Производство на хитин и хитозан от гъби

Ultrasonication е високоефективен метод за освобождаване на хитин и хитозан от гъбични източници като гъби. Хитинът и хитозанът трябва да бъдат деацетилирани при обработка надолу по веригата, за да се получи висококачествен биополимер. Ултразвуково подпомаганото деацетилиране е високоефективна, проста и бърза техника, която води до висококачествени хитозани с високо молекулно тегло и превъзходна бионаличност.

Читин и Читосан от Гъби

Ядливи и лечебни гъби като Lentinus edodes (шиитаке), Ганодерма Здравец (Lingzhi или рейши), Инотус obliquus (чага), Agaricus биспорус (бутон гъби), Hericium erinaceus (лъвска грива), Cordyceps sinensis (гъсеница гъбички), Grifola frondosa (кокошка на дърво), Trametes versicolor (Кориолус versicolor, Полипорус versicolor, Turkeytail) и много други видове гъбички се използват широко като храна и за добиване на биоактивни съединения. Тези гъби, както и преработката на остатъчните средства (отпадъци от гъби) могат да се използват за производство на хитозан. Ultrasonication не само насърчава освобождаването на хитин от гъбичната клетъчна стена структура, но също така задвижва превръщането на читирането в ценен хитозан чрез ултразвукова деполимеризация.

Ултразвукова деацетилиране на Хитин до хитозан

Деацетилиране на Хитин за хитозан се насърчава чрез ултразвук

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ultrasonication се използва за извличане на хитин от гъби. Освен това ултразвукът насърчава деацетилацията на хитин, за да се получи хитозан.

Ultrasonication е бърз и мек метод на екстракция за производство на висококачествен екстракт от гъби. Във видеото се използва UP400St за извличане на полизахариди от годни за консумация гъби.

Екстракция на студена гъби с UP400St с 22мм сонда

Хитин, който е N-ацетилглукозамин полимер (поли-(β-(1–4)-N-ацетил-D-глюкозамин), е естествено срещащ се полизахарид, широко срещан в екзоскелета на безгръбначни като ракообразни и насекоми, Вътрешният скелет на сепия и сипки, както и клетъчните стени на гъбичките. Вграден в структурата на гъби клетъчни стени, хитин е отговорен за формата и твърдостта на гъбичната клетъчна стена. За много приложения хитинът се превръща в своя деацетилиран производно, известен като хитозан чрез процес на деполимеризация.
Хитозан е най-честият и най-ценен производно на хитин. Това е полизахарид с високо молекулно тегло, свързан с b-1,4 гликозид, съставен от N-ацетил-глюкозамин и глюкозамин.
Chitosan може да се извлече чрез химически или ензимни п-деацетилиране. В химически задвижвания процес на деацетилиране ацетилната група (R-NHCOCH3) се сцепва от силни алкали при високи температури. Алтернативно, хитозанът може да се синтезира чрез ензимно деацетилиране. Въпреки това, по промишлена производствена скала химическата деацетилация е предпочитаната техника, тъй като ензимното деацетилиране е значително по-малко ефективно поради високата цена на ензимите на деацетилазата и получените ниски добиви от хитозан. Ultrasonication се използва за усилване на химичното разграждане на (1→4)-/β-връзка (деполимеризация) и ефект на деацетилиране на хитин за получаване на висококачествен хитозан. Когато ултразвук се прилага като предварителна обработка за ензимната деацетилация, хитозан добив и качество се подобрява, също.

Промишлено производство на хитозан от гъба с ултразвук

Търговското производство на хитин и хитозан се основава главно на отпадъци на морските индустрии (т.е. риболов, събиране на риба от черупки и др.). Различните източници на суровина водят до различни качества на хитин и хитозан, в резултат на производствени и качествени колебания, дължащи се на сезонни риболовни вариации. Освен това, хитозан, получен от гъбични източници предлага съобщава превъзходни свойства като хомогенна дължина на полимера и по-голяма разтворимост, когато се сравнява с хитозан от морски източници. (срв. Ghormade et al., 2017) За да се снабди с еднакъв хитозан, извличането на хитин от гъбични видове се превърна в стабилно алтернативно производство. Производството на хитин и цитиозан от гъбички може лесно и надеждно да се постигне с помощта на ултразвукова технология за екстракция и деацетилиране. Интензивната ултразвукова обработка нарушава клетъчните структури за освобождаване на хитин и насърчава масовия трансфер във воден разтворители за превъзходни добиви на хитин и ефективност на екстракцията. Последващото ултразвуково деацетилиране превръща хитина в ценния хитозан. И двете, ултразвукова екстракция на хитин и деацетилиране към хитозан могат да бъдат линейно мащабирани до всяко търговско производствено ниво.

Ultrasonic extraction and deacetylation  of fungal chitin give high-quality chitosan.

Sonication засилва производството на гъбичен хитозан и прави производството по-ефективно и икономично.
(картина и проучване: © Zhu et al., 2019)

Ultrasonic chitin extraction from mushrooms with the UP400ST probe-type ultrasonicator (400W, 24kHz)

ултразвукова машина UP400St за извличане на гъби: Sonication дава високи добиви на биоактивни съединения като полизахаридите хитин и хитозан

Високоефективен синтез на Хитозан чрез ултразвук

За да се преодолеят недостатъците (т.е., ниска ефективност, високи разходи за енергия, дълго време за обработка, токсични разтворители) на традиционната химическа и ензимна хитинова деацетилиране, ултразвукът с висока интензивност е интегриран в хитиновата и хитозановата обработка. Ултразвукът с висока интензивност и получените ефекти от акустичната кавитация водят до бърза скизация на полимерните вериги и намаляват полидисперсността, като по този начин насърчават синтеза на хитозан. Освен това, ултразвуковите сили на срязване засилват масовия трансфер в разтвора, така че да се засили химическата, хидролитичната или ензимната реакция.

Ултразвуково подпомагана химическа деацетилация и деполимеризация

Тъй като хитинът е нереактивен и неразтворим биополимер, той трябва да се подложи на процесните стъпки на деминерализиране, депротеинизация и деполимеризация / деацетилиране, за да се получи разтворим и биоацесим хитозан. Тези стъпки на процеса включват лечения със силни киселини като HCl и силни основи като NaOH и KOH. Тъй като тези конвенционални стъпки на процеса са неефективни, бавни, и изискват високи енергии, интензификацията на процесите чрез ултразвук подобрява значително производството на хитозан. Прилагането на мощност-ултразвук увеличава добивите и качеството на хитозан, намалява процеса от дни до няколко часа, позволява по-мек разтворители, и прави целия процес по-енергийно ефективен.

Ултразвуково подобрена депротеинизация на Хитин

Vallejo-Dominguez et al. (2021) установи в разследването си на хитин депротеинизация, че "прилагането на ултразвук за производство на биополимери намалява съдържанието на протеин, както и размера на частиците на хитин. Хитозан с висока степен на деацетилиране и средно молекулно тегло е произведен чрез ултразвукова помощ.

Ултразвукова хидролиза за деполимеризация на Хитин

За химическа хидролиза или киселини или основи се използват за деацетилиране на хитин, обаче алкалната деацетилация (напр., натриев хидроксид NaOH) се използва по-широко. Киселинната хидролиза е алтернатив метод към традиционната химическа деацетилация, където се използват разтвори на органична киселина за деполимеризиране на хитин и хитозан. Методът на киселинна хидролиза се използва най-вече, когато молекулното тегло на хитин и хитозан трябва да бъде хомогенно. Този конвенционален процес на хидролиза е известен като бавен и енергиен- и разходо-интензивен. Изискването на силни киселини, високи температури и налягания са фактори, които превръщат хидролитичния хитозан процес в много скъпа и отнемаща време процедура. Използваните киселини изискват процеси надолу по веригата като неутрализация и запустяване.
С интегрирането на ултразвук с висока мощност в процеса на хидролиза, изискванията за температура и налягане за хидролитичното разцепване на хитин и хитозан могат да бъдат значително понижени. Освен това, ултразвукът позволява по-ниски киселинни концентрации или използването на по-мек киселини. Това прави процеса по-устойчив, ефикасен, икономически ефективен и по-екологичен.

Ултразвуково подпомагана химическа деацетилация

Химичното разпадане и дяцилиране на хитин и хитозан се постига главно чрез лечение на хитин или хитозан с минерални киселини (напр., солна киселина HCl), натриев нитрит (NaNO2), или водороден прекис (H2Най-2). Ултразвукът подобрява скоростта на деацетилиране, като по този начин скъсява времето за реакция, необходимо за получаване на целевата степен на деацетилиране. Това означава ултразвук намалява необходимото време за обработка от 12-24 часа до няколко часа. Освен това, ултразвукът дава възможност за значително по-ниски химични концентрации, например 40% (масови части в) натриев хидроксид, използвайки ултразвук, докато 65% (масови части в т.н.) са необходими без използването на ултразвук.

Ултразвуково-ензимно деацетилиране

Докато ензимното деацетилиране е лека, доброкачествена за околната среда форма на обработка, неговата ефективност и разходи са неикономически. Поради сложната, трудоемка и скъпа изолация надолу по веригата и пречистване на ензимите от крайния продукт ензимната хитинова деацетилация не се прилага в търговското производство, а се използва само в научно-изследователска лаборатория.
Ултразвукова предварителна обработка преди ензимни фрагменти от деацетлитация хитин молекули по този начин уголемяване на площта на повърхността и предоставяне на повече повърхност на разположение за ензимите. Високопроизводителна ултразвукова обработка помага за подобряване на ензимното деацетилиране и прави процеса по-икономически.

Резултати от изследванията за ултразвукова хитин и Хитозан дяцетилиране

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018) заключават в проучването си, че ултразвуковата деацетилация се е доказала като решаващ пробив, превръщайки β-хитин в хитозан с 83–94% деацетилиране при намалени температури на реакция. Картината вляво показва SEM изображение на ултразвуково деацетилиран хитозан (90 W, 15 мин, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: mL) (картина и проучване: © Zhu et al., 2018)
В техния протокол разтворът NaOH (20 w/v %) е приготвен чрез разтваряне на naOH люспи във вода DI. След това алкалният разтвор е добавен към GLSP утайка (0,5 g) при твърдо-течно съотношение 1:20 (g: mL) в центрофужна тръба. Chitosan е добавен към NaCl (40 mL, 0,2 M) и оцетна киселина (0,1 M) при съотношение на обема на разтвора 1:1. След това суспензията е била подложена на ултразвук при лека температура от 25°C за 60 мин с помощта на ултразвуков инструмент тип сонда (250W, 20kHz). (cf Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) установи, че скоростта на разграждане за разтвори на хитозан е рядко засегната от концентрациите на киселина, използвана за разтворимост на полимера и до голяма степен зависи от температурата, интензивността на ултразвуковите вълни и йонната здравина на носителя, използван за разтваряне на полимера. (срв. Pandit et al., 2021)

В друго проучване, Жу и др. (2019) използва ganoderma lucidum spore прахове като гъбична суровина и изследва ултразвуково‐подпомагано деацетилиране и ефектите от параметрите на обработка като ултразвуково време, твърдо съотношение‐към‐течност, концентрация на NaOH, и мощност на облъчване върху степента на деацетилиране (ДД) на хитозан. Най-високата DD стойност е получена при следните ултразвукови параметри: 20 мин ултразвук при 80W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Повърхностната морфология, химическите групи, термичната стабилност, и кристалността на ултразвуково получения хитозан бяха изследвани с помощта на SEM, FTIR, TG, и XRD. Изследователският екип отчита значително подобрение на степента на деацетилиране (ДД), динамичен вискозитет ([η]) и молекулно тегло (Mv ̄) на ултразвуково произвеждания хитозан. Резултатите подчертаха ултразвуковата техника на деацетилиране на гъбичките силно мощен производствен метод за хитозан, който е подходящ за биомедицински приложения. (срв. Жу и др., 2019)

Chitins and chitosans from mushroom can be efficiently extracted using probe-type ultrasonication.

SEM изображения на хитини и хитозани от два вида гъби: а) Читин от L. vellereus; б) Хитин от P. ribis; в) Хитосан от L.vellereus; г) хитозан от P. ribis.
картина и проучване: © Erdoğan et al., 2017

Industrial ultrasonic tank reactor with high-performance ultrasonic probe for chitin deacetylation

Ултразвуков реактор с Ултразвукова сонда 2000W (сонотрод) за екстракция с хитин от гъби и последваща деполимеризация / деацетилиране

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Превъзходно качество на Хитозан с ултразвукова дяцетилация

Ултразвуково задвижваните процеси на екстракция и деполимеризация на хитин / хитозан са прецизно контролируеми и ултразвуковите параметри на процеса могат да бъдат коригирани към суровините и целевото качество на крайния продукт (напр., молекулно тегло, степен на деацетилиране). Това позволява да се адаптира ултразвуковият процес към външни фактори и да се зададат оптимални параметри за превъзходен изход и ефективност.
Ултразвуково деацетилираният хитозан показва отлична бионаличност и биологична съвместимост. Когато ултразвуково приготвените хитозанови биополимери се сравняват с термично получения хитозан по отношение на биомедицинските свойства, Ултразвуково произведеният хитозан проявява значително подобрена фибробластна (L929 клетка) жизнеспособност и засилена антибактериална активност както за Escherichia coli (E. coli) така и за Staphylococcus aureus (S. aureus).
(срв. Жу и др., 2018)

Как работи ултразвуковата екстракция и деацетилиране на читин?

Когато мощност ултразвукови вълни са двойки в течност или течен тор (например, суспензия, състояща се от хитин в разтворител), ултразвуковите вълни пътуват през течността причинява редуващи се цикли с високо налягане / ниско налягане. По време на цикли с ниско налягане се създават минутни вакуумни мехурчета (т.нар. кавитационни мехурчета), които растат в продължение на няколко цикъла на налягане. При определен размер, когато мехурчетата не могат да абсорбират повече енергия, те имплодира бурно по време на цикъл с високо налягане. Имплозията на балона се характеризира с интензивни кавитационно (или сономеханични) сили. Тези сономеханични условия се срещат локално в кавитационната гореща точка и се характеризират с много високи температури и налягания съответно до 4000K и 1000atm; както и съответните диференциали на висока температура и налягане. Генерират се Фуртехрмор, микро-турбуленти и течни потоци с прилози до 100м/сек. Ултразвуковата екстракция на хитин и хитозан от гъбички и ракообразни, както и хитиновата деполимеризация и деацетилиране са причинени главно от сономеханични ефекти: възбудата и турбулентите нарушават клетките и насърчават масовия трансфер и могат също да режат полимерни вериги в комбинация с кисели или алкални разтворители.
Работен принцип на екстракцията на хитин чрез ултразвукова обработка: Ултразвуковата екстракция ефективно разбива клетъчната структура на гъбите и освобождава вътреклетъчните съединения от клетъчната стена и клетъчния интериор (т.е., полизахариди като хитин и хитозан и други биоактивни фитохимикали) в разтворителя. Ултразвуковата екстракция се основава на работния принцип на акустична кавитация. Ефектите на ултразвукова / акустична кавитация са сили с високо срязване, турбуленти и интензивни диференциали на налягането. Тези сономеханични сили разбиват клетъчни структури като хитинните гъбни клетъчни стени, насърчават масовия трансфер между гъбички биоматериал и разтворител и водят до много високи добиви на екстракти в рамките на бърз процес. Освен това, sonication насърчава стерилизацията на екстракти чрез убиване на бактерии и микроби. Микробната инактивация чрез ултразвук е резултат от разрушителните кавитативни сили към клетъчната мембрана, производството на свободни радикали и локализирано отопление.
Работен принцип на деполимеризация и деацетилиране чрез ултразвук: Полимерните вериги са уловени в полето за срязване около балон и верижните сегменти на полимерната бобина в близост до срутване на кухината ще се движат с по-висока скорост от тези, които са по-далеч. След това се произвеждат напрежения върху полимерната верига поради относителното движение на полимерните сегменти и разтворители и те са достатъчни, за да причинят разцепване. По този начин процесът е подобен на други ефекти на срязване в полимерните разтвори ~2° и дава много сходни резултати. (срв. Цена et al., 1994)

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Високопроизводително ултразвуково оборудване за гъбична обработка на читин и хитозан

Ултразвуково деацетилиране на чиция на хитозан

Сканиране на електронна микроскопия (SEM) изображения в увеличение на 100 × на а) гладини, б) ултразвук третирани гладини, с) β-Хитин, г) ултразвук третирани β-Хитин, и д) хитозан (източник: Preto и Ал. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiФрагментацията на хитин и децетилирането на хитин до хитозан изисква мощно и надеждно ултразвуково оборудване, което може да достави високи амплитуди, предлага прецизна контролируемост над параметрите на процеса и може да се управлява денонощно при тежко натоварване и в взискателни среди. Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics изпълнява надеждно тези изисквания. Освен изключителната ултразвукова производителност, ultrasonicators Hielscher се похвали с висока енергийна ефективност, което е значително икономично предимство – особено когато са наети на търговско широкомащабно производство.
Ultrasonicators Hielscher са високопроизводителни системи, които могат да бъдат оборудвани с аксесоари като сонотроди, Бустери, реактори или поточни клетки, за да съответстват на вашите нужди от процеси по оптимален начин. С цифров цветен дисплей се гарантира опцията за предварително задаване на sonication писти, автоматично записване на данни на интегрирана SD карта, дистанционно управление на браузъра и много повече функции, най-висок контрол на процеса и удобство за потребителя. Сдвоени със здравина и тежък товароносимост, ултразвуковите системи Hielscher са вашият надежден работен кон в производството. 
Фрагментацията и деацетилацията на хитин изисква мощен ултразвук, за да се получи целевото преобразуване и краен хитозан продукт с високо качество. Особено за разпокъсаността на люспите хитин и стъпките за деполимеризация / деацетилиране, високите амплитуди и повишените налягания са от решаващо значение. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics лесно доставят много високи амплитуди. Амплитуди до 200μm могат непрекъснато да се изпълняват в 24/7 работа. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотродове. Мощността на ултразвуковите системи Hielscher позволяват ефективна и бърза деацетилация в безопасен и удобен за потребителя процес.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Партида том Дебит Препоръчителни Devices
1 до 500mL 10 до 200 ml / мин UP100H
10 до 2000mL 20 до 400 ml / мин Uf200 ः т, UP400St
00,1 до 20L 00,2 до 4 л / мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
п.а. 10 до 100 L / мин UIP16000
п.а. по-голям струпване на UIP16000

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.