إزالة الأسيتير بالموجات فوق الصوتية من الكيتين إلى شيتوسان
إنتاج الشيتوسان بالموجات فوق الصوتية
يتم الحصول على الشيتوسان عن طريق Deacetylation N من الكيتين. في إزالة الأسيتير التقليدية، يتم نقع الكيتين في المذيبات القلوية المائية (عادة 40 إلى 50٪ (ث / ث) هيدروكسيد الصوديوم). تتطلب عملية النقع درجات حرارة عالية تتكون من 100 إلى 120 درجة مئوية تستغرق وقتاً طويلاً جداً، في حين أن غلة الشيتوسان التي يتم الحصول عليها في كل خطوة نقع منخفضة. تطبيق الفوق صوتيات عالية الطاقة يكثف عملية إزالة الأسيتير من الكيتين بشكل ملحوظ والنتائج في عائد عال من الشيتوسان الوزن الجزيئي المنخفض في علاج سريع في درجة حرارة أقل. يؤدي الخراب بالموجات فوق الصوتية في الشيتوسان عالية الجودة التي تستخدم كعنصر الغذاء وفارما، والأسمدة وفي العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى.
العلاج بالموجات فوق الصوتية النتائج في درجة استثنائية من الأسيتيل (DA) من الكيتين خفض درجة الكيتين أسيتيل من DA ≥ 90 إلى الشيتوسان مع DA ≤ 10.
العديد من الدراسات البحثية تؤكد فعالية إزالة الكيتين بالموجات فوق الصوتية إلى الشيتوسان. ويس J. وآخرون (2008) وجدت أن sonication يحسن تحويل الكيتين إلى الشيتوسان بشكل كبير. العلاج بالموجات فوق الصوتية من الكيتين يأتي مع وفورات كبيرة في الوقت مما يقلل من الوقت العملية المطلوبة من 12-24 ساعة إلى بضع ساعات. وعلاوة على ذلك، يلزم تقليل المذيبات لتحقيق تحويل كامل، مما يقلل من الأثر البيئي الناجم عن الاضطرار إلى التخلص من المذيب المستهلك أو غير المتفاعل، أي التركيز على هذا الحد.
يتم الترويج لإزالة الكيتين إلى الشيتوسان عن طريق سونيكيشن
UIP4000hdT – 4kW نظام الموجات فوق الصوتية السلطة
مبدأ العمل من العلاج بالموجات فوق الصوتية الشيتوسان
عالية الطاقة، وانخفاض التردد بالموجات فوق الصوتية (20-26kHz) يخلق التجويف الصوتية في السوائل والطين. الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة يعزز تحويل الكيتين إلى التشيتوسان كما المذيبات (على سبيل المثال، NaOH) شظايا وتخترق جزيئات الكيتين الصلبة، وبالتالي توسيع مساحة السطح وتحسين النقل الجماعي بين المرحلة الصلبة والسائلة. وعلاوة على ذلك، فإن قوى القص العالية من التجويف بالموجات فوق الصوتية خلق الجذور الحرة التي تزيد من تفاعل الكاشف (أي NaOH) أثناء التحلل المائي. كتقنية معالجة غير حرارية ، يمنع sonication التدهور الحراري الذي ينتج chitosan عالي الجودة. الموجات فوق الصوتية تقصير أوقات المعالجة المطلوبة لاستخراج الكيتين من القشريات وكذلك الكيتين العائد (وبالتالي التشيتوسان في وقت لاحق) من نقاء أعلى بالمقارنة مع ظروف المعالجة التقليدية. لإنتاج الكيتين والشيتوسان ، وبالتالي فإن الموجات فوق الصوتية لديها القدرة على خفض تكلفة الإنتاج ، وتقليل وقت المعالجة ، والسماح بمراقبة أفضل لعملية الإنتاج والحد من التأثير البيئي لنفايات العملية.
- أعلى الغلة الشيتوسان
- جودة فائقة
- وقت مخفض
- انخفاض درجة حرارة العملية
- زيادة الكفاءة
- سهل & عملية آمنة
- صديق للبيئة
الكيتين بالموجات فوق الصوتية ديسيتيل إلى شيتوسان – بروتوكول
1) إعداد الكيتين:
باستخدام قذائف سرطان البحر كمادة مصدر، يجب غسل قذائف سرطان البحر جيدا من أجل إزالة أي المواد العضوية القابلة للذوبان والتمسك الشوائب بما في ذلك التربة والبروتين. بعد ذلك، يجب أن تكون المواد قذيفة المجففة تماما (على سبيل المثال، في 60 درجة مئوية لمدة 24h في الفرن). ثم تكون الأصداف المجففة مطحونة (مثل استخدام مطحنة مطرقة)، ومنزوعة البروتين في وسط قلوي (على سبيل المثال، هيدروكسيد الصوديوم عند نقطة من 0.125 إلى 5.0 متر)، ومنزوعة المعادن في الحمض (على سبيل المثال، حمض الهيدروكلوريك المخفف).
2) إزالة الأسيتيل بالموجات فوق الصوتية
لتشغيل رد فعل نموذجي مزيل الأسيتيل بالموجات فوق الصوتية، جزيئات بيتا الكيتين (0.125 مم < د < 0يتم تعليق.250 ملم) في 40٪ (ث / ث) NaOH مائي في نسبة بيتا تشيتين / NaOH حل مائي من 1/10 (ز مل-1)، يتم نقل التعليق إلى كوب زجاجي مزدوج الجدران وسونيكاتد باستخدام Hielscher UP400St المجانسة بالموجات فوق الصوتية. يتم الاحتفاظ المعلمات التالية (راجع Fiamingo وآخرون. 2016) ثابتة عند تنفيذ رد فعل مزيل الكيتين بالموجات فوق الصوتية: '1' مسبار بالموجات فوق الصوتية (سونوترودي Hielscher S24d22D، قطر الطرف = 22 مم)؛ '2' وضع نبض الصوت (IP = 0.5 ثانية)؛ '3' شدة السطح بالموجات فوق الصوتية
(I = 52.6 W سم-2) ، '4' درجة حرارة التفاعل (60 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية)، '5' وقت التفاعل (50 دقيقة)، '6' نسبة بيتا كيتين الوزن /الحجم من 40٪ (ث / ث) هيدروكسيد الصوديوم المائي (BCHt / هيدروكسيد الصوديوم = 1/10 غرام مل-1); '7' حجم تعليق بيتا كيتين (50 مل).
يستمر التفاعل الأول لمدة 50 دقيقة تحت التحريك المغناطيسي المستمر ثم يتوقف عن طريق تبريد التعليق بسرعة إلى 0 درجة مئوية. بعد ذلك يتم إضافة حمض الهيدروكلوريك المخفف لتحقيق درجة الحموضة 8.5 ويتم عزل عينة CHs1 عن طريق الترشيح، وغسلها على نطاق واسع مع الماء منزوع الأيونات والمجففة في الظروف المحيطة. عندما يتم تكرار نفس deacetylation بالموجات فوق الصوتية كخطوة ثانية إلى CHs1، فإنه ينتج عينة CHs2.
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)
وجدت Fiamingo وآخرون أن deacetylation بالموجات فوق الصوتية من بيتا الكيتين تنتج بكفاءة عالية الوزن الجزيئي الشيتوسان مع درجة منخفضة من الأسيتيل لا باستخدام المواد المضافة ولا الغلاف الجوي الخامل ولا أوقات رد الفعل الطويل. على الرغم من أن يتم تنفيذ رد فعل مزيل الأسيتيل بالموجات فوق الصوتية في ظل ظروف أكثر اعتدالا – أي انخفاض درجة حرارة التفاعل بالمقارنة مع معظم التحلل الكيميائي الحراري. وdeacetylation بالموجات فوق الصوتية من بيتا الكيتين يسمح بإعداد الشيتوسان deacetylated عشوائيا امتلاك درجة متغيرة من أسيتيل (4٪ ≤ DA ≤ 37٪)، وارتفاع الوزن المتوسط الوزن الجزيئي (900،000 غرام مول-1 ≤ Mث ≤ 1,200,000 غرام مول-1 ) وانخفاض التشتت (1.3 ≤ Ð ≤ 1.4) من خلال تنفيذ ثلاثة ردود فعل متتالية (50 دقيقة / خطوة) في 60 درجة مئوية.
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من مختبر إلى مقياس تجريبي وصناعي.
أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج شيتوسان
تجزئة الكيتين وdecetylation من الكيتين إلى شيتوسان يتطلب معدات الموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها التي يمكن أن توفر السعة العالية، ويوفر التحكم الدقيق على المعلمات العملية ويمكن تشغيلها 24/7 تحت الحمل الثقيل و في البيئات الصعبة. Hielscher الفوق صوتيات مجموعة المنتجات تحصل على ومتطلبات العملية الخاصة بك المشمولة. Hielscher ultrasonicators هي أنظمة عالية الأداء التي يمكن تجهيزها مع الملحقات مثل سونوتروديس، التعزيز، المفاعلات أو خلايا التدفق من أجل مطابقة احتياجات العملية الخاصة بك بطريقة مثلى.
مع شاشة ملونة رقمية، يتم ضمان خيار تشغيل sonication مسبقاً، وتسجيل البيانات التلقائي على بطاقة SD المتكاملة، والتحكم في المتصفح عن بعد والعديد من الميزات، وأعلى قدر من التحكم في العملية وسهولة الاستخدام. يقترن مع المتانة والقدرة الثقيلة تحمل الحمل، أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher هي الحصان العمل الخاص بك موثوق بها في الإنتاج.
تجزئة الكيتين وإزالة الأسيتيل يتطلب الموجات فوق الصوتية قوية للحصول على التحويل المستهدف ومنتج الشيتوسان النهائي من جودة عالية. خاصة بالنسبة لتجزئة رقائق الكيتين، والسعة العالية والضغوط المرتفعة حاسمة. Hielscher الفوق صوتيات’ المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية بسهولة تقديم السعة عالية جدا. السعة تصل إلى 200μm يمكن تشغيلها باستمرار في عملية 24/7. لسعة أعلى حتى، سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية حسب الطلب متوفرة. القدرة على الطاقة من أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher تسمح لخراب فعالة وسريعة في عملية آمنة وسهلة الاستخدام.
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| 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!
مراجع الادب
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): الأفلام Bionanocomposite المستندة إلى شيتوسان التي أعدتها تقنية مستحلب للحفاظ على الأغذية. المواد 2019، 12(3)، 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): الشيتوسان عالي الوزن الجزيئي على نطاق واسع من إزالة الأسيتيس بمساعدة الموجات فوق الصوتية متعددة الخطوات من بيتا كيتين. الفوق صوتيات سونوكيمياء 32, 2016. 79–85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): تحويل الكيتين بمساعدة سونوكيميائية إلى شيتوسان, وزارة الزراعة الأمريكية مبادرة البحوث الوطنية اجتماع المحققين الرئيسيين, نيو أورليانز, لوس انجليس, 28 يونيو.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): تأثير درجة الحرارة أثناء إزالة الكيتين إلى شيتوسان مع الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة كمرحلة ما قبل العلاج, الاجتماع السنوي لمعهد التقنيين الغذائية, نيو أورلينز, لوس انجليس, 30 يونيو 95-18
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): تأثير الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة لتسريع تحويل الكيتين إلى شيتوسان, الاجتماع السنوي لمعهد التقنيين الغذائية, نيو أورلينز, لوس انجليس, 30 يونيو, 95-17.
- Preto M.F., Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri M.C., Abessa D.M.S., Romero A.F., Bordon I.C. (2017): Gladius and derivatives its كـ biosorbents المحتملة لزيت الديزل البحري. العلوم البيئية وبحوث التلوث (2017) 24:22932-22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): طريقة لإعداد من أعلى إلى أسفل من الجسيمات النانوية الشيتوسان والألياف النانوية. البوليمرات الكربوهيدرات 117, 2015. 731–738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). الحد الفعال من الوزن الجزيئي الشيتوسان عن طريق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة: الآلية الأساسية وتأثير المعلمات المعالجة. مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية 56(13):5112-5119.
- ياداف م. Goswami P.; باريتوش ك.; كومار م.; Pareek N.; فيفيكاناند ف. (2019): نفايات المأكولات البحرية: مصدر لإعداد مواد الكيتين/الشيتوسان القابلة للتوظيف تجارياً. الموارد الحيوية والمعالجة الحيوية 6/8، 2019.
حقائق تستحق العلم
كيف يعمل التحلل بالموجات فوق الصوتية الكيتين?
عندما يتم الجمع بين عالية الطاقة، وانخفاض التردد الموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال، 20-26kHz) في السائل أو الطين، يتم تطبيق دورات بالتناوب الضغط العالي / الضغط المنخفض على السائل خلق الضغط وrarefaction. خلال هذه بالتناوب دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض، يتم إنشاء فقاعات فراغ صغيرة، والتي تنمو على مدى عدة دورات الضغط. عند هذه النقطة، عندما فقاعات فراغ لا يمكن أن تمتص المزيد من الطاقة، فإنها تنهار بعنف. خلال هذا الانفجار فقاعة، تحدث ظروف شديدة جدا محليا: درجات حرارة عالية تصل إلى 5000K، وضغوط تصل إلى 2000atm، وارتفاع معدلات التدفئة / التبريد عالية جدا وفروق الضغط تحدث. منذ ديناميات انهيار فقاعة أسرع من نقل الكتلة والحرارة، وتقتصر الطاقة في تجويف انهيار إلى منطقة صغيرة جدا، وتسمى أيضا "نقطة ساخنة". انفجار فقاعة التجويف يؤدي أيضا في الاضطرابات الدقيقة، والطائرات السائلة تصل إلى سرعة 280M / ق وقوى القص الناتجة. وتعرف هذه الظاهرة باسم التجويف بالموجات فوق الصوتية أو الصوتية.
يتم اختراق قطرات والجسيمات في السائل سونيكاتد من قبل تلك القوى التجويف وعندما تصطدم الجسيمات المتسارعة مع بعضها البعض، فإنها تحصل على تحطيمها من قبل الاصطدام بين الجسيمات. التجويف الصوتي هو مبدأ العمل من طحن بالموجات فوق الصوتية، وتشتيت، استحلاب وسونوكيمياء.
لإزالة الأسيتيل الكيتين ، يزيد الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة في المنطقة السطحية عن طريق تنشيط السطح وتعزيز النقل الجماعي بين الجسيمات والكاشف.
الكهـان البـابـ
التشيتوسان هو بوليمر الكربوهيدرات المعدلة، الكاتيونية، غير السامة مع بنية كيميائية معقدة شكلتها وحدات الجلوكوزامين α-(1،4) كمكون رئيسي لها (>80%) ووحدات ن-أسيتيل الجلوكوزامين (<20٪، موزعة عشوائيا على طول السلسلة. مشتق من الشيتوزان من الكيتين من خلال إزالة الأسيتيلية الكيميائية أو الأنزيمية. درجة deacetylation (DA) يحدد محتوى المجموعات الأمينية الحرة في الهيكل ويستخدم للتمييز بين الكيتين والشيتوسان. التشيتوسان يظهر الذوبان جيدة في المذيبات المعتدلة مثل حمض الخليك المخفف ويقدم العديد من مجموعات الأمين الحرة كمواقع نشطة. وهذا يجعل التشيتوسان مفيدًا على الكيتين في العديد من التفاعلات الكيميائية.
يتم تقييم Chitosan لتوافقها البيولوجي الممتاز وقابليتها للتحلل الحيوي ، وعدم السمية ، والنشاط الجيد المضاد للميكروبات (ضد البكتيريا والفطريات) ، وعدم نفاذ الأكسجين وخصائص تشكيل الفيلم. على النقيض من الكيتين، التشيتوسان لديه ميزة كونها قابلة للذوبان في الماء وبالتالي أسهل للتعامل معها واستخدامها في تركيبات.
كما polysaccharide الثانية الأكثر وفرة بعد السليلوز، وفرة ضخمة من الكيتين يجعلها مادة خام رخيصة ومستدامة.
شيتوسان للإنتاج
يتم إنتاج شيتوسان في عملية خطوتين. في الخطوة الأولى، يتم إزالة البروتين من المواد الخام، مثل قذائف القشريات (أي الروبيان وسرطان البحر وجراد البحر)، وإزالة المعادن وتنقيتها للحصول على الكيتين. في الخطوة الثانية، يتم التعامل مع الكيتين مع قاعدة قوية (على سبيل المثال، هيدروكسيد الصوديوم) لإزالة سلاسل الجانب أسيتيل من أجل الحصول على الشيتوسان. ومن المعروف أن عملية إنتاج الشيتوسان التقليدية تستغرق وقتا طويلا جدا وتستغرق وقتا طويلا.
الزبالة
تشيتين (C)8ح13ال5(ن)ن هو بوليمر سلسلة مستقيمة من β-1,4-N-أسيتيل الجلوكوزامين ويصنف في α-, β- وγ-الكيتين. كونها مشتقة من الجلوكوز، الكيتين هو عنصر رئيسي من الهياكل الخارجية للالمفصليات، مثل القشريات والحشرات، وradulae من الرخويات، منقار السيفالوبود، وموازين الأسماك وlissamphibians ويمكن العثور عليها في جدران الخلايا في الفطريات، أيضا. هيكل الكيتين قابل للمقارنة مع السليلوز، وتشكيل nanofibrils البلورية أو شعيرات. السليلوز هو السكريات الأكثر وفرة في العالم، تليها الكيتين كثاني أكثر السكاد وفرة.
الجلوكوزامين
الجلوكوزامين (C)6ح13لا5) هو السكر الأميني ومقدمة هامة في التركيب البيوكيميائي للبروتينات غليكوزيلاتيد والدهون. الجلوكوزامين هو بطبيعة الحال مركب وفيرة التي هي جزء من هيكل كل من السكريات، الشيتوسان، والكيتين، مما يجعل الجلوكوزامين واحدة من السكريات الأكثر وفرة. ويتم إنتاج معظم الجلوكوزامين المتاح تجاريا من خلال التحلل المائي للهياكل الخارجية القشرية، أي سرطان البحر وقذائف جراد البحر.
يستخدم الجلوكوزامين أساسا كمكمل غذائي حيث يتم استخدامه في أشكال كبريتات الجلوكوزامين، هيدروكلوريد الجلوكوزامين أو N-أسيتيل الجلوكوزامين. يتم إعطاء مكملات كبريتات الجلوكوزامين عن طريق الفم لعلاج حالة مؤلمة الناجمة عن التهاب, انهيار وفقدان الغضروف في نهاية المطاف (هشاشة العظام).