من أين يأتي الكيتوزان.
يُعدّ الكيتين، بعد السليلوز، من أكثر البوليمرات الحيوية وفرة (Younes & Rinaudo 2015). وهو يشكّل الإطار البنائي لقشور القشريات وجدران خلايا الفطريات وأدمة الحشرات. ويمكن الحصول على الكيتوزان من المصادر الثلاثة جميعها.
من المادة الخام إلى Z-Chitosan: المنشأ والمواد الفعالة النباتية
| المصدر | المادة الخام | ملاحظات |
|---|---|---|
| القشريات | قشور الروبيان والسلطعون، وهي منتج ثانوي للصناعات الغذائية | المصدر الرئيسي؛ إذ يأتي أكثر من 80,000 t من الكيتين سنويًا من المنتجات الثانوية البحرية (Ghormade et al. 2017) |
| الفطريات | جدران الخلايا، مثل جدران Aspergillus niger أو Mucor rouxii أو Rhizopus oryzae | أُفيد بوجود طول سلسلة أكثر انتظامًا ودرجة عالية من نزع الأسيتيل (Ghormade et al. 2017) |
| الحشرات | مثل الأغلفة المنسلخة لعذارى ذبابة الجندي الأسود من تربية الحشرات | ما يصل إلى 25.5 % من الكيتين في الأغلفة المنسلخة للعذارى (Triunfo et al. 2022) |
من الكيتين إلى الكيتوزان.
01
إزالة المعادن
يُذيب حمض الهيدروكلوريك المخفف (عادةً 0.25–2 mol/l) كربونات الكالسيوم في القشرة، مع انطلاق CO₂.
02
إزالة البروتينات
يزيل محلول هيدروكسيد الصوديوم (عادةً 0.3–2.5 mol/l، 65–100 °C) البروتينات، ويُبقي الكيتين.
03
نزع الأسيتيل
يزيل هيدروكسيد الصوديوم المركّز عند درجة حرارة مرتفعة مجموعات الأسيتيل، فيتحول الكيتين إلى كيتوزان.
تحدد درجة الحرارة وتركيز القلوي والزمن درجة نزع الأسيتيل والكتلة المولية (Younes & Rinaudo 2015).
الخصائص الرئيسية.
| المعلمة | القيمة المعتادة | الدلالة |
|---|---|---|
| البنية | D-glucosamine وN-acetyl-D-glucosamine المرتبطان بروابط β-(1→4) | عديد سكاريد خطي |
| درجة نزع الأسيتيل (DDA) | عادةً 60–95 % | نسبة مجموعات الأمين الحرة، وهي تحدد كثافة الشحنة |
| الكتلة المولية | في الدراسات مثلًا 60–1,370 kDa (Wang et al. 2006) | تؤثر في اللزوجة وتكوين الفيلم والنشاط |
| pKa لمجموعات الأمين | نحو 6.2–6.5، بحسب DDA والكتلة المولية (Wang et al. 2006) | وتحت هذه القيمة يسود الشكل المشحون –NH₃⁺ |
| الذوبانية | يذوب في الأحماض المخففة، ولا يكاد يذوب عند pH متعادل (Rinaudo 2006) | يُعالَج عادةً انطلاقًا من محلول حمضي |
الشحنة عبر نطاق pH.
تقدّر معادلة Henderson–Hasselbalch عدد مجموعات الأمين المشحونة. فعند pKa يساوي 6.4، تكون نحو 96 % منها مشحونة عند pH 5، ونحو 20 % فقط عند pH 7. وهذا نموذج مبسّط؛ ففي الإلكتروليتات البوليمرية يتغير pKa الظاهري بحسب درجة الشحنة.
88,8 % حاملة لبروتون
النسبة الحاملة لبروتون = 1 / (1 + 10^(pH − pKa))
ما الذي أنظر إليه؟
| pH | حاملة لبروتون (–NH₃⁺) | غير مشحونة (–NH₂) |
|---|---|---|
| 3.0 | 99.96 % | 0.04 % |
| 4.0 | 99.6 % | 0.4 % |
| 5.0 | 96.2 % | 3.8 % |
| 6.0 | 71.5 % | 28.5 % |
| 6.4 | 50.0 % | 50.0 % |
| 7.0 | 20.1 % | 79.9 % |
| 7.4 | 9.1 % | 90.9 % |
| 8.0 | 2.5 % | 97.5 % |
| 9.0 | 0.3 % | 99.7 % |
كيف يؤثر الكيتوزان: ما تناقشه الأدبيات العلمية.
لم تُفهَم الآلية فهمًا كاملًا. وتصف المراجعات التي أعدّها Rabea et al. (2003) وKong et al. (2010) عدة مسارات؛ ويتوقف إسهام كل منها على الكائن الحي والكتلة المولية وpH.
الشحنة: ترتبط السلاسل موجبة الشحنة بأسطح الخلايا سالبة الشحنة، أي بعديد السكاريد الشحمي في البكتيريا سالبة الغرام وبأحماض التيكويك في البكتيريا موجبة الغرام. فيصبح الغشاء نفوذًا وتتسرب محتويات الخلية.
الاستخلاب: يرتبط الكيتوزان بالأيونات المعدنية التي يحتاج إليها غلاف الخلية والإنزيمات.
الحاجز: يمكن للكيتوزان عالي الكتلة المولية أن يغطي الخلية بفيلم يعيق التبادل.
داخل الخلية: بالنسبة إلى السلاسل القصيرة، تُناقَش إمكانية الارتباط بالحمض النووي (DNA) بما يعطّل تخليق الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA). وهذا المسار محل جدل.
النموذج ثلاثي الأبعاد (3D): غلاف الخلية 360°
الأدبيات العلمية
الحدود المعروفة للكيتوزان العادي.
يتوقف النشاط بشدة على pH (Kong et al. 2010). وعند pH 7 يمنح النموذج شحنة لنحو خُمس مجموعات الأمين فقط، ويترسب الكيتوزان. وتقع في هذا النطاق بيئات كثيرة، من الأسطح البلاستيكية إلى الدم.
تتوقف درجة نزع الأسيتيل والكتلة المولية على المادة الخام والعملية (Younes & Rinaudo 2015)، وكلاهما يؤثر في النشاط (Younes et al. 2014). ولذلك تحتاج الدفعات إلى مواصفات واختبار.
مسبِّبات الحساسية المعروفة في القشريات هي بروتينات، وأهمها التروبوميوسين (Reese et al. 1999)؛ أما الكيتوزان نفسه فهو عديد سكاريد. وفي دراسة صغيرة، تحمّل عشرة أشخاص يعانون من حساسية المأكولات البحرية ذات القشرة ضمادة جروح من الكيتوزان دون أي تفاعل (Waibel et al. 2011). والبيانات محدودة، ولذلك ينبغي ذكر المصدر بصراحة في كل ورقة بيانات.
تختلف القابلية للتأثر بين الأنواع ومراحل النمو (Kong et al. 2010). ولا يمكن نقل النتائج المتعلقة بكائن حي واحد إلى كائنات أخرى.
كيتوزان فطري أم كيتوزان من القشريات.
كلاهما من نوع البوليمر نفسه، ويختلفان في المادة الخام ودرجة الانتظام ومسألة مسبِّبات الحساسية. ولا تذكر أوصاف البراءات الخاصة بـ Z-Chitosan مصدرًا للمادة الخام؛ وتتوفر المعلومات عن مصدر المادة الخام لـ Z-Chitosan عند الطلب.
| الميزة | كيتوزان القشريات | الكيتوزان الفطري |
|---|---|---|
| المادة الخام | قشور الروبيان والسلطعون | كتلة حيوية فطرية، مثل تلك الناتجة عن التخمير |
| الموقع في السوق | مصدر رئيسي راسخ | مصدر مكمِّل (Ghormade et al. 2017) |
| الانتظام | يتفاوت بحسب المادة الخام والعملية | أُفيد بطول سلسلة أكثر انتظامًا |
| مسألة مسبِّبات الحساسية | يجب الإعلان عن المنشأ من القشريات | لا توجد بروتينات من القشريات |
ما الذي يفعله Z-Chitosan بشكل مختلف.
Z-Chitosan معقد احتواء من الكيتوزان ومستخلص نباتي واحد على الأقل، يتشكل بوجود محفّز (US 11,708,424). يُنتَج بالربط التشابكي متعدد المراحل في مستحلب ويُجفَّف إلى مسحوق؛ ويدخل على هيئة ماستر باتش (masterbatch) في البلاستيك والبوليمرات والأقمشة (US 12,071,490).
يُوصف الجمع بين الكيتوزان والمستخلصات النباتية في براءة الاختراع الأمريكية US 11,708,424 B1 بعنوان «Inclusion of chitosan and herbal extracts as an antimicrobial agent»، التي مُنحت في 25 يوليو 2023.
يُظهر الاختبار على المادة المحددة الخصائص الناتجة في الاستخدام.
لمنتجكم
ماذا يعني هذا لمنتجكم.
حدّدوا أولًا نطاق pH الذي يعمل فيه منتجكم. وفي البيئات المتعادلة لا يكفي النشاط المذكور في المراجع الدراسية للكيتوزان العادي؛ بل تحتاجون إلى بيانات مقيسة على المادة النهائية. واطلبوا كذلك مواصفات الدفعة، تتضمن المصدر ودرجة نزع الأسيتيل والكتلة المولية.