Ултразвукова деацетилиране на Хитин до хитозан
Ултразвукова производство на хитозан
Хитозан се получава чрез N-деацетилиране на Хитин. В конвенционалната деацетилиране, Хитин се накисва във водни алкални разтворители (обикновено 40 до 50% (w/w) NaOH). Накисване процес изисква високи температури от 100 до 120 º C е много отнема много време, докато добивът на хитозан, получени за накисване стъпка е ниска. Прилагането на висока мощност ултразвук усилва процеса на деацетилиране на Хитин значително и води до висок добив на ниско молекулно тегло хитозан в бързо лечение при по-ниска температура. Ултразвукови резултати деацетилиране в превъзходно качество хитозан, който се използва като храна и Фарма съставка, като тор и в много други промишлени приложения.
Резултатите от Ултразвуковото лечение в изключителна степен на ацетилиране (DA) на Хитин понижават степента на ацетилиране на Хитин от DA ≥ 90 до хитозан с DA ≤ 10.
Много научни изследвания потвърждават ефективността на ултразвукова Хитин деацетилиране на хитозан. Вайс J. et al. (2008) установи, че ултразвук подобрява превръщането на Хитин в хитозан драстично. Ултразвуковото лечение на Хитин идва със значително спестяване на време, намалявайки необходимото време на процеса от 12-24 часа до няколко часа. Освен това е необходим по-малко разтворител, за да се постигне пълно преобразуване, което понижава въздействието върху околната среда от изхвърлянето и изхвърлянето на отработения или нереагираният разтворител, т. е. концентрирания NaOH.
Деацетилиране на Хитин за хитозан се насърчава чрез ултразвук
UIP4000hdT – 4kW мощност ултразвукова система
Принцип на работа на ултразвуков хитозан лечение
Висока мощност, нискочестотна ултразвук (кухина от 20-26kHz) създава акустична кавитация в течности и шламове. Ултразвукът с висока мощност спомага за превръщането на хитозана в хитозан като разтворител (например NaOH) фрагменти и прониква в твърдите хитинови частици, като по този начин разширява площта на повърхността и подобрява трансфера на маса между твърда таи течна фаза. Освен това, високите сили на срязване на ултразвукова кавитация създават свободни радикали, които увеличават реактива на реагента (т.е. NaOH) по време на хидролиза. Като техника за нетермична обработка, ултразвукът предотвратява термичното разграждане, което произвежда висококачествен хитозан. Ултразвуково време за съкращаване на обработка, необходими за извличане на хитин от ракообразни, както и добив хитин (и по този начин впоследствие хитозан) с по-висока чистота в сравнение с традиционните условия на обработка. За производството на хитин и хитозан, ултразвукът има потенциал да намали производствените разходи, да намали времето за обработка, да позволи по-добър контрол на производствения процес и да намали въздействието върху околната среда на отпадъците от процеса.
- По-висок добив на хитозан
- Превъзходно качество
- Намалено време
- Долна температура на процеса
- Повишена ефективност
- лесно & безопасна експлоатация
- природосъобразно
Ултразвуков Хитин Декетирането на хитозан – протокол
1) Подгответе читин:
Използването на раци черупки като изходен материал, Раковините раци трябва да бъдат старателно измити, за да се отстранят всички разтворими органични вещества и полепнали примеси, включително почва и протеин. След това материалът на черупката трябва да бъде напълно изсушен (например при 60 º C за 24h в пещ). След това изсушените черупки се смляват (напр. с помощта на мелница за чук), депротеинизирано в алкална среда (напр. NaOH при a conc. от 0,125 до 5,0 M) и деминерализирана в киселина (напр. разредена солна киселина).
2) ултразвукова деацетилиране
За да стартирате типична ултразвукова реакция на деацетилиране, бета-Хитин частици (0,125 мм < д < 0.250 mm) се суспендира в 40% (w/w) воден разтвор NaOH при съотношение бета-хитин/NaOH воден разтвор на 1/10 (g ml-1), суспензията се прехвърля в двойна стена стъклена чаша и се обработва с ултразвук с помощта на Hielscher UP400St ултразвуков хомогенизатор. Следните параметри (срв. Fiamingo и Ал. 2016) се държат постоянно при извършване на ултразвукова Хитин деацетилация реакция: (i) ултразвукова сонда (ултразвуков Hielscher S24d22D, диаметър на върха = 22 мм); (II) режим на импулсно ултразвук (IP = 0.5 sec); III) интензитет на ултразвукова повърхност
(I = 52,6 W cm-2), IV) температура на реакцията (60 º C ± 1 º C), v) време за реакция (50 min), (VI) съотношение бета-Хитин тегло/обем от 40% (w/w) воден натриев хидроксид (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); VII) обем на бета-Хитин суспензия (50mL).
Първата реакция протича за 50 мин при постоянно магнитно разбъркване и след това се прекъсва чрез бързо охлаждане на суспензията до 0 º c. След това се добавя разредена солна киселина, за да се достигне pH 8,5 и пробата CHs1 се изолира чрез филтрация, екстензивно се измива с дейонизирана вода и се изсушава при околни условия. Когато същата ултразвукова деацетилиране се повтаря като втора стъпка към CHs1, тя произвежда проба CHs2.
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)
Установено е, че ултразвукова деацетилиране на бета-Хитин ефективно произвежда високо молекулно тегло хитозан с ниска степен на ацетилиране нито използване на добавки, нито инертен атмосфера, нито дълго време за реакция. Въпреки че ултразвуковата реакция деацетилиране се извършва при по-леки условия – т. е. ниска температура на реакцията в сравнение с повечето термохимични деацетилации. Ултразвуковата деацетилиране на бета-Хитин позволява приготвянето на произволно деацетилирани хитозан, притежаващи променлива степен на ацетилиране (4% ≤ DA ≤ 37%), средно тегло на молекулното тегло (900 000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1 200 000 g mol-1 ) и ниско дисперсност (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4), като се извършват три последователни реакции (50 min/Step) при 60 º C.
Висока мощност ултразвукови процесори от лаборатория за пилот и промишлен мащаб.
Високопроизводителните ултразвукови системи за производство на хитозан
Фрагментирането на Хитин и декетирането на Хитин към хитозан изисква мощно и надеждно Ултразвуково оборудване, което може да достави високи усилди, предлага прецизна управляемост над параметрите на процеса и може да се експлоатира 24/7 при тежки натоварвания и в взискателни среди. Hielscher ултразвук продуктова гама да получите и вашите изисквания на процеса, обхванати. Hielscher ultrasonicators са системи с висока производителност, които могат да бъдат оборудвани с аксесоари като синсиноди, бустери, реактори или поток клетки, за да отговарят на вашите нужди на процеса по оптимален начин.
С цифров цветен дисплей, опцията за предварително зададени обработка с ултразвук, автоматично записване на данни на интегрирана SD карта, дистанционно управление на браузъра и много повече функции, най-голям контрол на процеса и удобство на потребителите са гарантирани. Сдвоени с здравина и тежки натоварване-носеща способност, Hielscher ултразвукови системи са Вашият надежден работа кон в производството.
Хитин фрагментиране и деацетилиране изисква мощен ултразвук, за да се получи целевото преобразуване и окончателен хитозан продукт с високо качество. Особено за фрагментацията на хитовите люспи, високите усилни натоварвания и повишеният натиск са от решаващо значение. Hielscher ултразвук’ промишлени ултразвукови процесори лесно доставят много високи усилващи. Усилите до 200 μm могат да се изпълняват непрекъснато в 24/7 операция. За дори по-високи усилки, персонализирани ултразвукови синсинсинди са на разположение. Капацитетът на мощността на Hielscher ултразвукови системи позволяват ефективно и бързо деацетилиране в безопасен и лесен за употреба 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!
Позоваването литература /
- Бунару е., Столерю е., Бребу м. а., Darie-ИТА Р.Н., Барган а., Василе C. (2019): хитозан-базирани Бионанкомпозитни филми, подготвени чрез емулсия техника за съхранение на храна. Материали 2019, 12 (3), 373.
- Фидинго а., де Мура Делзюк J.A., Тромбоето Св. Дейвид л., Кампана-Филхо S.P. (2016): Екстензивно деацетилирано високо молекулно тегло хитозан от мултистъпката ултразвук с помощта на деацетилиране на бета-Хитин. Ултразвук Ехохимия 32, 2016. 79 – 85.
- Kjartansson, г., Ву, т., Зиванович, с., Вайс, J. (2008): социнно-асистирана конверсия на Хитин в хитозан, национална изследователска инициатива за Министерство на разследванията, Ню Орлиънс, ла, 28 юни.
- Kjartansson, г., Кристбергсон, к. Zivanovic, с., Вайс, J. (2008): влияние на Температурата по време на деацетилиране на Хитин в хитозан с висока интензивност ултразвук като предварителна обработка, годишна среща на Института по хранителни технолози, Ню Орлиънс, LA, 30-ти юни, 95-18.
- Kjartansson, г., Кристбергсон, к., Зиванович, с., Вайс, J. (2008): влияние на ултразвук с висока интензивност, за да се ускори превръщането на Хитин в хитозан, годишната среща на Института по хранителни технолози, Ню Орлиънс, LA, 30 юни, 95-17.
- Прето M.F., Кампана-Филхо S.P., Fiamingo а., Cosentino I.C., Тенари-Zampieri ЕМ си, Абеса Д.М.С., Ромеро А.Ф., Bordon I.C. (2017): Гладиус и неговите производни като потенциални биорбенти за морско дизелово масло. Наука за околната среда и изследване на замърсяването (2017) 24:22932 – 22939.
- Wijesena Р.Н., Tissera N., Канангара И.И., Lin Y., Amaratunga Г.А.Ж., de Silva К.М.Н. (2015): Метод за отгоре надолу подготовка на хитозан наночастици и нановлакна. Въглехидратни полимери 117, 2015. 731 – 738.
- Ву, т., Зиванович, с., Хейс, D.G., Вайс, J. (2008). Ефективно намаляване на хитозан молекулно тегло с висока интензивност ултразвук: базов механизъм и ефект на параметрите на обработка. Вестник на селскостопански и хранителни химия 56 (13): 5112-5119.
- Ядав м.; Госвами п.; Паритош к.; Кумар м.; Парек н.; Вивекананд V. (2019): Отпадъци от морски дарове: източник за подготовка на търговски способен Хитин/хитозан материали. Биоресурси и Биообработваща 6/8, 2019.
Факти заслужава да се знае
Как работи Ултразвуковото Хитин Деактииране?
При висока мощност, нискочестотен ултразвук (например, 20-26kHz) се съединява в течност или суспензия, редуващи се цикли с високо налягане/ниско налягане се прилагат към течността, която създава компресия и разреждане. По време на тези редуващи се цикли с високо налягане/ниско налягане се генерират малки мехурчета вакуум, които растат в няколко цикъла на налягане. В момента, когато вакуум мехурчета не могат да абсорбират повече енергия, те колагените насилствено. По време на този балон имплозията се появяват локално много интензивни условия: високи температури до 5000 к, натиск до 2000atm, много високи скорости на нагряване/охлаждане и разлики в налягането възникват. Тъй като динамиката на колапс на балончетата е по-бърза от трансфера на маса и топлина, енергията в срутващата се кухина се ограничава до много малка зона, наречена още "горещо място". Имплозията на балона на кавитация също води до микротурбуленцес, течни струи до 280 м/сек скорост и получените сили на срязване. Това явление е известно като ултразвукова или акустична кавитация.
Капчици и частици в ултразвук течност са разструнни от тези кавитационни сили и когато ускорените частици се сблъскват помежду си, те се разбива от сблъсък на частиците. Акустична кавитация е принцип на работа на ултразвукова фрезоване, диспергиращи, емулгиране и сохимхимия.
За Хитин деацетилиране, ултразвук с висока интензивност се увеличава в областта на повърхността чрез активиране на повърхността и насърчаване на масовия трансфер между частици и реагент.
Хитозан
Хитозан е модифициран катионен, нетоксичен въглехидратен полимер със сложна химична структура, образувана от β-(1,4) глюкозамин единици като основен компонент (>80%) и N-ацетил глюкозамин (<20%), разпределени на случаен принцип по веригата. Хитозанът се получава от хитин чрез химическа или ензимна деацетилация. Степента на деацетилация (DA) определя съдържанието на свободните аминокиселини в структурата и се използва за разграничаване между хитин и хитозан. Хитозан ът показва добра разтворимост в умерени разтворители като разредена оцетна киселина и предлага няколко свободни аминни групи като активни места. Това прави хитозан благоприятно пред хитин в много химични реакции.
Хитозан се оценява с отличната си биосъвместимост и биоразградимост, нетоксичност, добра антимикробна активност (срещу бактерии и гъбички), кислородна непропускливост и свойства на образуване на фолио. За разлика от хитин, хитозан има предимството да бъде водоразтворим и по този начин по-лесен за работа и употреба в състави.
Като втори най-изобилен полизахарид след целулозата, огромното изобилие от хитин го прави евтин а и устойчива суровина.
Производство на хитозан
Хитозан се произвежда в два етапа на процеса. В първата стъпка, суровината, като черупки от ракообразни (т. е. скариди, раци, омари), е депротеинизиран, деминерализиран и пречистен за получаване на Хитин. Във втората стъпка, Хитин се третира със силна основа (напр. NaOH) за отстраняване на ацетилови странични вериги, за да се получи хитозан. Процесът на конвенционалното производство на хитозан е известно, че отнема много време и разходите са интензивни.
Хитин
Читин (C8Н13Най-5Nп е едноверижен полимер на β-1,6-N-ацетилзамин и се класифицира в α-, β-и у-Хитин. Като производно на глюкозата, Хитин е основен компонент на екзотскелетите на членестоноги, като ракообразни и насекоми, радули на мекотели, главовини, и скалите на рибата и лиссамфибианс и могат да бъдат намерени в клетъчните стени на гъбички, също. Структурата на Хитин е сравнима с целулозата, образувайки кристални нанофибрии или мустаци. Целулозата е най-изобилният полизахарид на света, последван от Хитин като втори най-изобилен полизахарид.
Глюкозамин
Глюкозамин (C6Н13НЕ5) е амино захар и важен прекурсор в биохимичния синтез на гликираните протеини и липиди. Глюкозаминът е естествено изобилно съединение, което е част от структурата на полизахариди, хитозан и Хитин, което прави глюкозамин един от най-изобилните монозахариди. Повечето от предлаганите на пазара глюкозамин се произвеждат чрез хидролиза на раковидни екзоскелети, т. е. раци и омари.
Глюкозамин се използва главно като хранителна добавка, където се използва под формата на глюкозамин сулфат, глюкозамин хидрохлорид или N-ацетил глюкозамин. Глюкозамин сулфат добавки се прилагат устно за лечение на болезнено състояние, причинено от възпаление, разбивка и евентуална загуба на хрущял (остеоартрит).