Chitine-chitosan Chitine wordt industrieel gewonnen uit het exoskelet van kreeften, krabben en garnalen. Na deacetylatie van chitine wordt het polymeer chitosan voornamelijk gebruikt in de land- en tuinbouw, in de voedingsindustrie, in de farmaceutische industrie en in de humane en veterinaire geneeskunde. Wegens zijn functionele eigenschappen zou chitosan applicatie vinden in water- en vetopname, emulsificatie, kleurstofbinding, gelatie en coating. |
De antimicrobiële activiteit van chitosan
De inherente antibacteriële en antifungale eigenschappen en de mogelijkheid tot filmvorming maken van chitosan in theorie een ideaal bioafbreekbaar verpakkingsmateriaal om de stabiliteit van bederfbare voedingsmiddelen te behouden. Het exacte werkingsmechanisme blijft nog onzeker. De meest waarschijnlijke hypothese is dat er ten gevolge van het verschil in lading, tussen de positief geladen chitosan molecules en de negatief geladen microbiële celmembranen, een lek ontstaat in de celmembraan. Hierdoor lekken proteïnes en intracellulaire componenten uit de cel. Andere hypothesen zijn de interactie tussen diffunderende hydrolyse producten met microbieel DNA, wat leidt tot inhibitie van mRNA en proteïne synthese, en de chelatie van metalen, spoorelementen en essentiële nutriënten.
De antimicrobiële eigenschappen werden in de literatuur voornamelijk bewezen op basis vanin vitro proeven. Aangezien voeding uit een mix bestaat van verschillende componenten kunnen deze interrageren met chitosan. Onderzoek van Prof. Devlieghere wees uit dat zetmeel, whey proteïne en NaCl een negatief effect hebben op de antimicrobiële activiteit van chitosan.
Toepasbaarheid in enkele voedingsmiddelen
levensmiddelen | oorzaak van bederf | potentiële werking van chitosan |
brood | veroudering | ? chitosan coating treedt als vochtbarrière op en vertraagt zo het verouderingsproces en de microbiële groei |
ei | gewichtverlies | ? chitosan coating treedt op als barrière om vocht- en gas (CO2) transfer uit het albumen door de schaal te verhinderen |
fruit en groenten | fungale infecties | ? chitosan coating modificeert de interne atmosfeer zonder anaërobe ademhaling te creëren en heeft een antifungale capaciteit |
vlees | vetoxidatie | ? (geïrradieerd) chitosan heeft een antioxidatieve en antibacteriële capaciteit |
melk | microbieel bederf | ? chitosan in hoge concentratie heeft een antimicrobiële capaciteit maar beïnvloedt de sensorische kwaliteit op een negatieve manier |
vis | vetoxidatie van de ongesatureerde vetzuren | ? chitosan coating verlengt de houdbaarheid en chitosan heeft een antioxidatieve en chelatie capaciteit naargelang het moleculair gewicht en de concentratie |
Redenen waarom verder onderzoek vereist is
- Chitosan dient geproduceerd en gebruikt te worden onder uniforme condities. Betaalbare analytische methoden die het moleculair gewicht en de deacetylatiegraad correct kunnen bepalen, dienen ontwikkeld te worden.
- De fysiscochemische eigenschappen van chitosan kunnen variëren naargelang de productiemethoden en de functionele karakteristieken. De traditionele productiestappen zijn: deproteïnatie, demineralisatie, ontkleuring en deacetylatie.
- Het typisch productieproces is kostelijk zodat nieuwe inzichten zouden moeten kunnen leiden tot simplificatie bv. het coaten van een ei vereist geen zuiver chitosan product.
- De functionaliteit van chitosan als bewaarmiddel of als coatingmateriaal varieert naargelang zijn moleculair gewicht. Er is een nood aan een model om de effectieve toepasbaarheid van chitosan in relatie met zijn moleculair gewicht en zijn deacetylatiegraad te voorspellen.
- Omwille van de hogere antimicrobiële activiteit wordt chitosan met een hoog moleculair gewicht bij voorkeur gebruikt. De bittere smaak van dit product beperkt echter het gebruik als bewaarmiddel. Toevoeging van L-arginine en AMP kunnen gebruikt worden om deze bijwerking te minimaliseren.
- Een belangrijk nadaal is de gevoeligheid van chitosan aan vochtigheid, zodoende kan het niet gebruikt worden in rechtstreeks contact met voedingswaren. Verder onderzoek is nodig. Ook naar de incorporatie van antimicrobiële en antioxidatieve agenten en mineralen in chitosan coatings om de houdbaarheid te verlengen, dient er verder onderzoek te gebeuren.
- Verder onderzoek op de kwaliteit en de houdbaarheid van voeding, bevattende of verpakt met chitosan, dient op grotere schaal te gebeuren. Wetenschappers hebben nood aan meer realistische en praktische informatie om de volgende stap naar het commercieel gebruik van chitosan te maken.
Bronnen
No et al. (2007) Applications of chitosan for improvement of quality and shelf life of foods: a review. Journal of Food Science 72 (5), 87-100.