Применение хитина и хитозана

Как уже указывалось, 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 [13-15] свойствами. 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.

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. [18]

Еще одна возможность использования хитина, хи­тозана и их производных (карбоксиметилхитина, карбоксиметилхитозана, сукцинилхитозана) - создание биодеградируемых носителей фармацевтических пре­паратов (антибиотиков, антивирусных, противоопухо­левых и антиаллергенных препаратов) в виде пленок (мембран). Применение таких пленок создает условия для выделения лекарственных средств, обеспечивая эф­фект пролонгирования их действия.

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. [21]

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. 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).

В фотографических процессах, связанных с быст­рым проявлением изображения, используют такие важные характеристики хитозана, как его пленкообра­зующие свойства, поведение в системах, содержащих желатин и комплексы серебра, обеспечивающее отсут­ствие поперечной (в слоях пленки) диффузии красите­ля, оптические характеристики полимера.

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. [22]

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.

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..

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 < 6). В этом заключается их преимущество перед полианионными гелеобразователями, отрицательно заряженными при биологических значениях рН.

Положительно заряженный хитозан взаимодействуют с отрицательно заря­женной кожей и волосами. На этой их биоадизивной способности основано их применение в составе косметических средств.

Кроме того, биосовместимость хитозана с растительными экстрактами и дру­гими компонентами, используемыми в качестве полезных добавок и биологичес­ки активных ингредиентов, открывает перспективы их использования для разра­ботки новых средств для введения активных компонентов в косметические ре­цептуры. Примером может служить технология создания гранул, внутри которых содержатся биологически активные субстанции, нестабильные в обычных усло­виях косметических производств и при хранении готовых изделий.

Применение хитозана в средствах для волос, основано на их способности об­разовывать пленки при взаимодействии с кератинами волос. Пленки хитозана более стабильны при повышенной влажности, чем пленки, образованные синтетическими полимерами, поэтому в составе средств для укладки волос имеют зна­чительные преимущества перед традиционными фиксаторами. Хитозан улучша­ет и другие потребительские качества средств для ухода за волосами, улучшает расчесываемость, уменьшают статический заряд, увеличивают блеск волос. Они уже давно используются в качестве кондиционирующих добавок в шампунях и кондиционерах.

При разработке средств ухода за кожей используются такие свойства хитоза­на, как способность образовывать прозрачную защитную пленку, предохраняю­щую кожу от потери влаги.

Другое интересное свойство хитозана - способность служить матрицей для активных ингредиентов.

Потенциал использования хитозана в средствах ухода за кожей определяется его уникальной химической структурой, сходной с целлюлозой.

Фракция молекул, содержащих оставшиеся N-ацетил группы (5-24%) определя­ет способность хитозана к гидрофобным взаимодействиям. Гидрофильность и гидрофобность хитозана позволяет использовать его в ка­честве стабилизаторов эмульсий. Благодаря высокомолекулярной массе и линейной структуре молекулы, хито­зан является отличным средством повышения вязкости эмульсий при низких значениях рН.

Хитозан, как и другие гидроколлоиды, способен удерживать воду и служить увлажняющим компонентом косметических средств. [23]