إنتاج تشيتين وشيتوسان من الفطر
الموجات فوق الصوتية هي طريقة فعالة للغاية لإطلاق الكيتين والشيتوزان من مصادر فطرية مثل الفطر. يجب إزالة بلمرة الكيتين والكيتوزان وإزالة الأسيتيل في المعالجة النهائية من أجل الحصول على بوليمر حيوي عالي الجودة. إزالة البلمرة وإزالة الأستيل بمساعدة الموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة للغاية وبسيطة وسريعة ، مما ينتج عنه الشيتوزان عالي الجودة مع الوزن الجزيئي العالي والتوافر البيولوجي الفائق.
الكيتين والشيتوزان المشتقة من الفطر عن طريق الموجات فوق الصوتية
الفطر الصالح للأكل والطبي مثل Lentinus edodes (شيتاكي) ، غانوديرما لوسيدوم (Lingzhi أو ريشي) ، Inonotus obliquus (chaga) ، Agaricus bisporus (فطر الزر) ، Hericium erinaceus (عرف الأسود) ، كورديسيبس سينينسيس (فطر كاتربيلر) ، جريفولا فروندوسا (دجاجة الخشب) ، تراميتيس المبرقشة (كوريولوس المبرقشة ، Polyporus المبرقشة ، ذيل الديك الرومي) والعديد من أنواع الفطريات الأخرى تستخدم على نطاق واسع كغذاء ولاستخراج المركبات النشطة بيولوجيا. يمكن استخدام هذا الفطر وكذلك بقايا المعالجة (نفايات الفطر) لإنتاج الشيتوزان. الموجات فوق الصوتية لا يعزز فقط إطلاق الكيتين من بنية جدار الخلية الفطرية ، ولكن أيضا يدفع تحويل الكيتين إلى الشيتوزان قيمة عن طريق إزالة البلمرة بمساعدة الموجات فوق الصوتية وإزالة الأستيلة.
يتم تعزيز إزالة البلمرة وإزالة الأستيل من الكيتين إلى الشيتوزان عن طريق صوتنة
يستخدم الموجات فوق الصوتية لاستخراج الكيتين من الفطر. علاوة على ذلك ، تعزز الموجات فوق الصوتية إزالة البلمرة وإزالة الأستيل من الكيتين من أجل الحصول على الشيتوزان عالي الجودة.
الموجات فوق الصوتية المكثفة باستخدام نظام الموجات فوق الصوتية من نوع التحقيق هي تقنية تستخدم لتعزيز إزالة البلمرة وإزالة الأستيل من الكيتين ، مما يؤدي إلى تشكيل الشيتوزان. الكيتين هو عديد السكاريد الذي يحدث بشكل طبيعي الموجود في الهياكل الخارجية للقشريات والحشرات وجدران الخلايا لبعض الفطريات. يشتق الشيتوزان من الكيتين عن طريق إزالة مجموعات الأسيتيل من جزيء الكيتين.
إجراء بالموجات فوق الصوتية لتحويل الكيتين الفطري إلى الشيتوزان
عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية المكثفة لإنتاج الشيتوزان من الكيتين ، يتم صوتنة تعليق الكيتين بموجات فوق صوتية عالية الكثافة ومنخفضة التردد ، عادة في حدود 20 كيلو هرتز إلى 30 كيلو هرتز. تولد العملية تجويفا صوتيا مكثفا ، والذي يشير إلى تكوين ونمو وانهيار فقاعات الفراغ المجهرية في السائل. يولد التجويف قوى قص عالية للغاية ، ودرجات حرارة عالية (تصل إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية) وضغوط (تصل إلى عدة مئات من الغلاف الجوي) في السائل المحيط بفقاعات التجويف. تساهم هذه الظروف القاسية في انهيار بوليمر الكيتين وإزالة الأستيل اللاحقة.
صور SEM من chitins وchiتوسان من نوعين الفطر: أ) تشيتين من L. vellereus; ب) تشيتين من P. ريبيس; ج) شيتوسان من ل. فيلريوس؛ د) الشيتوزان من P. ريبيس.
الصورة والدراسة: © أردوغان وآخرون، 2017
إزالة البلمرة بالموجات فوق الصوتية من الكيتين
تحدث إزالة بلمرة الكيتين من خلال التأثيرات المشتركة للقوى الميكانيكية ، مثل التدفق الدقيق والنفث السائل ، وكذلك عن طريق التفاعلات الكيميائية التي تبدأ بالموجات فوق الصوتية التي تسببها الجذور الحرة والأنواع التفاعلية الأخرى التي تشكلت أثناء التجويف. تتسبب موجات الضغط العالي المتولدة أثناء التجويف في تعرض سلاسل الكيتين لإجهاد القص ، مما يؤدي إلى انشطار البوليمر إلى شظايا أصغر.
إزالة الأستيل بالموجات فوق الصوتية من الكيتين
بالإضافة إلى إزالة البلمرة ، فإن الموجات فوق الصوتية المكثفة تعزز أيضا إزالة أستلة الكيتين. يتضمن نزع الأستيل إزالة مجموعات الأسيتيل من جزيء الكيتين ، مما يؤدي إلى تكوين الشيتوزان. تعمل الطاقة فوق الصوتية المكثفة ، وخاصة درجات الحرارة المرتفعة والضغوط المتولدة أثناء التجويف ، على تسريع تفاعل نزع الأستيل. تساعد الظروف التفاعلية الناتجة عن التجويف على كسر روابط الأسيتيل في الكيتين ، مما يؤدي إلى إطلاق حمض الأسيتيك وتحويل الكيتين إلى شيتوزان.
وعموما, الموجات فوق الصوتية مكثفة يعزز كل من عمليات إزالة البلمرة وإزالة الأستيل من خلال توفير الطاقة الميكانيكية والكيميائية اللازمة لتحطيم بوليمر الكيتين وتسهيل التحويل إلى الشيتوزان. توفر هذه التقنية طريقة سريعة وفعالة لإنتاج الشيتوزان من الكيتين ، مع العديد من التطبيقات في مختلف الصناعات ، بما في ذلك الأدوية والزراعة والهندسة الطبية الحيوية.
إنتاج الشيتوزان الصناعي من الفطر مع الموجات فوق الصوتية للطاقة
ويستند إنتاج الكيتين والشيتوزان التجاري أساسا إلى نفايات الصناعات البحرية (أي صيد الأسماك وحصاد الأسماك الصدفية وما إلى ذلك). وتؤدي المصادر المختلفة للمواد الخام إلى اختلاف صفات الكيتين والشيتوزان، مما يؤدي إلى تقلبات في الإنتاج والجودة بسبب الاختلافات الموسمية في صيد الأسماك. وعلاوة على ذلك، فإن الشيتوزان المستمدة من مصادر فطرية توفر خصائص متفوقة مثل طول البوليمر المتجانس والذوبان الأكبر بالمقارنة مع الشيتوزان من المصادر البحرية. (راجع Ghormade وآخرون، 2017) من أجل توفير الشيتوزان موحدة، واستخراج الكيتين من الأنواع الفطرية أصبح إنتاج بديل مستقر. يمكن إنتاج تشيتين وسيتيوسان من الفطريات يمكن تحقيقه بسهولة وموثوقية باستخدام استخراج بالموجات فوق الصوتية وتكنولوجيا deacetylation. سونيكيشن مكثفة يعطل هياكل الخلية للافراج عن تشيتين ويعزز نقل الشامل في المذيبات المائية لغلة الكيتين متفوقة وكفاءة الاستخراج. اللاحقة deacetylation بالموجات فوق الصوتية يحول الكيتين إلى شيتوسان قيمة. على حد سواء، يمكن استخراج الكيتين بالموجات فوق الصوتية وdeacetylation إلى الشيتوزان يمكن تحجيم خطيا إلى أي مستوى الإنتاج التجاري.
Sonication يكثف إنتاج الشيتوزان الفطرية ويجعل الإنتاج أكثر كفاءة واقتصادية.
(الصورة والدراسة: © تشو وآخرون، 2019)
الموجات فوق الصوتية UP400St لاستخراج الفطر: سونيكيشن يعطي غلة عالية من المركبات النشطة بيولوجيا مثل التشيتين السكريات والشيتوزان
نتائج البحوث للموجات فوق الصوتية تشيتين وشيتوسان ديسيتيليشن
يخلص تشو وآخرون (2018) في دراستهم إلى أن الديسيتيل بالموجات فوق الصوتية أثبت أنه اختراق حاسم ، حيث حول β-تشيتين إلى شيتوسان مع 83-94٪ من الديسيتيل في درجات حرارة رد الفعل المنخفضة. الصورة اليسرى يظهر صورة SEM من الشيتوزان deacetylated بالموجات فوق الصوتية (90 واط، 15 دقيقة، 20 ث / v٪ NaOH، 1:15 (ز: مل) (الصورة والدراسة: © تشو وآخرون، 2018)
في بروتوكولهم ، تم تحضير محلول NaOH (20 w / v٪) عن طريق إذابة رقائق NaOH في ماء DI. ثم أضيف المحلول القلوي إلى رواسب GLSP (0.5 جم) بنسبة صلبة إلى سائلة تبلغ 1:20 (جم: مل) في أنبوب طرد مركزي. تمت إضافة الشيتوزان إلى كلوريد الصوديوم (40 مل ، 0.2 م) وحمض الخليك (0.1 م) بنسبة حجم محلول 1: 1. ثم تعرض التعليق للموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة معتدلة تبلغ 25 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار (250 واط ، 20 كيلو هرتز). (راجع تشو وآخرون ، 2018)
بانديت وآخرون (2021) وجدت أن معدل تدهور حلول الشيتوزان نادرا ما يتأثر بتركيزات حمض المستخدمة لذوبان البوليمر ويعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة، وكثافة موجات الموجات فوق الصوتية، والقوة الأيونية للوسائط المستخدمة لإذابة البوليمر. (راجع بانديت وآخرون، 2021)
في دراسة أخرى ، استخدم Zhu et al. (2019) مساحيق بوغ غانوديرما لوكيدوم كمادة خام فطرية وحقق في إزالة الأستيل بمساعدة الموجات فوق الصوتية وتأثيرات معلمات المعالجة مثل وقت الصوتنة ، ونسبة الصلب إلى السائل ، وتركيز هيدروكسيد الصوديوم ، وقوة التشعيع على درجة نزع الأستيل (DD) من الشيتوزان. تم الحصول على أعلى قيمة DD في المعلمات بالموجات فوق الصوتية التالية: صوتنة 20 دقيقة عند 80 واط ، 10٪ (جم: مل) هيدروكسيد الصوديوم ، 1:25 (جم: مل). تم فحص مورفولوجيا السطح والمجموعات الكيميائية والاستقرار الحراري وتبلور الشيتوزان الذي تم الحصول عليه بالموجات فوق الصوتية باستخدام SEM و FTIR و TG و XRD. أبلغ فريق البحث عن تحسن كبير في درجة نزع الأستيل (DD) واللزوجة الديناميكية ([η]) والوزن الجزيئي (Mv ̄) للشيتوزان المنتج بالموجات فوق الصوتية. أكدت النتائج على تقنية إزالة الأستيل بالموجات فوق الصوتية للفطريات وهي طريقة إنتاج قوية للغاية للشيتوزان ، وهي مناسبة للتطبيقات الطبية الحيوية. (راجع تشو وآخرون ، 2019)
جودة الشيتوزان الفائقة مع إزالة البلمرة وإزالة الأستيل بالموجات فوق الصوتية
عمليات بالموجات فوق الصوتية يحركها من استخراج تشيتين / الشيتوزان وإزالة الابتهاج هي بالضبط يمكن التحكم فيها والمعلمات عملية بالموجات فوق الصوتية يمكن تعديلها للمواد الخام ونوعية المنتج النهائي المستهدف (على سبيل المثال، الوزن الجزيئي، ودرجة من deacetylation). وهذا يسمح لتكييف عملية الموجات فوق الصوتية لعوامل خارجية ووضع المعلمات المثلى لنتائج متفوقة والكفاءة.
الشيتوزان إزالة التحلل بالموجات فوق الصوتية يظهر التوافر الحيوي ممتازة والتوافق البيولوجي. عندما يتم مقارنة الشيتوزان المعالجة بالموجات فوق الصوتية biopolymers إلى chitosan المستمدة حراريا فيما يتعلق بالخصائص الطبية الحيوية، ويعرض الشيتوزان المنتجة بالموجات فوق الصوتية تحسن كبير في الخلايا الليفية (L929 الخلية) الجدوى وتعزيز النشاط المضاد للبكتيريا لكل من الإشريكية القولونية (E. coli) والمكورات العنقودية (S. أوريوس).
(راجع تشو وآخرون، 2018)
مسح الصور المجهرية الإلكترونية (SEM) في تكبير 100 × من أ) غلاديوس، ب) الفسحوس المعالجة بالموجات فوق الصوتية، ج) β-الكيتين، د) الموجات فوق الصوتية المعالجة β-الكيتين، و ه) شيتوسان (المصدر: بريتو وآخرون 2017)
معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمعالجة الكيتين والشيتوزان
يتطلب تجزئة الكيتين وإزالة الكيتين إلى الشيتوزان معدات الموجات فوق الصوتية القوية والموثوقة التي يمكن أن توفر سعات عالية ، وتوفر إمكانية تحكم دقيقة في معلمات العملية ويمكن تشغيلها 24/7 تحت الحمل الثقيل وفي البيئات الصعبة. Hielscher الفوق صوتيات مجموعة المنتجات يفي هذه المتطلبات بشكل موثوق. إلى جانب الأداء المتميز بالموجات فوق الصوتية، Hielscher الموجات فوق الصوتية تفتخر كفاءة عالية في استخدام الطاقة، والتي هي ميزة اقتصادية كبيرة – خاصة عندما تستخدم على الإنتاج التجاري على نطاق واسع.
الموجات فوق الصوتية Hielscher هي أنظمة عالية الأداء التي يمكن تجهيزها مع الملحقات مثل sonotrodes، المعززات، مفاعلات أو خلايا التدفق من أجل تلبية احتياجات العملية الخاصة بك بطريقة مثالية. مع شاشة ملونة رقمية، وخيار ليعمل صوتنة مسبقا، وتسجيل البيانات التلقائي على بطاقة SD متكاملة، والتحكم في المتصفح عن بعد والعديد من الميزات، Hielscher الموجات فوق الصوتية ضمان أعلى التحكم في العملية وسهولة الاستخدام. مقترنة مع المتانة والقدرة على التحمل الثقيلة، أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher هي حصان العمل موثوق بها في الإنتاج.
يتطلب تجزئة الكيتين وإزالة الأستيل موجات فوق صوتية قوية للحصول على التحويل المستهدف ومنتج الشيتوزان النهائي عالي الجودة. خاصة بالنسبة لتجزئة رقائق الكيتين وخطوات إزالة البلمرة / إزالة الأستيل ، فإن السعات العالية والضغوط المرتفعة أمر بالغ الأهمية. Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية بالموجات فوق الصوتية بسهولة تقديم السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. قدرة الطاقة من أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher تسمح لإزالة البلمرة فعالة وسريعة وإزالة الأستيل في عملية آمنة وسهلة الاستخدام.
مفاعل بالموجات فوق الصوتية مع 2000W مسبار الموجات فوق الصوتية UIP2000hdT لاستخراج الكيتين من الفطر وإزالة البلمرة / إزالة الأستيل اللاحقة
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
تحسين علاج الكيتين التآزري عن طريق الموجات فوق الصوتية
من أجل التغلب على العيوب (أي الكفاءة المنخفضة ، تكلفة الطاقة العالية ، وقت المعالجة الطويل ، المذيبات السامة) لنزع الكيتين الكيميائي والأنزيمي التقليدي ، تم دمج الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة في معالجة الكيتين والشيتوزان. صوتنة عالية الكثافة والآثار الناتجة من التجويف الصوتي يؤدي إلى انشطار سريع من سلاسل البوليمر والحد من polydispersity ، وبالتالي تعزيز تخليق الشيتوزان. علاوة على ذلك ، تعمل قوى القص بالموجات فوق الصوتية على تكثيف نقل الكتلة في المحلول بحيث يتم تعزيز التفاعل الكيميائي أو المائي أو الأنزيمي. يمكن الجمع بين علاج الكيتين بالموجات فوق الصوتية وتقنيات معالجة الكيتين الموجودة بالفعل مثل الطرق الكيميائية أو التحلل المائي أو الإجراءات الأنزيمية.
Ultrasonically بمساعدة Deacetylation الكيميائية وإزالة الدهان
منذ تشيتين هو البوليمر الحيوي غير التفاعلية وغير قابلة للذوبان، فإنه يجب أن يخضع لعملية خطوات إزالة الألغام، وإزالة الحماية وإزالة الفتك / deacetylation من أجل الحصول على chitosan قابلة للذوبان والبيوسيلة. تتضمن خطوات العملية هذه علاجات ذات أحماض قوية مثل HCl وقواعد قوية مثل NaOH و KOH. كما هذه الخطوات العملية التقليدية غير فعالة، بطيئة، والطلب على الطاقات العالية، عملية تكثيف بواسطة sonication يحسن إنتاج الشيتوزان بشكل كبير. تطبيق الطاقة بالموجات فوق الصوتية يزيد من غلة الشيتوزان والجودة، ويقلل من العملية من أيام إلى بضع ساعات، ويسمح للمذيبات أكثر اعتدالا، ويجعل العملية برمتها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
Ultrasonically تحسين إزالة الحماية من تشيتين
وجد Vallejo-Dominguez et al. (2021) في تحقيقهم في إزالة بروتين الكيتين أن “أدى تطبيق الموجات فوق الصوتية لإنتاج البوليمرات الحيوية إلى تقليل محتوى البروتين وكذلك حجم جسيمات الكيتين. تم إنتاج الشيتوزان بدرجة عالية من نزع الأستيل والوزن الجزيئي المتوسط من خلال مساعدة الموجات فوق الصوتية.”
التحلل المائي بالموجات فوق الصوتية لإزالة التحلل تشيتين
بالنسبة للتحلل المائي الكيميائي، تستخدم الأحماض أو القلويات في إزالة الacetylate chitin، ولكن يتم استخدام deacetylation القلوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH) على نطاق أوسع. التحلل المائي الحمضي هو طريقة متناوبة لإدارة الاسيتيل الكيميائية التقليدية ، حيث يتم استخدام حلول الحمض العضوي لإزالة تعتيم الشيتين والشيتوزان. تستخدم طريقة التحلل المائي الحمضي في الغالب عندما يجب أن يكون الوزن الجزيئي للكيتين والشيتوزان متجانسا. وتعرف عملية التحلل المائي التقليدية هذه بأنها بطيئة وكثيفة التكلفة من حيث الطاقة. متطلبات الأحماض القوية، وارتفاع درجات الحرارة والضغوط هي العوامل التي تحول عملية الشيتوزان الهيدرولي إلى إجراء مكلفة للغاية وتستغرق وقتا طويلا. الأحماض المستخدمة تتطلب عمليات المصب مثل تحييد وإزالة الكبريت.
مع دمج الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في عملية التحلل المائي ، يمكن خفض درجة الحرارة ومتطلبات الضغط لانشقاق التشيتين والشيتوزان المائي بشكل كبير. وعلاوة على ذلك، سونيكيشن يسمح لتركيزات حمض أقل أو استخدام الأحماض أكثر اعتدالا. وهذا يجعل العملية أكثر استدامة وكفاءة وفعالية من حيث التكلفة وأكثر ملاءمة للبيئة.
ال ديسيتيليشن الكيميائية بمساعدة Ultrasonically
ويتحقق التفكك الكيميائي وإزالة النشاط من الشيتين والشيتوزان أساسا من خلال علاج الكيتين أو الشيتوزان مع الأحماض المعدنية (مثل حمض الهيدروكلوريك HCl)، نيتريت الصوديوم (NaNO2) أو بيروكسيد الهيدروجين (H2ال2). الموجات فوق الصوتية يحسن معدل deacetylation وبالتالي تقصير وقت رد الفعل المطلوب للحصول على درجة المستهدفة من deacetylation. وهذا يعني سونيكيشن يقلل من وقت المعالجة المطلوبة من 12-24 ساعة إلى بضع ساعات. وعلاوة على ذلك، سونيكيشن يسمح لتركيزات كيميائية أقل بكثير، على سبيل المثال 40٪ (ث / ث) هيدروكسيد الصوديوم باستخدام سونيكيشن في حين مطلوبة 65٪ (ث / ث) دون استخدام الموجات فوق الصوتية.
الموجات فوق الصوتية انزيمية ديستيليشن
في حين أن الديسيتيل الأنزيمي هو شكل معالجة معتدل وحميد بيئيا ، إلا أن كفاءته وتكاليفه غير اقتصادية. بسبب العزلة المعقدة والمكثفة للعمالة والمكلفة في المصب وتنقية الإنزيمات من المنتج النهائي ، لا يتم تنفيذ deacetylation التشيتين الأنزيمي في الإنتاج التجاري ، ولكن يستخدم فقط في مختبر البحث العلمي.
الموجات فوق الصوتية قبل العلاج قبل شظايا deacetlytation الأنزيمية جزيئات تشيتين وبالتالي توسيع مساحة السطح وجعل المزيد من السطح المتاحة للإنزيمات. سونيكيشن عالية الأداء يساعد على تحسين deacetylation الأنزيمية ويجعل العملية أكثر الاقتصادية.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية لخلط التطبيقات، تشتت، استحلاب واستخراج على المختبر، والطيارية ومقياس الصناعية.
الأدب / المراجع
- Ospina Álvarez S.P., Ramírez Cadavid D.A., Escobar Sierra D.M., Ossa Orozco C.P., Rojas Vahos D.F., Zapata Ocampo P., Atehortúa L. (2014): Comparison of extraction methods of chitin from Ganoderma lucidum mushroom obtained in submerged culture. Biomed Research International 2014.
- Valu M.V., Soare L.C., Sutan N.A., Ducu C., Moga S., Hritcu L., Boiangiu R.S., Carradori S. (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods, Dec 18;9(12), 2020.
- Erdoğan, Sevil & Kaya, Murat & Akata, Ilgaz (2017): Chitin extraction and chitosan production from cell wall of two mushroom species (Lactarius vellereus and Phyllophora ribis). AIP Conference Proceedings 2017.
- Zhu, L., Chen, X., Wu, Z., Wang, G., Ahmad, Z., & Chang, M. (2019): Optimization conversion of chitosan from Ganoderma lucidum spore powder using ultrasound‐assisted deacetylation: Influence of processing parameters. Journal of Food Processing and Preservation 2019.
- Li-Fang Zhu, Jing-Song Li, John Mai, Ming-Wei Chang (2019): Ultrasound-assisted synthesis of chitosan from fungal precursors for biomedical applications. Chemical Engineering Journal, Volume 357, 2019. 498-507.
- Zhu, Lifang; Yao, Zhi-Cheng; Ahmad, Zeeshan; Li, Jing-Song; Chang, Ming-Wei (2018): Synthesis and Evaluation of Herbal Chitosan from Ganoderma Lucidum Spore Powder for Biomedical Applications. Scientific Reports 8, 2018.
- G.J. Price, P.J. West, P.F. Smith (1994): Control of polymer structure using power ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 1, Issue 1, 1994. S51-S57.
حقائق تستحق العلم
كيف استخراج بالموجات فوق الصوتية وDeacetylation من عمل تشيتين؟
عندما تتزاوج الموجات فوق الصوتية القوية في سائل أو ملاط (على سبيل المثال ، تعليق يتكون من الكيتين في مذيب) ، تنتقل الموجات فوق الصوتية عبر السائل مسببة دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض بالتناوب. خلال دورات الضغط المنخفض ، يتم إنشاء فقاعات فراغ دقيقة (ما يسمى فقاعات التجويف) ، والتي تنمو على مدى عدة دورات ضغط. عند حجم معين ، عندما لا تستطيع الفقاعات امتصاص المزيد من الطاقة ، فإنها تنفجر بعنف خلال دورة الضغط العالي. يتميز انفجار الفقاعة بقوى تجويفية شديدة (ما يسمى بالموجات فوق الميكانيكية). تحدث هذه الظروف الميكانيكية، موضعيا في البقعة الساخنة التجويفية وتتميز بدرجات حرارة وضغوط عالية جدا تصل إلى 4000 كلفن و 1000 ضغط جوي على التوالي؛ وكذلك فروق درجات الحرارة والضغط العالية المقابلة. يتم توليد Furtehrmore والاضطرابات الدقيقة وتيارات السائل بسرعات تصل إلى 100 م / ث. ينتج الاستخراج بالموجات فوق الصوتية للكيتين والشيتوزان من الفطريات والقشريات وكذلك إزالة بلمرة الكيتين وإزالة الأستيل بشكل رئيسي عن التأثيرات الميكانيكية: يؤدي التحريض والاضطرابات إلى تعطيل الخلايا وتعزيز نقل الكتلة ويمكنه أيضا قطع سلاسل البوليمر مع المذيبات الحمضية أو القلوية.
مبدأ العمل لاستخراج الكيتين عن طريق الموجات فوق الصوتية
استخراج بالموجات فوق الصوتية بكفاءة يكسر بنية الخلية من الفطر ويطلق المركبات داخل الخلايا من جدار الخلية والداخلية الخلية (أي، السكريات مثل الكيتين والشيتوزان وغيرها من المواد الكيميائية النباتية النشطة بيولوجيا) في المذيبات. ويستند استخراج بالموجات فوق الصوتية على مبدأ العمل من التجويف الصوتية. آثار التجويف بالموجات فوق الصوتية / الصوتية هي قوات القص العالية، والاضطرابات والفوارق الضغط الشديد. هذه القوى سونوميكانيكال كسر الهياكل الخلوية مثل جدران خلايا الفطر chitinous، وتعزيز نقل جماعي بين المواد الحيوية الفطريات والمذيبات ويؤدي إلى غلة استخراج عالية جدا في عملية سريعة. بالإضافة إلى ذلك، sonication يعزز تعقيم مقتطفات عن طريق قتل البكتيريا والميكروبات. تعطيل الميكروبات عن طريق سونيكيشن هو نتيجة للقوى التجويف المدمرة لغشاء الخلية، وإنتاج الجذور الحرة، والتدفئة المترجمة.
مبدأ العمل من إزالة البلمرة وإزالة الأستيل عن طريق الموجات فوق الصوتية
يتم القبض على سلاسل البوليمر في مجال القص المتولد بالموجات فوق الصوتية حول فقاعة التجويف وستتحرك أجزاء سلسلة ملف البوليمر بالقرب من تجويف الانهيار بسرعة أعلى من تلك البعيدة. ثم يتم إنتاج الضغوط على سلسلة البوليمر بسبب الحركة النسبية لشرائح البوليمر والمذيبات وهذه كافية لإحداث الانقسام. وبالتالي فإن العملية تشبه تأثيرات القص الأخرى في محاليل البوليمر ~ 2 درجة وتعطي نتائج متشابهة جدا. (راجع برايس وآخرون ، 1994)
الزبالة
الكيتين هو بوليمر N-acetylglucosamine (poly- (β- (1-4) -N-acetyl-D-glucosamine) ، وهو عديد السكاريد الذي يحدث بشكل طبيعي ويوجد على نطاق واسع في الهيكل الخارجي لللافقاريات مثل القشريات والحشرات ، والهيكل العظمي الداخلي للحبار والحبار وكذلك جدران خلايا الفطريات. جزء لا يتجزأ من هيكل جدران خلايا الفطر ، الكيتين هو المسؤول عن شكل وصلابة جدار الخلية الفطرية. بالنسبة للعديد من التطبيقات ، يتم تحويل الكيتين إلى مشتقه منزوع الأسيتيل ، والمعروف باسم الشيتوزان عبر عملية إزالة البلمرة.
الكهـان البـابـ هو مشتق الأكثر شيوعا والأكثر قيمة من التشيتين. وهو عالي الوزن الجزيئي polysaccharide مرتبطة ب- 1,4 الجليكوزيد, تتألف من N-أسيتيل الجلوكوزامين والجلوكوزامين.
يمكن اشتقاق الشيتوزان من خلال مادة كيميائية أو أنزيمية ن-الإستيلاء في عملية deacetylation مدفوعة كيميائيا، ومجموعة أسيتيل (R-NHCOCH3) مشقوق بواسطة قلويات قوية في درجات حرارة عالية. بدلا من ذلك ، يمكن تصنيع الشيتوزان عن طريق نزع الأستيل الأنزيمي. ومع ذلك ، على نطاق الإنتاج الصناعي ، فإن إزالة الأستيل الكيميائي هي التقنية المفضلة ، لأن نزع الأستيل الأنزيمي أقل كفاءة بشكل ملحوظ بسبب التكلفة العالية لإنزيمات deacetylase وانخفاض غلة الشيتوزان التي تم الحصول عليها. يستخدم Ultrasonication لتكثيف التدهور الكيميائي للربط (1→4) - / β (إزالة البلمرة) وتأثير إزالة الأستيل من الكيتين للحصول على الشيتوزان عالية الجودة.
عندما يتم تطبيق سونيكيشن كعلاج مسبق لإدارة الخلايا الأنزيمية ، يتم تحسين غلة الشيتوزان وجودته أيضا.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.