1.GİRİŞ
Dünya çapında, deniz ürünleri üreticisi şirketler tarafından büyük miktarda yengeç ve karides kabuğu
değerlendirilmeden çevreye atılmaktadır. Özellikle son yıllarda atıkların yeniden değerlendirilmelerinin
gündeme gelmesiyle birlikte, kabuklu su ürünleri çürümeye bırakılmak yerine, kimyasal veya biyolojik
yöntemlerle yeniden değerlendirilmekte ve yeni ürünler elde edilmektedir. Bu şekilde edilen ürünlerin
başında kitin ve başlıca türevi olan kitosan gelmektedir.
Doğal bir biyopolimer olan kitosan, özellikle son 50 yıldır araştırmacılar için ilginç bir materyal olarak
yerini korumaktadır. Kitine göre birçok avantaja da sahip olan kitosan başta gıda, kozmetik, ziraat, tıp,
kağıt ve tekstil olmak üzere birçok endüstri dalında kullanım alanı bulmuştur.
Tekstil terbiyesi işlemlerinde, çok miktarda su ve enerji tüketilmektedir. Bununla birlikte atık suya terk
edilen boyarmaddeler, yardımcı maddeler ve atık suyun rengini gidermek için kullanılan kimyasal Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
93
maddeler de ek bir kirliliğe yol açmaktadır. Tüm bu unsurlar, gittikçe katılaşan çevre kanunları için tehdit
edici bir unsur oluşturmaktadır. Bu nedenle, tekstil endüstrisinde toksik özellikte ve atık su yükü
oluşturan kimyasal maddelerin yerini alabilecek yeni madde arayışları devam etmektedir (2).
Doğada bulunan kaynaklardan bol miktarda elde edilebilen bir biyopolimer olan kitosan, canlılara karşı
toksik özelliğinin olmaması, biyolojik olarak parçalanabilirliği, biyouyumluluğu, kimyasal ve fiziksel
özellikleri bakımından diğer biyopolimerlere göre üstün özellikler göstermesi nedeniyle birçok endüstri
dalı gibi tekstil endüstrisi için de uygun bir madde olarak karşımıza çıkmaktadır.
2. Kitin ve Kitosan Nedir?
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. Dünyada yıllık kitin üretiminin yaklaşık 150x103
ton civarında olduğu
belirtilmektedir. Bunun 56x103
tonu karidesten, 39x103
tonu çeşitli deniz kabuklularından, 32x103
tonu
mantarlardan ve 23x103
tonu istiridyelerden elde edilmektedir (1). Böcek kabuklarında yaklaşık % 23,5
oranında kitin bulunurken bu oran yengeç ve karideste sırasıyla % 17 ile % 32 arasında değişmektedir.
Kitinin birçok türevi bulunmakla beraber, bunlar arasında en önemlisi kitosandır. Kitosan, ilk kez 1811
yılında Henri Bracannot tarafından keşfedilmiştir. Bracannot, mantarlarda bulunan kitini sülfürik asitte
çözmeye çalışmış ancak başarılı olamamıştır. 1894’de Hoppe-Seyler, kitini potasyum hidroksit içerisinde
180oC’de işleme sokmuş (deasetilasyon) ve asetil içeriği azaltılmış bir ürün olan “kitosan”ı elde etmiştir.
1934 yılında kitosandan film üretimi ve lif eldesi konusunda olmak üzere iki patent alınmıştır. Aynı yıl,
Clark ve Smith tarafından çok iyi oryante olmuş kitosan lifi üretimi de başarı ile gerçekleştirilmiştir [2].
Kitin ve kitosan hakkındaki ilk kapsamlı yayın, 1977 yılında Muzarelli tarafından yapılmıştır. Daha sonra
bu konuda çeşitli uluslararası sempozyumlar ve araştırmalar ile devam eden incelemeler günümüze kadar
gelmiştir. Bu çok yönlü polimerlerin yeni uygulama alanlarını bulmaya ve uygulamaya yönelik akademik
ve endüstriyel araştırmalar halen kapsamlı ve yoğun bir şekilde devam etmektir (1-3)
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. Örneğin “Flonac”
ticari adıyla yengeç kabuklarından üretilen kitosan polimerinin 2000 yılı üretimi 1250 ton/yıl civarında
olmuştur. Bir kilogramının üretim maliyeti ürün kalitesine ve üretim prosesine bağlı olarak 6 ile 32 USD
arasında değişmektedir (3-5).
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. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103 Kitin, Kitosan ve Genel Kullanım Alanları
94
3. Kitin ve Kitosanın Kimyasal Yapısı
Bir biyopolimer olan kitin, esas olarak poli-[β-(1,4)-2-asetamid-2-deoksi-β-D-glukopiranoz] yapısında
olup çok düşük oranda 2-amino-2-deoksi-β-glukopiranoz monomerlerini de içermektedir.
Şekil 1. Selüloz (a), kitosan (b) ve kitinin (c) kimyasal yapıları (6)
Kitosanın kimyasal yapısı, poli-[β-(1,4)-2-amino-2-deoksi-β-D-glukopiranoz] şeklindedir. 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.
Şekil 2. Deniz hayvanı kabukları ve mantarlardan kitin eldesi (7)
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.
Yıkama
LiCl/DMAc ile ekstrakisyon
Ham kitin Suda çökeltme, kitinin toplanması ve
kurutulması
Deproteinizasyon
(% 3.5’lik NaOH ile 65°C’de
2 saat işlem)
3 saat işlem)
Yıkama
Demineralizasyon
(1 N HCl ile 30 dk oda
sıcaklığında işlem)
Deniz Canlısı Kabuğu
Yıkama ve mekanik parçalama
Mantar
Elde etme (hasat), yıkama ve kurutma
Toz haline getirme ve NaOH ile işlem Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
95
Bu amaçla, kitinin protein kompleksindeki kovalent bağlar deproteinizasyon ile koparılmaktadır. Ancak
kullanılan kimyasal maddelerin biyopolimeri de depolimerize etme tehlikesi nedeniyle işlem esnasında
dikkatli olmak gerekmektedir.
Çizelge 1. Kitosanın Teknik Üretim Koşulları (6)
Adım Kimyasal Madde Sıcaklık(
oC) Süre
Deproteinizasyon % 0.5-15 NaOH 25-100 0.5-72 saat
Demineralizasyon % 2-8 HCl 15-30 0.5-48 saat
Dekolorizasyon Çeşitli organik çözgenler
(NaOCl, H2O2)
20-30 Yıkama, 60 dk
Deasetilasyon % 39-60 NaOH 60-150 0.5-144 saat
Deproteinizasyon için NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2, Na2SO3, NaHSO3, Ca(HSO3)2,
Na3PO4 ve Na2S gibi çeşitli kimyasal maddeler denenmiştir. Ancak yapılan araştırmalar sonucunda en
uygun olan maddenin NaOH olduğu görülmüştür. Bu amaçla deasetilasyon işleminde 1M NaOH çözeltisi
kullanılmaktadır. NaOH, kitinin kısmen deasetillenmesine ve biyopolimerin hidrolize olması sonucu
molekül ağırlığının azalmasına neden olmaktadır. Đşlem herhangi bir sorun olmaksızın yerine getirildiği
takdirde kitinin protein içeriği % 1 civarında kalmaktadır. Ayrıca, pepsin, papain, tripsin, ve proteaz gibi
proteolitik enzimler de protein uzaklaştırma amacıyla kullanılmaktadır. Deproteinizasyon, aynı zamanda
kitine belli bir kalite de kazandırmaktadır. Son olarak kitosan % 2’lik asetik asit çözeltisi ile ekstrakte
edilip ardından filtre edilmekte, destile suda çöktürülüp kurutulmakta ve depolanmaktadır. (6, 8).
Kitosan, her tekrarlayan birimdeki primer (C-6), ve sekonder (C-3) hidroksil grupları ile amin (C-2)
grubu olmak üzere toplam üç tane reaktif gruba sahiptir. Bu reaktif gruplar kolayca kimyasal
modifikasyona uğrayabilmekte ve kitosanın mekaniksel ve fiziksel özellikleri ile çözünürlüğünü
değiştirmektedir.
Kitinin azot içeriği, deasetilasyon derecesine göre % 5-8 (genellikle % 6.9) arasında değişmektedir. Azot
içeriği selüloza göre yüksek olan kitin ve kitosan (selülozda azot miktarı % 1.25 civarında) özellikle atık
sularda metal bağlayıcı (kelatlama maddesi) olarak büyük avantaj sağlamaktadır.
3.1. Kitosanın Özelliklerine Etki Eden Parametreler
Kitosanın özelliklerine etki eden parametreler; deasetilasyon derecesi, molekül ağırlığı, viskozite,
çözünürlük ve renk şeklinde sıralanabilmektedir.
3.1.1. Deasetilasyon Derecesi
Kitin ve kitosan arasındaki temel farklılık, yapılarındaki asetil içeriğinden kaynaklanmaktadır.
“Deasetilasyon Derecesi (DD)” kitinin yapısında bulunan aminoasetil gruplarından asetil grubunun
uzaklaştırılma derecesidir. Böylece geride sadece amin grubu kalmaktadır. Kitosanın deasetilasyon
derecesinin, başta çözünme özelliği olmak üzere birçok parametre üzerinde büyük etkisi bulunmaktadır.
Kitinin belli derecede deasetillenmesi (% 60 ve üzeri) sonucunda “kitosan” elde edilmektedir (9, 10).
Deasetilasyon derecesi, deniz kabuklularının cinsine ve üretim yöntemine göre % 56-99 arasında
değişebilmektedir.
Kitosanın kitine göre iki büyük avantajı bulunmaktadır. Bunlardan birincisi kitini çözmek için lityum
klorür ve dimetilasetamid gibi toksik özellikte olabilen çözgenler kullanılmasına karşın kitosanın seyreltik
asetik asit içinde kolayca çözünebilmesidir. Đkinci avantajı ise birçok kimyasal reaksiyon için aktif kısım
olan serbest amin gruplarına sahip olmasıdır. Deasetilasyon derecesinin belirlenmesi için ninhidrin testi,
lineer potansiyometrik titrasyon, yakın-infrared spektroskopi gibi çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu
yöntemler arasında en çok kullanılanı IR spektroskopisi olmasına karşın, IR spektroskopisi sonunda farklı
baselineların ortaya çıkması nedeniyle yöntemler hakkında halen çeşitli tartışmalar söz konusudur.
3.1.2. 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 280oC
ve üzerindeki sıcaklıklarda kitosan parçalanmaya başlamakta, polimer zinciri kopmakta ve böylece
molekül ağırlığı düşmektedir.
Molekül ağırlığının belirlenmesinde jel permetasyon kromotografisi, ışık saçılma spektroskopisi ve
viskozimetrik yöntemler gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. (11).
3.1.3. Viskozite
Sıcaklık, viskozite, deasetilasyon ve pH derecesi gibi parametreler kitosanın özelliklerine etki etmektedir.
Viskozite, demineralizasyon süresinin artması ile düşmektedir. Yaklaşık 4oC’de depolanan kitosan
çözeltisinin viskozite açısından en iyi stabiliteyi gösterdiği görülmüştür.
3.1.4. 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 pH<6 ortamında bazı çözeltilerde kolayca çözünebilmektedir. Diğer yandan, Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
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.
Kitosanın çözünürlüğünü etkileyen sıcaklık, çözgen konsantrasyonu ve partikül büyüklüğü gibi birçok
parametre bulunmaktadır. Yapılan araştırmalar iyi bir çözünürlük için kitosanın en az % 75-80
deasetilasyon derecesine sahip olması gerektiğini göstermiştir.
Asidik ortamda NH2 grubu -NH3
+ şeklinde bulunmakta ve ortamdaki anyonik gruplarla elektrostatik
olarak etkileşime girmektedir. Protonlaşmış durumda katyonik polielektrolit davranışı göstermekte,
viskoz çözeltiler oluşturmakta ve zıt yüklü molekül ve yüzeylerle etkileşime girebilmektedir. Kitosanın
çözünürlüğü, kimyasal modifikasyonları, film veya lif oluşumu gibi kullanımları açısından da oldukça
önemli bir parametredir.Çizelge 2’de kitosanın çeşitli organik asitler içinde çözünebilirlik durumu
gösterilmiştir.
Kabuklu deniz hayvanlarının yapısındaki pigment, kitin ile kompleks oluşturmaktadır (4-keto ve 3,4,4’-
diketo-β-keroten türevleri). 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. Çeşitli literatürlerde, renk giderme işlemi için alternatif olarak; KMnO4, NaHSO3,
Na2S2O4 veya H2O2 gibi kimyasalların da kullanılabileceği ifade edilmektedir.
3.2. Kitosanın Kullanım Alanları
Kitosan günümüzde tıptan gıdaya, ziraatten kozmetiğe, eczacılıktan atık su arıtımına ve tekstil sektörüne
kadar sayısız alanda kullanılabilmektedir.
Kitosan çeşitli ülkelerde büyük ölçüde kullanılmasına karşın ülkemizde bu oran daha düşüktür. Tekstil
sanayinde de birçok amaç için kullanılmaktadır. Bunlar arasında; antimikrobiyal özellik kazandırması,
yünlü kumaşlarda çekmezlik sağlaması, reaktif boyamada tuz miktarını azaltması, pamuğun asit
boyarmaddelerle boyanabilirlik kazanması, antistatik özellik kazandırılması, deodorant maddesi olarak
kullanılması sayılabilmektedir.
Ayrıca, kitosan ile diğer liflerin karışımından üretilen çeşitli antimikrobiyal lifler de bulunmaktadır.
Su arıtımı Kirlenmiş atık sular için koagülasyon ve flokülasyon
Atık sudaki metal iyonlarının uzaklaştırılması ve geri kazanımı
Bitki katkı maddesi
Antimikrobiyal madde
Bitki tohumu kaplanması
Gübre yapımı
Ziraat
Insektisid ve nematositlerde
Biyoteknoloji Kromatografik yöntemlerde
Enzim immobilizasyonunda
Doğal kıvamlaştırıcı
Hayvan yemlerini de içeren yiyecek katkı maddesi
Yiyecek işlemede (örneğin şeker işleme)
Filtreleme ve temizleme
Hipokolestrolemik madde (zayıflama maddesi)
Gıda
Atık yiyeceklerin tekrar işlenmesi
Saç şekillendirici yapımı
Cilt nemlendirmede (nemlendirici kremlerde)
Antikolestrol ve yağ bağlayıcı olarak zayıflama maddesi
Kozmetik
Aftershave, deodorantlarda koku giderici madde
Hayvan ve insanlar için yara bandı yapımında
Sargı bezi yapımında ve yara tedavisinde (yara tedavisini % 30
oranında hızlandırmaktadır.)
Yanık tedavisinde acıyı dindirme ve iyileştirme etkisi
Kanı pıhtılaştırıcı madde
Hidrojel yapımı
Antikoagülant ve antitrombojenik materyaller
(sülfatlanmış-kitin türevleri olarak)
Hemostatik madde
Kontakt lens yapımı
Medikal Alan
Đlaç salımı
Kitosan, medikal tekstiller alanında oldukça önem kazanmıştır. 1960'ların ortalarından beri Japonya başta
olmak üzere pek çok Asya ülkesinde bu konuda çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle yara tedavisinde doku
sağlanması için kitosan oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, medikal yapay deri, cerrahi
dikiş iplikleri, yapay kan damarları, kontrollü ilaç salımı, kontakt lens yapımı, yara bandı, sargı bezi,
kolestrol kontrolü (yağ bağlayıcı), tümör inhibitörü, antifungal, antibakteriyal, ve hemostatik etki
göstermesi vb. şeklinde sıralanabilmektedir (13) .
In-vivo testler, kitosanın insan vücuduna herhangi bir yan etkisi bulunmadığını göstermiştir. Kitosan,
tablet olarak kullanılması halinde tükürük veya midede bulunan lipaz enzimi tarafından
parçalanabilmektedir. Parçalanma sonucunda amin şekerleri gibi toksik özellikte olmayan ürünler açığa
çıkmaktadır.
Kitosan diğer yandan kolestrol düşürücü etkiye de sahiptir. Polikatyonik yapısı nedeniyle negatif yüklü
lipidler ile etkileşime girerek kolestrolü düşürmektedir (14). Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
99
Berger J. et. al. (2004), biyomedikal uygulamalarda kitosan hidrojellerinin kullanılabilirliğini
araştırmışlardır. Hidrojel yapımında en fazla kullanılan çapraz bağlayıcılar, glioksal ve glutaraldehittir.
Glutaraldehit, kitosanın amin gruplarına imin grubu üzerinden bağlanmaktadır. Bu tip dialdehitler
herhangi bir aditif olmadan doğrudan reaksiyon gerçekleştirebilme özelliğine sahiptir. Ayrıca, çapraz
bağlayıcı olarak; dietil squarat, oksalik asit veya genipin de kullanılabildiği ifade edilmektedir. Kovalent
bağlı hidrojeller, implantlar veya bandaj yapımında kullanılabilirken, iyonik bağlı hidrojeller özellikle ilaç
salınım sistemlerinde uygun kullanım alanı bulmuştur. Kitosan, toksik özellikte olmaması, çevreye zarar
vermeden biyolojik olarak parçalanabilir özellikte olması ve vücut içerisinde, tamamen zararsız ürünlere
(amino şekeri) parçalanmasından ötürü herhangi bir yan etkisi de bulunmamaktadır (14).
Şekil 5. Kitosan hidrojellerin yapısı (kovalent bağ, pozitif yüklü kitosan, kitosan, ilave polimer, iyonik çapraz
bağlayıcı, iyonik etkileşim )
Kitosan, yara iyileşmesini hızlandırmada da oldukça etkin rol oynamaktadır. Başta diyabet hastaları
olmak üzere vücuttaki yaraların iyileşme hızı hastalar için büyük önem taşımaktadır. Kitin ve kitosan
uzun süredir yara iyileştirme özellikleri bakımından araştırılmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Kitosan
heparin (- yüklü) ile polielektrolit kompleks oluşturma özelliği sayesinde yara tedavisine etkin rol
oynamaktadır. Heparin, kanın pıhtılaşmasını önleyen (antikoagülan) bir polisakkariddir. Oluşan bu
kompleks ve beraberinde hücre büyüme faktörünün de artmasıyla doku gelişimini desteklemektedir. Cho
vd. (1999), suda çözünebilir kitosanı, tavşanların yaralı sırtına yapıştırmış ve yaranın hızla iyileşme
gösterdiğini bulmuşlardır (15).
Son yıllarda, kitosandan elde edilen bandajlar önem kazanmıştır. Bunlar özellikle Irak savaşı sırasında
kullanım alanı bulmuştur. Z. Medica firması tarafından üretilen bu bandajlar sayesinde kanın
durdurulması sağlanarak yaraların hızla iyileştiği ve birçok askerin yaşamını kurtardığı ifade edilmiştir.
Bu ürünlerin, kanamayı durdurma hızının yaklaşık 60 ml/dak olduğu ve bandajların, karides yengeç gibi
deniz canlılarına karşı alerjik reaksiyon gösteren askerler üzerinde dahi herhangi bir alerjik reaksiyon
yaratmadığı literatürde belirtilmiştir (16).
Muzzarelli (1966), yeni bir kitosan türevi olan 5-metilpirolidinon kitosanı elde etmiş ve yara üzerine
uyguladığında lisozim etkisiyle üretilen oligomer yapıya dönüştüğünü görmüştür. Kitinle ilgili ilk
çalışmaların ardından Beschitin® (Unitika) adlı kitin esaslı ve nonwovendan üretilmiş yara sargısı
Japonya'da piyasaya sürülmüştür (17).
Kitosan, yara iyileşmesi prosesinde; polimorfonükleer hücre (PMN) ve makrofajların aktivasyonu,
fibroblast aktivasyonu, sitokin üretimi, dev hücre migrasyonu ve kollajen sentezinin stimülasyonu gibi
(a) Kitosanın kendi içinde çapraz bağlaması (b) Polimer ağı
(c) Yarı geçirgen ağ yapısı (d) Đyonik çapraz bağlanmış kitosan yapısı Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103 Kitin, Kitosan ve Genel Kullanım Alanları
100
aşamalarda önemli rol oynamaktadır. Ayrıca, mikroorganizmalara karşı koruyucu etki göstermekte ve
doku oluşumunu simüle etmektedir. PMN migrasyonu, yara iyileşmesinde önemli adımlardan birisi olup
PMN migrasyonunda oluşan sorunlar yara iyileşmesini geciktirmenin yanı sıra birçok enfeksiyona neden
olmaktadır. Kitin ve kitosanın PMN aktivitesini arttırdığı evcil hayvanlarda yapılan denemelerde
gösterilmiştir. Kitosanın onarıcı hücrelerin organizasyonunu aktive etmesi nedeniyle hayvanlarda yapılan
ön denemelerde büyük açık yaraların iyileştirilmesinde faydalı olduğu bildirilmiştir (18).
Kitosan, hemostatik özellikte bir polimerdir. Hemostatik mekanizması klasik pıhtılaşmadan bağımsız
olup eritrosit hücre membranı ile kitosan arasındaki etkileşmeye bağlıdır. Tavşanların dillerinde yapılan
kesiklerde kitosan uygulanan grupta, kitosan içermeyen çözelti uygulanan gruba göre kanama zamanında
azalma olduğu gösterilmiştir. Kitosan sülfat ve karboksil grupları eklenmiş kitosan sülfat türevlerinin ise
heparine benzer yapı göstermeleri nedeniyle koagülan özellikte olan kitosanın aksine antikoagülant etkisi
bulunmaktadır (19, 20).
Film oluşturabilme özelliği nedeniyle kitosan, yapay böbrek zarı yapımında da kullanım alanı bulmuştur.
Bu amaçla, aşı polimerizasyonu ile ve suda çözünebilen polimerler ile modifiye edilmektedir.
Kitosan/poli(vinil alkol) (PVA) karışımı membranlar, Miya et. al. tarafından araştırılmış ve kitosanın
PVA ile oldukça homojen bir karışım oluşturduğu ve karışımın kopma mukavemetinin her bir
komponentten daha yüksek olduğu ifade edilmiştir. Modifiye membranlar, geçirgenlik ve uyumluluk
açısından oldukça iyi sonuçlar vermiştir.
Çizelge 4. Kitin/Kitosan Esaslı Ticari Ürünler ( 21)
Ürün Uygulama Alanı Üretici Firma
Evalson R Kişisel Bakım Chito-Boss, Ancona, Đtalya
Depolimerize kitosan Saç bakımı Wella, Almanya
Kitosan içeren makarna Diyet ürünlerinde
(hipokolestrol maddesi)
NihonKayaku, Inc., Tokyo, Japonya
Kitosan sıvı (CM-kitin) Cilt bakımı Ichimarn, Farukosu, Gifu, Japonya
Nonwoven kitin kumaş Yanık tedavisinde Yunichika, Inc., Kyoto, Japonya
Kitin lifi Biyolojik olarak
parçalanabilir ameliyat ipliği
Yunichika, Inc., Kyoto, Japonya
Kitosan-kollajen
kompozit
Yapay deri Katakurachikkarin, Inc., Tokyo, Japonya
Đlaçların kontrollü salımı, son derece önem taşımaktadır. Biyolojik açıdan uyum gösteren kitosan, çeşitli
ilaç formülasyonlarında uygun bir matris olarak karşımıza çıkmaktadır. Çeşitli ilaçlar, kitosan matrisi
içerisine (film, mikrokapsül, kaplanmış tablet vb.) yerleştirilmektedir. Farklı şekillerde kitosan içerisine
hapsedilmiş ilaçlar da bulunmaktadır. Kitosanın serbest amin grubu katyonik özellik kazandırması
nedeniyle negatif yüklü ilaçlar, polimerler ve biyoaktif moleküllerle etkileşimini sağlamaktadır. Jel
oluşturabilmesi, kopolimer gibi çok çeşitli formlarda bulunması ilaç salım sistemlerinde büyük avantaj
sağlamaktadır. Midede tahrişi engelleyen antasit ve antiülser aktivitelere sahip olması da ideal materyal
haline getirmektedir (22, 23)
Kitosanın fonksiyonel grupları, kalsiyum esaslı birçok materyal ile kompozit oluşturmabilmesi sayesinde
ortopedik ve periodontal uygulamalarda kullanım alanı bulmuştur. Bu şekilde oluşturulan polimer matriskalsiyum esaslı bileşik sistemlerinin, sert doku yerine kullanılabilirlikleri üzerine araştırmalar
yapılmaktadır. Bu tip kompozitlerin avantajı, polimerin hidroksapatit ile kombinasyonunun matris
emildikçe implantta kemiksi gelişim sağladığı gösterilmiştir. Kalsiyum-kitosan esaslı kompozitler, kemik
protezlerinde kaplama yapılarak vücuda implante edilerek kemik hücrelerini güçlendirmektedir. Bu
şekilde kalsiyum bileşiklerinin migrasyonu da polimer matrisine bağlanması nedeniyle engellenmektedir.
Diğer bir kullanım alanı ise direkt kemik veya sert doku ile yer değiştirmesi şeklindedir. Ayrıca, kemikte
zamanla aşınma sonucu meydana gelen boşlukları doldurabilmektedir (22) . Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
101
Kuo-Huang et. al. (2004) tarafından yapılan çalışmada, kitosan ve kitosan/alginat filmlerinin doku iskeleti
olarak kullanım olanakları incelenmiştir. Kitosanın deasetilasyon derecesindeki artışla birlikte hücre
tutunması ve çoğalması da artmıştır. Bu şekilde hücre çoğalması ve tutunması ile deasetilasyon
derecesinin doğrudan ilişkili olduğu ortaya çıkmıştır. Diğer yandan, molekül ağırlığının önemli bir katkı
sağlamadığı sonuçlardan açık bir şekilde görülmüştür. Kitosan/alginat filmlerde saf kitosana göre
fibroplast tutunmasının belirgin şekilde artış meydana getirdiği ve burada esas rolü alginatın oynadığı
belirtilmiştir. Alginat sayesinde kitosan filme tutunabilmiştir. Kitosanın polikatyonik yapısında iki -NH3
+
grubu hücrenin tutunmasına ek bir katkıda bulunmaktadır. Benzer şekilde kitosanın hidrofilliğe de
olumlu etkisi olduğu, oluşan kompleksin temas açısının düşmesiyle homojen bir dağılım gerçekleştiği
görülmüştür. Ayrıca, hücre tutunmasına kolaylık sağladığı ve böylece doku iskelesi olarak kullanımının
son derece uygun olabileceği ifade edilmiştir (24).
Özetle kitosan, yukarıda bahsedilen özelliklerinin yanı sıra biyouyumluluğu, antimikrobiyal aktivitesi,
diğer materyallerle kompozit oluşturabilmesi, hücresel tutunmaya ve çoğalmaya olanak sağlaması gibi
özellikleri sayesinde de kullanım alanı bulmuştur. Kitosan, kullanılacağı yere/dokuya göre mekanik
özellikleri güçlendirilebilmektedir (22, 25)
SONUÇ:
Doğada selülozdan sonra ikinci en yaygın biyopolimer olan kitin birçok alanda yaygın biçimde
kullanılmasına karşın sıkı molekülerüstü yapısı nedeniyle bazı durumlarda sorunlarla
karşılaşılabilmektedir. Bu nedenle kitin yerine, deasetilasyonu sonucu elde edilen ve başlıca türevi olan
kitosan kullanılmaya başlanmıştır. Kitosan, başta medikal alanda olmak üzere ziraatten gıdaya, tıptan
kozmetiğe kadar birçok alanda kullanım alanı bulmuştur.
Kitosanın kullanımını belirleyen özellikleri başta deasetilasyon derecesi ve molekül ağırlığı olmak üzere
pH, viskozite ve renk şeklinde sıralanmaktadır. Bunun yanı sıra seyreltik asitlerde çözünebilen kitosanın
suda çözünebilir formda türevlerini elde etmek üzere yapılan çalışmalar sonuç vermiş olup özellikle
biyoteknoloji alanında denenmektedir.
Yukarıda bahsedilen sektörler yanında kitosan, tekstil alanında da geniş biçimde kullanılmaktadır. Bunlar
arasında antimikrobiyallik, boyama, yünde keçeleşmezlik vb. sayılabilmekte ve bu konuda çalışmalar
sürmektedir. Kitosanın bu şekilde kullanım olanaklarının genişletilmesiyle, doğa büyük miktarda atık
yükü oluşturan deniz kabuklularının önüne geçilmesinin yanısıra aynı zamanda biyopolimer kullanımıyla
başta insan sağlığı olmak üzere herhangi bir yan etki göstermeyen ürünlerin kullanımı avantajından da
yararlanılmaktadır. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103 Kitin, Kitosan ve Genel Kullanım Alanları
102
LĐTERATÜR
1) Guang, W.Y, 2002, The Effect of Chitosan and Its Derivatives on the Dyeability of Silk, Ph.D.
Thesis, Hong Kong Polytechnic University.
2) http://www.vanderbilt.edu/AnS/psychology/health_psychology/chitosan1.htm1; Guang Wu Yi, 2002;
Dutta et al, 2002).
3) El-Tahlawy K.F., El-bendary M.A., Elhendawy A.G., Hudson S.M., 2005, The Antimicrobial Activity
of Cotton Fabrics Treated with Different Crosslinking Agents and Chitosan, Carbohydrate Polymers,
60, p. 421-430.
4) Ayhan H., 2002, Kompozitler, Temmuz, Bilim ve Teknik Dergisi, p.11.
5) Çalkı, Ş., Kılınç, B., 2004, E.Ü. Su Ürünleri Dergisi, Cilt: 21, Sayı: 1-2; p. 145-152
6) Lim, S.H., 2002, Synthesıs Of A Fiber-Reactive Chitosan Derivative And its Application to Cotton
Fabric as an Antimicrobial Finish and a Dyeing-Improving Agent.
7) Khor, E., 2001, Chitin, Fulfilling a Biomaterials Promise, Dept. Of Chemistry, National University of
Singapore, Rep. Of Singapore.
8) Fouda, M. M., 2005, Use of Natural Polysaccarides in Medical Textile Applications, Doktora Tezi,
Essen University.
9) Jonathan Z. Knaul, Samuel M. Hudson, Katherine A. M. Creber, Crosslinking of Chitosan Fibers with
Dialdehydes: Proposal of a New Reaction Mechanis, Journal of Polymer Science: Part B: Polymer
Physics, Vol. 37, 1079–1094 (1999)
10) Vilchez, S., Jovancic, P., Manich, A.M., Julia M. R., Erra P., 2005, Chitosan Application on Wool
Before Enzymatic Treatment, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 98, p. 1938-1946.
11) Agboh O.C., Qin Y., 1997, Chitin and Chitosan Fibers, Polymers for Advanced Technologies, Vol. 8,
p. 355-365
12) Knittel, D., Schollmeyer, E.,1998, Chitosan und seine Derivate für die Textilveredlung Teil 1:
Ausgansposition, Textilveredlung 33, Nr. 3/4
13) Montazer, M., Afjeh, G., 2007, Simultaneous X-Linking and Antimicrobial Finishing of Cotton
Fabric, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, p. 178-185.
14) Berger, J., Reist, M., Mayer, J.M., Fel, O., Peppas, N.A., Gurny, R., 2004, Structure and interactions
in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical applications, European
Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 57, p.19–34
15) Cho Y.W., Chung S.H., Yoo G., Ko S. W., 1999, Water soluble chitin as a wound healing accelerator,
Biomaterials, Vol. 20, p. 2139-2145.
16) Shahidi, F., Arachchi J.K.V., Jeon, Y.J., 1999, Food Applications of chitin and chitosans, Trends in
Food Science &Technology 10, p. 37-51Demir, A., Seventekin N. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (2) 92-103
103
17) Muzzarelli, R.A.A., Tanfani, F., Emanuelli, M., Mariotti, S.N., 1982, (Carboxymethylidene) chitosans
and N-(carboxymethyl) chitosans: novel chelating polyampholytes obtained from chitosan glyoxylate.
Carbohyd. Res. 107, p.199 –214.
18) Usami, Y., Okamoto, Y., Takayama, T.,Shigemasa, Y., Minami, S., 1998, Chitin and chitosan
stimulate canine polymorphonuclear cells to release leukotriene B4 and prostaglandin E2, J. Biomed.
Mat.Res., 42, p. 517-522
19) Duman, S.S, Şenel, S., 2004, Kitosan ve Veteriner Alandaki Uygulamaları, Veteriner Cerrahi Dergisi,
10 (3-4), p. 62-72
20) Wollinaa, U., Heideb, M., Müller-Litzb, W., Obenauf D., Ashc. J., 2003, Functional Textiles in
Prevention of Chronic Wounds,Wound Healing and Tissue Engineering; Curr Probl Dermatol. Basel,
Karger, vol 31, p. 82–97
21) Dıinesh K., Singh and Alok R. R., J.M.S,Rev. Macromol. Chem. Phys., Biomedical Applications of
Chitin, Chitosan, and Their Derivatives, 40(1), 69–83 (2000)
22) Queen, H.y A. Electrospinning Chitosan-based Nanofibers for Biomedical Applications –MSc Thesis,
2006
23) Şahin, U.K., Gürsoy N.Ç., 2005, Tekstil endüstrisinde kitin ve kitosan uygulamaları, Tekstil Teknik,
Ağustos, p.176, 245
24) Hwang, J.K., Kim, H-J., Yoon, S.J., Pyun, Y.R., 1998, Bactericidal activity of chitosan on E. coli.,
Advances in Chitin Science, Vol. III, p. 340–344
25) Ilgaz S., Duran D., Mecit D., Başal G., Gülümser T., Tarakçıoğlu I., 2007, Medikal Tekstiller, Tekstil
Teknik Dergisi Şubat, p. 138-162
26) Öktem T., Korkmaz A., Seventekin N., “Chitin ve Chitosan’ın Tekstil Sanayisinde Kullanım
Olanakları”, Tekstil Terbiye ve Teknik, Ağustos 1999, 50- 53.
27) Demir A., “Tekstil Terbiyesinde Chitin Ve Chitosanın Kullanım Olanaklarının Araştırılması” Doktora
Tezi, 2007.
