Kitin ve Kitosan Lifleri- 1.Bölüm

Kitin, selülozdan sonra dünyada en yaygın olarak bulunan ikinci biyopolimerdir. Yengeç, karides gibi kabuklu su ürünlerinin ana bileşeni olup, böceklerin iskeletinde ve mantarların hücre duvarlarının yapısında da bulunmaktadır. Kitinin birçok türevi bulunmakla beraber, bunlar arasında en önemlisi kitosandır. [1,2,3,4,8,9]

Aşağıdaki resimde kitin eldesinde kullanılan kabuklugillerden Pandalus borealis yer almaktadır.[5]

Kitin ve kitosan üretimi günümüzde özellikle Oregon, Washington, Virginia, Japonya ve Antartika’daki kabuklu deniz hayvanlarından üretilen konserve endüstrisine bağımlı olarak gerçekleştirilmektedir. Bu konuda özellikle Norveç, Meksika ve Şili gibi ülkeler çalışmalarını yürütmektedir. Bir kilogramının üretim maliyeti ürün kalitesine ve üretim sürecine bağlı olarak 6 ile 32 USD arasında değişmektedir. Dünyada yıllık kitin üretiminin yaklaşık 150x103 ton civarında olduğu belirtilmektedir.[9]

Kabuklu su ürünleri artıklarının başta kitin olmak üzere çeşitli ürünlerin eldesi şeklinde değerlendirilmesiyle hem ekonomik açıdan kazanç hem de çevre açısından oldukça büyük yarar sağlanmış olmaktadır. [9]

Kitin ve kitosan polisakkaridleri, kimyasal olarak selüloza benzemekle birlikte kendi aralarında birtakım farklılıklar göstermektedir. Selülozda, ikinci karbon atomuna bağlı hidroksil (-OH) grubu bulunurken, kitinde asetamid (-NHCOCH3), kitosanda ise amin (-NH2) grubu bulunmaktadır.[8]

Aşağıdaki formülde selüloz(a), kitosan(b) ve kitinin(c) kimyasal yapılarını görmekteyiz.[9]

Genel olarak bakıldığında, yengeç, istakoz ve karides gibi deniz hayvanlarının kabuk kısmı % 30-40 protein, % 30-50 kalsiyum karbonat ve kalsiyum fosfat ile % 20-30 kitinden oluşmaktadır. Kabuklu deniz hayvanlarının yapısındaki protein bazı insanlarda alerjiye sebep olabilmektedir. Dolayısıyla, proteinin tamamen uzaklaştırılması özellikle biyomedikal uygulamalarda kullanımı açısından son derece önemlidir. Bu amaçla kitinin protein kompleksindeki kovalent bağlar deproteinizasyon ile koparılmaktadır. Deproteinizasyon, aynı zamanda kitine belli bir kalite de kazandırmaktadır. Son olarak kitin %2’lik asetik asit çözeltisi ile ekstrakte edilip ardından filtre edilmekte, destile suda çöktürülüp kurutulmakta ve depolanmaktadır. Aşağıdaki tabloda deniz hayvanı kabukları ve mantarlardan kitin eldesi irdelenmektedir.[7,9]

Alttaki diğer bir tabloda da kitinin teknik üretim koşulları görülmektedir.[9]

Bu işlem adımlarının incelenmesinden sonra kitinin özelliklerine etki eden parametreleri; deasetilasyon derecesi, molekül ağırlığı, vizkozite, çözünürlük ve renk şeklinde sıralayabiliriz.[9]

Deasetilasyon derecesi: Kitin ve kitosan arasındaki fark, yapılarındaki asetil içeriğinden kaynaklanmaktadır. Deasetilasyon derecesi kitinin yapısında bulunan aminoasetil gruplarından asetil grubunun uzaklaştırılma derecesidir. Böylece geride sadece amin grubu kalmaktadır. Kitinin deasetilasyon derecesinin, başta çözünme özelliği olmak üzere birçok parametre üzerinde büyük etkisi bulunmaktadır. Kitinin belli derecede deasetillenmesi (% 60 ve üzeri) sonucunda “kitosan” elde edilmektedir. Deasetilasyon derecesi, deniz kabuklularının cinsine ve üretim yöntemine göre % 56-99 arasında değişebilmektedir.[7,9]

Molekül ağırlığı: Kitosanın doğal ve sentetik polimerlere uygulamasında önemli olan diğer bir parametre de molekül ağırlığıdır. Kitin ve kitosanın molekül ağırlığı, elde edildiği kaynağa ve özellikle deasetilasyon koşullarına (sıcaklık, zaman ve NaOH konsantrasyonu) bağlı olarak değişmektedir. Ortamda bulunan çözünmüş oksijen, kitosanın parçalanmasına neden olmakta ve molekül ağırlığını düşürmektedir. Diğer yandan, çok yüksek sıcaklıklar da kitosanın molekül ağırlığına olumsuz etki etmektedir. Örneğin 280°C ve üzerindeki sıcaklıklarda kitosan parçalanmaya başlamakta, polimer zinciri kopmakta ve böylece molekül ağırlığı düşmektedir.[9]

Vizkozite: Sıcaklık, viskozite, deasetilasyon ve pH derecesi gibi parametreler kitosanın özelliklerine etki etmektedir. Viskozite, demineralizasyon süresinin artması ile düşmektedir. Yaklaşık 4°C’de depolanan kitosan çözeltisinin viskozite açısından en iyi stabiliteyi gösterdiği görülmüştür.[9]

Çözünürlük: Kitin, çok miktardaki molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağları ile yarı kristalin yapıda bir polimerdir. Bu nedenle seyreltik asitlerde ve birçok organik çözgende çözünememektedir. Kitosan, katyonik yapısı sayesinde asidik ortamında bazı çözeltilerde kolayca çözünebilmektedir. Diğer yandan, inorganik asitler içerisinde kitosanın çözünürlüğü oldukça düşüktür. Kitosanın çözünmesi amacıyla genellikle asetik asit, formik asit ve laktik asit gibi organik asitler kullanılmaktadır. Bunlar arasında en çok kullanılan çözgen asetik asittir.[9]

Renk: Kabuklu deniz hayvanlarının yapısındaki pigment, kitin ile kompleks oluşturmaktadır. Toz halindeki kitosan oldukça yumuşak olup rengi açık sarıdan beyaza kadar çeşitli tonlarda değişebilmektedir. Kitinden kitosan eldesi esnasında renk giderilmesi aseton ile ekstraksiyon ve ardından % 0.3 NaOCl ile oda sıcaklığında yapılan 5 dk işlem sonunda gerçekleşmektedir.[9]