Способы получения хитозана

Хитозан, или дезацетилированный хитин, является наиболее распространенной модификацией хитина.

В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина М-ацетил-О-глюкозамина ацетильной группировки или реакция дезацетилирования.

Реакция дезацетилирования сопровождается разрывом гликозидных связей полимера. Ее проводят с помощью концентрированных щелочей при повышенных температурах. Наиболее распространено дезацетилирование хитина растворами гидроксида натрия 50%-й концентрации.

Применение растворов щелочей высокой концентрации при высоких температурах требует использования оборудования, изготовленного из хромоникелевых сплавов или из легированных жаропрочных марок сталей.

Процесс щелочного дезацетилирования проводят при температурах выше 100 °C, что связано с высокой устойчивостью хитина к дезацетилированию и объясняется наличием водородной связи между карбонильной группой и азотом амидной группы смежных цепочек хитина в мицелярной структуре.

При этом высокие концентрации гидроксида натрия, повышенная температура и значительная продолжительность процесса приводят к деструкции полимера, снижению его молекулярной массы и вязкостных характеристик. На степень деструкции существенно влияет среда, в которой проходит реакция дезацетилирования, а именно присутствие в ней кислорода. Дезацетилирование хитина в инертной среде азота или аргона, а также применение такого поглотителя кислорода, как тиофенол, или восстанавливающего агента, например борогидрата натрия, предотвращает уменьшение молекулярной массы хитина и повышает его вязкость.

Снижение степени деструкции хитозана в процессе его получения возможно путем увеличения степени измельчения хитина, облегчающего доступ дезацетилируюшего агента внутрь структуры.

Сотрудниками ВНИРО разработан «холодный» способ дезацетилирования хитина при комнатной температуре не ниже 20… 22 °C с использованием реакторов из пищевой нержавеющей стали или полимерных материалов. Концентрация раствора гидроксида натрия снижается при этом до 35…40 %.

С этой целью в предварительно промытый и высушенный реактор, снабженный мешалкой, заливают требуемое по расчету количество дистиллированной воды и мерником через загрузочный люк засыпают сухой гидроксид натрия при непрерывном перемешивании раствора до полного его растворения. Образовавшийся раствор гидроксида натрия требуемой концентрации охлаждают до комнатной температуры.

В приготовленный раствор порциями загружают предварительно измельченный хитин при соотношении хитин: раствор гидроксида натрия 1: 10… 1 :15. Образующуюся суспензию выдерживают при комнатной температуре и периодическом перемешивании 7…25сут в зависимости от исходного сырья и требований потребителей к качеству хитозана.

По истечении указанного времени реакционную смесь разделяют на нутч-фильтре, отделенный щелочной раствор после фильтрации и соответствующего подкрепления направляют на повторное использование, а выделенный хитозан — на промывку. Промывают хитозан 3…5 раз дистиллированной водой при соотношении 1:10 до нейтрального значения pH промывных вод.

Для снижения расхода дистиллированной воды промывные воды после последних двух промывок следует собирать и использовать на первых стадиях промывки. Мягкие условия дезацетилирования обеспечивают высокую вязкость полимеров.

Разработанный способ получения хитозана предполагает использование полимера в различных отраслях промышленности, в том числе пищевой, парфюмерной, косметической, сельском хозяйстве и др.