Желатин используется в косметологии, медицине, пищевой промышленности.
Высушенный желатин – это бесцветный, с желтоватым оттенком порошок, без запаха и вкуса, с молекулярной массой больше 300000. В разбавленных кислотах и холодной воде желатин не растворяется, но при этом набухает. При нагревании набухший желатин растворяется, образуя раствор, который застывает в студень. В состав желатина входит 18 аминокислот, что объясняет его использование как источника энергии для жизнедеятельности организма. Из-за высокого содержания глицина желатин как пищевая добавка применяется для обогащения белковых продуктов. Пищевой желатин замедляет процесс разрушения хрящевых и суставных тканей, стимулирует метаболизм, поддерживает силу сердечной мышцы.
Источниками для получения желатина являются сухожилия, кости, кожные обрезки свиней, крупного рогатого скота и птиц. Технология получения желатина для пищевых целей включает следующие этапы: измельчение сырья, промывка кислотным или щелочным раствором, обеззоливание и варка. Полученные растворы далее отбеливают, фильтруют, выпаривают и высушивают.
Выделяют несколько групп желатина:
1. Пищевой желатин – используется как загуститель при изготовлении консервных и кисломолочных продуктов, для осветления труднофильтруемых виноматериалов в виноделии, для производства мороженого, кремов в кондитерской промышленности.
2. Медицинский желатин – используется как плазмозамещающее средство и для изготовления оболочек для лекарств.
3. Технический – используется в косметической и текстильной промышленности.
4. Фото-желатин – используется для изготовления пленки.
5. Полиграфический – используется как склеивающий агент для фотобумаги, при изготовлении типографических красок для денег, журналов, газет.
Хитозан – аминосахар, производное линейного полисахарида, макромолекулы состоят из случайно связанных β-(1-4) D-глюкозаминовых звеньев и N-ацетил-D-глюкозамин (рис. 3.6). Молекула хитозана содержит в составе значительное количество свободных аминогрупп, что позволяет ему связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд.
В свободном виде в природе не встречается, получается только из хитина.
Рисунок 3.6 – Формула хитозана
Это также объясняет способность хитозана связывать и прочно удерживать ионы различных металлов (в том числе токсичных элементов и радиоактивных изотопов).
Хитозан имеет способность связывать значительное количество растворимых в воде органических веществ (токсины, образующиеся при пищеварении). Это объясняется возможностью хитозана образовывать значительное количество водородных связей.
В воде хитозан практически не растворяется из-за того, что в воде идёт процесс переноса протона с NH2-групп. Однако низкомолекулярный хитозан в воде растворяется хорошо, как и в растворах уксусной и соляной кислот. В растворах органических дву- и трикарбоновых кислот хитозан не растворяется, так как эти кислоты образуют межмолекулярные ионные сшивки между аминогруппами соседних цепей хитозана. Хитозан способен в своей структуре удерживать растворитель и растворенные в нем вещества.
Возможность взаимодействовать гидрофобно и наличие эффекта молекулярного сита объясняют способность хитозана связывать жиры, предельные углеводороды, жирорастворимые соединения. Разделить хитозан и хитин на D-глюкозамины и N-ацетил-D-глюкозамины можно с помощью ферментов хитобиазы и хитиназы. Хитозан полностью разрушается под действием фермента и не наносит вред окружающей среде.
Хитин выделяют из панциря красноногих крабов или из низших грибов, предварительно удалив из них ацил, который обеспечивает жёсткость хитина.
Хитозан активно используется в сельском хозяйстве, косметологии, для производства продуктов питания и кормов для животных. В связи с тем, что хитозан в ЖКТ связывается с молекулами жира, который в связанном состоянии организмом не усваивается и из него удаляется, хитозан используется как средство для уменьшения веса, перистальтики кишечника и стимулирования обмена холестерина.
Характерным свойством хитозана является его способность к прилипанию к слизистым оболочкам. Именно поэтому хитозан применяется в производстве лекарств, которые поступают в организм, используя ротовую полость, слизистые оболочки, нос.
Катионная природа хитозана объясняет его способность образовывать нерастворимые полиэлектролитные комплексы с анионными полимерами. При капсулировании такая технология используется широко. Проведены исследования по установлению возможности применения хитозана в качестве покрытий альгинатовых капсул, имеющих в составе пробиотики. Данные покрытия позволяют доставлять бактерии в кишечник и оберегать их от негативного воздействия кислой среды кишечного тракта.
Описанные выше полимеры имеют в составе группу атомов, кардинально отличающихся по типу взаимодействия с водными молекулами. Длинная макромолекула представляет собой распределение центров взаимодействия с молекулами воды, за счёт чего создаётся гидратная оболочка макромолекулы, эффективно заключающая в себе носитель. Общая характеристика полимеров представлена в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Физико-химические показатели биополимеров
Образец биополимера
Оптимальный диапазон pH
Условия
гелеобразования
Продолжительность растворения, не более (мин)
Массовая доля влаги не более, %
Массовая доля золы не более, %
Пектин
3,6–4,4
Активная кислотность не менее 4; сахароза 55–80 %
10,0
12,0
1,2–5,5
Желатин
4,5–10,0
При температуре ниже застывания
25,0
16,0
2,0–8,0
Альгинат калия
4,7–6,3
Воздействие гелеобразующих ионов
12,0
10,0
23,0–25,0
Альгинат натрия
4,5–6,5
Воздействие гелеобразующих ионов
12,0
10,0
18,0–22,0
Каррагинан
4,0–7,0
35–50 ºС, ионы калия, натрия, кальция, аммония
18,0
13,0
15,0–21,0
Хитозан
3,8–6,9
В присутствии диальдегидов
15,0
10,0
1,0–2,0
Анализ физико-химических свойств, представленных в таблице 3.3, позволяет сделать вывод о том, что исследуемые образцы биологических полимеров можно использовать для процесса иммобилизации бифидобактерий. Исследуемые биологические полимеры характеризуются способностью образовывать биологические гели с высокими диффузными качествами, заданными размерами пор, позволяющими обеспечивать газообмен при необходимости. Процесс гелеобразования протекает в кислой среде, что является важным фактором для иммобилизации бифидобактерий. Установлено, что исследуемые образцы содержат пищевые волокна, минералы и водорастворимые витамины, благоприятно влияющие на рост и жизнедеятельность бифидобактерий.
При смешивании растворов альгината натрия и растворов с содержанием ионов кальция происходит образование гелей альгината кальция, нерастворимых в воде. Такая способность альгинатов учитывается при производстве различных пищевых продуктов и создании искусственных клеток и микрокапсул. Микрокапсулы устойчивы к рН 1,2 и являются кишечнорастворимыми, что является одним из основных аргументов при обосновании выбора носителя для иммобилизации бифидобактерий.
3.2.3. Изучение влияния условий микрокапсулирования
на физико-технологические характеристики микрокапсул
В настоящее время разработано и разрабатывается множество способов микрокапсулирования различных веществ и их применения во многих областях. Формирование капсул из органических соединений можно объяснить действием сил водородных, Ван-дер-Ваальса и донорно-акцепторных связей, при доминирующем вкладе первых. В результате, например, для пектина полная поверхность оболочки капсулы – Sc всегда оказывается существенно больше внешней поверхности ядра – Sn: Sc >> Sn. В этих условиях наиболее вероятным становится формирование мицеллярно-подобных комплексов, в которых внешняя оболочка капсулы является нейтральной, тогда как инкапсулированное вещество ядра и внутренняя часть оболочки образуют бифильные связи. Характерно, что полимерные мицеллы обладают рядом очевидных преимуществ: высокая стабильность как in vitro, так и in vivo, достаточно узкое распределение по размерам, уникальная архитектура – «ядро-оболочка», осуществляется защита неустойчивых лекарственных средств от химического разрушения и метаболизма биологических агентов. Выбор полимерной основы как оболочки, так и ядра создаёт благоприятные условия для формообразования микрокапсул в широком диапазоне размеров, степени упаковки, молекулярной массы, структуры и формы, что обеспечивает целевую доставку пробиотических средств к заданным биомишеням.
Существует два способа микрокапсулирования клеток – способ экструзии (капельный) и способ обращения фаз. Оба способа достаточно эффективны, но капельный более простой и доступный. Поэтому для дальнейших исследований нами был выбран именно он. На основании выбранных биополимеров были
