Обесцвечивание

Из результатов, полученных на стадии депротеинирования, следует, что даже при использовании жестких условий (t > 80°С, C_Naoii >10%) нам удалось максимально освободиться лишь от 25% белков и пигментов.

на меланины. Известно, что меланины in vivo могут функционировать как в качестве доноров, так и акцепторов электронов в зависимости от условий окислительно-восстановительных реакций. В восстановленной (гидрохиноновой) форме полимер окрашен, а в окисленной (хиноновой) форме окраска отсутствует [216, 62].

Мы осуществляли обесцвечивание хитина под действием перекиси водорода в щелочных условиях. Данный метод хорошо зарекомендовал себя в производстве для отбеливания целлюлозы, причем следует отметить, что эффект обесцвечивания достигался без разрушения первичной структуры полимера [217]. Известно, что в процессе обесцвечивания под действием перекиси водорода в щелочных условиях протекают две конкурирующие реакции: обесцвечивание материала под действием пергидроксил радикала, образующегося при реакции перекиси водорода с гидроксилом щелочи, и свободного кислорода, образующегося при разложении перекиси водорода [217].

Для определения оптимальных условий обесцвечивания, нами были проведены исследования по обесцвечиванию ХМК в щелочных условиях и определены концентрационные, температурные и временные параметры процесса.

Определение оптимальной концентрации перекиси водорода

Обесцвечивание 25% суспензии ХМК проводили при температуре 40- 50°С в течение 1 ч при перемешивании с использованием диапазона концентраций окислителя от 0,5% до 10% в присутствии 0,1 н NaOH. Определение ММ и других физико-химических характеристик ХМК после стадии обесцвечивания затруднительно в виду его ограниченной растворимости в слабокислых водных растворах. В этой связи мы провели также стадию деацетилирования 15% суспензии ХМК 45% NaOH при температуре 125°С в течение 2 ч. Влияние концентрации Н2О2 на выход ХМК после обесцвечивания, ХзМК после деацетилирования и физико­химические свойства ХзМК представлены в таблице 9.

Таблица 9

Характеристика ХМК и ХзМК в зависимости от концентрации перекиси водорода

При проведении процесса обесцвечивания под действием перекиси водорода с увеличением концентрации от 0,5 до 10% выход обесцвеченного ХМК незначительно понижался на 10-18%.

[218]. В наших исследованиях увеличение концентрации Н₂О₂ в 12 раз позволяло снизить молекулярную массу ХзМК только в 2 раза (с 678 до 354 кДа). Скорее всего, на данной стадии доминирующей реакцией является обесцвечивание меланина, а деструкция хитина - параллельным побочным процессом. Необходимо отметить, что при повышении концентрации Н₂О₂ (более 6%) происходило увеличение вязкости ХзМК (с 3,7 до 4,8 дл/г). Для ХзМК, полученного при обесцвечивании 10%-ным раствором Н₂О₂, при растворении в Na-ацетатном буфере для измерения вязкости (pH 3,8) наблюдалось образование прозрачного устойчивого геля, что затрудняло определение вязкости образца и молекулярной массы. Опираясь на литературные данные, полученные результаты, скорее всего, можно объяснить явлением синерезиса, протекающим при низких значениях pH (2-4). Хитозан, как целлюлоза и альгинат, обладает свойством гелеобразования, которое обусловлено его вторичной структурой и балансом гидроксильных и гидрофобных взаимодействий в молекулах. Интенсивное набухание хитозана происходит при СД ниже 12%, а СД 8% является пограничной областью гелеобразования, выше которой большую роль играют гидрофильные взаимодействия, а ниже - гидрофобные [219].

Учитывая вышеизложенное, с целью наиболее полного обесцвечивания ХМК и сохранения его физико-химических свойств, целесообразно использовать концентрацию Н₂О₂ 2-4%. Использование перекиси водорода в концентрации ниже 2% приводит лишь к частичному удалению окраски ХМК, что в дальнейшем приводит к ухудшению физико-химических свойств хитозана. При концентрации Н₂О₂ выше 8% имеет место лишь видимое осветление продукта, кроме того, происходит увеличение Мг| и образование гелевых структур, что ограничивает дальнейшее использование образцов.

Определение оптимальной температуры процесса Суспензию ХМК (25%) обесцвечивали 3%-ным раствором Н₂О₂ в

присутствии 0,1 н NaOH в течение 1 ч в интервале температур 20-80°С и затем деацетилировали. Влияние температуры процесса на характеристики ХМК и ХзМК представлены в таблице 10.

Таблица 10.

Влияние температуры процесса на выход ХМК и ХзМК и физико­химические свойства ХзМК

Известно, что чистая перекись водорода, не содержащая примесей, является термоустойчивой.

Незначительное уменьшение выхода, скорее всего, обусловлено удалением остаточных белковых примесей и потерями во время эксперимента. Аналогичную картину мы наблюдали и при проведении последующей стадии деацетилирования. Снижение молекулярной массы при повышении температуры от 20 до 40°С можно объяснить гидролизующими свойствами перекиси водорода. Интересно отметить, что дальнейшее увеличение температуры не приводило к более существенному гидролизу ХМК.

Процесс деацетилирования ХМК, проводимый после стадии обесцвечивания при 20°С, протекал менее интенсивно по сравнению с образцами, полученными при температуре от 40 до 80°С. Это можно

обосновать более глубокими изменениями вторичной структуры ХМК (разрыв Р-гликозидных, водородных и др. связей в полимерной молекуле). Температура обесцвечивания выше 40°С практически не влияла на СД полученного хитозана.

Поэтому в качестве оптимального температурного параметра мы предлагаем интервал температур 40-50°С. При использовании температуры ниже 40°С конечный продукт имеет невысокую степень деацетилирования, что подразумевает вторичную обработку для получения более высоких значений. Температуру выше 50°С использовать нецелесообразно, так как это не влияет ни на выход хитин- и хитозан-меланиновых комплексов, ни на СД, а также незначительно снижает молекулярную массу.

Определение оптимальной продолжительности процесса

Обесцвечивание ХМК (концентрация суспензии 25%) осуществляли под действием 3%-ного раствора Н2О2, в присутствии 0,1 н NaOH, при 50-55°С в интервале времени 0,5-4 ч. Затем проводили деацетилирование (данные не приводятся).

Увеличение продолжительности процесса в 3-8 раз практически не влияло на выход ХМК при обесцвечивании и деацетилировании.

Таким образом, при определении оптимальной продолжительности обесцвечивания целесообразно проводить процесс не более 1 ч, в течение которого интенсивно проходит процесс обесцвечивания до светло­кремового цвета, а деструкция хитозана несущественна. Увеличение продолжительности не позволяет полностью обесцветить полимер до белого цвета, однако требует лишних затрат.

В результате оптимизации процесса обесцвечивания мы определили основные условия: концентрация Н2О2 - 2-4%, температура - 40-50°С, продолжительность -1ч.

Использование данных параметров позволяет получить ХМК от светло-кремового до бежевого цвета с минимальными разрушениями структуры макромолекулы. Выход полимера при данных условиях после обесцвечивания составлял порядка 70%, после деацетилирования около 40 %, СД в среднем 85-90% и Мц 350 кДа. В зависимости от целей дальнейшего применения данного ХМК или полученного из него ХзМК, варьируя условия процесса, можно получать полимеры с большей СД и меньшей молекулярной массой.

3.3.3.