Сорбція іонів важких металів хітозаном у харчових системах: експериментальне та молекулярно-структурне обґрунтування

Abstract

У статті представлені результати дослідження сорбційних властивостей хітозану щодо іонів важких металів Cu2+, Zn2+, Cd2+ та Pb2+ у водних моделях харчових систем. Прове-дено комплексні експериментальні дослідження за контрольованих умов pH 5,0±0,1 та тем-ператури 25°C протягом 120 хв із постійним перемішуванням. Залишкові концентрації іонів визначали спектрофотометрично, що дозволило оцінити ефективність сорбції та характер взаємодії хітозану з металевими катіонами. Найвищий ступінь вилучення спостерігався для Cu2+ (92%) та Zn2+ (88%), для Cd2+ та Pb2+ ефективність залишалася високою (80% та 76%), що підтверджує технологічну придатність хітозану для харчових продуктів.Молекулярно-структурне моделювання за допомогою VESTA дозволило візуалізувати координаційні взаємодії функціональних груп хітозану (–NH2 та –OH) із іонами металів з урахуванням просторового розділення: один іон на один структурний фрагмент. Аміно-групи формують локальні монодентатні та бідентатні центри для менших іонів серед-ньої жорсткості Cu2+ і Zn2+, тоді як гідроксильні групи забезпечують поліцентрові сор-бційні вузли для більших іонів більш м’якої природи Cd2+ і Pb2+. Поєднання –NH2 + –OH формує бідентатні та мультицентрові координаційні структури для Zn2+ та поліцен-тове зв’язування Pb2+ між сусідніми ланцюгами хітозану.Поєднання експериментальних даних і моделювання дозволило розробити технологічні сценарії інтеграції хітозану у харчові системи: у безалкогольних напоях та соках – на етапі підготовки води або модельних рідин; у концентратах та сиропах – після екстрак-ції або на стадії концентрування; у ферментованих продуктах – до або після фермента-ції; у функціональних продуктах – безпосередньо у рецептуру.Запропоновані підходи забезпечують контроль рівня важких металів, зниження їхньої біодоступності та підвищення безпеки харчових продуктів. Перспективи подальших досліджень включають розширення спектра сорбованих іонів, оптимізацію умов засто-сування у складних харчових матрицях, оцінку впливу хітозану на органолептичні власти-вості продуктів та розробку модифікованих або композитних форм хітозану для підви-щення селективності й сорбційної ємності