Хитозан (ПРИМЕЧАНИЕ: в некоторой транскрипции произносится "Хитосан") является мощным сорбентом природного происхождения; сорбирующая основа которого - хитин ракообразных. Хитин - азотосодержащий полисахарид, химически связанный с целлюлозой, который образует розовое полупрозрачное вещество и является основной составляющей наружного скелета или наружного покрова насекомых, ракообразных и паукообразных. В естественном состоянии он находится не только в раковинах ракообразных, таких, как крабы, креветки и омары, но также и в наружном скелете морского зоопланктона, включая кораллы и медузы. Такие насекомые, как бабочки и божьи коровки, содержат хитин в своих крылышках. Клеточные стенки дрожжей, грибов и прочих грибков также содержат это природное вещество.
Хитозан содержит щелочную форму животного хитина, близкую по своей структуре к целлюлозе (растительной клетчатке). Однако, в отличие от растительной клетчатки и других сорбентов природного происхождения (пектин, растительные камеди, глюкоманнан), хитозан содержит аминогруппу, которая значительно эффективнее притягивает жировые клетки и липиды, связывает и выводит их из организма. В этом хитозан подобен магниту для жиров. Что важно, хитозан вообще не содержит в себе калорий, т.к. является неусваиваемым организмом продуктом.
История хитина и хитозана
Эти биополимеры обратили на себя внимание ученых почти 200 лет назад. Впервые хитин был обнаружен в грибах в 1811 году профессором Генри Бреконнотом (Н.Braconnot, A.Odier), когда он являлся Профессором Естественной Истории и Директором Ботанических садов при Академии наук в Нанси. Франция. В 1830-ые годы он был выделен у насекомых и назван хитином. Профессор С.Роже (С.Rouget) обнаружил хитозан в 1859 году, хотя свое нынешнее название хитозан получил в 1894 году (F.Hoppe-Seyler).
На протяжении следующего столетия было проведено множество фундаментальных исследований этих соединений. Повышенный интерес к этим веществам возник в 30-ые годы и в начале 40-х годов двадцатого века, свидетельством чему служат почти 50 патентов, однако, дефицит соответствующих производственных мощностей и конкуренция со стороны синтетических полимеров помешали коммерческому развитию применения хитина и хитозана.
В первой половине 20 века к Хитину и его производным был проявлен заслуженный интерес, в частности к нему имели непосредственное отношение три Нобелевских лауреата: E.Fischer (1903)-синтезировал глюкозамин, P.Karrer (1929)-провел деградацию хитина с помощью хитиназ, и, наконец, W.N. Haworth (1939) установил абсолютную конфигурацию глюкозамина.
Вновь возникшему интересу в1970-ые годы способствовала потребность в лучшем использовании раковин моллюсков. Учёные по всему миру начали отмечать отличительные свойства хитина и его производных и разбираться в потенциале этих природных полимеров. С этого времени были предприняты многочисленные научные исследования по поиску способа использования этих материалов
В России работы по хитину и хитозану активно начались в начале 70-х годов и в настоящее время переживают настоящий бум. Достигнутый уровень отечественных разработок сравним с мировым, а в ряде случаев превосходит известные зарубежные работы.
В 1991 году группа российских ученых занялась вопросами отработки технологии производства хитина и хитозана из Дапьневосточного сырья - панциря камчатского краба. А в 1997 году хитозан, производимый одной из российских компаний ("Сонат"), получил разрешение Института питания РАМН на применение его в пищевой промышленности.
Сферы применение хитозана
Многие называют хитозан веществом 21 века и это не случайно. Хитозан широко известный продукт. Хитин и хитозан, природные полимеры, получаемые из панциря промысловых ракообразных и других источников, обладают множеством полезных свойств, что делает их применимыми, а в ряде случаев, незаменимыми, в промышленности, медицине и сельском хозяйстве. Исследованиями хитозана занимаются в 15 странах, и в настоящее время известно более 70 направлений практического применения Хитина/хитозана и их модификаций, наиболее важными из которых признаны биотехнология и экология, пищевая промышленность, медицина, косметика, сельское хозяйство и ветеринария.
По своей природе Хитин является одним из трёх наиболее часто встречающихся полисахаридов, кроме целлюлозы и крахмала. Он занимает второе после целлюлозы место как наиболее обильное органическое соединение на земле. Целлюлоза и крахмал являются основными углеводородами, которые используются растениями в качестве источника питания и для построения клеточных стенок. Кроме того, они нашли широкое применение в промышленности. Исследователи и предприниматели видят такой же потенциал для хитина. С химической точки зрения целлюлоза, крахмал и хитин являются полисахаридами - полимерами или крупными молекулами, состоящими из молекул сахара меньшего размера, нанизанными вместе, как жемчужины на нитку.
Хитин может перерабатываться на многие производные (дериваты), наиболее легко доступным является хитозан. который образуется при нагреве хитина с химическим раствором. Хитозан имеет некоторые преимущества по сравнению с хитином, так как он растворим в воде. Исследователи также сконцентрировали внимание на поприще корма и питания, включая съедобные пленки и покрытия, которые сохраняют качество и структуру пищевых продуктов. Биологически разлагаемые и противогрибковые свойства хитина являются дополнительным преимуществом для экологического и сельскохозяйственного применения.
Д-р Сэм Хадсон. младший профессор химии полимеров в Государственном Университете Северной Каролины (NC) в Академическом центре, занимающемся глобальными исследованиями хитина, заявил, что исследователи "стоят на пороге прекрасного нового мира". Такого же бесконечного, как и количество продуктов, которые можно получить из хитина и его производных.
Многие страны уже используют хитин и хитозан в широком множестве продуктов, однако, из этих соединений можно изготовить целый ряд возможных материалов. В Японии хитозан был впервые использован для очистки сточных вод из-за его металлосвязующих свойств, но на сегодняшний день хитин и хитозан находятся повсюду от антибиотиков и хирургических швов до диетических добавок, пищевых продуктов и косметики. Вот также можно найти в корме для домашних животных и использовать для изготовления ткани для нижнего белья и носков. В США хитин и хитозан используются при обработке семян, при обогащении корма для животных и очистке воды. А также в продуктах для ухода за волосами и в диетических добавках. В то время как синтетические соединения теряют свою привлекательность, натуральные вещества, такие, как хитин и хитозан привлекают все более пристальное внимания.
Относительно недавно хитозан стал применяться для изготовления пищевых плёнок. Плёнки из хитозана были разработаны для целей предотвращения отсыревания, уменьшения образования бактерий и увеличения срока годности при хранении скоропортящихся продуктов, таких как свежие фрукты и овощи. В одном из научных исследований было доказано, что при покрытии свежей клубники хитозановой пленкой срок хранении ягод увеличился с одного до пяти и более дней. Огурцы, дыни и прочие фрукты, восприимчивые к плесени, также можно сохранить с помощью покрытия такой плёнкой из хитозана. В Западном Региональном Научно-исследовательском Центре Министерства сельского хозяйства США (USDA) в Олбани (Калифорния) яблоки, покрытые хитозановой пленкой и помещённые в холодное хранилище, оставались свежими более шести месяцев, поскольку покрытие препятствовало окислению и потемнению яблок.
Исследователи из Аргентины использовали съедобные плёнки для сохранения прошедшего предварительную кулинарную обработку теста и увеличения его срока годности при хранении. В Университете Айдахо, исследователи совместили картофельный крахмал с хитозаном для получения пищевых плёнок, которые могут бороться с отравляющими продукты питания микробами. И хитозан, и картофельный крахмал могут отдельно вводиться в плёнки для упаковки продуктов питания.
А теперь о других применениях пленок. В Научно-исследовательском центре Вооружённых Сил США Антик в Массачусетсе был проведен эксперимент с хитозаном в качестве возможной биоразлагаемой упаковочной обёртки для MRE (готовых блюд) - полевой пищи для солдат. Западный Региональный Научно-исследовательский Центр Министерства сельского хозяйства США (USDA) также провёл эксперимент со съедобными плёнками для заворачивания хлеба, заготовок пиццы, конусных вафельных стаканчиков для мороженого для того, чтобы предохранить их от влаги. Обёртки на основе хитозана можно использовать для отделения в пицце теста от соуса. Тогда, согласно исследованиям, пиццу можно заморозить на многие месяцы, и она будет оставаться свежей на вкус.
Хитозан используется также в качестве консерванта для сохранения запаха и вкуса. Исследователи в Южном Региональном Научно-исследовательском Центре Министерства сельского хозяйства США (USDA) в Нью-Орлеане использовали производные хитозана в качестве консерванта для сохранения свежего вкуса говядины. Цель исследования заключалась в том, чтобы найти водорастворимый компонент, который был бы совместим с мышечным белком мяса и уменьшал бы порчу. Производное. N-карбоксиметилхитозан предотвращает порчу мяса, связывая атомы железа и предотвращая их реакции с кислородом, который и вызывает ряд уничтожающих аромат реакций.
Значение этих исследований важно, так как согласно исследованию, опубликованному в книге Food Science and Human Nutrition 1992 года, на многие прошедшие предварительную кулинарную обработку (бланшированные) мясные продукты, такие, как мороженые закуски, продукты для учреждений и продукты для системы быстрого питания (fast food) влияют привкусы, которые возникают в процессе хранения. Несмотря на то, что исследование проводилось только на говядине, исследователи считают, что результаты применимы ко многим другим видам мяса, а также к морским и молочным продуктам.
Хитозан способен интенсифицировать вкус и запах продуктов. В течение многих тысячелетий для придания мясного вкуса продуктам питания использовались грибы, источник хитина. В настоящее время в качестве средства для придания мясного вкуса подвергшимся обработке пищевым продуктам исследователи рассматривают микрокристаллический хитин. Когда микрокристаллический хитин нагревается до обычных температур кулинарной обработки, он образует вещества, формирующие вкус поджаренной пищи и аромат многих пищевых продуктов.
Д-р Том Уоткинс. директор лаборатории в Фонде Исследований сердца К. И. Джордана в Монткпере (штат Нью-Джерси) и эксперт в области диетологии заявляет, что хитин, в сыром или поджаренном виде был бы идеальным интенсификатором вкуса и запаха. Он считает, что хитиновые материалы найдут широкие применения в продуктах питания, особенно в полуфабрикатах или готовых продуктах, требующих минимальной обработки перед употреблением, с низким содержанием жиров. "Хитин и его производные могут в ближайшее время стать важными вкусовыми составляющими в готовых и деликатесных пищевых продуктах и ароматизаторах, особенно в вегетарианских блюдах," - добавляет он.
Хитин и хитозан нашли свое применение и во множестве других сфер. Хитин используется при дезодорировании нижнего белья, в котором он, по-видимому, ограничивает рост вызывающих запах бактерий и вызывающих сыпь грибков. Метод смешивания хитозана с полинозиком - волокном, изготовленным из древесной массы, был разработан и нашёл широкое рименение в Японии. Это волокно затем переплетают с хлопчатобумажными волокнами для последующего изготовления предметов нижнего белья.
Исследователи в Текстильном Колледже Государственного Университета Северной Каролины разработали метод формирования бумаги, используя хитозан. Новый процесс может привести к новаторским применениям, таким, как повязки для ран, фильтры для очистки воды и воздуха и биологически разлагаемая упаковка для пищевых или сельскохозяйственных продуктов. Бумажные продукты из хитозана будут иметь важные экологические преимущества, поскольку отпадёт потребность в химикатах, используемых при традиционной переработке бумаги. Исследователи в Государственном Университете Северной Каролины заявляют, что хитозан имеет такой химический состав, что в ближайшее время сможет заменить хлопок и полиэфир. Этот новый "супер" или "турбо" хлопок обладает способностью адаптироваться при окрашивании, легко используется для обработки антипиренов и может быть легко обработан для получения гидрофобного вещества. "Хитозан находится там, где древесная масса находилась 60-70 лет назад, когда развивалась химия преобразования древесины в древесные волокна", - заявляет Сэм Хадсон из Государственного Университета Северной Каролины..- "Он более универсален, чем целлюлоза и находит применения в форме волокон или плёнок".
Нынешние и потенциальные сферы применения хитина и его производных в таких областях, как биомедицина, питание, пищевая промышленность, фармакология, микробиология, сельское хозяйство и косметика чрезвычайно широки. Было опубликовано около 1000 научно-исследовательских статей по хитину и его производным. Только в США было выдано около 200 патентов, не считая тех, которые были выданы в других странах по всему миру. Учёные из десятков стран мира, включая США и Россию, собираются каждые три года для того, чтобы представить новейшие исследования в области хитина и его производных.
Многие считают, что эти натуральные соединения способны произвести революцию, особенно в биомедицинской, диетологической и пищевой отраслях. "Хитин и хитозан являются идеальными биоматериалами, которые много обещают в будущем," - отмечает Джозеф Николе из Prodex. "Учёные всего мира проявляют повышенный интерес к ним, а промышленность постепенно начинает признавать их возможности. Они могли стать очень важными биоматериалами в ближайшем десятилетии. Пришло время для того, чтобы эти натуральные полимеры заняли подобающее им место".
Хитозан в медицине, косметике и диетологии
Хитозан, получивший широкое применение в последние годы в Европе и Америке, зарекомендовал себя как уникальное вещество, связывающее и выводящее из организма пищевые жиры, а также как не имеющий аналогов природный продукт, снижающий уровень холестерина.
Препарат рекомендуется для курсового лечения ожирения, при атеросклерозе, для очищения организма, а также для приема перед потреблением жирной пищи. Для этих целей хороши сочетания хитозана с Цитримаксом.
Хитозан рекомендуется принимать также при вынужденном употреблении жирной калорийной пищи (в поездках, на банкетах) и приеме жирного мяса, рыбы или кондитерских изделий (мороженое, торт с кремом) на фоне длительной диеты (в случае праздничного стола или небольшого отступления от диеты). Применение хитозана позволяет есть то, что нравится, не ограничивая себя существенно в плане потребления жирной или сладкой пищи.
Возможно также использование хитозана в качестве дополнительного лечебного средства при наследственной гиперхолестеринемии и нарушениях липидного обмена.
Хитин и его производные обладают многими свойствами, которые делают их привлекательными для широкого применения, от питания и косметики до биомедицины и охраны окружающей среды. Их антибактериальные, противогрибковые и антивирусные свойства делают их особенно полезными для биомедицинских применений, таких, как повязки на раны, хирургические швы и в качестве вспомогательных средств при хирургии катаракты и при лечении периодонтальных заболеваний. Исследование показало, что хитон и хитона являются нетактичными и неаллергенными, поэтому маловероятно, что тело отвергнет эти соединения как инородных захватчиков.
В отличие от большинства полисахаридов хитозан обладает мощным положительным зарядом, который позволяет ему связываться с отрицательно заряженными поверхностями, такими, как волосы и кожа. Это делает его полезным в качестве ингредиента, входящего в состав продуктов по уходу за кожей и волосами. Некоторые исследования указывают на то, что заряд хитозана также помогает ему связывать жиры и холестерин. На протяжении последнего десятилетия исследователи в Японии. Европе и Соединённых штатах Америки испытывали хитин и его производные в биомедицинских применениях, а также в качестве пищевых добавок. Ниже более подробно рассмотрены некоторые из сфер применения хитозана в медицине и диетологии.
Хитозан обладает широким спектром положительного воздействия на организм человека. На протяжении многих лет хитин и его производные использовались для диетологических и медицинских целей на Дальнем Востоке. Сегодня, более миллиона людей во всём мире принимают хитин и хитозан в качестве диетических добавок для улучшения здоровья. Многие из этих людей считают, что добавки помогают им бороться с рядом недомоганий, включая высокое содержание холестерина в крови, высокое кровяное давление, аллергию и артрит.
Отмечается также улучшение в состоянии кожи, волос и ногтей. Исследования позволили предположить, что хитин и хитозан обладают рядом преимуществ для здоровья, включая способность к стимулированию роста Bifidobacterita (бифидобактерий), полезной кишечной бактерии, которая помогает справляться с болезнью. Производные хитина, такие, как хитиновые олигосахариды и олигосахариды хитозана (компоненты молекул хитина и хитозана меньшего размера) также считаются обладающими многими важными преимуществами для здоровья, включая укрепление здоровья кишечника, противоопухолевые свойства и стимулирование тех же вышеупомянутых полезных Bifidobacteria.
Согласно статье, опубликованной в выпусках Food Technology за октябрь 1994 года, приём препаратов на основе хитозана очень полезен для здоровья. Согласно статье, производные хитозана способны увеличивать образование бифидобактерий и, таким образом, сократить число вредных бактерий, способствовать снижению образования токсинов и вредных ферментов, предотвратить понос и запор, защитить печень, уменьшить содержание холестерина в сыворотке, защитить от рака и способствовать образованию питательных веществ.
Исследования на животных показали, что олигосахариды хитина улучшают функцию кишечника. Другое исследование на животных позволило предположить, что хитин, хитиновые олигосахариды и хитозан стимулируют неспецифическую иммунную реакцию у мышей, приводящую к созданию Т-клеток, которые атакуют опухолевые клетки. Исследователи предположили, что олигосахариды хитозана могут действовать точно таким же образом.
Роль хитозана в росте числа бифидобактерий имеет далеко идущие полезные последствия для здоровья человека. С начала 1950-ых годов бифидобактерии получили признание за их важную роль в укреплении здоровья людей. Исследователи полагают, что бифидобактерии препятствуют и противодействуют вредным бактериям, таким, как кишечная палочка (E.coll) и сальмонелла [Salmonella], вырабатывая уксусную и молочную кислоты, которые подавляют рост этих микроорганизмов, и образуя антибактериальные соединения.
Также полагают, что они способствуют образованию витаминов В и фолиевой кислоты. Некоторые исследователи полагают, что Bifidobacteria обладают противораковыми свойствами, которые связываются с укреплением иммунитета. Кинические и лабораторные исследования позволили предположить, что дефицит Bifidobacteria может вызывать старение, снижать иммунитет и способствовать болезням взрослых, включая рак и артрит. Хотя добавление живых бифидобактерий в пищевые продукты может привести к улучшениям здоровья, исследователи указывают на то, что они не выживут в результате применения современных технологий производства пищевых продуктов. Вместо этого рациональнее было бы добавлять в пищу номинальные количества олигосахаридов (включая хитозан) непосредственно в виде добавок, чтобы стимулировать рост этих полезных бактерий.
Хитозан снижает содержание холестерина в организме. Исследования показали, что хитин может быть эффективен при снижении уровня холестерина в крови. В 1980 году японские учёные продемонстрировали, что введение хитина в пищу приводит к понижению уровня холестерина в крови у животных. Последующие исследования на животных показали, что хитин также может связывать холестерин в кишечнике. Предварительные результаты испытания добавок с хитином, проведенного в Норвегии, показали, что у взрослых людей, которые принимали хитин ежедневно в течение восьми недель дополнительно к выбранным самими диетам, уровень холестерина в крови снизились почти на 25 процентов. Несмотря на то, что механизм снижения холестерина в крови понят не до конца, полагают, что молекулы хитина действуют как поглотитель жиров в пищеварительном тракте, захватывая как жир, так и холестерин, который затем выводится
Хитозан эффективен как снижающий вес препарат, а также как препарат, оказывающий помощь при непереносимости лактозы и при язве. Хитин подобно волокнам проходит через кишечный тракт в неизменном непереварившемся виде. Это сходство с волокнами позволяет использовать хитозан в качестве средства, заменяющего часть еды, содержащей калории. Опыты показали, например, что цыплята, которых кормили микрокристаллической формой хитина, добавленного в корм, были более тощими, чем цыплята, которых кормили обычным кормом. Эти исследования также показали еще одно дополнительное положительное свойство хитина - ослабление непереносимости лактозы, вызванную кормом, содержащим сыворотку, субпродукт сыра, включающий 70 процентов лактозы.
Об этом сообщил доктор Джон Зикакис, профессор Университета Делавэр, который провёл множество исследований на цыплятах, потребляющих содержащий хитин корм. Обычно, сыворотка имела ограниченное применение в корме животных, поскольку она могла вызвать понос. Однако было отмечено, что у цыплят, потребляющих значительный уровень сыворотки и хитин одновременно, понос не проявляется. Полагают, что точно такое же действие может быть показано и у людей. Исследования доказали, что функционирование в целом и регулярность работы кишечника улучшаются при использовании диетического хитина.
В исследованиях, проводимых на животных, когда песчанки потребляли пищевой рацион, обогащённый хитином, животные стали здоровее и более энергичными. Другие эксперименты показали, что при добавлении хитина в хлеб и последующем кормлении им песчанок, состояние их организмов существенно улучшилось. О сходных улучшениях сообщалось и в случае хитиновых добавок в корм крупного рогатого скота. Аналогичные результаты были достигнуты и при применении умеренного количества хитина и хитозана людьми. Также было доказано, что хитозан обладает антацидным и противоязвенным действием у крыс и собак. Считается, что хитозан обладает физическими и химическими свойствами, которые сходны с натуральными веществами, покрывающими желудочный тракт.
Хитозан широко применяется в качестве пищевых добавок. В то время как японцы уже давно потребляют хитин и хитозан с продуктами питания, в Европе и Америке применение этих средств получает все большее распространение в последнее время. Хитин и хитозан могут использоваться в качестве пищевых компонентов несколькими способами: в виде добавок к еде, пищевых плёнок, консервантов и интенсификаторов вкуса и аромата, а также средств, улучшающих структуру пищи.
Хитин и хитозан в качестве пищевых добавок классифицируются как "вещество, считающееся пищевым продуктом или частью пищевого продукта с медицинскими или полезными для здоровья преимуществами, включая профилактику, терапию или лечение заболевания", согласно трактовке Фонда Новшеств в медицине. Кроме их прямых преимуществ для здоровья, некоторые специалисты считают, что потребление пищевых добавок может сэкономить миллиарды долларов за счет уменьшение частоты таких заболеваний, как рак и заболевание сердца. Обогащённые хитозаном продукты питания могут в ближайшее время использоваться для того, чтобы способствовать снижению высокого уровня холестерина в крови, фактора риска для заболеваний сердца, основной причины смерти в США, и прочих болезней.
