Технология получения полисахарида хитозана из хитина, выделяемого из панцирей ракообразных (стр. 5 из 7)

Органолептические показатели

Внешний вид: чешуйки размером 1-3 мм.

Цвет: кремовый с желтоватым оттенком.

Вкус: свойственный данному продукту, без постороннего привкуса.

Запах: свойственный данному продукту, без постороннего запаха.

Таблица 3. Физико-химические свойства хитозана

Наименование показателя	Ед. изм.	Норма по ТУ	Результаты испытаний
Молекулярная масса	кДа	-	120
Степень деацетилирования	%	-	87
Массовая доля влаги	%	Не более 10,0	9.4
Массовая доля минеральных веществ	%	Не более 0,7	0,33
рН 1% раствора хитозана в2% уксусной кислоте	Ед. рН	Не более 7,5	3,85
Массовая доля нерастворимых веществ в 3% р-ре уксусной кислоты	%	Не более 0,2	0,18
Токсичные элементы
Ртуть	мг/кг	Не более 0,03	0,005
Мышьяк	мг/кг	Не более 0,2	0,007
Свинец	мг/кг	Не более 1,0	0,31
Кадмий	мг/кг	Не более 0,1	0,012
Пестициды
ГХЦГ (α,β,γ,-изомеры)	мг/кг	Не более 0,5	Не обнаружено
ДДТ и его метаболиты	мг/кг	Не более 0,02	Не обнаружено
Гептахлор	мг/кг	Не допускается	Не обнаружено
Алдрин	мг/кг	Не допускается	Не обнаружено
Радиологические испытания
Цезий 137	Бк/кг	200	28,0
Стронций 90	Бк/кг	100	8,0
Микробиологические показатели
Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г		Не более 5*104 КОЕ/г	0
БГКП (колиформы)		не допускаются в 0,1 г	Не выделены
E. coli		не допускаются в 1,0 г	Не выделены
Патогенные,в том числе сальмонеллы		не допускаются в 25 г	Не выделены
Дрожжи, плесени		Не более 100 КОЕ/г	Не выделены

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о достаточно высоком качестве полученного хитозана. Большинство приведенных показателей существенно отличаются от допустимых значений в лучшую сторону, что обуславливает широкую сферу его дальнейшего практического применения, в том числе и в пищевой промышленности.

1.3. Методы исследования

Исследование процесса деминерализации и депротеинирования

Взвешивали несколько проб измельчённого панциря морского краба одинаковой массы. Для определения параметров деминерализации заливали пробы растворами соляной кислоты квалификации ХЧ концентрацией 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, и выдерживали по 2 часа при t=250С и t=850C.

Для определения параметров депротеинирования готовили несколько проб деминерализованного сырья одинаковой массы и заливали раствором NaOH квалификации ХЧ концентрацией 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, после чего смесь выдерживали в течение 2 часов при t=250С и t=850C.

Обработанный панцирь рака подвергали деацетилированию путём взаимодействия сырья с 50% -м раствором NaOH при температуре t=130-1400С в течение 1,5 часа в присутствии 3-5% -го раствора пероксида водорода в количестве 3-5% от общего объема смеси.

Степень деминерализации (депротеинирования) считали по формуле:

Х= 100 ∙ (М1 – М2) /М1, (г)

Где Х – степень деминерализации (депротеинирования),%;

М1 - масса панциря до деминерализации (депротеинирования), г;

М2 - масса панциря после деминерализации (депротеинирования), г.

Определение молекулярной массы хитозана

Молекулярную массу хитозана определяли вискозиметрически по стандартной методике. Растворы концентрации 0,05 и 0,5 г/дл готовили растворением навески порошка полимера в ацетатном буфере (0,33 М СН3СООН + 0,2 М СН3СOONa) в течение одних суток. Использовали ледяную уксусную кислоту и уксуснокислый натрий квалификации ХЧ. Измерения проводили при 250С в капиллярном вискозиметре Уббелоде, диаметр которого равен 0,54 мм. Расчёт ММ проводили по уравнению Марка-Куна-Хаувинка с константами К и α из работы ([h] =К ∙ Мα):

,

где [h] -характеристическая вязкость раствора, дл/г,

М – молекулярная масса.

1.4. Описание технологического процесса

Технологический процесс получения хитозана состоит из следующих стадий.

Деминерализация морского краба соляной кислотой, в результате чего происходит растворение с последующим вымыванием минеральных соединений, содержащихся в панцире.

Депротеинирование, целью которого является удаление из панциря белков и липидов. Для этого панцирь обрабатывается гидроксидом натрия. Вследствие этого процесса получается хитин, который имеет структурную формулу:

хитин

Деацетилирование хитина в присутствии горячей щёлочи с превращением в хитозан:

хитин хитозан

Деацетилирование позволяет получить растворимый полимер D-глюкозамина, хитозан, важнейшей характеристикой которого является степень деацетилирования (СДА), определяемая как отношение количества звеньев D-глюкозамина к N-ацетил-D-глюкозамина. СДА характеризует растворимость хитозана в растворе кислоты, а растворяться хитозан начинает при СДА 70%. Деацетилирование проводили в 50% растворе NaOH при 130оС, варьируя продолжительность процесса (рис.1). Реакция деацетилирования сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсные по молекулярной массе полимер D-глюкозамина, содержащий 5-15% ацетамидных групп, а также до 1% групп, соединённых с аминокислотами и пептидами.

С увеличением температуры снижается молекулярная масса хитозана, для сохранения которой предпочтительно снижать температуру обработки хитина. Наибольшая скорость реакции деацетилирования наблюдается в течение первого получаса щелочной обработки. За это время хитин деацетилируется примерно на 80% при условии обработки его 50% щелочью при 130оС. Далее скорость реакции значительно замедляется и к 45 минутам степень деацетилирования достигает 86%. Таким образом, длительная обработка не приводит к резкому повышению степени деацетилирования, в то время как процесс деструкции происходит на всём протяжении процесса.

Рис 1. Зависимость степени деацетилирования от продолжительности щелочной обработки хитина.

Примечание: над точками приведены значения молекулярной массы хитозана в зависимости от продолжительности процесса деацетилирования.

Панцирь морского краба подаётся в измельчитель 1, после которого в измельчённом виде, ссыпается в загрузочный бункер 2, который снабжён ворошителем 3 для предотвращения слёживания исходного продукта. Секторным дозатором 4 материал подаётся на ленточный транспортёр 5, который, двигаясь по горизонтали, распределяет сырьё по диффузорам 7-1, 7-2, 7-3. Диффузоры снабжены откидным днищем, над которым находится решётка. Твёрдый материал распределяется над решёткой. Выгрузка материала происходит через ложное днище. Из бункера-хранилища, с помощью насоса 12 прокачивается через диффузоры соляная кислота 7%, которая подогревается в бункере хранилище через обогревающую рубашку, в которой циркулирует водяной пар с температурой 120-130 0С, что обеспечивает нагрев соляной кислоты до 85-95 0С.

После обработки соляной кислотой выключается насос 12 и включается насос 13, который прокачивает воду через диффузоры и обеспечивает промывку сырья до рН=6-6,5. После окончания промывки выключается насос 13, включается насос 14 и из бункера хранилища, снабжённого обогревающей рубашкой, через которую циркулирует водяной пар и нагревает содержимое бункера до 85-95 0С (содержимым является раствор NaOH 7%) в диффузоры прокачивается раствор NaOH, в результате чего происходит депротеинирование деминерализованного сырья. После этого также проводится промывка водой через насос 13. Работать насосы 8-2, 8-2, 8-3 и вентили 12, 13 и 14 могут только по одному.

Хитин выгружается на ленточный транспортёр 9, на котором осуществляется измерение массы продукта, который после этого поступает в реактор. Он также имеет решётку, откидное днище и тихоходную мешалку якорного типа. Из бункера хранилища 10, снабжённого обогревающей рубашкой, в которой циркулирует горячий водяной пар, в реактор нагнетается концентрированный раствор NaOH (65-75%) предварительно нагретый до 85-95 0С. Из бункеров 8-1, 8-2 и 8-3 в реактор подаётся соответственно азот - для предотвращения термоокислительной деструкции, перекись водорода - для получения светлоокрашенного хитозана.