Właściwości Fizyczne chitozanu ze skorupiaków i chitozanu

Właściwości Fizyczne chitozanu ze skorupiaków i chitozanu

7ŒAuCIWOuCI FIZYCZNE CHITOZANU ZE SKORUPIAKÌW I CHITOZANU
GRZYBOWEGO
0HYSICALPROPERTIESOFCHITOSANMADEFROMMUSHROOMSANDCRUSTACEAN
MGRIN˜7IOLETTAˆUKIEWICZ†+OC
DRHAB*ANUSZ+ALBARCZYK
DRIN˜0AWEŒ3OBCZAK
+ATEDRA0RZETWÌRSTWA/WOCÌWI7ARZYW7YDZIAŒ.AUKOˆYWNOuCII"IOTECHNOLOGII!2,UBLIN
+IEROWNIK+ATEDRYDRHAB*ANUSZ+ALBARCZYKPROF!2
+ATEDRA)N˜YNIERIII-ASZYN3PO˜YWCZYCH7YDZIAŒ)N˜YNIERII0RODUKCJI!2,UBLIN
Streszczenie
Chitozan kopolimer glukozoaminy (GlcN) i N-acetyloglukozoaminy (GlcNAc), jest jedną z najważniejszych
pochodnych chityny. Znaczenie chitozanu oraz zainteresowanie tym polimerem rośnie z roku na rok ze
względu na takie właściwości jak nietoksyczność, biodegradowalność, a przede wszystkim bioaktywność.
Celem pracy było porównanie wybranych właściwości
fizycznych chitozanu grzybowego (Basidiomycetes)
oraz chitozanu ze skorupiaków morskich. Badano następujące właściwości fizyczne: wilgotność, kąt zsypu,
kąt usypu, gęstość usypna, gęstość utrzęsiona, rozkład
granulometryczny na sitach, średni wymiar cząsteczki,
zdolność pochłaniania wody. Notowano istotne różnice
właściwości fizycznych chitozanu.
Słowa kluczowe: chitozan ze skorupiaków, chitozan
z grzybów wyższych, właściwości fizyczne
'˜ ւ
Chitozan jest otrzymywany na skalę przemysłową w procesie chemicznej deacetylacji chityny, odpadu w przemyśle
przetwórstwa rybnego. Występuje również w ścianach komórkowych grzybów strzępkowych należących do klasy
Zygomycetes oraz w ścianach komórkowych grzybów wyższych Basidiomycetes. Uważa się, że większą bioaktywność
ma chitozan pochodzenia grzybowego, którego produkcja
jest w dodatku niezależna od terminów i wielkości połowu
skorupiaków morskich. Chitozan posiada trzy typy reaktywnych grup funkcjonalnych grupy aminowe oraz pierwszorzędowe i drugorzędowe grupy hydroksylowe przy pozycjach C-2, C-3, C-6. Chemiczne modyfikacje tych grup
dowodzą o różnych możliwościach zastosowania chitozanu.
[1,2,3,4]
Chitozan jest naturalnym biodegradowalnym polimerem o potencjalnie dużych właściwościach do zastosowania
w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.
Posiada również wysoką gęstość ładunku i jest nietoksyczny. Te właściwości poprawiają rozpuszczalność leków,
i również wywierają wpływ na metabolizm tłuszczów w organizmie. Chitozan może być stosowany w postaci żelu, co
&ARMACEUTYCZNY
0RZEGL’D.AUKOWY
Summary
Chitosan is one of the most valid derivative of chitin.
Meaning of chitosan and its polymer interesting grow
every year because its healthy properties: no toxicity,
biodegradability and bioactivity. The aim of the study
was to comparison physical properties chitosan produced from mushrooms and crustacean. Following physical properties were investigated: moisture content, chute angle, angle of repose, bulk density, shaken density,
mean particle size, granulometric distribution, water
absorption.
Key words: crustacean chitosan, mushroom chitosan,
physical properties
pozwala na szeroki zakres użycia jako warstwa pokrywająca
farmaceutyki oraz niektóre produkty żywnościowe. [5]
Komercyjnie, chitozan jest dostępny w formie proszku.
W handlu dostępne są trzy rodzaje chitozanu: o wysokiej
masie molekularnej, średniej masie molekularnej i niskiej
masie molekularnej oraz o różnych stopniach deacetylacji.
Korzystniejszą aktywność biologiczną posiada chitozan
o niskiej masie molekularnej, ze względu na najlepszy stopień rozpuszczalności. Charakterystykę chitozanu przeprowadza się na podstawie następujących parametrów: średni
wymiar cząsteczki, gęstość, lepkość, stopień deacetylacji,
oraz masa molekularna. Wymienione cechy są uwzględniane przy ocenianiu przydatności chitozanu do stosowania
w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym. [6]
Właściwości takie jak biodegradowalność, niska toksyczność i dobra biokompatybiloność sprawiają, że chitozan
znajduje szerokie zastosowanie w farmacji.[7,8]. Chitozan
z powodzeniem jest stosowany w efektach hipobilirubinowym i hipochlesterolowym [9,10]. Chitozan wykazuje właściwości mukoadhezyjne [11,12,13] ze względu na siły
molekularne formujące elektrostatyczne interakcje między
pozytywnym nośnikiem chitozanowym a negatywnymi nośnikami mukozalnych powierzchni. Te właściwości są spoCOPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO
)33.†
–Ÿ^ŸžŸ¤°°U
wodowane następującymi czynnikami:
1. Silne wiązanie wodorowe takich grup jak -OH, -COOH
[14]
2. Silne ładunki [15]
3. Wysoka masa molekularna [16]]
4. Dostateczna giętkość łańcucha [17]
5. Poszerzanie właściwości energii zapachowej na powierzchni śluzu [18]
Scharakteryzowanie fizycznych parametrów substancji ma
na celu ustalenie ich przydatności do praktyki. Jest to niezwykle istotne ze względu na sposób oraz formę wykorzystania chitozanów w produkcji. Istnieje szereg rozwiązań praktycznych
związanych z formą stosowania chitozanów. Szeroko opisane są
metody powlekania chitozanem żywności czy farmaceutyków.
[19,20] Wiele badań prowadzonych w ostatnich latach donosi
o tabletkowaniu chitozanu lub też o innych formach aglomeracji.
[21] Mówi się również o zastosowaniu chitozanu w formie żeli
czy hydrożeli w przemyśle farmaceutycznym. [22]
W literaturze światowej coraz częściej mówi się o wykorzystaniu chitozanu w nanotechnologii, co jest możliwe
dzięki jego unikatowym zdolnościom. [22]
Znajomość parametrów właściwości fizycznych w zastosowaniu w różnych gałęziach przemysłu jest bardzo istotne,
z tego też względu jako cel pracy obrano charakterystykę
podstawowych właściwości fizycznych chitozanu grzybowego i chitozanu ze skorupiaków. Określenie tych parametrów jest tylko częścią badań nad tymi substancjami.
¬˜‡Ÿ‡Ÿ|®pt-JŸa–-y¥q|uR –¬A®y¬Ÿy-Ÿ˜l -AiŸA®Ô˜ RpŸAil |k
®-y¥Ÿa–®¬7|ªRa|
- R–l-tŸlŸuR |J¬
Do badań wykorzystano chitozan ze skorupiaków morskich zakupiony w Sigma-Aldrich, natomiast chitozan
pochodzenia grzybowego został otrzymany w Katedrze
Przetwórstwa Owoców i Warzyw w AR Lublin według
zmodyfikowanej metody Kurity [23]
Zakres pracy obejmował: pomiar podstawowych właściwości fizycznych chitozanu grzybowego i skorupiakowego.,
tj.: wilgotność, kąt zsypu, kąt usypu, gęstość usypna, gęstość
utrzęsiona, rozkład granulometryczny na sitach, średni wymiar cząsteczki, zdolność pochłaniania wody.
Badania zostały wykonane na podstawie następujących
norm: PN-79/R-65950. Oznaczanie wilgotności; PN-65/Z-04004. Kąt zsypu; PN-65/Z-04005 Kąt usypu;. PN-73/R-74007. Gęstość usypna; PN-65/Z-04003. Gęstość utrzęsiona; PN-89/R-64798. Oznaczanie średniej geometrycznej
wielkości cząstki; 90/A75101/19 Oznaczanie zdolności chitozanu do pochłaniania wody. [24,25,26,27,28,29,30]
¬˜‡Ÿ¤‡Ÿ|®pt-JŸa–-y¥q|uR –¬A®y¬Ÿy-Ÿ˜l -AiŸA®Ô˜ RpŸAilk
|®-y¥Ÿ®RŸ˜p|–¥‚l-p}ª
'¬ylplŸ7-J-͟lŸlAiŸ|u}ªlRylR
Dwa parametry gęstości różniły się wyraźnie wartościami
w dwóch badanych substancjach. Chitozan grzybowy posiadał
wyższą wartość gęstości utrzęsionej w stosunku do chitozanu ze
skorupiaków – 292,26kg/m3. Natomiast chitozan ze skorupiaków posiadał wyższą wartość w gęstości usypnej – 251kg/m3.
Chitozan grzybowy posiadał wyższe wartości w parametrach
kąt zsypu i usypu w stosunku do chitozanu ze skorupiaków.
Ô Ÿ¥˜¬‚¥Ÿ<M=
'lqa| y|²ÉŸ
<†=
ۖRJylŸ
ª¬ul-–ŸA®Ôk
˜ RA®plŸ
JaŸ<uu=
Ri¬J–- -Aouqž°°a
``
`¤
zG^`
°G¤
`°
¡
`°G¡
zG¤
°G^
`¤°
il |®-y
֘ |²ÉŸ
¥˜¬‚y-Ÿ
<pažu¡=
֘ |²ÉŸ
¥ –®Ö˜l|y-Ÿ
<pažu¡=
Ô Ÿ®˜¬‚¥Ÿ<M=
-
¤¡œG``
¤z¤G¤
7
¤^
¤Uœ
-‡Ÿil |®-yŸa–®¬7|ª¬
7‡Ÿil |®-yŸ®RŸ˜p|–¥‚l-p}ª
"-7‡Ÿ‡Ÿ't-²Alª|²AlŸ]®¬A®yRŸAil |®-y¥Ÿ-ŸlŸ7
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO
)33.†
&ARMACEUTYCZNY
0RZEGL’D.AUKOWY
–Ÿ^ŸžŸ¤°°U
Wilgotność chitozanu grzybowego była wyższa 9.54%
natomiast w chitozanie ze skorupiaków niższa 9.26%.
Wielkość cząstek badanych substancji różniła się znacznie,
chitozan grzybowy posiadał cząstki mieszczące się w granicach 0.12 dg [mm], Natomiast drugi chitozan 0,65 dg [mm].
Średni wymiar cząsteczki wiąże się z problemem rozpuszczalności tych substancji. Chitozan grzybowy rozpuszcza
się lepiej w porównaniu do chitozanu ze skorupiaków. Żadna ocenianych substancji nie rozpuszcza się w wodzie, natomiast bardzo dobrze w rozpuszczalnikach organicznych
typu kwas octowy czy cytrynowy. Stopień rozpuszczalności zależy w dużej mierze od masy molekularnej chitozanu.
Im mniejsza masa molekularna tym lepsza rozpuszczalność
substancji. Do podobnych wniosków doszli Tasaih et al.
[30]. Bardzo istotnym parametrem jest zdolność badanych
chitozanów do pochłaniania wody, czyli tzw. rehydratacja.
Chitozan grzybowy posiadał większe zdolności w rehydratacji 640 ml/100g w stosunku do chitozanu ze skorupiaków
420ml/100g. Jest to bardzo wyraźna różnica mająca bardzo duże
znaczenie praktyczne przy wykorzystywaniu chitozanu w przemyśle farmaceutycznym, żywnościowym czy kosmetycznym.
'yl|˜pl
1. Wielkość cząstek badanych substancji różniła się znacznie, chitozan grzybowy posiadał cząstki o wartości 0.12
dg [mm], natomiast drugi chitozan 0,65 dg [mm].
2. Chitozan grzybowy posiadał większe zdolności do pochłaniania wody 640 ml/100g w stosunku do chitozanu
ze skorupiaków 420ml/100g.
3. Wilgotność chitozanu grzybowego była nieznacznie
wyższa 9.54% od chitozanu ze skorupiaków 9.26%.
4. Chitozan posiadał wyższe wartości w parametrach kąt
zsypu i usypu w stosunku do chitozanu ze skorupiaków.
5. Badane chitozany różniły się wartościami w parametrach gęstości utrzęsionej i usypnej.
l²ulRyylA ª|
1. Lower, S.E. (1984) `Polymers from the Sea Chitin and Chitosan I’ in Manufacturing Chemist 55, 73±75
2. Furusaki, E., Ueno, Y., Sakairi, N., Nishi, N. and Tokura,
S.(1996) `Facile Preparation and Inclusion Ability of a Chitosan Derivative Bearing Carboxymethyl-b-Cyclodextrin’ in
Carbo-hydr. Poly 9, 29±34
3. El Ghaouth, A., Arul, J., Asselin, A. and Benhamou, N.
(1992)Antifungal Activity Of Chitosan on Post-Harvest Pathogens:Induction of Morphological and Cytological Alterations
an Rhizopus Stolonifer’ in Mycol. Res. 96, 769±779
4. Sudharshan, N.R., Hoover, D.G. and Knorr, D. (1992) `Anti-bacterial Action of Chitosan’ in Food Biotechnol. 6, 257±272
5. Singla, A.K., Chawla, M., 2001. Chitosan: some pharmaceutical and biological aspects—an update. J. Pharm. Pharmacol.
53,1047–1067.
6. Kas, H.S., 1997. Chitosan: properties, preparation and application
to microparticulate systems. J. Microencapsul. 14, 689–711.
7. Chandy, T., Sharma, C.P., 1990. Chitosan—as a biomaterial
biomater. Artif. Cells Artif. Organs 18, 1–24.
8. Illum, L., Jabbal-Gill, I., Hinchcliffe, M., Fisher, A.N., Davis,
S.S.,2001. Chitosan as a novel nasal delivery system for vaccines. Adv. Drug Deliv. Rev. 51, 81–96.
9. Furda, I., 1980. Nonabsorbable lipid binder. US Patent
4,223,023.
&ARMACEUTYCZNY
0RZEGL’D.AUKOWY
10. Nagyuvary, J.J., 1982. Treating hyperbilirubinemia. US Patent4,363,801.
11. Lehr, C.M., Bouwstra, J.A., Schacht, E.H., Junginger, H.E.,
1992.In vitro evaluation of mucoadhesive properties of chitosan andsome other natural polymers. Int. J. Pharm. 78, 43–48.
12. Shimoda, J., Onishi, H., Machida, Y., 2001. Bioadhesive characteristics of chitosan microspheres to the mucosa of ratsmall
intestine. Drug Dev Ind. Pharm. 27, 567–576.
13. Kockisch, S., Rees, G.D., Young, S.A., Tsibouklis, J., Smart,
J.D.,2003. Polymeric microspheres for drug delivery to the
oralcavity: an in vitro evaluation of mucoadhesive potential.
J.Pharm. Sci. 92, 1614–1623.
14. Schipper, N.G.M., Olsson, S., Hoogstraate, J.A., de Boer,
A.G.,Varum, K.M., Artursson, P., 1997. Chitosans as absorption enhancers for poorly absorbable drugs. 2: Mechanism of
absorption enhancement. Pharm. Res. 14, 923–929.
15. Dodane, V., Khan, M.A., Merwin, J.R., 1999. Effect of chitosan on epithelial permeability and structure. Int. J. Pharm.
182,21–32.
16. Kotze, A.F., Lue_en, H.L., de Leeuw, B.J., de Boer, A.G., Verhoef,J.C., Junginger, H.E., 1998. Comparison of the effect of
different chitosan salts and N-trimethyl chitosan chloride on
the permeability of intestinal epithelial cells (Caco-2). J. ControlRel. 51, 35–46.
17. He, P., Davis, S.S., Illum, L., 1998. In vitro evaluation of
the mucoadhesive properties of chitosan microspheres. Int.
J.Pharm. 166, 75–88.
18. Lueßen, H.L., Lehr, C.M., Rentel, C.O., Noach, A.B.J., deBoer, A.G., Verhoef, J.C., Junginger, H.E., 1994. Bioadhesivepolymers for the peroral delivery of peptide drugs. J. ControlRel.
29, 329–338.2
19. Kristmundsdottir, T., Ingvarsdottir, K., Saemundsdottir, G.,
1995.Chitosan matrix tablets: the influence of excipients on
drugrelease. Drug Dev. Ind. Pharm. 21, 1591–1598.
20. Kristl, J., Smidx-Korbar, J., Struc, E., Schara, M., Rupprecht,
H.,1993. Hydrocolloids and gels of chitosan as drug carriers.
Int.J. Pharm. 99, 13–19
21. Berthold, A., Cremer, K., Kreuter, J., crosslinking on the acid
stability and physicochemical properties of chitosan microspheres. STP Pharm. Sci. 6, 358–364.
22. Bodmeier, R., Chen, H.G., Paeratakul, O., 1989b. A novel approach to the oral delivery of micro-or nanoparticles. Pharm.
Res. 6,413–417.
23. Kurita, K., Tomita, K., Tada, T., Nishimura, S. I., & Ishii, S.
(1993).Reactivity characteristics of a new form of chitosan.
Polymer Bulletin,30, 429–433.
24. PN-79/R-65950. Oznaczanie wilgotności;
25. PN-65/Z-04004. Kąt zsypu;
26. PN-65/Z-04005 Kąt usypu;.
27. PN-73/R-74007. Gęstość usypna;
28. PN-65/Z-04003. Gęstość utrzęsiona;
29. PN-89/R-64798. Oznaczanie średniej geometrycznej wielkości
cząstki.
30. 90/A75101/19Oznaczanie zdolności chitozanu do pochłaniania wody.
31. Tasaih M.L., and Chan.R.H. (2003)The effect of reaction time
and temperature during heterogenous alkali deacetylation on
degree of deacetylation and molecular weight of resulting chitosan. Journal of Appilied Polymer Science, 88, 2917-2923.
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO
)33.†