Tecnologia d'ultrasons Hielscher

Desacetilació ultrasònica de Chitina a chitosan

Chitosan és un biopolímer derivat de la quitina que té moltes aplicacions en Pharma, alimentació, agricultura i indústria. La desacetilació ultrasònica de Chitina a Quitosan intensifica el tractament significativament – portant a un procés eficient i ràpid amb un alt rendiment de Quitosan de qualitat superior.

La producció d'ultrasons chitosan

El Quitosan s'obté per la N-desacetilació de quitina. En la desacetilació convencional, quitina es remulla en dissolvents d'alcalins aquosos (típicament 40 a 50% (w/w) NaOH). El procés d'amarat requereix altes temperatures de 100 a 120 º c és molt lent, mentre que el rendiment de Quitosan obtingut per remull pas és baix. L'aplicació d'ultrasons d'alta potència intensifica el procés de desacetilació de la quitina de manera significativa i resulta en un alt rendiment de baix pes molecular Quitosan en un tractament ràpid a menor temperatura. La desacetilació ultrasònica resulta en Quitosan de qualitat superior que s'utilitza com a ingredient alimentari i farmacèutic, com a fertilitzant i en moltes altres aplicacions industrials.
El tractament ultrasònic dóna com a resultat un grau excepcional d'acetilació (da) de quitina disminuint el grau de Chitina d'acetilació de da ≥ 90 a Quitosan amb da ≤ 10.
Molts estudis de recerca confirmen l'eficàcia de la desacetilació de Chitina ultrasònica per chitosan. Weiss J. et al. (2008) va trobar que la sonicació millora la conversió de Chitina a Quitosan dràsticament. El tractament ultrasònic de quitina ve amb estalvis de temps significatius reduint el temps de procés exigit de 12-24 hores a unes quantes hores. A més, es requereix menys dissolvent per aconseguir una conversió completa, que redueix l'impacte ambiental d'haver de descartar i disposar el dissolvent gastat o no reactuat, és a dir, la NaOH concentrada.

Desacetilació ultrasònica de Chitina a chitosan

Desacetilació de Chitina a Quitosan és promogut per sonicació

High-performace ultrasonicador UIP4000hdT per a aplicacions industrials

UIP4000hdT – 4kW sistema d'ultrasons de potència

Sol · licitud d'informació




Tingueu en compte la nostra Política de privacitat.


Principi de treball de tractament ultrasònic chitosan

D'alta potència, ultrasons de baixa freqüència (∼ 20-26kHz) crea cavitació acústica en líquids i slurries. L'ecografia d'alta potència promou la conversió de quitina a Quitosan com el dissolvent (per exemple, NaOH) frageix i penetra en les partícules de quitina sòlides, ampliant així la superfície i millorant la transferència de massa entre la fase sòlida i líquida. A més, les forces de cisallament altes de cavitació ultrasònica creen radicals lliures que augmenten la reactivitat del reactiu (i.e. NaOH) durant hidròlisi. Com una tècnica de processament no tèrmic, sonicació evita la degradació tèrmica que produeix chitosan d'alta qualitat. Ultrasònic escurçar els temps de processament necessaris per extreure la quitina de crustacis, així com el rendiment de la Chitina (i, per tant, posteriorment chitosan), de major puresa en comparació amb les condicions tradicionals de processament. Per a la producció de quitina i chitosan, les ultrasons tenen el potencial per reduir el cost de producció, disminuir el temps de processament, permetre un millor control del procés de producció i reduir l'impacte ambiental dels residus de procés.

Avantatges de la producció d'ultrasons chitosan

  • Major rendiment de chitosan
  • Qualitat superior
  • Temps reduït
  • Menor temperatura del procés
  • Augment de l'eficiència
  • Fàcil & operació segura
  • Respectuós del medi ambient

Ultrasonic Decetilació de Chitin a chitosan – protocol

1) preparar la chitin:
Ús de closques de cranc com a material d'origen, les closques de cranc s'ha de rentar a fons per tal d'eliminar qualsevol orgànics soluble i les impureses adherents, incloent el sòl i les proteïnes. Posteriorment, el material de closca ha d'estar completament sec (per exemple, a 60 º C durant 24h en un forn). Les closques seques són llavors sòl (per exemple, utilitzant un molí de martells), desproteinitzat en un medi alcalí (per exemple, NaOH a un CONC. de 0,125 a 5,0 M), i desmineralitzat en àcid (per exemple, diluir àcid clorhídric).
2) desacetilació ultrasònica
Per executar una típica reacció de deacetylation ultrasònic, partícules beta-quitina (0,125 mm < d < 0.250 mm) are suspended in 40% (w/w) aqueous NaOH at a ratio beta-chitin/NaOH aqueous solution of 1/10(g mL-1), la suspensió es transfereix a un got de vidre de doble paret i és i sonicat mitjançant l'ús d'un Hielscher UP400St homogeneïtzador ultrasònic. Els següents paràmetres (CF. Fiamingo et al. 2016) es mantenen constants a l'efectuar una reacció de deacetilació de quitina ultrasònica: (i) sonda ultrasònica (sonotrodo Hielscher S24d22D, Punta de diàmetre = 22 mm); (II) mode de pols de sonicació (IP = 0,5 seg); (III) intensitat superficial ultrasònica
(I = 52,6 W cm-2), (IV) temperatura de reacció (60 º C ± 1 º C), (v) temps de reacció (50 min), (vi) proporció beta-chitin pes/volum de 40% (w/w) Hidròxid de sodi aquós (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) volum de suspensió beta-chitin (50mL).
La primera reacció és de 50min sota agitació magnètica constant i després es veu interrompuda per refredament ràpid de la suspensió a 0 º C. Després diluir l'àcid clorhídric s'afegeix per aconseguir el pH 8,5 i la Mostra CHs1 està aïllada per filtració, àmpliament rentada amb aigua desionitzada i assecada en condicions ambientals. Quan la desacetilació ultrasònica mateix es repeteix com un segon pas a CHs1, produeix CHs2 de Mostra.

Desacetilació ultrasònica de chition a Quitosan

Les imatges de microscòpia electrònica de rastreig (SEM) en una ampliació de 100 × de a) Gladius, b) Gladius tractats amb ultrasons, c) β-Chitina, d) tractament amb ecografia β-Chitina, i e) Quitosan (font: Preto et al. 2017)

Fiamingo et al. va trobar que la desacetilació ultrasònica de beta-quitina produeix de manera eficient el Quitosan d'alt pes molecular amb un baix grau d'acetilació ni utilitzant additius ni atmosfera inert ni temps de reacció llargs. Tot i que la reacció de desacetilació ultrasònica es porta a terme en condicions més lleus – és a dir, baixa temperatura de reacció en comparació amb la majoria de desacetilacions termoquímiques. La desacetilació ultrasònica de beta-chitin permet la preparació de Quitosan desacilat aleatòriament posseir un grau variable d'acetilació (4% ≤ da ≤ 37%), pes molecular mitjà alt (900.000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) i baixa dispersitat (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) realitzant tres reaccions consecutives (50 min/pas) a 60 º C.

Hielscher ultrasons fabrica ultrasonicators d'alt rendiment per a aplicacions sonoquímiques.

Processadors d'ultrasons d'alta potència de laboratori a escala pilot i industrial.

Sistemes ultrasònics d'alt rendiment per a la producció de chitosan

UIP4000hdT-4 kilowatts potent sistema ultrasònic per a l'extracció i malaxxació d'oli d'oliva verge extraLa fragmentació de la quitina i la decetilació de quitina a Quitosan requereix equips ultrasònics potents i fiables que poden oferir altes amplituds, ofereix controlabilitat precisa sobre els paràmetres del procés i es pot operar 24/7 sota càrrega pesada i en entorns exigents. Hielscher Ultrasonics gamma de productes aconseguir que vostè i els seus requisits de procés coberts. Hielscher ultrasonicators són sistemes d'alt rendiment que poden ser equipats amb accessoris com sonotrodes, Boosters, reactors o cèl·lules de flux per tal d'igualar les seves necessitats de procés d'una manera òptima.
Amb l'exhibició de color digital, l'opció a curses de sonicació predefinides, enregistrament de dades automàtic en una carta de SD integrada, control de navegador remot i molts més trets, control de procés més alt i amabilitat d'usuari són assegurades. Emparellat amb robustesa i capacitat de càrrega pesada, els sistemes ultrasònics de Hielscher són el vostre cavall de treball fiable en producció.
La fragmentació i desacetilació de chitin requereix ultrasons potents per obtenir la conversió dirigida i un producte final de Quitosan d'alta qualitat. Especialment per a la fragmentació dels flocs de quitina, altes amplituds i pressions elevades són crucials. Hielscher Ultrasonics’ processadors ultrasònics industrials fàcilment lliurar molt altes amplituds. Amplituds de fins a 200 μm es poden executar contínuament en 24/7 operació. Per a amplituds encara més altes, hi ha disponibles sonotrodes ultrasònics personalitzats. La capacitat de potència dels sistemes ultrasònics Hielscher permeten la desacetilació eficient i ràpida en un procés segur i fàcil d'obtenir.

La següent taula dóna una indicació de la capacitat de processament aproximada de les ultrasonicators:

El volum de lot Velocitat de flux dispositius recomanats
1 a 500 ml 10 a 200 ml / min UP100H
10-2000 ml 20 a 400 ml / min UF200 ः t, UP400St
00,1-20 litres 00,2 a 4L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L / min UIP4000hdT
N. A. 10 a 100 L / min UIP16000
N. A. major raïm de UIP16000

Contacti amb nosaltres / Demana'ns!

Demanar més informació

Utilitzeu el formulari següent, si voleu sol·licitar informació addicional sobre l'homogeneïtzació d'ultrasons. Estarem encantats d'oferir-vos un sistema d'ultrasons que compleixi els vostres requisits.









Tingueu en compte que Política de privacitat.


Literatura / Referències

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): basat en el cinema Bionanocomposite de chitosan elaborat per tècnica d'emulsió per a la preservació dels aliments. Materials 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo a., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., campana-Filho S.P. (2016): Extensament desacetitzada d'alt pes molecular Quitosan de la deacetatació assistida per ultrasò multipas de beta-chitin. Ultrasons Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): conversió assistida per Sonoquímicament de Chitin a chitosan, USDA iniciativa d'investigació Nacional de reunió d'investigadors principals, Nova Orleans, LA, 28 de juny.
  • Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): influència de la temperatura durant la desacetilació de Chitina a Quitosan amb ecografia d'alta intensitat com a pretractament, reunió anual de l'Institut de tecnòlegs alimentaris, Nova Orleans, la, 30 de juny, 95-18.
  • Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): influència de l'ecografia d'alta intensitat per accelerar la conversió de quitina a chitosan, reunió anual de l'Institut de tecnòlegs alimentaris, Nova Orleans, la, 30 de juny, 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 i els seus derivats com a biosorbents potencials per a gasoil marí. Ciències ambientals i investigació de la contaminació (2017) 24:22932 – 22939.
  • Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Un mètode per a la preparació superior de nanopartícules i nanofibres de Quitosan. Polímers d'hidrats de carboni 117, 2015. 731 – 738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Reducció eficient del pes molecular de Quitosan mitjançant ultrasons d'alta intensitat: mecanisme subjacent i efecte dels paràmetres de processament. Revista de química agrícola i alimentària 56 (13): 5112-5119.
  • La situació del Yadav M.; El Goswami P.; Paritosh K.; M.; PAREEK N.; Vivekanand V. (2019): Els residus de mariscs: una font per a la preparació de materials de chitin/chitosan comercialment treballables. Biorecursos i bioprocessos 6/8, 2019.


Fets que cal saber

Com funciona la Deactylation per ultrasons Chitin?

Quan l'alta potència, l'ecografia de baixa freqüència (per exemple, 20-26kHz) està acoblada a un líquid o purí, alternant cicles d'alta pressió/baixa pressió s'apliquen al líquid que crea compressió i rarefacció. Durant aquests cicles alterns d'alta pressió/baixa pressió, es generen petites bombolles de buit que creixen sobre diversos cicles de pressió. En el punt, quan les bombolles de buit no pot absorbir més energia, s'enconten violentament. Durant aquesta implosió de la bombolla, localment es produeixen condicions molt intenses: altes temperatures de fins a 5000K, pressions de fins a 2000atm, molt altes de calor/refredament i els diferencials de pressió ocorren. Atès que la dinàmica del col·lapse de la bombolla són més ràpids que la massa i la transferència de calor, l'energia en la cavitat col·lapsant es limita a una zona molt petita, també anomenada "punt calent". La implosió de la bombolla de cavitació també resulta en microturbulències, dolls de líquid de fins a 280m/s de velocitat i les forces de cisallament resultants. Aquest fenomen es coneix amb el nom d'ultrasons o cavitació acústica.
Les gotetes i les partícules en el líquid sonicat són impingades per les forces de cavitació i quan la partícula accelerada xoquin amb els altres, es veuen destrossades per col·lisió interpartícula. Cavitació acústica és el principi laborable de fresat ultrasònic, dispersant, emulsificació i Sonochemistry.
Per a la desacetilació de quitina, els augments d'ultrasons d'alta intensitat en l'àrea de la superfície mitjançant l'activació de la superfície i la promoció de la transferència de massa entre les partícules i reactiu.

Quitosan

Chitosan és un polímer de carbohidrats modificat, cationic, no tòxic amb una estructura química complexa formada per β-(1, 4) les unitats de glucosamina com a component principal (> 80%) i N-acetítil unitats de glucosamina (<20%), randomly distributed along the chain. Chitosan is derived from chitin through chemical or enzymatic deacetylation. The degree of deacetylation (DA) determines the content of free amino groups in the structure and is used to distinguish between chitin and chitosan. Chitosan shows good solubility in moderate solvents such as diluted acetic acid and offers several free amine groups as active sites. This makes chitosan advantageous over chitin in many chemical reactions. Chitosan is valued for its excellent biocompatibility and biodegradability, non-toxicity, good antimicrobial activity (against bacteria and fungi), oxygen impermeability and film forming properties. In contrast to chitin, chitosan has the advantage of being water-soluble and thereby easier to handle and use in formulations. As the second most abundant polysaccharide following cellulose, the huge abundance of chitin makes it a cheap and sustainable raw material.

Producció de chitosan

Chitosan es produeix en un procés de dos passos. En el primer pas, la matèria primera, com ara petxines de crustaci (és a dir, gambetes, cranc, llagosta), és desproteinitzada, desmineralitzada i purificada per obtenir la quitina. En el segon pas, la quitina és tractada amb una base forta (per exemple, NaOH) per eliminar les cadenes laterals de l'acetil per tal d'obtenir chitosan. El procés de la producció de Quitosan convencional és conegut per ser molt temps consumint i costos intensius.

quitina

Chitin (C8H13la5Nn és un polímer de cadena recta de β-1, 4-N-acetylglucosamina i es classifica en α-, β-i γ-quitina. Sent derivat de la glucosa, la Chitina és un component principal dels exesquelets d'artròpodes, com ara crustacis i insectes, els raduls de mol·luscs, beaks de cefalòpodes, i les escates de peixos i lissamphibians i es poden trobar a les parets cel·lulars dels fongs. L'estructura de la quitina és comparable a la cel·lulosa, formant nanofibrils cristal·lins o bigotis. La cel·lulosa és el polisacàrid més abundant del món, seguit de quitina com a segon polisacàrid més abundant.

Glucosamina

Glucosamina (C6H13NO5) és un aminosucre i un important precursor en la síntesi Bioquímica de les proteïnes glicosilades i els lípids. La glucosamina és naturalment un compost abundant que és part de l'estructura de dos polisacàrids, chitosan, i chitin, que fa que glucosamina un dels monosacàrids més abundants. La major part de la glucosamina comercialment disponible és produïda per la hidròlisi d'exoesqueletos de crustaci, és a dir, petxines de cranc i llagosta.
Glucosamina s'utilitza principalment com suplement alimentari on s'utilitza en les formes de glucosamina Sulfate, clorhidrat de glucosamina o N-acetyl glucosamina. Els suplements de Glucosamine sulfat s'administren oralment per tractar una condició dolorosa causada per la inflamació, avaria i eventual pèrdua de cartílag (osteoartritis).