MAKALE

Yayın Tarihi: 21.12.2017 Perşembe 13:45:00

Alternatif ajan 'kitosan'

Bilal YILDIRIM

Alternatif ajan 'kitosan'
Toplumumuzda deniz kabukluları sıkça tüketilen bir besin olmasa da dünya genelinde hatırı sayılır bir tüketiminin olduğunu biliriz. Bizler olaya biraz uzaktan bakmayı yeğleriz genellikle. Sözüm ona özellikle Uzakdoğu memleketlerinde yenen abidik gubidik yiyecekler sınıfındadır birçoğumuz için yengeç, karides, ıstakoz… Yengeç, ıstakoz ve karides gibi kabukluların kabuk kısmı %35 protein, %40 kalsiyum tuzlarından ve %25 kitinden oluşmaktadır. Kitosan kitinin deasetilasyonu ile elde edildiğinden…

Toplumumuzda deniz kabukluları sıkça tüketilen bir besin olmasa da dünya genelinde hatırı sayılır bir tüketiminin olduğunu biliriz. Bizler olaya biraz uzaktan bakmayı yeğleriz genellikle. Sözüm ona özellikle Uzakdoğu memleketlerinde yenen abidik gubidik yiyecekler sınıfındadır birçoğumuz için yengeç, karides, ıstakoz vesaire. Hatta Gezgin, Gezelek Görelek gibi isimlerle yayınlanan televizyon programlarında kaydedilen görüntüleri yüzlerimizi buruşturarak, ıyyy, öğğğk gibi tepkilerle izleriz. Canlı canlı kaynar suya atılan ıstakozdan çıkan sesler ki buna genellikle ıstakozun çığlığı deniyorsa da işin aslı öyle değilmiş ise yüreğimizi burkar… Evet, toparlıyoruz ve konumuza dönüyoruz. Sözümüzün başında bu kadar kabuklulardan bahsetmemizin nedeni ihtiva ettikleri kitin dolayısı iledir.



KİTOSAN’ın hammaddesi olan kitin dünya üzerinde selülozdan sonra en çok bulunan yenilebilir doğal biyopolimerdir. Deniz kabuklularının ve bazı böcek türlerinin yanı sıra mantarlarda da yüksek oranlarda endüstriyel değere sahip kitin bulunmaktadır. Ancak deniz kabuklularını cazip kılan, endüstriyel atık olarak ortaya çıkan kabukların değerlendirilerek çevresel kirlenmenin önüne geçilmesinin ve atık olarak görülen materyallerin tekrar ekonomiye kazandırılmasının sağlanıyor olmasıdır. 1811 yılında Henri Bracannot mantarlarda bulunan kitini keşfetmiş, sülfürik asitte çözmeye çalışmış ama başarılı olamamıştır.

1894 yılında HoppeSeyler tarafından kitinin 180 °C sıcaklıkta potasyum hidroksit ile muamele edilmesiyle kitosan elde edilmiştir. Kitin ve kitosan ile ilgili ilk kapsamlı yayın ise Muzarelli tarafından 1977 yılında yapılmış olup sonrasında düzenlenen uluslararası sempozyumlar, araştırma ve geliştirme çabaları, kitin ve kitosanın endüstriyel uygulama alanları ile ilgili çalışmalar günümüzde de devam etmektedir. Yengeç, ıstakoz ve karides gibi kabukluların kabuk kısmı %35 protein, %40 kalsiyum tuzlarından ve %25 kitinden oluşmaktadır. Kitosan kitinin deasetilasyonu ile elde edildiğinden kitin ile kitosan arasındaki en temel fark kitinin asetilamin, kitosanın ise amin içermesidir. Kitinden kitosan eldesi kimyasal ve biyolojik olmak üzere iki yöntem ile gerçekleştirilmektedir.

Kimyasal yöntemle üretimde NaOH ile deproteinizasyon, HCl ile de demineralizasyon işlemleriyle ham kitin eldesi sağlanmaktadır. Deasetilasyon işlemi NaOH ile yapılır ve son olarak ekstraksiyon ve filtrasyon işlemleri sonucunda kitosan elde edilmektedir. Biyolojik yöntemle üretimde ise atık kabukların çeşitli mikroorganizmalarca üretilen enzimler vasıtasıyla deproteinizasyon, demineralizasyon ve deasetilasyon işlemleri basamaklar halinde gerçekleştirilir ve kitosan elde edilir.

Kitinin elde edilme aşamasında deprotenizasyon işlemiyle proteinlerden tamamen arındırılan kitosan, hayvansal proteinlere alerjisi olan tüketiciler için de, herhangi bir risk barındırmamaktadır.

Kitosanın özelliklerini etkileyen faktörler

Deasetilasyon Derecesi Daha önce Kitin ile kitosan arasındaki temel farkın, kitinin asetilamin, kitosanın ise amin içermesi olduğundan bahsetmiştik. Kitinin yapısında bulunan asetilamin gruplarından asetil grubunun uzaklaştırılma oranı deasetilasyon derecesi (DD) olarak ifade edilir. Kitosanın deasetilasyon derecesi, çözünme özelliği başta olmak üzere birçok parametre üzerinde etkilidir. DD, deniz kabuklularının cinsine ve kitosan üretim yöntemine göre değişmektedir. Kitosan, kitine göre iki büyük avantaja sahiptir. Bunlardan ilki kitini çözmek için toksik özellikte çözgenler kullanılmasına karşın kitosanın seyreltik asetik asit içinde çözünebilmesidir. Diğeri ise aktif kısım olan serbest amin gruplarına sahip olmasıdır ki bu da kimyasal reaksiyonlar için oldukça önemlidir.

Molekül Ağırlığı Kitin ve kitosanın molekül ağırlığı, elde edildiği kaynağa ve özellikle deasetilasyon koşullarına bağlı olarak değişmektedir. Ortamda çözünmüş oksijenin bulunması ve yüksek sıcaklık uygulamaları kitosanın parçalanmasına neden olarak molekül ağırlığını düşürmektedir. Molekül ağırlığı kitosanın doğal ve sentetik polimerlere uygulamasında önemli bir parametredir. Viskozite Viskozite önemli bir kalite kriteridir. Özellikle antimikrobiyal özellik üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Demineralizasyon süresinin artması viskoziteyi düşürmektedir. Ayrıca kitosan çözeltisinin depolama sıcaklığının da viskozite üzerinde etkili olduğu, çözeltinin 4°C’de muhafaza edilmesiyle en ideal viskozite stabilitesinin sağlandığı görülmüştür.

Çözünürlük Katyonik yapısı sayesinde pH’ı 6’dan düşük olan organik çözeltilerde çözünebilmekte, inorganik asitler içerisinde çözünürlüğü oldukça düşmektedir. Kitosanın çözünmesi için genellikle asetik asit, formik asit ve laktik asit gibi organik asitler kullanılmaktadır. Bunlar arasında en çok kullanılan çözücü asetik asittir. Çözünürlüğe etki eden en önemli faktör deasetilasyon derecesidir. İyi bir çözünürlük için deasetilasyon derecesinin %75’in üzerinde olması gerektiği görülmüştür. Bununla birlikte sıcaklık, çözücü konsantrasyonu ve partikül büyüklüğü gibi birçok faktör de çözünürlüğe etki etmektedir. Çözünürlük; kitosanın, kimyasal modifikasyonlar, film ve lif oluşturma gibi özellikleri açısından oldukça önemli bir kriterdir.

Renk Deniz kabuklularının yapısındaki renk pigmentleri kitin ile kompleks oluşturur. Toz haldeki kitosan açık sarıdan beyaza kadar çeşitli tonlarda renge sahip olabilmektedir. Renk giderme işlemi kitinden kitosan elde edilmesi aşamasında yapılabilmektedir.

Kitosanın kullanım alanları

Şimdi kabuklu su ürünleri işleyen işletmenin atıkları dönüştürülerek bakalım hangi alanlarda kullanıma sunuluyor. Kitosanın gıda katkı maddesi olarak kullanılması, ilk olarak 1983’te Japonya’da ve ardından 1995’te Kore’de onaylanmıştır. FDA tarafından da 2012’de GRAS kategorisine dahil edilen kitosanın gıdalarda kullanılabileceği belirtilmektedir. Kitosandan gıda sanayinde çok değişik amaçlar için faydalanılabilmektedir. Bunlardan başlıcaları; meyve suyu durultulması ve asitlik, renk, koku giderimi, enzimatik esmerleşmenin kontrolü, antimikrobiyal ajan, yenilebilir film ve kaplama, emülsifiye etme, kıvam arttırma ve stabilizasyon olarak sayılabilir.

Beslenme amaçlı katkı maddesi olarak da diyet lif, kolesterol düşürücü, antigastrik etki ve yağ emilimini azaltma özellikleri nedeniyle önemli bir yer tutmaktadır. Kağıt üretiminde kitin kullanımı, kağıt liflerinin özellikle ıslak halde daha dayanıklı olmasını sağlamıştır. Bu nedenle alışveriş çantaları ve kağıt havlularda kullanımı yönünde çalışmalar artmaktadır. Ayrıca araştırmacılar mükemmel su geçirmezlik özelliği olan kitin-selüloz kompleksini geliştirmişlerdir. Kitosan biyobozunur plastik filmlere de dönüşebilmekte ve bu özelliğiyle gıda ambalajlarında da kullanılmaktadır. Örneğin Harvard’a bağlı Wyss Enstitüsünün, 2014 Mart ayında, kitosan bazlı materyallerin geliştirilmesinde önemli atılım sağladıklarını bildirmesi üzerine çok sayıda firma ve girişimci, kitosanın ticari kullanımının hayata geçirilmesi için Wyss Enstitüsü’nün kapısını çalmaya başlamıştı.



Su arıtmada; membran filtrelerin yapımında, metallerin uzaklaştırılmasında ve çöktürme işlemi için kullanılabilmektedir. Kişisel bakım ve kozmetik sanayinde yüksek nem tutma kapasitesi ve film oluşturma kabiliyeti nedeniyle saç spreyi, krem, şampuan, sabun, oje, diş macunu ve kişisel hijyen ürünlerinde kullanımı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Tarımda don önleme, bitki ve meyve zararlılarını kontrol altına alma, gübre ve tarımsal ilaçların etkinliğinin arttırılması ile gübre ve ilaç kullanım miktarlarının azaltılması gibi amaçlarla kullanılabilmektedir. Ayrıca hasat sonrası ürünlerin muhafazasında da kullanımı sözkonusudur. Biyoteknolojide proteinlerin ayrıştırılması ve kromatotografi alanında. Kitosan, sağlık sektöründe kontak lenslerin yapımından ilaç sanayine, ameliyat ipliğine kadar saymakta zorlandığımız çeşitlilikte kullanım alanı bulmaktadır.

İlk olarak Japonya ve Amerika’da kitin ve kitosan üretimi için fabrikalar kurulmuş olup ticari olarak kitin ve kitosan üretimi hali hazırda Hindistan, Japonya, Polonya, Norveç ve Avustralya’da yapılmaktadır. Tüm bu kullanım alanlarına ilaveten kitosanın alternatif olarak kullanılabileceği alanlar araştırılmaktadır. Kitosan, hem bilim adamları hem sanayiciler ve hem de tüketiciler için; sahip olduğu doğal yapısı, biyobozunur özelliği ve kirliliğe sebep olan atıkların geri kazanımı yoluyla çevreci oluşu, sürdürülebilirliği ve doğada bol bulunması gibi özellikleriyle eşsiz bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır.