پایان نامه استخراج کیتین از پوسته میگو و استفاده از کیتین برای جدا کردن یون منگنز ( VII )

چکیده:

کیتین پلی ساکارید ازت دار خطی و دومین پلیمر طبیعی بعد از سلولز است. این ماده به همراه مواد معدنی و آلی در پوسته سخت پوستان یافت می شود.

استخراج کیتین از پوسته این سخت پوستان به ویژه میگو شامل دو مرحله کانی زدائی است. این ماده کاربردهای زیادی در صنعت بهینه سازی مواد دیگر در تصفیه آب فاضلاب، ساختن کیتوزان و گلوکوز آمین و در جدا سازی یونها به روشهای مختلف دارد. در این پروژه کیتین از پوسته میگو استخراج و در جداسازی یون منگنز (VII) مورد استفاده قرار گرفت.

مقدمه:

دریا، مرکز شگفتیها، عجایب و جایگاه پیدایش اولین جانداران کره زمین است. در این اکوسیستم عظیم، با استفاده از انرژی خورشید، آبزیان مراحل مختلف را پشت سر می گذارند تا ارزانترین و اقتصادی ترین غذای مردمان جهان را بسازند. میگو، خرچنگ و لابستر از مهمترین آبزیان هستند که هر ساله با صید هزاران تن از آنها ضایعات بسیاری به جا می گذارند. کیتین، یکی از مهمترین اجزا این ضایعات است که کاربردهای بسیار گسترده ایی در صنعت برای بهینه سازی مواد دارد. هدف از این پروژه، استخراج کیتین از پوسته میگو و استفاده از کیتین برای جداسازی یون منگنز (VII) می باشد. بررسیهای اقتصادی نشان می دهد در ایران سالیانه چندین تن میگو صید می شود که ضایعات زیادی به همراه دارد و استفاده بهینه از این ضایعات نمی شود.

استخراج کیتین ساده، صادر کردن کیتین به صورت  خالص از نظر ارزش زیادی دارد.

کیتین چیست؟

کیتین یکی از ماکرومولکولهای طبیعی است و فراوانترین پلیمر طبیعی بعد از سلولز است. پلی ساکارید ازت داری است که در آن گلوکوز؛ آمونیاک؛ استیک اسید به صورت مولکولهای گلوکوز آمین وجود دارد. کیتین ماده خام فراوانی است که توسط سلول های زنده گیاهی و جانوری ساخته می شود؛ برای تبدیل به مواد شیمیایی و محصولات جدید عملاً تمام نشدنی است. این نوع مواد زیستی به علت برتریها و مزیتهای ذاتی؛ آینده درخشانی دارند. کیتین؛ ماده با ارزشی است که استفاده های صنعتی؛ شیمیایی؛ پزشکی؛ داروئی؛ آرایشی و بهداشتی دارد. لذا؛ بهتر است که بیشتر مورد بحث و بررسی قرار گیرد.

منابع تولید کننده کیتین:

کیتین؛ از لحاظ مقدار دومین پلی ساکارید تولید شده به وسیله موجودات زنده بعد از سلولز است.

منابع تولید کننده کیتین عبارتند از :

میگو؛ خرچنگ؛ لابستر؛ کریل؛ صدفهای دوکفه ایی؛ ماهی مرکب؛ اسکوئید؛ کلم؛ مرجانهای آب شیرین؛ دیاتومه؛ جلبکها؛ حشرات؛ قارچ و کلینهای میکروبی.

مطالعات نشان می دهد؛ موجودات دریایی مهمترین منابع تولید کننده هستند. از یک بیلیون تن موادی که سالیانه توسط این موجدات تولید می شود کیتین؛ درصد زیادی از این مواد را تشکیل می دهد. پوسته میگو و خرچنگ بسته به گونه آنها بیش از 20% کیتین دارد. کلینهای میکروبی؛ قارچها و جلبکهایی از گونه خاص از مهمترین منابع تولید کننده این ماده با ارزش هستند؛ محققین امید دارند که بتوانند با پیشرفت بیوتکنولوژی این ماده طبیعی و مهم را بیشتر مورد بهره برداری قرار دهند.

ساختار شیمیایی و خواص کیتین

کیتین[1] پلی ساکاریدازت دار خطی شامل زنجیره های بلندی است. این ماده با نام علمی B (1-4)-2- استامید و -2 دی اکسی -D- گلوکوپیرانوز[2]پلیمر طبیعی است. ساختار کیتین مشابه ساختار سلولز[3] است با این تفاوت که گروه (OH-2) آن در هر گلوکوز در یک واحد سلولز یک گروه آستیل آمینو 3(_NHCOCH ) جانشین شده است.

مطالعات نشان می دهد که پایداری کیتین به خوبی سلولز است و حتی خواصی کیتین دارد که در سلولز دیده نمی شود. کیتین دارای ساختمان رشته ایی ساکاریدی سخت محکم است و فیبرهای پروتئینی به همراه رگه های معدنی در این غشاها وجود دارد. فیبرهای کیتین بزرگتر از سلولز و سطح کمتری برای رطوبت پذیری دارد. از این خاصیت خوب این ماده می توان در صنایع غذایی، تهیه غشا، فیبر و لنز استفاده کرد.

کیتین به علت داشتن گروه های آمینواستامید و باندهای هیدروژنی استحکام زیادی به زنجیره های پلیمری داده است که این گروه ها در PH حدود 5/2 اسیدهای متوسط را جذب می کنند با کاهش PH قدرت جذب افزایش می یابد. از این خاصیت کیتین در ستونهای کروماتوگرافی برای جداسازی گروه های اسیدی استفاده می شود.

استامید توانایی جذب سیاری از یونهای را دارد. از این رو توانایی کیتین برای جذب یونهای فلزی و غیر سمی آب فاضلاب استفاده می شود.

از کیتین طی مکانیسمی خاص ترکیبات معطری مانند پیریدین، پیرازین، نیکوتین، … تهیه می کنند. اثرات خوب میکروکریستالین کیتین مانند خاصیت تغلیظ کنندگی پایدار، افزایش حجم محصولات نونی، قدرت لخته سازی، پذیرش رنگ و توانایی جمع آوری بعضی آنزیمها و ایجاد پلهای مولکولی باعث شده که در صنایع غذایی به گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

کیتین به سه فرم ، ،  وجود دارد. کیتین ، سخت و به هم فشرده و به صورت پلیمر بلوری است و زنجیره ها از نظر فضایی غیر موازی هستند. کیتین ، به صورت زنجیره های موازی و کیتین  ، به فرم دو زنجیره UP و دیگری به صورت Down است.

کیتین به صورت پودر، بلوری، بی شکل، براق، سفید و به مقدار زیاد آب گریز است. این ماده در آب و بیشتر حلالهای آلی، قلیاها و اسیدهای رقیق حل نمی شود. حلال مناسب این پلیمر N-N دی متیل استامید شامل 5 درصد لیتیم کلرید است کیتین در حضور آنزیم کیتیناز هیدرولیز می شود. کیتین و مشتق آن کیتوزان، تنها ساکاریدهای فراوان بازی می باشند.

رادفورد و آستن در سال 1978 وزن مولکولی کیتین پوسته میگو و خرچنگ را

106× 8/1-   106×4/0 دالتون گزارش کردند. این ماده با فرمول تجربی  زنجیره طویلی دارد که درجه پلیمریزاسیون آن 1800-600 واحد است درصد کربن، نیتروژن، هیدروژن، در یک واحد به این صورت است.

N=266/47%                 H=452/6%                   N=893/6%               O=389/39%

از آنجا که کیتین در بسیاری از حلالها غیر قابل حل شدن است و وزن مولکول محصول تجاری با کیتین طبیعی متفاوت و درجه پلیمریزاسیون 1800-600 واحد گزارش شده است. لذا، تعییین کیفیت و خلوص این ماده مشکل است. یکی از روشهای مناسب برای تعیین کیفی این نوع مواد، استفاده از طیف سنجی زیر قرمز (IR) است. طیف زیر قرمز گرد خالص کیتین پوسته میگو به صورت زیر است.

روش استخراج کیتین از پوسته سخت پوستان

پوسته خشک آسیاب شده میگو

زدودن مواد و املاح معدنی

زدودن مواد آلی و رنگدانه

کیتین

اسید معدنی رقیق

HCL

قلیای گرم و رقیق

NaoH

صاف کردن و شستشو با آب سرد

به طوری سنتزیک ماکرومولکول مشکل است. لذا بهتر است که مولکول را از منبع تولید کننده آن تخلیص و برای بهینه سازی محصولات به کار برد. روش استخراج این ماده به صورت زیر است.

کیتین به همراه املاح معدنی به ویژه کلسیم کربنات و کلسیم فسفات در پوسته سخت پوستان وجود دارد. روش استخراج شامل دو مرحله است. زدودن مواد معدنی با اسید معدنی رقیق و زدودن مواد آلی با قلیا.

تصاویر برخی از سخت پوستان

میگو، خرچنگ و لابستر از مهمترین منابع تولید کننده کیتین هستند که تصویر چند نمونه از آنها آورده شده است.

خرچنگ با نام علمی پورتینیوس پلاژیوس

لابستر با نام علمی پانولیریوس هوماروس

لابستر با نام علمی پانولیریوس پولی فاجوس

میگو با نام علمی پنئوس مرگونسیس

میگو با نام علمی پنئوس سمی سولکاتوس

در بین این آبزیان میگو به علت دارا بودن پروتئین فراوان و طعم لذیذ، همچنین وجود برخی از املاح و میکروالمانها ارزش فراوانی دارد. صید میگو در ایران در استانهای هرمزگان، بوشهر، خوزستان، انجام می گیرد. ذخایر میگو در خلیج فارس تقریباً بالای 000/20 تن برآورد شده است که نصف آن متعلق به آبهای ایران است.

استفاده از این منابع تجدید شونده به منظور تولید توسعه محصولات زیست پایه ای راهی مناسب، مطمئن و گامی موثر برای دستیابی به خود کفایی صنعتی و بهره برداری کامل از منابع طبیعی است.

کاربردهای کیتین

قوانین محدود کننده ضایعات در محیط زیست، تولید کنندگان را به سمت تولیدات جدید به گونه ای که پس از مصرف نیز ضرری برای محیط زیست نداشته باشد سوق داده است. استفاده از مواد زیست توده، گامی موثر در این جهت است.

کیتین یک ترکیب شیلاتی است که به وسیله موجودات دریایی تولید می شود.

فراورش کیتین از ضایعات سخت پوستان فرایندی پر سود به شمار می آید. زیرا تنها در سرمایه گذاری، هزینه های مرحله فراورش آن مطرح می شود و سایر هزینه ها را طبیعت می پردازد. این ماده به دلیل پایداری زیاد توانایی تشکیل حلقه با یونهای فلزی، دارا بودن خواص نوری و ویسکوز بودن، کاربردهای زیادی دارد.

در سالهای 1977-1982-1988-1991 پنج سمینار بین المللی در ارتباط با کاربردهای کیتین و کیتوزان برگزار شده است. که برخی از این کاربردها عبارتند از: خواص نظیر سمیت کم، سازگاری زیستی، قابلیت تجزیه بیولوژیکی، خواص ضد میکروب، قابلیت اصلاح شیمیایی و خواص بیوچسبندگی کیتین و کیتوزان در زمینه های متعدد از جلمه تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی به عنوان جاذب رنگ، ذرات فلزی، پروتئین و مولکولهای سنگین نفتی کاربرد دارند. این ترکیبات همچنین در صنایع پزشکی و بهداشتی به عنوان باندهای قابل تنفس، مواد پیوند دهنده استخوان و ستون فقرات  و عامل ترمیم سلولها و بهبود زخم و نیز در ساخت داروهای ضد انعقاد خون و سرطان به کار می روند. "کیتین" و " کیتوزان" در صنایع غذایی به عنوان افزودنیهای خوراکی در صنایع نساجی دریاچه های پنبه ای برای افزایش جذب رطوبت که سبب بهبود خواص نظیر اصطکاک، جذب رطوبت و رنگ پذیری می شود مورد استفاده قرار می گیرد.