Chitin i Chitosan Production iz Gljiva

Ultrasonikacija je visoko efikasna metoda za oslobađanje chitina i chitosana iz gljivicnih izvora kao što su gljive. Chitin i chitosan moraju biti deacetylated u down-stream obradi kako bi se dobio visokokvaliteten biopolimer. Ultrazvučno asistiran deacetilacija je vrlo učinka, jednostavna i brza tehnika, što rezultira visokokvalitetnim chitosanima s visokom molekularnom težinom i vrhunskom bioraspoloženošću.

Chitin i Chitosan iz Gljiva

Jestive i ljekovite gljive kao što su Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi ili reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (gumb gljive), Hericium erinaceus (lavlja griva), Cordyceps sinensis (gusjenica gljivice), Grifola frondosa (kokoška od drveta), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, puretina) i mnoge druge vrste gljivica se široko koriste kao hrana i za ekstrakciju bioaktivnih spojeva. Ove gljive kao i prerada zaostala (otpad od gljiva) mogu se koristiti za proizvodnju chitosana. Ultrasonikacija ne samo da promiče oslobađanje chitina iz strukture zida gljivične ćelije, već i pokreće preračunavanje chitiona u vrijedan chitosan putem ultrazvučne depolimerizacije.

Ultrasonični Deacetilacija u Chitin-u

Deacetilacija chitin-a na chitosan je unapređena sonicacijom

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ultrasonication se koristi za izdvajanje chitina iz gljiva. Nadalje, ultrazvuk promiče deacetilacija chitina kako bi se dobio chitosan.

Ultrasonication je brza i blaga metoda ekstrakcije za proizvodnju visokokvalitetnog ekstrakta gljiva. U videu, UP400St se koristi za vađenje polisaharida iz jestivih gljiva.

Vađenje hladne gljive koristeći UP400St sa 22mm sonda

chitin, koji je N-acetilglukozaminski polimer (poli-(β-(1–4)-N-acetil-D-glukozamin), je prirodno javljajući polisaharid koji se naširoko može naći u egzoskeletu invertebranata kao što su rak i insekti, Unutrašnji kostur lignje i sipa kao i ćelijske zidove gljivica. Ugrađen u strukturu zidova ćelija gljiva, chitin je odgovoran za oblik i krutost zida gljivične ćelije. Za mnoge primjene, chitin se pretvara u njegov deacetilirani derivat, poznat kao chitosan putem procesa depolimerizacije.
chitosan je najčešći i najvredniji derivat chitina. To je polisaharid visoke molekularne težine povezan sa b-1,4 glycoside, koji se sačinjava iz N-acetil-glukozamina i glukozamana.
Chitosan se može dobiti putem hemijskih ili enzima NDeacetilacija. U hemijski pogonjenom procesu deacetilacije, grupa acetila (R-NHCOCH3) je isecan jakim alkalijama na visokim temperaturama. Alternativno, chitosan se može sintetizirati putem enzimatske deacetilacije. Međutim, na industrijskoj proizvodnom skali hemijska deacetilacija je preferentna tehnika, s obzirom da je enzimska deacetilacija znatno manje efikasna zbog visokih troškova enzima deacetilaze i dobivenih niskih prinosa kitozana. Ultrasonication se koristi za intenziviranje hemijske degradacije (1→4)-/β-linkage (depolymerization) i efekt deacetylation chitina da dobije visokokvalitetne chitosan. Kada se sonication primjenjuje kao predliječenje za enzimsku deacetilaciju, poboljšava se i prinos chitosana i kvaliteta.

Industrijska Chitosan Proizvodnja iz Gljiva sa ultrazvuka

Komercijalna proizvodnja chitina i chitosana se uglavnom zasniva na otpadu od morskih industrija (dakle ribolova, berbe školjki i dr.). Različiti izvori sirovine rezultiraju različitim kvalitetima chitina i chitosana, što je rezultat proizvodnje i kolebanja kvaliteta zbog sezonskih varijacija ribolova. Nadalje, chitosan izveden iz gljivicnih izvora nudi navodno superiorna svojstva poput homogene polimerne dužine i veće rastvorljivosti u usporedbi s chitosanom iz morskih izvora. (cf. Ghormade et al., 2017) Da bi se snabdeo uniformnim chitosanom, vađenje chitina iz gljivične vrste postalo je stabilna alternativna proizvodnja. Proizvodnja chitina i citiosana od gljivica može se lako i pouzdano postići pomoću ultrazvučne tehnologije ekstrakcije i deacetilacije. Intenzivna sonikacija remeti ćelijske strukture za oslobađanje chitina i promiče masovni prijenos u vađenim otapačima za superiorne chitin prinose i efikasnost izvlačenja. Naknadno ultrazvučno deacetilacija pretvara chitin u vrijedan chitosan. Oba, ultrazvučna ekstrakcija chitina i deacetylation na chitosan može biti linearly scaled na bilo koji komercijalni nivo proizvodnje.

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

Sonication intenzivira proizvodnju gljivične chitosan i čini proizvodnju efikasnijim i ekonomičnijim.
(slika i studija: © Zhu et al., 2019)

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

ultrasonicator UP400St za ekstrakciju gljiva: Sonication daje visoke prinose bioaktivnih spojeva kao što su polisaharidi chitin i chitosan

Visoko efikasna chitosan sinteza preko Sonication

Da bi se prevazišli nedostatci (dakle, niska efikasnost, visoki troškovi energije, dugo vrijeme obrade, otrovna otapale) tradicionalne hemijske i enzimske deaketlizacije chitina, ultrazvuk visokog inteziteta je integrisan u chitin i chitosan obradu. Sonikacija visokog inteziteta i rezultirajući efekti akustičke kavitacije vode do brze cijepanja polimernih lanaca i smanjuju polidisperzitet i time promiču sintezu chitosana. Nadalje, ultrazvučne sile smicanja pojačavaju prijenos mase u otopini tako da se poboljšaju hemijska, hidrolitička ili enzimska reakcija.

Ultrazvučno asistiran hemijska deacetilacija i depolimerizacija

Pošto je chitin nereaktivan i neraskidiv biopolimer, mora se podvući procesnim koracima demineralizacije, deproteinizacije i depolimerizacije / deacetilacije kako bi se dobio rastvorljiv i bioacesibilni chitosan. Ovi procesni koraci uključuju tretmane sa jakim kiselinama kao što su HCl i jake baze kao što su NaOH i KOH. Kako su ovi konvencionalni procesni koraci neefikasni, spori i zahtijevaju visoke energije, intenziviranje procesa sonikacija značajno poboljšava proizvodnju chitosana. Primjena power-ultrazvuka povećava prinose i kvalitetu chitosana, smanjuje proces sa dana na nekoliko sati, omogućava blaža otapića, a cijeli proces čini energetski efikasnijim.

Ultrazvučno poboljšana deproteinizacija Chitina

Vallejo-Dominguez et al. (2021) je u svojoj istrazi deproteinizacije chitina otkrio da je "primjena ultrazvuka za proizvodnju biopolymera smanjila sadržaj proteina kao i veličinu čestica chitina. Chitosan visokog stepena deacetilacije i srednje molekularne težine proizveden je kroz pomoć ultrazvuka.

Ultrazvučna hidroliza za Chitin Depolymerization

Za hemijsku hidrolizu, ili kiseline ili alkalije se koriste za deacetilacija chitina, međutim alkalna deacetilacija (npr. natrij hidroksid NaOH) se širi koristi. Hidroliza kiseline je alternativna metoda tradicionalnoj hemijskoj deacetilaciji, gdje se rastvori organske kiseline koriste za depolimerizu chitina i chitosana. Metoda kisele hidrolize se uglavnom koristi kada molekularna težina chitina i chitosana mora biti homogena. Ovaj konvencionalni proces hidrolize poznat je kao spor i energetski- i trošno intenzivan. Zahtjev jakih kiselina, visokih temperatura i pritisaka su faktori koji hidrolitski chitosan proces pretvaraju u vrlo skup i dugovječan postupak. Korištene kiseline zahtijevaju nizvodne procese kao što su neutralizacija i desalting.
Sa integracijom ultrazvuka velike snage u proces hidrolize, zahtjevi temperature i pritiska za hidrolitski dekolte chitina i chitosana mogu se značajno spustiti. Nadalje, sonication omogućava niže koncentracije kiselina ili korištenje blažih kiselina. To čini proces održivijim, efikasnijim, troškovno učinkovitijim i ekološki držačijim.

Ultrazvučno asistiran hemijska deacetilacija

Hemijska dezintegracija i deaktejlacija chitina i chitosana se uglavnom postiže tretirajući chitin ili chitosan mineralnim kiselinama (npr. klorovodikovom kiselinom HCl), natrijevim nitritom (NaNO)2), ili vodikov peroksid (H2The2). Ultrazvuk poboljšava stopu deacetilacije i time skrati vrijeme reakcije potrebno za dobivanje ciljanog stepena deacetilacije. To znači da sonikacija smanjuje potrebno vrijeme obrade od 12-24 sata na nekoliko sati. Nadalje, sonication omogućava znatno niže hemijske koncentracije, na primjer 40% (w/w) natrijev hidroksid koristeći sonication dok je 65% (w/w) potrebno bez upotrebe ultrazvuka.

Ultrazvučno-enzimska deacetilacija

Dok je enzimska deacetilacija blag, ekološki dobroćudan oblik obrade, njegova efikasnost i troškovi su neekonomski. Zbog složene, radne intenzivne i skupe nizvodne izolacije i pročišćavanja enzima iz završetka proizvoda, enzimska deacetilacija chitina se ne provodi u komercijalnoj proizvodnji, već se koristi samo u naučno-istraživačkoj laboratoriji.
Ultrazvučni pred-tretman prije enzimske deaketlitacije fragmenti chitin molekule time uvećanje površinu i čini više površine dostupnim za enzime. Sonication visokih performansi pomaže u poboljšanju enzimatske deacetilacije i čini proces ekonomskim.

Rezultati istraživanja za ultrazvučni Chitin i Chitosan Deacetylation

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018) zaključuje u svojoj studiji da se ultrazvučna deacetilacija dokazala kao presudan napredak, pretvarajući β-chitin u chitosan sa 83-94% deacetylation na smanjenim temperaturama reakcije. Slika lijevo prikazuje SEM sliku ultrazvučno deacetylated chitosan (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (slika i studija: © Zhu et al., 2018)
U svom protokolu, NaOH rješenje (20 w/v %) pripremljeno je rastvaranjem NaOH pahuljica u DI vodi. Kalkalna otopina je potom dodana GLSP sedimentu (0,5 g) u čvrsto-tekućem omjeru 1:20 (g: mL) u centrifugnu cijev. Chitosan je dodat u NaCl (40 mL, 0,2 M) i ocetnu kiselinu (0,1 M) u omjeru volumena otopine 1:1. Suspenzija je tada bila podvrgnuta ultrazvuku na blagoj temperaturi od 25°C 60 min pomoću ultrasonikatora tipa sonde (250W, 20kHz). (cf Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) je otkrio da je stopa degradacije za otopine chitosana rijetko pogođena koncentracijama kiseline iskorištene za rastvaranje polimera i u velikoj su mjerodavnosti od temperature, jačine ultrazvučnih valova i ionske jačine medija koji se koriste za rastvaranje polimera. (cf. Pandit et al., 2021)

U drugoj studiji, Zhu et al. (2019) je koristio Ganoderma lucidum spore pudere kao gljivičnu sirovinu i istraživao ultrazvučno-asistiranu deacetilaciju i učinke parametara obrade kao što su vrijeme sonication, solid-to-tequid ratio, NaOH koncentracija, i moć ozračivanja na stepen deacetylation (DD) chitosan. Najviše DD vrijednosti dobiveno je na sljedećim ultrazvučnim parametrima: 20 min sonication na 80W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Površinska morfologija, hemijske grupe, toplinska stabilnost i kristaličnost ultrazvučno dobivenog chitosana su ispitani pomoću SEM, FTIR, TG i XRD. Istraživački tim javlja značajno poboljšanje stepena deacetilacije (DD), dinamičke viskoznosti ([η]) i molekularne težine (Mv 1) ultrazvučno proizvedenog chitosana. Rezultati su podvukli ultrazvučnu tehniku deacetilacije gljivica visoko potentnu proizvodnu metodu za chitosan, koja je pogodan za biomedicine primjene. (cf. Zhu et al., 2019)

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

SEM slike chitina i chitosans iz dvije vrste gljiva: a) Chitin iz L. vellereus; b) Chitin iz P. ribis; c) Chitosan iz L.vellereus; d) chitosan iz P. ribis.
slika i studija: © Erdoğan et al., 2017

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

Ultrazvučni reaktor sa Ultrazvučna sonda 2000W (sonotrode) za ekstrakciju chitina iz gljiva i naknadno depolimerizaciju / deacetilaciju

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Superior Chitosan Quality sa ultrazvučnom deacetylation

Ultrazvučno pogoneni procesi ekstrakcije chitina / chitosana i depolimerizacije su precizno kontrolisani i ultrazvučni procesni parametri mogu se prilagoditi sirovinama i ciljanom kvalitetu proizvoda (npr. molekularna težina, stepen deacetilacije). To omogućava prilagođavanje procesa ultrazvuka vanjskim faktorima i postavljenje optimalnih parametara za superiorni ishod i efikasnost.
Ultrazvučno deacetylated chitosan pokazuje izvrsnu biodostupnost i biokompatibilnost. Kada se ultrazvučno pripremljeni chitosan biopolymers uporede s termički izvedenim chitosanom u vezi sa biomedicinskim svojstvima, ultrazvučno proizvedeni chitosan pokazuje značajno poboljšanu fibroblastnu (L929 ćeliju) održivost i pojačanu antibakterijsku aktivnost i za Escherichia coli (E. coli) i Staphylococcus aureus (S. aureus).
(cf. Zhu et al., 2018)

Kako radi ultrazvučna ekstrakcija i deacetylation of Chitin?

Kada su ultrazvučni valovi snage parovi u tekućinu ili mulj (npr. suspenzija koja se sastoji od chitina u otapiću), ultrazvučni valovi putuju kroz tekućinu uzrokujući naizmjenični ciklus visokog tlaka / niskog tlaka. Tokom ciklusa niskog pritiska stvaraju se minutni vakuumski mehurići (zvani kavitacioni mjehurići) koji rastu preko nekoliko ciklusa pritiska. U određenoj veličini, kada mehurići ne mogu apsorbirati više energije, impliraju nasilno tokom ciklusa visokog pritiska. Imploziju mjehurića karakteriziraju intenzivne kavitacione (ili sonomehanske) sile. Ovi sonomehanički uslovi se javljaju lokalno u kavitacionoj žarišnoj tački i karakteriziraju ih vrlo visoke temperature i pritisci do 4000K odnosno 1000atm; kao i odgovarajuće diencijale visoke temperature i pritiska. Furtehrmore, mikro turbulencije i tekući potoci sa brzinama do 100m/s su generirani. Ultrazvučna ekstrakcija chitina i chitosana iz gljivica i crustaceana kao i chitin depolymerization i deacetylation uglavnom su uzrokovani sonomehanskim učincima: agitacija i turbulencije remete ćelije i promiču prijenos mase i također mogu rezati polimerne lance u kombinaciji s kiselim ili alkalnim otapačima.
Radni princip ekstrakcije chitina putem ultrazvuka: Ultrazvučna ekstrakcija efikasno razbija ćelijsku strukturu gljiva i oslobađa unutarćelijske spojeve iz ćelijskog zida i ćelijske unutrašnjosti (dakle, polisaharide kao što su chitin i chitosan i druge bioaktivne fitokemikalije) u otapao. Ultrazvučna ekstrakcija se zasniva na radnom principu akustiиne kavitacije. Efekti ultrazvučne / akustičke kavitacije su sile visokog smicanja, turbulencije i intezivni pritisak differentials. Ove sonomehanske sile razbijaju ćelijske strukture kao što su zidovi ćelija gljiva, promovišu masovni prijenos između biomaterijala gljivica i otapila i rezultiraju vrlo visokim prinosima ekstrakta unutar brzog procesa. Osim toga, sonication promovira sterilizaciju ekstrakta ubijanjem bakterija i mikroba. Mikrobna inaktivacija sonikacijom je rezultat destruktivnih kavitacionih sila ćelijske membrane, proizvodnje slobodnih radikala i lokaliziranog grijanja.
Radni princip depolimerizacije i deacetilacija putem ultrasonication: Polimerni lanci su uhvaćeni u smicenom polju oko mjehurića i lančani segmenti polimernog zamotaja u blizini urušavajuće šupljine će se kretati većom brzinom od onih dalje. Stresovi se zatim proizvode na polimernom lancu zbog relativnog kretanja polimernih segmenata i otapa i to je dovoljno da izazovu dekolte. Proces je tako sličan drugim sricajućim efektima u polimernim otopinama ~2° i daje vrlo slične rezultate. (cf. Price et al., 1994)

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrazvučna oprema visokih performansi za gljivičnu chitin i chitosan obradu

Ultrasonični deacetilacija u čokoi.

Skeniranje slika elektrona mikroskopija (SEM) u uvećanje od 100 na a) gladius, b) su gladius, c) β-chitin, d) ultrazvuk, β-chitin, i e) chitosan (izvor: preto Et Al. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiFragmentacija chitina i decetilacija chitina na chitosan zahtijeva snažnu i pouzdanu ultrazvučnu opremu koja može isporučiti visoke amplitude, nudi preciznu kontrolnost nad parametrima procesa i može se upravljati 24/7 pod teškim teretom i u zahtjevnim okruženjima. Hielscher Ultrasonicsov proizvodni raspon pouzdano ispunjava ove zahtjeve. Osim izvanrednih ultrazvučnih performansi, Hielscher ultrasonicators se može hvaliti visokim energetskim efikasnostima, što je značajna ekonomska prednost – posebno kada se zapošljavaju na komercijalnoj proizvodnji velikih razmjera.
Hielscher ultrasonicators su sistemi visokih performansi koji mogu biti opremljeni priborom kao što su sonotrodi, boosteri, reaktori ili protočni ćelije kako bi odgovarali vašim potrebama procesa na optimalan način. Uz digitalni prikaz boja, osigurana je opcija za predodređenje sonication runova, automatsko snimanje podataka na integrisanoj SD kartici, daljinska kontrola preglednika i mnogo više funkcija, najviše kontrole procesa i korisničko-ljubaznost. U paru sa robusnošću i teškim nosivim kapacitetom, Hielscherovi ultrazvučni sistemi su vaš pouzdani konj na poslu u proizvodnji. 
Fragmentacija chitina i deacetilacija zahtijeva snažan ultrazvuk kako bi se dobila ciljana konverzija i konačni chitosan proizvod visokog kvaliteta. Posebno za fragmentaciju chitin pahuljica i koraka depolimerizacije / deacetilacije, visoke amplitute i povišeni pritisci su presudni. Hielscher Ultrasonicsovi industrijski ultrazvučni procesori lako isporučuje vrlo visoke amplitude. Amplitute do 200μm mogu se kontinuirano pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Kapacitet snage Hielscher ultrazvučnih sistema omogućava efikasnu i brzu deacetilaciju u sigurnom i korisnički prijateljskom procesu.
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Batch Volumen protok Preporučeni uređaji
1 do 500ml 10 do 200ml / min UP100H
10 do 2000mL 20 do 400mL / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100l 2 do 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 do 100L / min UIP16000
N / A. veći klaster UIP16000

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite formular ispod da Zatražit dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da diskutujemo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrazvučni sistem.









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.



Književnost/reference


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.