре после этого хитозановая соль получила первый в истории знак биопестицида от EPA, а затем последовали другие заявки на интеллектуальную собственность .
Хитозан также использовался для защиты растений в космосе, примером чего является эксперимент НАСА по защите бобов адзуки, выращенных на борту космического челнока и космической станции « Мир » в 1997 году (см. Фото слева). Результаты НАСА показали, что хитозан вызывает повышенный рост (биомассу) и устойчивость к патогенам из-за повышенных уровней ферментов β- (1 → 3) -глюканазы в клетках растений. НАСА подтвердило, что хитозан оказывает такой же эффект на растения на Земле.
В 2008 году EPA утвердило статус естественного активатора широкого спектра действия для сверхнизкомолекулярного активного ингредиента 0,25% хитозана. В 2009 году Агентство по охране окружающей среды присвоило натуральному хитозановому элиситору для сельского хозяйства и садоводства измененную этикетку для листовой и ирригационной обработки. Учитывая его низкий потенциал токсичности и изобилие в естественной среде, хитозан не причиняет вреда людям, домашним животным, диким животным и т. Д. окружающая среда при использовании в соответствии с указаниями на этикетке. Смеси хитозана не действуют против жуков-короедов при нанесении на листья дерева или в его почву.
Фильтрация
Хитозан можно использовать в гидрологии как часть процесса фильтрации . Хитозан заставляет мелкие частицы осадка связываться вместе и впоследствии удаляется вместе с осадком во время фильтрации через песок. Он также удаляет из воды тяжелые минералы , красители и масла. В качестве добавки при фильтрации воды хитозан в сочетании с фильтрацией через песок удаляет до 99% мутности . Хитозан входит в число биологических адсорбентов, используемых для удаления тяжелых металлов без негативного воздействия на окружающую среду.
В сочетании с бентонитом , желатином , силикагелем , изингласом или другими осветляющими добавками он используется для осветления вина , медовухи и пива . Хитозан, добавленный в конце процесса пивоварения, улучшает флокуляцию и удаляет дрожжевые клетки, частицы фруктов и другой детрит, вызывающий мутность вина.
Виноделие и хитозан из грибов
Хитозан уже давно используется в качестве осветляющего средства в виноделии. Хитозан, являющийся источником грибов, продемонстрировал увеличение оседающей активности, снижение содержания окисленных полифенолов в соке и вине, хелатирование и удаление меди (после переливания) и контроль порчи дрожжей Brettanomyces . Эти продукты и способы их использования одобрены для использования в Европе стандартами ЕС и OIV .
Медицинское использование
Хитозан используется в некоторых повязках для ран, чтобы уменьшить кровотечение. Он получил разрешение на медицинское использование в Соединенных Штатах в 2003 году. Он также может уменьшить рост бактерий и грибков и может быть полезен в качестве ожоговой повязки.
Гемостатические средства хитозана представляют собой соли, полученные путем смешивания хитозана с органической кислотой (такой как янтарная или молочная кислота). Гемостатический агент действует за счет взаимодействия между клеточной мембраной эритроцитов (отрицательный заряд) и протонированным хитозаном (положительный заряд), что приводит к вовлечению тромбоцитов и быстрому образованию тромба.
Термочувствительные хитозановые гидрогели
Хитозан растворяется в разбавленных растворах органических кислот, но нерастворим в высоких концентрациях ионов водорода при pH 6,5 и осаждается в виде гелеобразного соединения. Хитозан положительно заряжен аминогруппами, что делает его пригодным для связывания с отрицательно заряженными молекулами. Однако у него есть недостатки, такие как низкая механическая прочность и скорость отклика при низких температурах; его необходимо комбинировать с другими желирующими агентами для улучшения его свойств. Используя глицеринфосфатные соли (обладающие единственной анионной головкой) без химической модификации или сшивания, свойства гелеобразования, зависящие от pH, можно преобразовать в свойства гелеобразования, чувствительные к температуре. В 2000 году компания Chenite была первой, кто разработал термочувствительную систему доставки лекарств из хитозановых гидрогелей с использованием хитозана и β-глицеринфосфата. Эта новая система может оставаться в жидком состоянии при комнатной температуре, становясь гелем при повышении температуры выше физиологической температуры (37 ° C). Фосфатные соли вызывают особое поведение в растворах хитозана, тем самым позволяя этим растворам оставаться растворимыми в физиологическом диапазоне pH (pH 7), и они будут гелеобразными только при температуре тела. Когда жидкий раствор хитозан-глицеринфосфата, содержащий лекарство, попадает в организм через шприц, он становится нерастворимым в воде гелем при 37 ° C. Захваченные частицы лекарства между цепями гидрогеля будут постепенно высвобождаться.
Исследовать
Хитозан и его производные были исследованы при разработке наноматериалов , биоадгезивов , перевязочных материалов для ран , улучшенных систем доставки лекарств , энтеросолюбильных покрытий и медицинских устройств. Мембраны из нановолокон из хитозана обладают высокой степенью биосовместимости и могут поддерживать образование новой кости. Металлические наноматериалы на основе хитозана изучаются для заживления ран. Хитозан изучается как адъювант для потенциального метода интраназальной доставки вакцины .
Биопечать
Биоинспирированные материалы , производственная концепция, вдохновленная натуральным перламутром , панцирем креветок или кутикулой насекомых , привела к разработке методов биопечати для производства крупномасштабных потребительских товаров с использованием хитозана. Этот метод основан на воспроизведении молекулярной структуры хитозана из природных материалов в методах изготовления, таких как литье под давлением или литье в формы . После выбрасывания объекты, построенные из хитозана, являются биоразлагаемыми и нетоксичными . Этот метод используется для создания и биопечати органов или тканей человека .
Пигментированные предметы из хитозана могут быть переработаны с возможностью повторного введения или удаления красителя на каждом этапе повторного использования, что позволяет повторно использовать полимер независимо от красителей. В отличие от других биопластиков на растительной основе (например, целлюлозы , крахмала ), основные природные источники хитозана происходят из морской среды и не конкурируют за землю или другие человеческие ресурсы.
Потеря веса
Хитозан продается в форме таблеток как «связывающее жир». Хотя влияние хитозана на снижение холестерина и массы тела было оценено, эффект, по-видимому, не имеет клинического значения или имеет низкое клиническое значение. Обзоры за 2016 и 2008 годы показали, что употребление хитозановых добавок у людей с избыточным весом не было значительного эффекта и не было оправдания. В 2015 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США выпустило публичное сообщение о розничных продавцах пищевых добавок, которые делали преувеличенные заявления о предполагаемой пользе различных продуктов для снижения веса.
Биоразлагаемая антимикробная упаковка для пищевых продуктов
Микробное загрязнение пищевых продуктов ускоряет процесс порчи и увеличивает риск болезней пищевого происхождения, вызванных потенциально опасными для жизни патогенами. Обычно загрязнение пищевых продуктов происходит на поверхности, поэтому обработка поверхности и упаковка являются решающими факторами для обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов. Биоразлагаемые хитозановые пленки обладают потенциалом для сохранения различных пищевых продуктов, сохранения их прочности и ограничения потери веса из-за обезвоживания. Кроме того, в настоящее время разрабатываются композитные биоразлагаемые пленки, содержащие хитозан и антимикробные агенты, как безопасные альтернативы консервированию пищевых продуктов. Включение комплекса включения гвоздичного масла / β-циклодекстрина значительно увеличило антимикробную активность хитозановых пленок против Staphylococcus aureus , S. epidermidis , Salmonella Typhimurium, Escherichia coli и Candida albicans.
использованная литература
внешние ссылки
- Международный исследовательский проект Nano3Bio , посвященный индивидуальному биотехнологическому производству хитозана (финансируется Европейским Союзом)