CC BY
528УДК 637.146; 547.917; 541.628
Г.Г. Няникова, Т.Э. Маметнабиев, И.П. Калинкин, М.В. Гепецкая, С.М. Комиссарчик, Е.Ю. Елдинова
Введение
В настоящее время во всем мире не ослабевает интерес к хитину и его производному - хитозану. Будучи полимером природного происхождения, хитозан обладает высокой биологической активностью и биоде-градируемостью, благодаря чему не загрязняет окружающую среду. Хитозан относится к 4 классу токсичности и считается безопасным. Определено, что для хитозана LD50 = 16 г/кг веса мышей (для сравнения: у сахара LD50 = 12 г/кг).
Около 200 лет тому назад хитин и хитозан обратили на себя внимание ученых. Так, хитин был открыт в 1811 г. (H. Braconnot и A. Odier), хитозан выделен в 1859 г. (C. Rouget), а получил свое название в 1894 г. (F. Hoppe-Seyler). С хитином и хитозаном связаны имена трех Нобелевских лауреатов: E. Fisher (1903 г.) синтезировал глюкозамин, P. Karrer (1929 г.) осуществил деградацию хитина с помощью хитиназ, W. Haworth (1939 г.) установил конфигурацию глюко-замина.
В России около 40 лет назад были начаты широкие исследования хитина и хитозана. За это время в нашей стране проведено 8 конференций, посвященных перспективам применения этих полимеров в различных областях. В 2000 г. организовано Российское Хитиновое Общество. На европейском и международном уровнях регулярно проводятся конгрессы по хитину и хитозану, что свидетельствует о всё возрастающем интересе к этим биополимерам.
В настоящее время известно более 70 направлений использования хитина и хитозана [25] в различных сферах жизнедеятельности человека. Наиболее важными среди них являются следующие:
• медицина (в составе лечебных препаратов, мазей, раневых покрытий, для изготовления хирургических нитей);
• сельское хозяйство (в составе удобрений, средств защиты растений и стимуляторов роста);
• текстильная промышленность (при шлихтовке, противоусадочной и водоотталкивающей обработке тканей);
• производство косметических средств (в составе кремов, лосьонов, гелей, шампуней);
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХИТОЗАНА
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
В обзоре отражены основные физико-химические и биологические свойства природного полимера хитозана, его применение в различных областях жизнедеятельности человека: медицине, сельском хозяйстве, косметической и пищевой промышленности. Особое внимание авторы уделили собственным исследованиям, посвященным изучению возможности применения хитозана в виноделии и пивоварении. Предложено использовать хитозан в качестве стабилизатора виноматериалов и вин для предупреждения металлических кассов, белковых и полифенольных помутнений, а также нежелательного размножения микроорганизмов в готовых напитках. Рассматривается возможность использования хитозана для стабилизации пива от коллоидных помутнений.
• природоохранные мероприятия (как сорбент и флокулянт для очистки воды);
• пищевая промышленность (как осветлитель, стабилизатор, эмульгатор, БАД - энтеросорбент и жи-ропоглотитель);
• бумажная промышленность (производство бумаги, для улучшения свойств фотоматериалов);
• атомная промышленность (локализация радиоактивных отходов);
• горнодобывающая промышленность (извлечение металлов из отходов горно-обогатительных процессов).
Общая характеристика хитозана
Хитозан является продуктом деацетилирования хитина. Хитин содержится в ракообразных и насекомых, в клетках грибов и диатомовых водорослей. На сегодняшний день наиболее доступным источником получения хитина и хитозана являются панцири промысловых ракообразных. В России массовым источником хитинсодержащего сырья является камчатский краб, краб-стригун, углохвостая креветка, антарктический криль. Значительный резерв сырья представляют запасы пресноводного рачка-бокоплава гаммаруса. Возможно также использование гладиуса (скелетной пластинки) кальмаров, сепиона каракатицы. Общая продукция хитина в мировом океане оценивается в 2,3 млрд. т в год, что может обеспечить мировой потенциал производства 150 - 200 тыс. т хитина в год [25]. Промышленное производство хитина и хитозана освоено в Японии, США, Италии, Норвегии, Польше, Индии, Китае, Таиланде. В России общий объем выпуска хитина и хитозана достигает 80 тыс. т в год.
В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина ^-аце-тил-Э-глюкозамина) ацетильной группы. Наряду с реакцией деацетилирования, происходит разрушение гли-козидных связей хитина, что приводит к уменьшению молекулярной массы, изменению надмолекулярной структуры и степени кристалличности [6].
Процесс деацетилирования осуществляют с помощью №ОН в широком диапазоне концентраций (от 35 до 50%), температур (от 20 до 140°С) и времени обработки (от 0,5 до 10 сут.) [16]. Применяют также ферментативные спосо-
бы деацетилирования хитина, например, с помощью хитиндезацетилазы из АЬвка соеги1а.
Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярному весу полимер 1>глюкозами-на, содержащий 5-15% ацетамидных групп, а также до 1% групп, соединённых с аминокислотами и пептидами.
Рисунок 1. Структурная форма хитозана.
Молекулярный вес хитозана зависит от источника сырья и способа его получения.
По внешнему виду хитозан представляет собой чешуйки или порошок от белого до кремового цвета, часто с желтоватым, сероватым или розоватым оттенком, без запаха. Пищевой хитозан удовлетворяет требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Растворы хитозана обладают вяжущим вкусом, от которого, впрочем, можно избавиться определенным образом [1].
Проведенные во всем мире исследования показали уникальные сорбционные свойства хитозана. При этом обнаружено отсутствие у него выраженной субстратной специфичности, что означает примерно одинаковую способность связывать как гидрофильные, так и гидрофобные соединения. В кислой среде хитозан приобретает положительный заряд. При низких значениях рН он способен связывать свободные жирные кислоты и холестерин с образованием нерастворимых комплексов. Как высокомолекулярный поликатион, он может связываться с кислыми белками и нуклеиновыми кислотами.
Наличие свободных аминогрупп в молекуле хитозана определяет способность связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд, что делает его прекрасным катионитом. Рассматривая механизм действия хитозана в отношении металлов, большинство исследователей склоняются к тому, что чаще всего преобладает хелатное комплексо-образование, обусловленное высокой электронодонор-ной способностью атомов азота и кислорода [28, 30].
Установлено, что хитозан обладает высокой сорбционной емкостью и селективностью в отношении тяжелых и переходных металлов [23]. В связи с этим перспективно использование данного полимера в водоочистке и водоподготовке [3], а также для деметал-лизации вин с целью предупреждения металлических кассов [15].
Большое количество водородных связей между молекулами хитозана приводит к его плохой растворимости в воде, поскольку связи между молекулами хитозана более прочные, чем между молекулами хито-зана и молекулами воды. Вместе с тем, хитозан хорошо набухает и растворяется в органических кислотах -уксусной, лимонной, щавелевой, янтарной. При этом он способен прочно удерживать в своей структуре растворитель, а также растворенные и взвешенные в нем вещества. Минимально необходимое для растворения хитозана содержание органических кислот, обладающих различной способностью к образованию ионной связи с NH2-группой полимера, неодинаково и составляет для уксусной кислоты 0,5%, лимонной -2,5%, щавелевой - 5,0% [22].
Таким образом, хитозан является универсальным сорбентом, способным связывать большой спектр веществ органической и неорганической природы, что определяет широчайшие возможности его применения. К наиболее перспективным направлениям использования хитозана относятся медицина, косметическая промышленность, сельское хозяйство, пищевая промышленность.
Использование хитозана в медицине
и фармакологии
В последнее время хитозан находит все более широкое применение в медицине и фармакологии. Препараты на основе хитозана используют для борьбы с ожирением, для связывания и выведения из организма холестерина. Биологически активные добавки к пище «Каталин» и «Хитолан» используются для коррекции нарушений обмена веществ при ожирении.
Хитозан используют для профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний; на его основе получают раневые покрытия; лекарственные формы антисклеротического, антикоагулянтного и антиартроз-ного действия; из него производят хирургические нити. Хитозан используют для создания препаратов пролонгированного действия на основе капсулирован-ных лекарств. Установлено, что он обладает антимикробной активностью [27], ускоряет пролиферацию фибробластов, стимулирует иммунную систему, проявляет свойства гемостатика. Хитозан является перспективным материалом для микрокапсулирования животных клеток с целью их дальнейшей имплантации. Он обладает бактериостатическим и фунгистатическим эффектом, противоопухолевым действием, снижает уровень холестерина в крови, обладает ранозажив-ляющим и противоаллергическим действием, способен выводить из организма токсины. При этом большим достоинством является то, что хитозан безопасен и биосовместим с тканями организма человека.
Использование хитозана в косметической промышленности
Хитозан пришел на смену синтетическим полимерам, которые массово использовались в парфюмерно-косметической промышленности в 50-70-е годы ХХ века. Первые шаги в новом направлении использования хитозана были предприняты в 1980-е годы фирмой Wella (Германия).
Будучи положительно заряженным поликатио-нитом, он способен взаимодействовать с отрицательно заряженной поверхностью кожи и волос. Гидрофобные свойства хитозана обусловливают его взаимодействие с белками и липидами, входящими в состав клеточных мембран. Применение биополимера в косметической отрасли обусловлено тем, что он обладает структурообразующими свойствами, биосовместимостью, способностью удерживать влагу. Проникая в кожу, он активизирует процессы регенерации и способствует омоложению кожи.
В настоящее время хитозан и его производные используются такими известными косметическими фирмами, как «L'Oreal» (Франция),
«Wella» (Германия), «Fine cosmetic» (Япония), «Atrium Biotechnologies» (Канада), «Линда» (Россия), Элси+ (Россия) и др. в производстве кремов, шампуней, гелей для душа, жидкого мыла, зубных паст, дезодорирующих композиций, средств для укладки волос.
Использование хитозана в сельском хозяйстве
Существенный ущерб сельскому хозяйству наносят микроорганизмы, вызывающие болезни растений. Наряду с пестицидами, для борьбы с фитопатогенами используют биологические средства защиты. К ним причисляют вещества, индуцирующие устойчивость растений, - элиситоры. В отличие от пестицидов, они не оказывают негативного влияния на окружающую среду. L. Hadwiger впервые установил, что предпосевная обработка растений хитозаном индуцирует у них болезнеустойчивость, утолщает и укрепляет стебель, способствует развитию корневой системы. В экспериментах на клубнях картофеля установлено, что, будучи биогенным элиситором, хитозан ингибирует активность каталазы в иммунизированных тканях [5].
Защитное действие хитозана объясняют также электростатическим взаимодействием положительно заряженных молекул полимера с отрицательно заряженными компонентами мембран или молекулами ДНК фитопатогена [24]. Ростостимулирующую активность полимера связывают с тем, что образующийся при его разрушении азот легко усваивается растениям.
Нами проводятся исследования, связанные с разработкой биопрепаратов на основе хитозана и бактерий Bacillus mucilaginosus для защиты растений от болезней. Ранее были изучены полезные свойства B. mucilaginosus [18]. Установлено, что использование культуральной жидкости B. mucilaginosus повышает урожай пшеницы, кукурузы, ячменя, картофеля, сахарной свеклы, помидоров, капусты, винограда, гороха, подсолнечника. Эффект прибавки урожая основан на действии бактериальных метаболитов на микроорганизмы - фитопатогены. В качестве носителей для бактерий B. mucilaginosus нами предложено использовать хитозан, химическое строение и пространственная структура которого обеспечивают высокую степень сорбции микробных клеток. К тому же его элиситорная активность способствует стимулированию защитных сил растений.
Разработанный нами препарат Биохитан, представляющий собой иммобилизованные на хитозане бактерии Bacillus mucilaginosus, обладает фунгицидным действием в отношении Botrytis cinerea - возбудителя болезней картофеля, томатов, винограда, а также подавляют рост широко распространенных фитопатоген-ных грибов Alternaría radicina, Fusarium oxisporum, Fusarium sambucinum, Fusarium graminearum.
Использование хитозана в пищевой промышленности
Применение хитозана в технологии пищевых продуктов определяется его физико-химическими свойствами и соответствием требованиям, предъявляемым к пищевым добавкам. Хитозан либо вводится в состав пищевых изделий, либо используется как технологическая добавка на стадии изготовления продуктов питания. В первом случае хитозан применяют в виде 2-4%-ных растворов в слабой уксусной или другой органической кислоте; во втором - в твердом состоянии [22].
В технологии формованных изделий хитозан применяют как структурообразователь, повышающий значения реологических характеристик пищевых продуктов. Раствор хитозана повышает вязкость жидкой панировки, что придает ей способность прочно удер-
живать на поверхности изделия слой сухарей или муки. Свойства полимера как загустителя, адгезива и пленкообразователя используют при обжаривании и бездымном копчении рыбы.
Хитозан применяют в качестве стабилизатора соусов, йогуртов и других пищевых продуктов. Из него получают оболочки для сыров, которые не только сохраняют влагу, но и предохраняют продукты от плесневения благодаря консервирующим свойствам полимера. Яблоки, покрытые хитозановой пленкой, в течение 6 месяцев сохраняют свежесть. Хитозан добавляют в макаронные изделия, предназначенные для диетического питания и для борьбы с ожирением.
Хитозан применяют в молочной промышленности для разделения обезжиренного молока на казеиновую и безбелковую фракции в результате термодинамической несовместимости этих фракций. Хитозан повышает биологическую ценность продуктов. Его относят к диетическим волокнам, не усваивающимся организмом человека.
На наш взгляд, перспективным представляется расширение исследований по получению модифицированных форм хитозана, обладающих заданными свойствами растворимости, сорбции, бактерицидности, а также антиокислительного действия как фактора повышения биологической ценности пищи.
Использование хитозана в винодельческой промышленности
Одной из серьезных проблем винодельческой промышленности является нестабильность виномате-риалов и вин к помутнениям, вызываемым металлами, полифенолами, белками и микроорганизмами [4, 20].
Причиной металлических кассов является высокое содержание металлов. Взаимодействуя с другими компонентами вина, они образуют нерастворимые осадки. Кроме того, что металлы могут быть причиной помутнений вин, они придают напитку неприятный запах и жесткий металлический привкус.
Количество и состав минеральных веществ, содержащихся в вине, зависят от сорта винограда, поч-венно-климатических условий его произрастания, от агротехнических приемов выращивания, от технологии изготовления вина. Металлы биологического происхождения, т.е. переходящие в сусло, а затем в вино из винограда, не вызывают помутнения вин, так как количество их невелико. В процессе спиртового брожения значительное количество металлов (медь, алюминий, олово, свинец, кадмий) осаждается в виде солей, которые затем удаляются из сусла. Так, например, содержание меди в винограде может быть велико, если в качестве средства защиты растений от вредителей использовался медный купорос. В процессе брожения сусла медь в виде соли выпадает в осадок и выводится вместе с дрожжами. После окончания брожения молодое вино не содержит больше нескольких десятых миллиграмма меди на 1 дм3.
В то же время, препараты, применяемые на разных стадиях обработки виноматериалов, оборудование и трубопроводы, используемые при обработке виноматериала и хранении вина, являются источниками металлов технологического происхождения. Так, после технологических обработок концентрация меди в виноматериале может повыситься до 1-2 мг/дм3 и даже до 10 мг/дм3. При этом уже в концентрации 5 мг/дм3 медь отрицательно влияет на вкус вина [19].
В ряде случаев оборудование и резервуары являются источниками обогащения вин алюминием, оловом, свинцом, цинком, железом, в результате чего страдают органолептические и гигиенические свойства напитка [19]. Таким образом, очень важно проводить соответствующую обработку виноматериалов, целью которой является снижение содержания металлов до норм, предусмотренных стандартами. Это является гарантией предупреждения помутнений и повышения качества вин.
Серьезные проблемы в виноделии связаны с избыточным содержанием железа. Железо находится в вине в виде двухвалентных и трехвалентных ионов. Двухвалентное железо Fe(H) не вызывает помутнений в винах. Трехвалентные ионы железа частично связываются в стабильные растворимые органические комплексы. Остальная часть ионов, в зависимости от состава среды, может образовывать коллоидные суспензии или осадки. Так, Fe(Ш) может образовывать осадки с фосфатами (белый касс). С полифенольными соединениями железо образует осадки темного цвета (черный касс).
Для снижения содержания железа в винах в настоящее время применяют различные технологические приемы и препараты. При использовании ионообменных смол, в частности, ионитов в Na+-форме, из вина можно удалить не только железо, но и цинк, кальций, медь.
Поскольку комплексно связанное железо не вызывает помутнений вин, для предотвращения железного касса разрешено добавление в вино до 2 г/дм3 лимонной кислоты. Она связывает железо в достаточно прочный комплекс и в значительной степени предохраняет вино от помутнений.
Наиболее эффективным комплексоном, обеспечивающим стабильность вин при образовании растворимых комплексов, является двунатриевая соль эти-лендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б). Введение в вино ЭДТА из расчета 6-8 мг на 1 мг удаляемого железа надежно предохраняет напиток от металлических помутнений и даже растворяет уже образовавшиеся осадки. Однако введение значительного количества ЭДТА небезопасно с гигиенической точки зрения.
Для деметаллизации вин применяют также методы, основанные на использовании веществ, образующих с железом труднорастворимые соединения, которые затем удаляются из вин. К их числу относятся: гексациано-(п)-феррат калия (желтая кровяная соль); двуводная тринатриевая соль нитрилотриметилен-фосфоновой кислоты (НТФ) и др. [4].
Желтая кровяная соль (ЖКС) наиболее эффективна и универсальна. Однако существует угроза появления ЖКС в вине при малейшем нарушении технологического процесса. Даже в тщательно обработанном вине содержатся незначительные остаточные количества ЖКС. Под влиянием кислот вина ЖКС может подвергаться распаду с образованием цианистоводородной кислоты, которая, в свою очередь, легко вступает во взаимодействие с отдельными компонентами вина, образуя циангидрины, тиоцианаты, муравьинокислый аммоний. Кроме того, после обработки вин ЖКС образуются высокотоксичные осадки берлинской лазури, которые трудно утилизировать.
Тринатриевая соль НТФ эффективно удаляет из вина железо, алюминий, олово и свинец. Однако серьезным препятствием для применения НТФ как
деметаллизатора является длительность контакта с вином - 7 суток.
В процессе поиска эффективных и безвредных препаратов - деметаллизаторов наше внимание привлек хитозан. Известно, что хитозан используется для селективного извлечения ионов тяжелых металлов и радионуклидов из сточных вод [23]. Хитозан содержит реакционноспособные гидроксильные и аминогруппы. Механизм сорбции хитозаном тяжелых и переходных металлов заключается в хелатном комплексообразова-нии, обусловленном высокой электронодонорной способностью атомов азота и кислорода [29].
Ярко выраженные сорбционные свойства хито-зана сделали его привлекательным для извлечения металлов не только из водных растворов, биологических жидкостей и почвы, но также из вин и виномате-риалов. Изучению этого вопроса были посвящены наши исследования [17].
Эксперименты проводили на разных типах ви-номатериалов и вин, в которые вносили хитозан по оптимизированной нами схеме [Патент 2244740 РФ, 2005]. Содержание металлов в виноматериалах и винах до и после обработки хитозаном определяли стандартизованным химическим методом с окончанием на ICP/ Эшелле-спектрометре модели PC1000 (Leeman Labs. Inc., USA), снабженном источником высокочастотной индуктивно-связанной плазмы.
Установлено, что хитозан эффективно извлекает из вина железо, медь, алюминий. При этом хито-зан не оказывает негативного влияния на физико-химические и органолептические показатели вина [14]. Метод ИК-спектроскопии позволил подтвердить предположение, что механизм сорбции хитозаном металлов из вин заключается в хелатном комплексообразовании с участием ОН- и NH2- групп. Показана возможность совместного использования хитозана с традиционными деметаллизаторами: ЖКС, ЭДТА и НТФ.
Большой проблемой являются также коллоидные помутнения вин. Нами установлено, что в сравнении с традиционно используемыми препаратами, хито-зан более полно извлекает те фенольные фракции, которые ответственны за коллоидные помутнения вин. В экспериментах на красных столовых виноматериалах Каберне и Мерло и белых - Шардонне и Алиготе определена оптимальная схема введения хитозана с целью предупреждения коллоидных помутнений готовых напитков [13]. Установлено, что хитозан не только повышает коллоидную стойкость вина, но при этом не ухудшает его органолептические и целебные свойства.
Наряду с металлическими и коллоидными помутнениями, немалую опасность для вина представляют и так называемые микробные помутнения. Наибольшая опасность микробной нестабильности существует у вин с остаточным сахаром. Теоретически начало дображивания может вызывать 1 дрожжевая клетка в бутылке, а практически для этого достаточно присутствие 5-10 дрожжевых клеток. Очагом вторичной инфекции могут служить оборотная тара, пробки, шланги, прокладки, детали из пластмассы, пол и стены, емкости для хранения вина.
Для предупреждения микробной нестабильности вина применяют различные технологические приемы: обеспложивающая фильтрация, пастеризация, горячий розлив, ультрацентрифугирование и др. Наиболее простым и надежным способом предупреждения биологической нестабильности вина является введение химических консервантов. Однако высокие дозы
консерванта приводят к ухудшению вкуса вина и оказывают негативное влияние на организм человека. Так, известно, что высокие дозы диоксида серы, широко используемого в качестве консерванта, вызывают головную боль у потребителя вина.
Известно, что хитозан обладает антимикробной активностью [2,8,27]. В настоящее время нами проводятся исследования, посвященные изучению влияния хитозана на дрожжи, вызывающие помутнения вин, а именно: рр. Saccharomyces, Pichia и Candida.
Установлено, что все исследованные дрожжи в той или иной степени чувствительны к хитозану. Методом световой микроскопии обнаружены изменения морфологии клеток дрожжей и образование агломератов при глубинном культивировании дрожжей на виноградном сусле с хитозаном. С помощью растрового электронного микроскопа JSM-35 CF (JEOL) были обнаружены изменения в структуре поверхности образцов хитозана после его контакта с образцами виноматери-ала и вина.
Выявлено, что количество дрожжевых клеток коррелирует с концентрацией вносимого в вино хитозана, способом его подготовки и временем контакта дрожжей с хитозаном. Исходя из полученных данных, с целью повышения биологической стойкости вина к дрожжевым помутнениям, нами рекомендована обработка его хитозаном в концентрации 1 г/л в течение 2 часов [7].
Использование технологических добавок при изготовлении любого продукта, в том числе и вина, целесообразно в том случае, если они не только эффективны и безопасны, но и не ухудшают качество напитка. Нами установлено, что введение хитозана в виноматериал и вино не ухудшает его цветовую и вкусовую гармонию, прозрачность, букет и другие орга-нолептические показатели.
Таким образом, проведенные нами исследования показали, что хитозан является перспективным комплексным препаратом для стабилизации вин. Заслуга его в том, что он не только повышает стойкость, но и сохраняет при этом те полезные для человека соединения, которые делают вино, как сказал Л. Пастер, «самым здоровым и гигиеничным из всех напитков».
Сорбция красителей хитозаном
Исследователями [21] показано, что хитозан может быть использован в составе композиционных адсорбентов для адсорбции кислых красителей при очистке сточных вод. Его сорбционная емкость, составляющая 421 мг/г, значительно превышает аналогичную характеристику активированного угля. Сорбция красителей на хитозансодержащих комплексах происходит за счет образования ионных связей между ионизированными аминогруппами хитозана и отрицательно заряженным анионом красителя.
Таким образом, основной механизм сорбции кислотных красителей - образование ионных связей. Однако, если в составе кислотных красителей есть гидрок-сильные группы, происходит дополнительная сорбция за счет образования водородных связей. Также возможно взаимное влияние структуры молекул красителя и молекул комплексов на протекание и эффективность сорбци-онных процессов.
Способность хитозана к сорбции красителей обусловливает одну из его областей применения как добав-
ки для улучшения равномерности распределения красителя при крашении и достижения сквозного прокрашивания [26]. Хитозан используется в качестве катионного фиксатора. Благодаря своей возможности образовывать пленки, он обеспечивает равномерное и насыщенное окрашивание, например, поверхности кожи, что позволяет сократить расход дорогостоящих красителей и обеспечить получение кожи высокого качества.
Таким образом, отмеченная высокая сорбционная способность хитозана в отношении красителей может быть использована в различных целях. Специфичность действия хитозана на определенные виды красителей является предметом исследований, проводимых различными учеными.
Нами исследованы сорбционные свойства хитозана в отношении пищевых красителей [10]. Проанализированы показатели сорбции наиболее часто используемых для фальсификации вин пищевых синтетических красителей: тартразина Е102, желтого хиноли-нового Е104, желтого "Солнечный закат" Е110, кармуа-зина Е122, понсо Е124, красного 2G Е128, красного очаровательного Е129, индигокармина Е132, синего блестящего Е133, коричневого Е155.
Было исследовано около 100 различных вин и виноматериалов и выявлена достоверно более высокая активность хитозана по отношению к пищевым синтетическим красителям, чем к красящим веществам, присутствующим в натуральных напитках. Этот факт был положен нами в основу экспресс-метода выявления фальсифицированных вин по признаку наличия в них синтетических красителей (получено Положительное решение по заявке на патент). Результаты анализа различных вин при помощи предлагаемого метода подтверждены методом тонкослойной хроматографии.
Данные исследования представляются чрезвычайно актуальными в связи с участившимися случаями фальсификации вин, поскольку наиболее распространенными способами подделки являются: добавление в вина синтетических пищевых красителей, перекраска дешевых белых вин, а также создание под видом вина напитков на основе воды, этанола, сахара и лимонной кислоты с добавлением синтетических красителей.
Использование хитозана в пивоваренной промышленности
Стабилизация является ключевой стадией в процессе производства пива. Она необходима для обеспечения стойкости напитка по таким показателям, как вкус, пена, прозрачность в течение всего срока годности. К нежелательным проявлениям, которые делают пиво непригодным для употребления, относятся коллоидные помутнения. Исследования показали, что основной вклад в образование коллоидной мути вносят белки и полифенольные вещества [11]. При возникновении необратимого коллоидного помутнения происходит окислительная конденсация полифенольных веществ и образование прочных комплексов сконденсировавшихся полифенолов с высокомолекулярными белками за счет водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.
Существует ряд технологических приёмов, призванных замедлить либо предотвратить возникновение коллоидных помутнений пива [9]. Так, для избавления от нежелательных белковых помутнений используют гидрогели, ксерогели и силикагели, а для удаления хлопьеобразующих полифенольных веществ - поливи-
нилполипирролидон (ПВПП). Иногда при технологической обработке пива применяют излишне жесткие операции, в значительной степени обедняющие пиво. К тому же не всегда принятые обработки дают желаемые результаты, но при этом являются достаточно дорогостоящими.
Поэтому возникла необходимость найти принципиально новый способ борьбы с помутнениями, который, сохраняя все ценные потребительские качества пива, удалял бы нежелательные белково-полифеноль-ные комплексы. Нами предложено использовать для этой цели хитозан. Исследования проводили на различных образцах пива производства ООО «Пивоварня Хейнекен» и пивоварни «Тинькофф» после сепарации до внесения стабилизатора, из буферной емкости перед подачей на фильтрацию и те же образцы, разлитые в бутылки. Пиво исследовали до и после обработки хитозаном.
Анализ результатов экспериментов, нацеленных на изучение влияния концентрации хитозана на степень извлечения полифенольных веществ, общего и коагулируемого азота, цветность, мутность и качество пены, показал, что с увеличением концентрации хитозана с 0,5 до 2,0 г/дм3 достоверно растет степень извлечения из пива полифенольных веществ, общего и коагулируемого азота и значительно снижается мутность. Применение сорбента в дозах, больших 2,0 г/дмз, приводит к значительному снижению в исследованных образцах пива высоты и стойкости пены из-за чрезмерного извлечения коагулированного азота, отчего также страдает качество напитка. Очевидно, что для каждой партии пива необходимо подбирать концентрацию хитозана с учетом исходного содержания фенольных и белковых веществ, а также с учетом требований, предъявляемых к физико-химическим и орга-нолептическим показателям определенного сорта пива.
Установлено, что обработка пива хитозаном приводит к более эффективной сорбции полифенолов, общего и коагулируемого азота, чем обработка традиционными стабилизаторами (силикагелями Stabiquick sedi, Stabiquick 83 и нерегенерируемым ПВПП). При этом физико-химические показатели пива остаются в пределах спецификации на данный сорт, а показатели качества пенообразования даже превышают аналогичные показатели, полученные после обработки пива традиционными стабилизаторами [12].
Заключение
Таким образом, возможности и перспективы применения хитозана в различных областях чрезвычайно разнообразны. Наряду с увеличением точек приложения этого полимера в сферах медицины, сельского хозяйства, косметологии, перспективным представляется применение его в виноделии и пивоварении в качестве препарата, повышающего стабильность напитков. Наряду с высокой эффективностью, хитозан безвреден, что делает его особенно привлекательным. Несомненно, что хитозан достоин называться биополимером XXI века.
Литература
1. Алиева Л.Р. Сенсорная оценка растворов хитозана, применяемых в пищевой промышленности /Л.Р. Алиева, С.В. Василисин,
И.А. Евдокимов//Известия вузов. Пищевая техно-логия.-2002.-№ 4. - С. 51-52.
2. Бондаренко В.М. Воздействие хитозана на ультраструктуру клеток патогенных и условно патогенных микроорганизмов / В.М. Бондаренко, О.В. Рыбальченко, Н.Б. Вербицкая, С.Ф. Антонов // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы восьмой международной конференции. - М.: Изд-во ВНИ-РО, 2006. - С. 175-179.
3. Быкова В.М. Некоторые аспекты использования хитина и хитозана в качестве флокулянтов / В.М. Быкова, Е.А. Ежова, С.В. Немцев // Аграрная Россия. - 2004. - №5. - С. 30-31.
4. Валуйко Г.Г. Стабилизация виноградных вин / Г.Г. Валуйко, В.И. Зинченко, Н.А. Мехузла. -Симферополь: Таврида, 2002. - 208 с.
5. Васюкова Н.И. Механизм действия хитозана при индуцировании устойчивости картофеля / Н.И. Васюкова, Я.С. Панина, Г.И. Челенко, Н.Г. Герасимова, С.М. Придворова, О.Л. Озерецковская // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы восьмой международной конференции. - М.: Изд-во ВНИРО, 2006. -С. 321-323.
6. Гальбрайх Л.С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение / Л.С. Гальбрайх // Соро-совский образовательный журнал. - 2001. - Т.7, № 1. - С. 51-56.
7. Гепецкая М.В. Влияние хитозана на винные дрожжи / М.В. Гепецкая, Г.Г. Няникова // 4-й Международный Конгресс "Биотехнология - состояние и перспективы развития". - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. - Ч. 2. - с. 169.
8. Дарашкевич О. Н. Биоцидные свойства хитозана различной степени деполимеризации / О.Н. Дарашкевич, О.В. Добролеж, Н.Б. Вербицкая Н. Б., С.Ф. Антонов, Н.Н. Золина, О.В. Рыбальченко // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы седьмой международной конференции. - М.: Изд-во ВНИРО, 2003. -С. 239-240.
9. Дедегкаев А.Т. Повышение коллоидной стабильности пива с применением силикагеля и поливи-нилполипирролидона: автореф. дис... канд. техн. наук. / А.Т. Дедегкаев. - СПб, 2005. - 20 с.
10. Комиссарчик С.М. Исследование взаимодействия хитозана с фенольными веществами вин / С.М. Комиссарчик, Т.В. Кусмарцева, Г.Г. Няникова // 4-й Международный Конгресс "Биотехнология -состояние и перспективы развития". - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. - Ч. 2. - С. 175.
11. Кунце В. Технология солода и пива / В. Кунце, Г. Мит. - СПб: Профессия, 2003. - 912 с.
12. Ломач Ю.Л. Применение хитозана для стабилизации пива от коллоидных помутнений // Ю.Л. Ломач, Г.Г. Няникова, Т.Э. Маметнабиев // Пиво и напитки. - 2007. - № 2. - С. 18-20.
13. Кусмарцева Т.В. Роль хитина и хитозана в стабилизации вин против коллоидных помутнений / Е.Ю. Елдинова, Г.Г. Няникова // 3-й Международный Конгресс "Биотехнология - состояние и перспективы развития". - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. - Ч. 2. - с.121-122.
14. Маметнабиев Т.Э. Деметаллизация вин хитинсо-держащими сорбентами и биосорбентами на их
основе: автореф. дис... канд. хим. наук. / Т.Э. Маметнабиев. - СПб, 2005. - 20 с.
15. Маметнабиев Т.Э. Применение хитинсодержащих сорбентов для деметаллизации сухих вин / Т.Э. Маметнабиев Т.Э., Г.Г. Няникова, Т.В. Кусмарце-ва, Е.Ю. Елдинова, З.Б. Магомедов // Виноделие и виноградарство.- 2005. - № 5. - С. 20-21.
16. Нудьга Л.А. Получение хитозана, его производных и исследование их свойств: автореф. дис. канд. хим. наук. - Л., 1979. -20 с.
17. Няникова Г.Г. Новый сорбент для вин / Г.Г. Няникова, Т.Э. Маметнабиев // Ликероводочное производство и виноделие. - 2005. - № 8. - С. 14-15.
18. Няникова Г.Г. Bacillus mucilaginosus. Перспективы использования / Г.Г. Няникова, Е.Я. Виноградов. - СПб: НИИХСПбГУ, 2000. - 124 с.
19. Огородник С.Т. Помутнения вин, вызываемые избыточным содержанием металлов / С.Т. Огородник, Т.Д. Драновская. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1970. - 35 с.
20. Риберо-Гайон Ж. Теория и практика виноделия / Ж. Риберо-Гайон, Э. Пейно, П. Сюдро. - М.: Пищевая промышленность, 1981. - Т. 4. - 457 с.
21. Самонин В. В. Сорбционные свойства хитозана и возможность его применения для очистки жидких сред / В.В. Самонин, И.Ю. Амелина, Ю.Н. Ведерников, В.А. Доильницын // Журнал физической химии. - 1999. - № 3. - С. 880-883.
22. Сафронова Т.М. Применение хитозана в производстве пищевых продуктов / Т.М. Сафронова // Хитин и хитозан. Получение, свойства, применение. - М.: Наука, 2002. - С. 346-359.
23. Селиверстов А.Ф. Сорбция металлов из водных растворов хитиносодержащими материалами / А.Ф. Селиверстов, А.Ю. Емельянов, Б.Г. Ершов // Журнал прикладной химии. - 1993. - Т. 66, вып. 10. - С. 2331-2336.
24. Тютерев С. Л. Молекулярные механизмы действия хитозана в качестве средства, повышающего болезнеустойчивость растений / С.Л. Тютерев // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы седьмой международной конференции. - М.: ВНИРО, 2003.-С. 118-121.
25. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение / под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоре-вой Г.А., В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. -368 с.
26. Чурсин В.И. Влияние хитозана на растворы красителей / В.И. Чурсин, Н.А. Чиркова // Новые достижения в исследовании хитина и хитозана: Материалы 7-ой Международной конференции. -М.: ВНИРО, 2003. - С.372-374.
27. Gil G. Selective antimicrobial activity of chitosan on beer spoilage bacteria and brewing yeasts / G. Gil, S. Del Monaco, M. Galvagno // Biotechnology letters. - 2004. - P.576-574.
28. Gomez-Guillen M. Preparation and chelating properties of derivatives of chitosan and 1,3-Dicarbonyl compounds / M. Gomez-Guillen, A. Gomez-Sanchez, M.E. Manin-Zamora // Carbohydr. Res. - 1994. -V. 258. - P. 313-319.
29. Muzzarelli R.A.A. New derivatives of chitin and chitosan: properties and applications / R.A.A. Muzzarelli // New Dev. Ind. Polysaccharides Proc.
Conf. - N.Y.: Gordon & Breach, 1985. - P. 207-231.
30. Onsoyen E. Metal recovery using chitosan / E. Onsoyen, O. Skaugrud // J. Chem. Technol. and Biotechnol. - 1990. - № 4. - P. 395-404.
