Технология за получаване на полизахариден хитозан от хитин, изолиран от ракообразни черупки (страница 1 от 7)

Федерална агенция за образование

Държавен технически университет

Катедра по химични технологии

Курсов проект по дисциплина

"Технология за обработка на полимери"

по темата: "Технологията за получаване на полизахариден хитозан от хитин, изолиран от черупките на ракообразните"

Главна част. пет

1. Технологичен раздел . 5

1.1. Информационен анализ. пет

Хитин и хитозан. Структура и свойства . 5

Методи за получаване на хитозан . 10

Деацетилиране на хитин. Получаване на хитозан . 11

Изсушаване на хитозан. Смилане и съхранение. 16.

Приложение на хитин и хитозан . 17

1.2. Характеристики на суровините, спомагателните материали и крайните продукти. 23

Характеристики на суровините . 23

Характеристики на крайния продукт . 25

1.3. Методи за изследване . 26

Изследване на процеса на деминерализация и депротеиниране . 26

1.4. Описание на технологичния процес . 27

1.5. Основни параметри на технологичния процес . 31

1.6. Технически характеристики на основното технологично оборудване . 31

1.7. Технологични изчисления . 32

Списък на използваната литература . 35

Понастоящем естественият полизахариден хитозан (ChTZ), поради широкия си набор от полезни свойства, намира все по-широко приложение в различни области, като например: текстилната промишленост - за оразмеряване и антисвиване или водоотблъскваща обработка на тъкани; хартиена и фотографска индустрия - за производство на висококачествени и специални сортове хартия, както и за подобряване на свойствата на фотографските материали; ядрена индустрия - за локализиране на радиоактивността и концентрацията на радиоактивни отпадъци; медицина - като конци, заздравяващи рани и изгаряния, като част от мехлеми и различни лекарствени препарати, като ентеросорбент; земеделие - за производство на торове, защита на семена и култури; в хранително-вкусовата промишленост играе ролята на консервант, бистрител за сокове и вина, диетични фибри, емулгатор; тъй като хранителната добавка показва уникални резултати като ентеросорбент; в парфюмерията и козметиката е част от овлажняващи кремове, лосиони, гелове, лакове за коса, шампоани; когато пречистващата вода служи като сорбент и флокулант.

Безспорните предимства на хитозана включват перфектната му безопасност за хората и околната среда: той е екологичен и напълно се разлага в естествени условия.

Наборът от полезни свойства на CTZ е обширен поради наличието на голям брой функционални групи в неговата структура:

Известно е, че черупките на камчатските раци са основният мащабен източник на суровини в индустриалното производство на CHT. Предвид стойността и уникалността на този продукт, както и огромния обхват на практическо използване, изглежда уместно да се намерят други налични суровини за производството на KhTZ, способни да осигурят тонажното си производство и да намерят нови области на приложението му.

Следователно решаването на проблема за създаване на ефективна технология за получаване на хитозан от черупките на камчатските раци и изучаване на комплекса от неговите физикохимични характеристики е спешна задача.

Биополимерите хитин и хитозан привличат вниманието на учените преди почти 200 години. Хитинът е открит през 1811 г. (H. Braconnot, A. Odier) и хитозанът през 1859 г. (C. Rouget), въпреки че е получил сегашното си име през 1894 г. (F. Hoppe-Seyler). През първата половина на ХХ век се проявява заслужен интерес към хитина и неговите производни, по-специално трима Нобелови лауреати са пряко свързани с него: F. Fischer (1903) синтезира глюкозамин, P. Karrer (1929) деградира хитин с помощта на хитинази и WH Haworth (1939) установява абсолютната конфигурация на глюкозамина.

Хитинът е линеен аминополизахарид, състоящ се от N-ацетил-2-амино-2-дезокси-D-гликопиранозни единици.

По отношение на химическата структура той е близък до целулозата и само отстъпва на целулозата по своето разпространение в природата. Хитинът е неразтворим във вода, разредени киселини, основи, алкохоли и други органични разтворители. Той е разтворим в концентрирани разтвори на солна, сярна и мравчена киселини, както и в някои солеви разтвори при нагряване, но когато се разтвори, се деполимеризира значително. В смес от диметилацетамид, N-метил-2-пиролидон и литиев хлорид хитинът се разтваря, без да разрушава полимерната структура.

Дългата дължина и ограничената гъвкавост на макромолекулите са предпоставки за образуването на сложни супрамолекулни структури от биополимери в тъканите на живите организми. За хитина основният елемент на такава структура са фибрилите - силно ориентирани агрегати от макромолекули с диаметър 25-50 nm, от своя страна състоящи се от микрофибрили с диаметър 2,5-2,8 nm. Тази структура осигурява изпълнението на важна биологична функция на подсилване (повишаване на механичната якост) на тъкани, съдържащи хитин.

Поради редовността на структурата на полимерната верига на хитина се формира силно подредена структура, която има характеристики, характерни за кристалното фазово състояние на полимерите. В този случай кристалните области на структурата на хитина могат да съществуват в три кристалографски (структурни) модификации, които се различават по разположението на молекулните вериги в елементарната клетка на кристалита (явление, известно като полиморфизъм). По този начин, чрез рентгенов структурен анализ беше показано, че молекулните единици на хитина имат конформацията 4С1.

В зависимост от разположението на полимерните молекули се разграничават три форми на хитинова структура - a, b и g. a-хитинът е най-гъсто опакованият, най-кристалният полимер, в който веригите са разположени антипаралелно, той се характеризира с най-стабилното състояние. При b-хитина веригите са успоредни една на друга, докато при g-хитина две полимерни вериги са насочени „нагоре“ спрямо една, насочени „надолу“. b и g-хитини могат да бъдат превърнати в a-хитин [1].

Черупката на рака и кутикулата на насекомите играят ролята на външен скелет и изпълняват защитни функции. Хитинът, който е част от черупката на ракообразните, образува влакнеста структура, той се свързва с протеини чрез пептидна връзка на деацетилираната аминогрупа с диаминомонокарбоксилни аминокиселини с неароматна структура, под формата на хитин-протеинов комплекс (CPC).

Хитинът се променя по специален начин под действието на ензими в тялото на морските раци. В процеса на линеене хитинът на черупката претърпява значително разрушаване и последващо възстановяване. Участието на специфични ензими в този процес допринася за синтеза и разграждането на хитина с изключително висока скорост. Хитинолитичните ензими имат различно ниво на активност в зависимост от физиологичното състояние на ракообразните. Например при раците хитиназата непрекъснато се синтезира и синтезът на хитобиазата се увеличава преди линеенето и веднага намалява след нейното прекратяване. При морските раци, веднага след линеенето, черупката е мека, еластична, състояща се само от CBA, но с течение на времето се втвърдява поради минерализацията на структурата на CBA главно с калциев карбонат. Тази минерализация се проявява в по-голяма или по-малка степен в зависимост от вида на животното.

Структурният компонент на хитиновия N-ацетил-D-глюкозамин в бактериите, заедно с N-ацетилмураминовата киселина, е компонент на клетъчната стена. В животинското царство N-ацетилглюкозаминът е част от мукополизахариди (гликозаминогликани) на съединителната тъкан (хиалуронова киселина, хондроитин сулфати, хепарин), вещества от кръвната група и други гликопротеини. N-ацетил-D-глюкозаминовият остатък обикновено се намира в редуцирания край на въглехидратните вериги на животински гликопротеини, образувайки въглехидратно-протеинова връзка. Това обяснява съвместимостта на хитина и хитозана с живите тъкани. Най-често срещаният тип връзка в животинските гликопротеини е N-гликозидната връзка, образувана от N-ацетилглюкозаминовия остатък и b-амидната група на аспарагина.