Xitinin xitosana ultrasəs deasetilasiyası
Ultrasonik xitosan istehsalı
Xitosan xitinin N-deasetilasiyası ilə əldə edilir. Adi deasetilasiyada xitin sulu qələvi həlledicilərdə (adətən 40-50% (ağırlıq/ağırlıq) NaOH) isladılır. Islatma prosesi 100-dən 120ºC-ə qədər yüksək temperatur tələb edir, çox vaxt aparır, hər islatma mərhələsində əldə edilən xitosanın məhsuldarlığı isə aşağıdır. Yüksək güclü ultrasəsin tətbiqi xitinin deasetilasiya prosesini əhəmiyyətli dərəcədə gücləndirir və aşağı temperaturda sürətli müalicə zamanı aşağı molekulyar çəkili xitosanın yüksək məhsuldarlığı ilə nəticələnir. Ultrasəs deasetilasiyası qida və əczaçılıq tərkib hissəsi kimi, gübrə kimi və bir çox digər sənaye tətbiqlərində istifadə olunan yüksək keyfiyyətli xitosanla nəticələnir.
Ultrasəs müalicəsi xitinin müstəsna dərəcədə asetilləşməsi (DA) ilə nəticələnir, xitin asetilləşmə dərəcəsini DA≥90-dan DA≤10 ilə xitosana qədər azaldır.
Bir çox tədqiqat işi ultrasəs xitin deasetilasiyasının xitosana təsirini təsdiqləyir. Weiss J. et al. (2008) sonikasiyanın xitinin xitosana çevrilməsini kəskin şəkildə yaxşılaşdırdığını tapdı. Xitinin ultrasəs müalicəsi tələb olunan proses vaxtını 12-24 saatdan bir neçə saata endirməklə əhəmiyyətli vaxta qənaət edir. Bundan əlavə, tam konversiyaya nail olmaq üçün daha az həlledici tələb olunur ki, bu da sərf edilmiş və ya reaksiya verməmiş həlledicinin, yəni konsentratlaşdırılmış NaOH-nin atılması və atılmasının ətraf mühitə təsirini azaldır.
Xitinin xitosana deasetilasiyası sonikasiya ilə artır
UIP4000hdT – 4 kVt gücündə ultrasəs sistemi
Ultrasonik Chitosan Müalicəsinin İş Prinsipi
Yüksək güclü, aşağı tezlikli ultrasəs (~20-26kHz) mayelərdə və şlamlarda akustik kavitasiya yaradır. Yüksək güclü ultrasəs, həlledicinin (məsələn, NaOH) parçalanması və bərk xitin hissəciklərinə nüfuz etməsi nəticəsində xitinin xitosana çevrilməsini təşviq edir, bununla da səth sahəsini genişləndirir və bərk və maye faza arasında kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır. Bundan əlavə, ultrasəs kavitasiyasının yüksək kəsmə qüvvələri hidroliz zamanı reagentin (yəni NaOH) reaktivliyini artıran sərbəst radikallar yaradır. Qeyri-istilik emal üsulu olaraq, sonikasiya yüksək keyfiyyətli xitosan istehsal edərək termal deqradasiyanın qarşısını alır. Ultrasəs, xərçəngkimilərdən xitin çıxarmaq üçün tələb olunan emal müddətlərini qısaldır, həmçinin ənənəvi emal şərtləri ilə müqayisədə daha yüksək təmizliyə malik xitin (və beləliklə, xitosan) verir. Xitin və xitosanın istehsalı üçün ultrasəslər istehsal maya dəyərini aşağı salmaq, emal vaxtını azaltmaq, istehsal prosesinə daha yaxşı nəzarət etmək və proses tullantılarının ətraf mühitə təsirini azaltmaq potensialına malikdir.
- Daha yüksək xitosan məhsuldarlığı
- Üstün keyfiyyət
- Azaldılmış vaxt
- Aşağı Proses Temperaturu
- Artan Səmərəlilik
- Asan & təhlükəsiz əməliyyat
- ekoloji cəhətdən təmiz
Chitosana ultrasəs xitin desetilasiyası – protokol
1) Xitini hazırlayın:
Yengeç qabıqlarını mənbə materialı kimi istifadə edərək, torpaq və zülal da daxil olmaqla hər hansı həll olunan üzvi maddələri və yapışan çirkləri təmizləmək üçün cır qabıqları yaxşıca yuyulmalıdır. Bundan sonra qabıq materialı tamamilə qurudulmalıdır (məsələn, sobada 60ºC-də 24 saat). Qurudulmuş qabıqlar daha sonra üyüdülür (məsələn, çəkicli dəyirmandan istifadə etməklə), qələvi mühitdə deproteinsizləşdirilir (məsələn, 0,125-5,0 M konsentrasiyada NaOH) və turşuda (məsələn, seyreltilmiş xlorid turşusu) demineralizasiya edilir.
2) Ultrasəs deasetilasiyası
Tipik bir ultrasəs deasetilasiya reaksiyasını həyata keçirmək üçün beta-xitin hissəcikləri (0,125 mm) < D < 0.250 mm) 1/10(g mL) beta-xitin/NaOH sulu məhlulu nisbətində 40% (ağırlıq/ağırlıq) sulu NaOH-da dayandırılır.-1), suspenziya ikiqat divarlı şüşə qaba köçürülür və Hielscher istifadə edərək səslənir. UP400St ultrasəs homojenizatoru. Aşağıdakı parametrlər (müq. Fiamingo et al. 2016) ultrasəs xitin deasetilasiyası reaksiyasını həyata keçirərkən sabit saxlanılır: (i) ultrasəs zondu (sonotrode Hielscher S24d22D, ucun diametri = 22 mm); (ii) sonication impuls rejimi (IP = 0.5san); (iii) ultrasəs səthinin intensivliyi
(I = 52,6 Vt sm-2), (iv) reaksiya temperaturu (60ºC ±1ºC), (v) reaksiya müddəti (50 dəq), (vi) nisbəti beta-xitin çəkisi/həcmi 40% (ağırlıq/ağırlıq) sulu natrium hidroksid (BCHt/NaOH = 1) /10 q ml-1); (vii) beta-xitin suspenziyasının həcmi (50mL).
Birinci reaksiya daimi maqnit qarışdırma altında 50 dəqiqə davam edir və sonra süspansiyonu 0ºC-ə qədər sürətlə soyutmaqla kəsilir. Daha sonra pH 8.5-ə çatmaq üçün seyreltilmiş xlorid turşusu əlavə edilir və nümunə CHs1 filtrasiya yolu ilə təcrid olunur, deionlaşdırılmış su ilə geniş şəkildə yuyulur və ətraf mühit şəraitində qurudulur. Eyni ultrasəs deasetilasiyası CHs1-ə ikinci addım kimi təkrar edildikdə, CHs2 nümunəsi əmələ gətirir.
100 × böyüdülmüş elektron mikroskopiya (SEM) şəkilləri a) gladius, b) ultrasəslə müalicə olunan gladius, c) β-xitin, d) ultrasəslə müalicə olunan β-xitin və e) xitosan (mənbə: Preto et al. 2017)
Fiaminqo və başqaları. aşkar etdi ki, beta-xitinin ultrasəs deasetilasiyası nə aşqarlardan, nə inert atmosferdən, nə də uzun reaksiya müddətindən istifadə etmədən aşağı asetilləşmə dərəcəsi ilə yüksək molekulyar ağırlıqlı xitosan istehsal edir. Baxmayaraq ki, ultrasəs deasetilasiya reaksiyası daha yumşaq şəraitdə aparılır – yəni əksər termokimyəvi deasetilasiyalarla müqayisədə aşağı reaksiya temperaturu. Beta-xitinin ultrasəs deasetilasiyası dəyişən asetilləşmə dərəcəsinə (4% ≤ DA ≤ 37%), yüksək çəkidə orta molekulyar çəkiyə (900.000 q mol) malik təsadüfi deasetilləşdirilmiş xitosanın hazırlanmasına imkan verir.-1 ≤ Mw ≤ 1,200,000 q mol-1 ) və aşağı disperslik (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) 60ºC-də ardıcıl üç reaksiya (50 dəq/addım) həyata keçirməklə.
Laboratoriyadan pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Chitosan istehsalı üçün yüksək performanslı ultrasəs sistemləri
Xitinin parçalanması və xitinin xitosana desetilasiyası yüksək amplitüdlər verə bilən, proses parametrləri üzərində dəqiq idarəolunma təklif edən və ağır yük altında və tələbkar mühitlərdə 24/7 işlədilə bilən güclü və etibarlı ultrasəs avadanlıqları tələb edir. Hielscher Ultrasonics məhsul çeşidi sizi və proses tələblərinizi təmin edir. Hielscher ultrasəs cihazları, proses ehtiyaclarınızı optimal şəkildə uyğunlaşdırmaq üçün sonotrodlar, gücləndiricilər, reaktorlar və ya axın hüceyrələri kimi aksesuarlarla təchiz oluna bilən yüksək performanslı sistemlərdir.
Rəqəmsal rəngli displeylə, sonikasiya işlərinin əvvəlcədən təyin edilməsi seçimi, inteqrasiya olunmuş SD kartda avtomatik məlumat qeydi, brauzerin uzaqdan idarə edilməsi və bir çox başqa funksiyalar, ən yüksək prosesə nəzarət və istifadəçinin rahatlığı təmin edilir. Sağlamlıq və ağır yükdaşıma qabiliyyəti ilə birləşən Hielscher ultrasəs sistemləri istehsalda etibarlı iş atınızdır.
Xitinin parçalanması və deasetilasiyası hədəf çevrilməni və yüksək keyfiyyətli son xitosan məhsulunu əldə etmək üçün güclü ultrasəs tələb edir. Xüsusilə xitin lopalarının parçalanması üçün yüksək amplitüdlər və yüksək təzyiqlər çox vacibdir. Hielscher ultrasəs’ sənaye ultrasəs prosessorları asanlıqla çox yüksək amplitüdlər verir. 200µm-ə qədər amplitüdlər 24/7 əməliyyatda davamlı olaraq işlədilə bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher ultrasəs sistemlərinin güc qabiliyyəti təhlükəsiz və istifadəçi dostu bir prosesdə səmərəli və sürətli deasetilasiyaya imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Qidanın Qorunması üçün Emulsiya Texnikası ilə Hazırlanmış Xitozan Əsaslı Bionanokompozit Filmlər. Materiallar 2019, 12(3), 373.
- Fiaminqo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): Beta-xitinin çox addımlı ultrasəs köməyi ilə deasetilasiyası nəticəsində geniş şəkildə deasetilləşdirilmiş yüksək molekulyar çəkili xitosan. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79-85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitinin Sonokimyəvi Dəstəklə Xitosana çevrilməsi, USDA Milli Tədqiqat Təşəbbüsünün Baş Müstəntiqlər Toplantısı, New Orleans, LA, 28 iyun.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Xitinin xitosana deasetilasiyası zamanı temperaturun ilkin müalicə kimi yüksək intensivlikli ultrasəs ilə təsiri, Qida Texnoloqları İnstitutunun İllik Yığıncağı. , New Orleans, LA, 30 iyun, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Xitinin xitosana çevrilməsini sürətləndirmək üçün yüksək intensivlikli ultrasəsin təsiri, Qida Texnoloqları İnstitutunun İllik Toplantısı, Yeni Orlean, LA, 30 iyun, 95-17.
- Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius və onun törəmələri dəniz dizel yağı üçün potensial biosorbentlər kimi. Ətraf Mühit Elmi və Çirklənməsi Tədqiqatı (2017) 24:22932–22939.
- Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): Xitosan nanohissəciklərinin və nanoliflərin yuxarıdan aşağıya hazırlanması üsulu. Karbohidrat Polimerləri 117, 2015. 731-738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). Yüksək intensivlikli ultrasəs vasitəsilə xitosanın molekulyar çəkisinin səmərəli şəkildə azaldılması: Əsas mexanizm və emal parametrlərinin təsiri. Kənd Təsərrüfatı və Qida Kimyası Jurnalı 56(13):5112-5119.
- Yadav M.; Qosvami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Dəniz məhsulları tullantıları: kommersiya məqsədli istifadə edilə bilən xitin/xitosan materiallarının hazırlanması üçün mənbə. Bioresurslar və Bioprocessing 6/8, 2019.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Ultrasonik Chitin Deactylation necə işləyir?
Yüksək güclü, aşağı tezlikli ultrasəs (məsələn, 20-26 kHz) maye və ya məhlulda birləşdirildikdə, sıxılma və seyrəkləşmə yaradan mayeyə alternativ yüksək təzyiq/aşağı təzyiq dövrləri tətbiq edilir. Bu alternativ yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri zamanı bir neçə təzyiq dövrü ərzində böyüyən kiçik vakuum qabarcıqları yaranır. Bu nöqtədə, vakuum qabarcıqları daha çox enerji qəbul edə bilmədikdə, şiddətlə çökürlər. Bu qabarcıq partlaması zamanı lokal olaraq çox gərgin şərait yaranır: 5000K-a qədər yüksək temperatur, 2000atm-ə qədər təzyiq, çox yüksək istilik/soyutma dərəcələri və təzyiq fərqləri baş verir. Baloncuğun çökmə dinamikası kütlə və istilik köçürməsindən daha sürətli olduğundan, çökən boşluqdakı enerji çox kiçik bir zona ilə məhdudlaşır, buna "qaynar nöqtə" də deyilir. Kavitasiya qabarcığının partlaması həmçinin mikroturbulentsiyalar, 280 m/s sürətə qədər maye axını və nəticədə kəsmə qüvvələri ilə nəticələnir. Bu fenomen ultrasəs və ya akustik kavitasiya kimi tanınır.
Sonicləşdirilmiş mayedəki damcılar və hissəciklər həmin kavitasiya qüvvələri tərəfindən təsirlənir və sürətlənmiş hissəciklər bir-biri ilə toqquşduqda hissəciklərarası toqquşma nəticəsində parçalanırlar. Akustik kavitasiya ultrasəs frezeleme, dispersiya, emulsiya və sonokimyanın iş prinsipidir.
Xitinin deasetilasiyası üçün səthi aktivləşdirərək və hissəciklər və reagent arasında kütlə köçürməsini təşviq edərək, yüksək intensivlikli ultrasəs səth sahəsində artır.
xitozan
Xitosan əsas komponenti kimi β-(1,4) qlükozamin birləşmələri ilə əmələ gələn mürəkkəb kimyəvi quruluşa malik modifikasiya olunmuş, kationik, toksik olmayan karbohidrat polimerdir.>80% və N-asetil qlükozamin vahidləri (<20%, zəncir boyunca təsadüfi paylanmışdır. Xitosan xitindən kimyəvi və ya enzimatik deasetilasiya yolu ilə əldə edilir. Deasetilasiya dərəcəsi (DA) strukturda sərbəst amin qruplarının tərkibini müəyyənləşdirir və xitin və xitosanı ayırd etmək üçün istifadə olunur. Chitosan, seyreltilmiş sirkə turşusu kimi orta həlledicilərdə yaxşı həll olur və aktiv sahələr kimi bir neçə pulsuz amin qrupları təklif edir. Bu, bir çox kimyəvi reaksiyalarda xitosanı xitindən üstün edir.
Xitozanın əla biouyğunluğu və bioloji parçalanma qabiliyyəti, toksik olmaması, yaxşı antimikrob aktivliyi (bakteriya və göbələklərə qarşı), oksigen keçirməməsi və film əmələ gətirmə xüsusiyyətləri ilə qiymətləndirilir. Xitindən fərqli olaraq, xitosanın suda həll olma üstünlüyü var və beləliklə, emal etmək və formulalarda istifadə etmək daha asandır.
Sellülozadan sonra ən çox yayılmış ikinci polisaxarid olaraq, xitinin böyük bolluğu onu ucuz və davamlı xammal edir.
Xitosan istehsalı
Xitosan iki mərhələdə istehsal olunur. Birinci mərhələdə, xərçəngkimilərin qabıqları (yəni, karides, xərçəng, omar) kimi xammal deproteinsizləşdirilir, demineralizasiya edilir və xitin əldə etmək üçün təmizlənir. İkinci mərhələdə xitosan əldə etmək üçün asetil yan zəncirlərini çıxarmaq üçün xitin güclü əsasla (məsələn, NaOH) işlənir. Adi xitosan istehsalı prosesinin çox vaxt aparan və məsrəflər tələb etdiyi məlumdur.
xitin
Chitin (C8H13O5N)N β-1,4-N-asetilqlükozaminin düz zəncirli polimeridir və α-, β- və γ-xitinə təsnif edilir. Qlükoza törəməsi olan xitin xərçəngkimilər və həşəratlar, molyuskların radulaları, sefalopod dimdiyi, balıq və lissamfibiyaların pulcuqları kimi artropodların ekzoskeletlərinin əsas tərkib hissəsidir və göbələklərin hüceyrə divarlarında da tapıla bilər. Xitinin strukturu sellüloza ilə müqayisə oluna bilər, kristal nanofibrillər və ya bığlar əmələ gətirir. Sellüloza dünyada ən çox yayılmış polisaxariddir, ikinci ən bol polisaxarid olaraq xitin ikinci yerdədir.
qlükozamin
Qlükozamin (C6H13YOX5) amin şəkəridir və qlikosillənmiş zülalların və lipidlərin biokimyəvi sintezində mühüm xəbərçidir. Qlükozamin təbii olaraq həm polisaxaridlərin, həm xitozan, həm də xitin strukturunun bir hissəsi olan bol birləşmədir və bu, qlükozamini ən bol monosaxaridlərdən birinə çevirir. Ticarətdə mövcud olan qlükozaminin çox hissəsi xərçəngkimilərin ekzoskeletlərinin, yəni xərçəng və xərçəng qabıqlarının hidrolizi ilə istehsal olunur.
Qlükozamin əsasən qlükozamin sulfat, qlükozamin hidroxlorid və ya N-asetil qlükozamin formalarında istifadə edildiyi qida əlavəsi kimi istifadə olunur. Qlükozamin sulfat əlavələri qığırdaqların iltihabı, parçalanması və nəticədə itməsi (osteoartrit) nəticəsində yaranan ağrılı vəziyyəti müalicə etmək üçün şifahi olaraq tətbiq edilir.