چیتوزان پلی ساکارید کاربردی

چیتوزان یک پلی ساکارید چند کاربردی است که به طور گسترده در طبیعت یافت می شود (چیتوزان دومین بایوپلیمر فراوان پس از سلولز) که توسط د آسیلاسیون قلیایی چیتین تولید می شود. چیتوزان کاربردهای زیادی در صنایع دارد. تصفیه فاضلاب با استفاده از چیتوزان یکی از کاربردهای مهم است. مطالعات بسیاری وجود دارد که توانایی بایو جاذب چیتوزان و کامپوزیت های آن در حذف آلاینده ها از فاضلاب را برجسته می کند. چیتوزان می تواند به عنوان مواد منعقد کننده / لخته کننده فاضلاب های آلوده ، در جذب فلزات سنگین یا متالوئید مس (II) ، کادمیوم (II) ، سرب (II) ، آهن (III) ، روی (II) ، کروم (III) ، و غیره استفاده شود. چیتوزان برای از بین بردن رنگ ها از فاضلاب های صنعتی (یعنی فاضلاب های نساجی) و همچنین برای از بین بردن سایر آلاینده های آلی مانند سموم ارگانوکلراید ، اکسید شدن آلی یا ناخالصی های چربی و روغن استفاده می شود.

با توجه به عملکرد بالا ، مشتقات چیتوزان به عنوان مواد افزودنی جذب در بسیاری از پروژه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرد.کامپوزیت های چیتوزان در تصفیه خانه های فاضلاب برای جذب رنگ و فلزات سنگین مورد آزمایش قرار گرفته اند. برای تشکیل کامپوزیت ها با چیتوزان ، از مواد مختلفی استفاده شده است ، مانند مونت موریلونیت ، پلی اورتان ، خاک رس فعال ، بنتونیت ، زئولیت ، خاکستر نخل روغن ، آلژینات کلسیم ، پلی وینیل الکل ، سلولز ، مگنتیت ، ماسه ، الیاف پنبه ، پرلیت و آلومینا سرامیک.

چیتوزان و کامپوزیت های آن (کامپوزیت های زئولیت ‐ چیتوزان) به عنوان جاذب و فلوکولانت ها در تصفیه خانه های فاضلاب و در روش های جذب استاتیک اعمال شده در فاضلاب های صنعتی و شهری استفاده می شود.

خواص شیمیایی چیتوزان

چیتوزان دارای چندین خاصیت شیمیایی است که آن را برای چندین کاربرد زیست پزشکی مناسب می کند. برخی از آنها در زیر ذکر شده است:

  • چیتوزان یک پلی آمین خطی است.
  • چیتوزان دارای گروه های آمینه واکنش پذیر (-NH2) است.
  • چیتوزان دارای گروه های هیدروکسیل واکنش پذیر (-OH) در دسترس است.
  • چیتوزان برای بسیاری از یون های فلزی واسطه توانایی کی لیت سازی دارد.

کاربرد چیتوزان در صنعت

چیتوزان در تصفیه خانه های فاضلاب

چیتوزان یک پلیمر تا حدودی دآسیله شده است که توسط دآسیلاسیون قلیایی چیتین ، بایوپلیمر استخراج شده از منابع صدف به دست می آید. چیتین یک آمینو پلی ساکارید هیدروفیل خطی با یک ساختار سفت و محکم است که شامل هم گلوکزامین و استیل گلوکوزامین است. چیتوزان را می توان به عنوان یکی از فراوان ترین بایوپلیمرهای طبیعی توصیف کرد.

چیتوزان بومی در آب یا حلال های آلی غیر محلول است، اما در pH اسیدی (زیر pH 5) ، هنگامی که گروه های آمین پروتونه می شوند، چیتوزان به پلیمر کاتیونی محلول با چگالی بار بالا تبدیل می شود.

چیتوزان دارای خواص بسیار جذاب مانند آبگریزی ، زیست سازگاری ، تجزیه پذیری ، غیر سمی بودن و وجود گروه های آمینو بسیار واکنش پذیر (-NH2) و هیدروکسیل (-OH) در ساختار است که باعث می شود چیتوزان به عنوان ماده جاذب مؤثر در حذف آلاینده های فاضلاب مورد استفاده قرار گیرد.

مهمترین مزیت چیتوزان نسبت به سایر پلی ساکاریدها (سلولز یا نشاسته) ساختار شیمیایی آن است که اصلاحات خاصی را برای طراحی پلیمرها برای برنامه های انتخابی امکان پذیر می سازد. از طرفی، گروه های واکنشگر چیتوزان قادر به تولید کامپوزیت هایی با ترکیبات مختلف هستند که ثابت کرده است که ظرفیت بهتری در جذب آلاینده های فاضلاب و مقاومت در محیط اسیدی دارند. برخی از نمونه ها شامل بنتونیت ، کائولینیت ، خاکستر نخل روغن ، پلی اورتان ، زئولیت ، مگنتیت و غیره است. از طرف دیگر بار کاتیونی چیتوزان (چیتوزان بایوپلیمر تک کاتیونی است) قادر به خنثی سازی و انعقاد ذرات کلوئیدی معلق آنیونی و در نتیجه کاهش سطح تقاضای اکسیژن شیمیایی ، کلریدها و کدورت در فاضلاب می شود.

چیتوزان به عنوان فلوکولانت / منعقد کننده ناخالصی های کلوئیدی آلودگی

لخته سازی یک پدیده اساسی در تصفیه فاضلاب صنعتی است. امروزه به دلیل توانایی چشمگیر چیتوزان در لخته سازی کارآمد با دوز کم در مقایسه با منعقدکننده های غیر آلی (نمک فلزات چند ظرفیتی) که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند (به دلیل کم هزینه بودن و سهولت استفاده) از فلوکولانت های پلیمری آلی امروزه بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در این زمینه ، خواص انعقادی و لخته سازی چیتوزان (با بار کاتیونی) می تواند مورد استفاده قرار گیرد تا ناخالصی های آلی یا معدنی کلوئیدی با بار منفی از فاضلاب ها حذف شود.

از آنجا که اکثر کلوئیدهای آلودگی بار منفی دارند ، پلیمرهای کاتیونی یا پلی الکترولیت ها به عنوان منعقد کننده / فلوکولانت های بالقوه مورد توجه ویژه قرار می گیرند. چیتوزان به دلیل ویژگی منحصر به فرد کاتیونی یکی از بایوپلیمرهای امیدوارکننده برای کاربردهای گسترده در تصفیه فاضلاب است و عملکرد انعقادی چیتوزان در مقایسه با مواد منعقد کننده معدنی مانند سولفات آلومینیوم ، پلی اتیلن آمین و پلی آکریل آمید در از بین بردن آلاینده های مختلف از محلول آبی بسیار مؤثر است.

گروه های آمین پروتونه در امتداد زنجیره به دست آمده با حل شدن چیتوزان در اسیدها ، تداخلات الکترواستاتیک بین زنجیره های پلیمری و آلاینده های با بار منفی را تسهیل می کنند (آنیون های فلزی ، رنگ ها ، ترکیبات آلی و غیره). به دلیل حضور گروه های آمینه اولیه ، بایوپلیمر دارای چگالی بار کاتیونی بالا و زنجیره های طولانی با وزن مولکولی بالا است ، به عنوان یک منعقد کننده و موثر در حذف آلودگی ها در حالت تعلیق و حل شده است. گروه های آمینه فعال (NH2) در مولکول چیتوزان را می توان با پروتون در آب در یک پلی الکترولیت کاتیونی پروتونه کرد به گونه ای که این مولکول دارای خصوصیات جذب و جذب استاتیک است. اثر چیتوزان برای انعقاد مواد معدنی منعقد شده به دلیل وجود املاح معدنی یا به دلیل افزودن مواد استخراج شده از خاک ها در pH بالا می تواند بهبود یابد.

چیتوزان به عنوان جاذب یون های فلزی

چیتوزان به عنوان یک جایگزین جاذب مطمئن و اقتصادی برای از بین بردن آلاینده ها از فاضلاب هاست و استفاده از چیتوزان به عنوان بایو جاذب برای یون های فلزات سنگین در بسیاری از مطالعات گزارش شده است.

پیوند بین یون های فلزی و گروه های عملکردی چیتوزان در فرایند جذب پدیده شامل پدیده های مختلفی به عنوان کمپلکس ، جذب الکترواستاتیک ، بارش میکرو و تبادل یونی است. مکانیسم تشکیل پیچیده بین یون های چیتوزان و فلز در طی فرآیند جذب می تواند از دو مسیر انجام یابد:

مدل پل: یون های فلزی با گروه های آمینه مختلف از همان زنجیره یا از زنجیره های مختلف از طریق واکنش های پیچیده بین مولکولی یا درون مولکولی تشکیل پیوند می دهند. مدل آویز: یون های فلزی به صورت آویزان با گروه های آمینه تشکیل پیوند می دهند.

در آزمایشات متعددی، توانایی جذب چیتوزان برای یون های فلزی سنگین مورد سنجش قرار گرفته است:

فاضلاب نساجی (مس (II) و سرب (II)) و محلول های آبی (روی (II) و آهن (III)).

راندمان حذف برای یون های سرب 91.67% و برای یون های مس 54.15% بود که تحت تأثیر pH قرار دارد که پارامتر موثری بر بار سطحی فاضلاب  است.

استفاده از چیتوزان به عنوان جاذب حداکثر جذب مس (II) و یون های سرب (II) از فاضلاب های نساجی را در pH برابر 8 (شکل 6 (a) و (b)) نشان داد.

گروه های عاملی اصلی چیتوزان که نقاط بالقوه جذب یون های فلزی هستن-OH  و  -NH2 هستند. در شرایط pH اسیدی، این گروه ها پروتونه (-OH2+  ، -NH3+) می شوند و باعث جذب یون های فلزی می شوند. با افزایش مقدار pH ، میزان پروتونه شدن  گروه های عاملی کاهش می یابد. این فرآیند تشکیل پیوندهای پیچیده بین یونهای فلزی و گروه های عاملی را تحت تأثیر قرار می دهد.

چیتوزان به عنوان عامل کی لیت کننده و تله های فلزات سنگین عمل می کند. مشتقات N-بنزیل سولفونات چیتوزان به عنوان جاذب برای از بین بردن یون های فلزی در محیط اسیدی استفاده می شود و از چیتوزان نیز می توان برای از بین بردن رنگ از پساب خانه رنگ استفاده کرد. همچنین به نظر می رسد که چیتوزان برای از بین بردن آرسنیک از آب آشامیدنی آلوده و همچنین برای خارج کردن فرآورده های نفتی از پساب استفاده می شود.

کامپوزیت های چیتوزان در تصفیه فاضلاب

چیتوزان جاذب بسیار موثری است، که می تواند از جهات مختلفی اصلاح شود (پیوند ، اتصال متقاطع ، کاربری شدن برای تشکیل کامپوزیت ها و غیره). از آنجا که چیتوزان نسبت به pH بسیار حساس است ، و یا بسته به مقادیر pH ، ژل ایجاد کرده یا محلول آن است ، از بعضی از مواد اتصال دهنده متقاطع مانند گلی اکسال ، فرمالدهید ، گلوتارآلدئید ، اپی کلروهیدرین ، و ایزوسیانات ها برای بهبود عملکرد آن به عنوان جاذب استفاده شده است. این فرآیند اتصال متقاطع باعث تثبیت چیتوزان در محلول های اسیدی می شود و این خاصیت مکانیکی آن را افزایش می دهد. جاذب های اصلاح شده چیتوزان برای حذف آلاینده های مختلف (رنگ ها ، فلزات / یون ها و سایر موارد) استفاده می شوند.

چیتوزان و مشتقات چیتوزان در کاربردهای عملی به صورت محلول ، سوسپانسیون ، ذرات ، ایجاد می شوند. چیتوزان به شکل های مختلف از جمله رزین ، کره ، نانوذرات و اسفنج ها ، ژل ها / هیدروژل ها ، فوم ها ، غشاها و فیلم ها ، الیاف ، رشته های میکروسکوپی و داربست در بسیاری از زمینه ها مانند پزشکی ، داروسازی ، آرایشی بهداشتی و مراقبت های شخصی ، صنایع غذایی و تغذیه ، کشاورزی و صنایع شیمیایی ، صنایع نساجی و کاغذ ، صنایع و بسته بندی فیلم های خوراکی ، بیوتکنولوژی ، شیمی تجزیه ، کروماتوگرافی ، صنعت نوشیدنی و زیست شناسی ، عکاسی و سایر زمینه های نوظهور مانند مواد مغذی ، منسوجات کاربردی و منسوجات لوازم آرایشی و بهداشتی ، صنایع تکمیلی ، فناوری نانو و آبزی پروری تولید و استفاده می شود.

چیتوزان در صنایع غذایی

چیتوزان توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده به عنوان یک ماده افزودنی غذایی ، فیبر غذایی و مواد عملکردی برای مصرف کننده مورد تأیید قرار گرفته است. چیتوزان همچنین از سال 1990 به عنوان افزودنی غذایی در ژاپن و کره تأیید شده است. به دلیل خاصیت زیست فعال بودن و خاصیت کاتیونی بودن ، از چیتوزان به عنوان ماده غذایی (افزودنی های غذایی ، غذای کاربردی) ، ماده ضد میکروبی و آنتی اکسیدان (محافظت از غذا) ، برای پوشش های ضد میکروبی میوه ها و سبزیجات ، در محصولات غذایی ضد کلسترول و به عنوان مواد غذایی استفاده می شود.

چیتوزان در محلول ، پودرها و فیلم های خوراکی و پوشش ها در برابر میکروارگانیسم ها،  فعالیت های ضد میکروبی دارد. نتایج بهتر فعالیت ضد باکتری با چیتوزان با وزن مولکولی کم به دست آمد. تحقیقات بر روی مشتقات و الیگومرهای چیتوزان جدید انجام شده است که می تواند به عنوان یک عامل ضد میکروبی علیه میکروارگانیسم های غذایی استفاده شود. مشتقات چیتوزان آنتی باکتریال به ویژه برای کاربردهای غذایی امیدوارکننده بنظر می رسد. چیتوزان و مشتقات آن طیف گسترده ای از کاربردهای منحصر به فرد را در صنایع غذایی از جمله نگهداری مواد غذایی از خاصیت آنتی باکتریال ، افزایش عمر مفید ، تشکیل فیلم های زیست تخریب پذیر و بسته بندی مواد غذایی ارائه می دهد.

چیتوزان به دلیل فعالیت های ضد میکروبی و تشکیل فیلم ، به عنوان منبع نگهدارنده مواد غذایی یا مواد پوششی برای جایگزینی پلیمرهای غیر تجزیه پذیر و تجدید ناپذیر و همچنین کاهش کاربرد گسترده سموم مضر در محافظت از مواد غذایی در نظر گرفته شده است.

علاوه بر این ، فیلم های چیتوزان خواص مکانیکی خوبی را نشان داده اند و این نوع از چیتوزان این مزیت را دارند که می توانند مواد عملکردی مانند ویتامین ها و حامل های آزاد کننده عوامل ضد میکروبی را در خود جای دهند. با این حال ، فیلم های چیتوزان در بسته بندی بسیار قابل نفوذ در برابر بخار آب هستند ، و به دلیل خاصیت آب دوستانه آنها ، این چیتوزان ها همچنین تمایل به مقاومت در برابر نفوذ چربی و نفوذ پذیری گاز انتخابی دارند. حوزه صنایع غذایی و تغذیه مهمترین مصرف کننده چیتوزان است و بازارهای اصلی چیتوزان در آسیا (ژاپن ، کره ، چین) ، آمریکای شمالی و اروپا قرار دارند. تقاضا برای چیتوزان به ویژه برای کاربردهای بالقوه چیتوزان در مواد مغذی و مواد خوراکی به سرعت در حال رشد است.  از ویژگیهای تغذیه ای چیتوزان می توان به فعالیت های زیستی ضد باکتریایی ، ضد التهابی ، آنتی اکسیدانی ، ضد سرطان زایی و ضد التهابی ، همراه با کاربرد چیتوزان به عنوان فیبر غذایی اشاره کرد. چیتوزان دارای قابلیت هضم در دستگاه گوارش فوقانی ، گرانروی زیاد و خاصیت اتصال به آب زیاد است.

چیتوزان به عنوان یک فیبر غذایی ، قادر است با جلوگیری از جذب چربی و کلسترول در رژیم غذایی ، کلسترول را کاهش دهد. چیتوزان و مشتقات آن باعث کاهش وزن و کاهش چربی بدن در بدن انسان می شوند بنابراین فشار خون سیستولیک و دیاستولیک کاهش می یابد. علاوه بر این ، چیتوزان به طور قابل توجهی دفع اسیدهای چرب اشباع بسیار آتروژنیک را در مقایسه با سایر فیبرها افزایش می دهد. چیتوزان به عنوان یک پری بیوتیک با ارزش ، همچنین می تواند شرایط کولون را تقویت کند.

چیتوزان و مشتقات آن نیز فعالیت آنتی اکسیدانی شدیدی دارند و تأثیرات آنها مشابه آنتی اکسیدان های فنلی است. محصولات چیتوزان همچنین مزایایی به عنوان اجزای خوراک دام دارند و این بازار در حال رشد است. انواع چیتوزان به پردازنده های مواد غذایی اجازه می دهند تا پروتئین حاصل از مواد زاید را در خوراک دام بازیافت کنند. چیتوزان ها دارای خواص غذایی مفید هستند و می توانند آزادسازی مواد افزودنی خوراک در حیوانات را کنترل کنند.

چیتوزان در صنایع نوشیدنی

چیتوزان استفاده بسیاری در صنایع نوشیدنی دارد. در تولید آبجو ، می توان از چیتوزان برای شفاف سازی ، اسید زدایی ، تثبیت ، از بین بردن اوکراتوکسین A ، آنزیم ها و سایر مواد نامطلوب ، مانند فلزات و سموم دفع آفات استفاده کرد. چیتوزان همچنین به عنوان منعقد کننده محیط زیست برای شفاف سازی میوه شور و لخته کننده طبیعی برای شفاف سازی آبجو ماتریس های مبتنی بر چیتوزان استفاده می شود که برای شفاف سازی ، نگهداری ، کپسول سازی و بسته بندی فعال و هوشمند از انواع نوشیدنی ها مانند نوشیدنی های الکلی ، لبنی ، و غیر الکلی ، از جمله آب میوه ، شهد ، آب میوه غلیظ ، چای ، قهوه و گل ماسه ای هستند. به نظر می رسد که شفاف سازی با استفاده از چیتوزان با منشا قارچی به خوبی در بازار انجام شده است.

چیتوزان در داروسازی

چیتوزان و مشتقات آن در داروسازی عمدتا به عنوان مواد کمکی در فرمولاسیون های دارویی و در سیستم های انتقال دارو مورد بررسی قرار گرفته اند. رویکرد جدید شامل جایگزینی ترکیبات بالقوه سمی با چیتوزان بود که به سرعت امیدوار کننده شد. مشتق کردن چیتوزان نیز به گسترش کاربرد و کاهش سمیت کمک کرده است. خصوصیات اصلی مورد استفاده چیتوزان و مشتقات چیتوزان در زمینه دارویی عبارتند از: رهاسازی دارو کنترل شده ، ضد التهاب ناپروکسن ، خواص چسبنده مخاطی ، خصوصیات ژل ، خواص تقویت کننده ترانسفکشن و خواص تقویت کننده نفوذ توسط چیتوزان. چیتوزان همچنین مانند سایر پلی ساکاریدها خاصیت بازدارندگی پمپ جریان را نشان می دهد. چیتوزان و مشتقات چیتوزان ممکن است به عنوان محلول ، ژل ، قرص ، کپسول ، الیاف ، فیلم و اسفنج استفاده شود. در نتیجه ، ممکن است از چیتوزان به صورت فرم های خوراکی ، چشمی ، بینی ، واژن ، باکال ، تزریقی ، تزریق داخل رحمی و ترانس درمال استفاده شود و همچنین چیتوزان می تواند به عنوان ایمپلنت برای انتقال دارو به دو شکل قابل کاشت و تزریق استفاده شود. طی دو دهه گذشته از چیتوزان به عنوان مواد افزودنی بی خطر در فرم دوز خوراکی استفاده می شود. قرص چیتوزان می تواند در مقایسه با محصولات تجاری ، داروی آزاد سازی مداوم از خود نشان دهد، قرص های چیتوزان مناسب ترین نوع دوز هستند زیرا آنها دوز دقیقی را ارائه می دهند ، ساخت و استفاده آنها آسان است و مورد پسند بیماران است. چیتوزان به دلیل خاصیت فعالیت زیستی و مخاطی خاصیت افزایش جذب ، برای تحویل باکال جالب است. خاصیت تقویت نفوذ قوی نیز برای چیتوزان وجود دارد.

آماده سازی های تزریقی حاوی چیتوزان طی سالهای اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. خواص چیتوزان همچنین منجر به تولید واکسن می شود. اثر مروج جذب از راه مخاط چیتوزان برای زایمان بینی و خوراکی داروهای قطبی برای تجویز پپتیدها و پروتئین ها و برای واکسن مهم است. فیلم ها و الیاف تهیه شده با استفاده از چیتوزان و چیتین برای مهندسی بافت و پانسمان مراقبت از زخم ساخته شده اند ، این فیلم ها به عنوان چسب دهان و دندان و مقاوم در برابر آب به دلیل ویژگی های آزاد سازی و چسبندگی آنها موثر واقع شده اند. برای کاربردهای پزشکی ، چیتوزان و مشتقات چیتوزان به عنوان چیتولیگوساکارید به راحتی به اشکال مختلف از جمله محلول ها ، ژل ها / هیدروژل ها ، اسفنج ها ، ریز ذرات / نانوذرات ، غشاها و فیلم ها و الیاف / نانوالیاف قابل استفاده است. خواص باکتریواستاتیک و ضد قارچ چیتوزان به ویژه برای درمان زخم مفید است.

مقالات مرتبط