Παραγωγή Χιτίνης και Χιτοσάν από Μανιτάρια

Υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος για την απελευθέρωση χιτίνης και χιτοζάνης από μυκητιακές πηγές όπως τα μανιτάρια. Η χιτίνη και η χιτοζάνη πρέπει να αποπολυμεριστούν και να αποακετυλιωθούν σε κατάντη επεξεργασία προκειμένου να ληφθεί ένα υψηλής ποιότητας βιοπολυμερές. Υπερήχων υποβοηθούμενος αποπολυμερισμός και αποακετυλίωση είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, απλή και ταχεία τεχνική, η οποία οδηγεί σε υψηλής ποιότητας χιτοζάνες με υψηλό μοριακό βάρος και ανώτερη βιοδιαθεσιμότητα.

Μανιτάρι που προέρχονται χιτίνη και χιτοζάνη μέσω υπερήχων

Βρώσιμα και φαρμακευτικά μανιτάρια όπως Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi ή reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (μανιτάρια-κουμπιά), Hericium erinaceus (χαίτη λιονταριών), Cordyceps sinensis (μύκητας κάμπιας), Grifola frondosa (κότα του ξύλου), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, turkeytail) και πολλά άλλα είδη μυκήτων χρησιμοποιούνται ευρέως ως τρόφιμα και για την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων. Αυτά τα μανιτάρια καθώς και τα υπολείμματα επεξεργασίας (απόβλητα μανιταριών) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή χιτοζάνης. Υπερήχους όχι μόνο προωθεί την απελευθέρωση της χιτίνης από τη δομή του κυτταρικού τοιχώματος των μυκήτων, αλλά επίσης οδηγεί τη μετατροπή της χιτίνης σε πολύτιμη χιτοζάνη μέσω υπερήχων υποβοηθούμενου αποπολυμερισμού και αποακετυλίωσης.

Υπερήχων Αποακετυλοίαση του Χιζάνη στην τσοσάν

Ο αποπολυμερισμός και η αποακετυλίωση της χιτίνης στη χιτοζάνη προωθείται με υπερήχους

Αίτηση για πληροφορίες




Σημειώστε τις Πολιτική Απορρήτου.


Υπερηχητικός απορροφητής UIP4000hdT για εκχύλιση εν deacetylation της χιτίνης από μανιτάρια

Υπερήχους χρησιμοποιείται για την εξαγωγή χιτίνης από μανιτάρια. Επιπλέον, ο υπέρηχος προάγει τον αποπολυμερισμό και την αποακετυλίωση της χιτίνης προκειμένου να ληφθεί υψηλής ποιότητας χιτοζάνη.

This video demonstrates the highly efficient extraction of lion's mane mushrooms using the Hielscher UP200Ht ultrasonic homogenizer. Ultrasonic extraction is the perfect technique for producing high-quality, full-spectrum extracts containing polysaccharides such as beta glucans, as well as hericenones and erinacins.

Lion's Mane Mushroom Extraction Using the Ultrasonicator UP200Ht

Μικρογραφία βίντεο

 

Έντονη υπερήχους χρησιμοποιώντας ένα σύστημα υπερήχων τύπου καθετήρα είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για την προώθηση του αποπολυμερισμού και της αποακετυλίωσης της χιτίνης, οδηγώντας στο σχηματισμό χιτοζάνης. Η χιτίνη είναι ένας φυσικός πολυσακχαρίτης που βρίσκεται στους εξωσκελετούς καρκινοειδών, εντόμων και στα κυτταρικά τοιχώματα ορισμένων μυκήτων. Η χιτοζάνη προέρχεται από χιτίνη αφαιρώντας τις ακετυλομάδες από το μόριο χιτίνης.

Υπερήχων διαδικασία για μυκητιακή χιτίνη σε χιτοζάνη μετατροπή

Όταν εφαρμόζεται έντονη υπερήχους για την παραγωγή χιτοζάνης από χιτίνη, ένα εναιώρημα χιτίνης υπερήχων με υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας κύματα υπερήχων, συνήθως στην περιοχή από 20 kHz έως 30 kHz. Η διαδικασία δημιουργεί έντονη ακουστική σπηλαίωση, η οποία αναφέρεται στο σχηματισμό, την ανάπτυξη και την κατάρρευση μικροσκοπικών φυσαλίδων κενού στο υγρό. Η σπηλαίωση δημιουργεί τοπικές εξαιρετικά υψηλές δυνάμεις διάτμησης, υψηλές θερμοκρασίες (έως αρκετές χιλιάδες βαθμούς Κελσίου) και πιέσεις (έως και αρκετές εκατοντάδες ατμόσφαιρες) στο υγρό που περιβάλλει τις φυσαλίδες σπηλαίωσης. Αυτές οι ακραίες συνθήκες συμβάλλουν στη διάσπαση του πολυμερούς χιτίνης και στην επακόλουθη αποακετυλίωση.
 

Chitins και chitosans από μανιτάρια μπορεί να εξαχθεί αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας υπερήχους τύπου καθετήρα.

Εικόνες SEM χιτινών και χιτοσάνων από δύο είδη μανιταριών: α) Chitin από το L. vellereus. β) Χιτίνη από το Π. Ρίμπις. γ) Τσιτοσάν από το L.vellereus. δ) χιτοσάν από τον Π. Ρίμπις.
εικόνα και μελέτη: © Ερντογάν κ.λπ., 2017

 

Υπερήχων αποπολυμερισμός της χιτίνης

Ο αποπολυμερισμός της χιτίνης συμβαίνει μέσω των συνδυασμένων επιδράσεων μηχανικών δυνάμεων, όπως η μικροροή και η εκτόξευση υγρού, καθώς και από χημικές αντιδράσεις που προκαλούνται από υπερήχους που προκαλούνται από ελεύθερες ρίζες και άλλα αντιδραστικά είδη που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της σπηλαίωσης. Τα κύματα υψηλής πίεσης που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της σπηλαίωσης προκαλούν τις αλυσίδες χιτίνης να υποστούν διατμητική τάση, με αποτέλεσμα τη διάσπαση του πολυμερούς σε μικρότερα θραύσματα.

Υπερήχων αποακετυλίωση της χιτίνης

Εκτός από τον αποπολυμερισμό, έντονη υπερήχους προωθεί επίσης την αποακετυλίωση της χιτίνης. Η αποακετυλίωση περιλαμβάνει την απομάκρυνση των ακετυλομάδων από το μόριο χιτίνης, οδηγώντας στο σχηματισμό χιτοζάνης. Η έντονη υπερηχητική ενέργεια, ιδιαίτερα οι υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της σπηλαίωσης, επιταχύνουν την αντίδραση αποακετυλίωσης. Οι αντιδραστικές συνθήκες που δημιουργούνται από τη σπηλαίωση βοηθούν στη διάσπαση των δεσμών ακετυλίου στη χιτίνη, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση οξικού οξέος και τη μετατροπή της χιτίνης σε χιτοζάνη.
Συνολικά, έντονη υπερήχους ενισχύει τόσο τις διαδικασίες αποπολυμερισμού όσο και αποακετυλίωσης παρέχοντας την απαραίτητη μηχανική και χημική ενέργεια για να σπάσει το πολυμερές χιτίνης και να διευκολύνει τη μετατροπή σε χιτοζάνη. Αυτή η τεχνική προσφέρει μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδο για την παραγωγή χιτοζάνης από χιτίνη, με πολυάριθμες εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένων των φαρμακευτικών προϊόντων, της γεωργίας και της βιοϊατρικής μηχανικής.

Βιομηχανική Παραγωγή Χιτοζάνης από Μανιτάρια με Υπερήχους Ισχύος

Η εμπορική παραγωγή χιτίνης και χιτοζάνης βασίζεται κυρίως στα απόβλητα των θαλάσσιων βιομηχανιών (π.χ. αλιεία, συγκομιδή οστρακοειδών κ.λπ.). Διαφορετικές πηγές πρώτων υλών έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικές ιδιότητες χιτίνης και χιτοσάνης, με αποτέλεσμα την παραγωγή και τις διακυμάνσεις της ποιότητας λόγω εποχιακών αλιευτικών διακυμάνσεων. Επιπλέον, το chitosan που προέρχεται από μυκητιασικές πηγές προσφέρει, σύμφωνα με πληροφορίες, ανώτερες ιδιότητες όπως ομοιογενές μήκος πολυμερούς και μεγαλύτερη διαλυτότητα σε σύγκριση με χιτοζάνη από θαλάσσιες πηγές. (πρβλ. Γκόρμαντ κ.ά., 2017) Προκειμένου να εφοδιαστεί ομοιόμορφη χιτοζάνη, η εκχύλιση χιτίνης από μυκητιακά είδη έχει γίνει μια σταθερή εναλλακτική παραγωγή. Η παραγωγή chitin και citiosan από μύκητες μπορεί εύκολα και αξιόπιστα να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας την τεχνολογία εκχύλισης υπερήχων και deacetylation. Η έντονη κατεργασία με υπερήχους διαταράσσει τις κυτταρικές δομές για την απελευθέρωση χιτίνης και προωθεί τη μαζική μεταφορά σε υδατικούς διαλύτες για ανώτερες αποδόσεις χιτίνης και αποτελεσματικότητα εκχύλισης. Η επακόλουθη υπερηχητική deacetylation μετατρέπει την χιτίνη στο πολύτιμο χιτοζάνη. Και τα δύο, υπερήχων εκχύλιση χιτίνων και deacetylation σε chitosan μπορεί να κλιμακωθεί γραμμικά σε οποιοδήποτε εμπορικό επίπεδο παραγωγής.

Υπερήχων εκχύλιση και deacetylation της μυκητιασικής χιτίνης δίνουν υψηλής ποιότητας chitosan.

Η κατεργασία με υπερήχους εντείνει την παραγωγή μυκητιασικής χιτοζάνης και καθιστά την παραγωγή πιο αποτελεσματική και οικονομική.
(εικόνα και μελέτη: © Zhu et al., 2019)

Εκχύλιση υπερήχων χιτίνης από μανιτάρια με τον υπερηχητικό τύπου καθετήρα UP400ST (400W, 24kHz)

υπερηχοχοιρωτής UP400St για εκχύλιση μανιταριών: Κατεργασία με υπερήχους δίνει υψηλές αποδόσεις βιοδραστικών ενώσεων όπως οι πολυσακχαρίτες χιτίνη και χιτοζάνη

Αποτελέσματα έρευνας για υπερήχων χιτίνη και Chitosan Deacetylation

Η sonochemically deacetylated χιτίνη έχει ως αποτελέσματα σε υψηλής ποιότητας χιτοζάνη.Zhu et al. (2018) καταλήγουν στη μελέτη τους ότι υπερήχων deacetylation έχει αποδειχθεί ότι είναι μια κρίσιμη ανακάλυψη, μετατρέποντας β-χιτίνη σε χιτοζάνη με 83-94% deacetylation σε μειωμένες θερμοκρασίες αντίδρασης. Η εικόνα αριστερά δείχνει μια εικόνα SEM του υπερήχων deacetylated chitosan (90 W, 15 λεπτά, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: mL) (εικόνα και μελέτη: © Zhu et al., 2018)
Στο πρωτόκολλό τους, παρασκευάστηκε διάλυμα NaOH (20 w/v%) με διάλυση νιφάδων NaOH σε απελευθερωμένο νερό. Το αλκαλικό διάλυμα στη συνέχεια προστέθηκε στο ίζημα GLSP (0,5 g) σε αναλογία στερεού-υγρού 1:20 (g: mL) σε σωλήνα φυγοκέντρισης. Χιτοζάνη προστέθηκε σε NaCl (40 mL, 0,2 M) και οξικό οξύ (0,1 M) σε αναλογία όγκου διαλύματος 1:1. Το εναιώρημα στη συνέχεια υποβλήθηκε σε υπερηχογράφημα σε ήπια θερμοκρασία 25 ° C για 60 λεπτά χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο καθετήρα (250W, 20kHz). (βλ. Zhu et al., 2018)
 
Το Pandit et al. (2021) διαπίστωσε ότι ο ρυθμός αποικοδόμησης για διαλύματα χιτοζάνης σπάνια επηρεάζεται από τις συγκεντρώσεις οξέος που χρησιμοποιούνται για τη διαλυτοποίηση του πολυμερούς και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία, την ένταση των κυμάτων υπερήχων και την ιοντική αντοχή των μέσων που χρησιμοποιούνται για τη διάλυση του πολυμερούς. (πρβλ. Παντίτ κ.λπ., 2021)
 
Σε μια άλλη μελέτη, οι Zhu et al. (2019) χρησιμοποίησαν σκόνες σπορίων Ganoderma lucidum ως μυκητιακή πρώτη ύλη και διερεύνησαν την υπερηχητικά υποβοηθούμενη αποακετυλίωση και τις επιδράσεις των παραμέτρων επεξεργασίας όπως ο χρόνος υπερήχων, η αναλογία στερεού προς υγρό, η συγκέντρωση NaOH και η ισχύς ακτινοβολίας στον βαθμό αποακετυλίωσης (DD) της χιτοζάνης. Η υψηλότερη τιμή DD ελήφθη στις ακόλουθες παραμέτρους υπερήχων: 20 λεπτά υπερήχηση σε 80W, 10% (g: ml) NaOH, 1: 25 (g: ml). Η επιφανειακή μορφολογία, οι χημικές ομάδες, η θερμική σταθερότητα και η κρυσταλλικότητα της χιτοζάνης που λαμβάνεται με υπερήχους εξετάστηκαν χρησιμοποιώντας τα SEM, FTIR, TG και XRD. Η ερευνητική ομάδα αναφέρει σημαντική ενίσχυση του βαθμού αποακετυλίωσης (DD), δυναμικού ιξώδους ([η]) και μοριακού βάρους (Mv ̄) της υπερηχητικά παραγόμενης χιτοζάνης. Τα αποτελέσματα υπογράμμισαν την τεχνική υπερήχων αποακετυλίωσης των μυκήτων, μια εξαιρετικά ισχυρή μέθοδο παραγωγής για χιτοζάνη, η οποία είναι κατάλληλη για βιοϊατρικές εφαρμογές. (πρβλ. Zhu et al., 2019)

Αυτό το βίντεο κλιπ δείχνει την αποτελεσματική εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φαρμακευτικά μανιτάρια. Ο ομογενοποιητής υπερήχων Hielscher UP400St χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή εκχυλισμάτων μανιταριών υψηλής ποιότητας.

Υπερήχων εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φαρμακευτικά μανιτάρια

Μικρογραφία βίντεο

Ανώτερη ποιότητα χιτοζάνης με υπερηχητικό αποπολυμερισμό και αποακετυλίωση

Υπερήχων-οδηγούμενες διαδικασίες της εκχύλισης χιτίνης / χιτοζάνης και αποπολυμερισμό είναι ακριβώς ελεγχόμενες και υπερήχων παραμέτρους διεργασίας μπορούν να προσαρμοστούν στις πρώτες ύλες και τη στοχευμένη ποιότητα τελικού προϊόντος (π.χ. μοριακό βάρος, βαθμός deacetylation). Αυτό επιτρέπει την προσαρμογή της διαδικασίας υπερήχων σε εξωτερικούς παράγοντες και τον καθορισμό βέλτιστων παραμέτρων για ανώτερο αποτέλεσμα και αποτελεσματικότητα.
Υπερήχων deacetylated chitosan δείχνει εξαιρετική βιοδιαθεσιμότητα και βιοσυμβατότητα. Όταν τα υπερήχων παρασκευασμένα βιοπολυμερή chitosan συγκρίνονται με θερμικά παραγόμενο chitosan σχετικά με τις βιοϊατρικά ιδιότητες, το υπερήχων παραγόμενο chitosan παρουσιάζει σημαντικά βελτιωμένη βιωσιμότητα ινοβλάστης (L929 κύτταρο) και ενισχυμένη αντιβακτηριακή δράση τόσο για το Escherichia coli (E. coli) όσο και για το Staphylococcus aureus (S. aureus).
(πρβλ. Zhu et al., 2018)
 

Υπερήχων αποακετυλίωση της σιτίου να χιζετάνη

Σάρωση ηλεκτρονικών μικροσκοπίας (SEM) εικόνων σε μεγέθυνση 100 × ενός) γλάδοχου, β) με υπερήχους που αντιμετωπίζεται με υπερηχογράφημα, c) β-χιλομίνη, d) υπερήχων β-χιμίνη, και ε) χιτοζάνη (Πηγή: Πρέτο et al. 2017)

Εξοπλισμός υπερήχων υψηλής απόδοσης για την επεξεργασία χιτίνης και χιτοζάνης

Υπερήχων 4kW για βιομηχανική επεξεργασία χιτίνης / χιτοζάνης από καρκινοειδή και μύκητεςΟ κατακερματισμός της χιτίνης και η δεκυλίωση της χιτίνης σε χιτοζάνη απαιτεί ισχυρό και αξιόπιστο εξοπλισμό υπερήχων που μπορεί να προσφέρει υψηλά πλάτη, προσφέρει ακριβή δυνατότητα ελέγχου των παραμέτρων της διαδικασίας και μπορεί να λειτουργήσει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα υπό βαρύ φορτίο και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Hielscher Υπέρηχοι σειρά προϊόντων πληροί αυτές τις απαιτήσεις αξιόπιστα. Εκτός από την εξαιρετική απόδοση υπερήχων, Hielscher υπερήχων διαθέτουν υψηλή ενεργειακή απόδοση, η οποία είναι ένα σημαντικό οικονομικό πλεονέκτημα – ειδικά όταν χρησιμοποιείται σε εμπορική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Hielscher υπερήχων είναι συστήματα υψηλής απόδοσης που μπορούν να εξοπλιστούν με αξεσουάρ όπως sonotrodes, ενισχυτές, αντιδραστήρες ή κύτταρα ροής, προκειμένου να ταιριάζει με τις ανάγκες της διαδικασίας σας με τον βέλτιστο τρόπο. Με ψηφιακή έγχρωμη οθόνη, την επιλογή να προκαθορίσει υπερήχους τρέχει, αυτόματη καταγραφή δεδομένων σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD, απομακρυσμένο έλεγχο του προγράμματος περιήγησης και πολλά άλλα χαρακτηριστικά, Hielscher ultrasonicators εξασφαλίζουν τον υψηλότερο έλεγχο της διαδικασίας και φιλικότητα προς το χρήστη. Σε συνδυασμό με την ευρωστία και τη βαριά φέρουσα ικανότητα, Hielscher υπερηχητικά συστήματα είναι το αξιόπιστο άλογο εργασίας σας στην παραγωγή. 
Ο κατακερματισμός της χιτίνης και η αποακετυλίωση απαιτούν ισχυρό υπερηχογράφημα για να επιτευχθεί η στοχευμένη μετατροπή και ένα τελικό προϊόν χιτοζάνης υψηλής ποιότητας. Ειδικά για τον κατακερματισμό των νιφάδων χιτίνης και τα βήματα αποπολυμερισμού / αποακετυλίωσης, τα υψηλά πλάτη και οι αυξημένες πιέσεις είναι ζωτικής σημασίας. Hielscher Υπέρηχοι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων παρέχουν εύκολα πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ικανότητα ισχύος των συστημάτων υπερήχων Hielscher επιτρέπει τον αποτελεσματικό και γρήγορο αποπολυμερισμό και αποακετυλίωση σε μια ασφαλή και φιλική προς το χρήστη διαδικασία.
 

Αίτηση για πληροφορίες




Σημειώστε τις Πολιτική Απορρήτου.


Βιομηχανικός υπερηχητικός αντιδραστήρας δεξαμενών με υψηλής απόδοσης υπερηχητικό καθετήρα (sonotrode) για την αποακετυλίωση χιτίνης

Υπερηχητικός αντιδραστήρας με Αισθητήρας υπερήχων 2000W UIP2000hdT για εκχύλιση χιτίνης από μανιτάρια και επακόλουθο αποπολυμερισμό / αποακετυλίωση

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:

Μαζική ΌγκοςΡυθμός ροήςΠροτεινόμενες συσκευές
1 έως 500mL10 έως 200 ml / λεπτόUP100H
10 έως 2000mL20 έως 400mL / λεπτόUf200 ः t, UP400St
0.1 έως 20 λίτρα0.2 έως 4 λίτρα / λεπτόUIP2000hdT
10 έως 100L2 έως 10 λίτρα / λεπτόUIP4000hdT
μ.δ.10 έως 100 λίτρα / λεπτόUIP16000
μ.δ.μεγαλύτεροςσύμπλεγμα UIP16000

Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Ζητήστε περισσότερες πληροφορίες

Παρακαλούμε χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα για να ζητήσετε πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με υπερήχους επεξεργαστές, εφαρμογές και τιμή. Θα χαρούμε να συζητήσουμε τη διαδικασία σας μαζί σας και να σας προσφέρουμε ένα υπερηχητικό σύστημα που πληροί τις απαιτήσεις σας!









Παρακαλείστε να σημειώσετε ότι η Πολιτική Απορρήτου.




Συνεργιστική θεραπεία χιτίνης βελτιώθηκε με υπερήχους

Προκειμένου να ξεπεραστούν τα μειονεκτήματα (δηλ. χαμηλή απόδοση, υψηλό ενεργειακό κόστος, μεγάλος χρόνος επεξεργασίας, τοξικοί διαλύτες) της παραδοσιακής χημικής και ενζυματικής αποξετόλυσης χιτίνης, υπερηχογράφημα υψηλής έντασης έχει ενσωματωθεί στην επεξεργασία χιτίνης και χιτοζάνης. Η υπερήχηση υψηλής έντασης και τα επακόλουθα αποτελέσματα της ακουστικής σπηλαίωσης οδηγούν σε ταχεία διάσπαση πολυμερών αλυσίδων και μειώνουν την πολυδιασπορά, προωθώντας έτσι τη σύνθεση της χιτοζάνης. Επιπλέον, οι υπερηχητικές δυνάμεις διάτμησης εντείνουν τη μεταφορά μάζας στο διάλυμα, έτσι ώστε να ενισχυθεί η χημική, υδρολυτική ή ενζυματική αντίδραση. Υπερήχων χιτίνη θεραπεία μπορεί να συνδυαστεί με ήδη υπάρχουσες τεχνικές επεξεργασίας χιτίνης, όπως χημικές μεθόδους, υδρόλυση ή ενζυματικές διαδικασίες.

Υπερήχων υποβοηθούμενη χημική αποακετυλίωση και απολιγνιτοποίηση

Δεδομένου ότι η χιτίνη είναι ένα μη αντιδραστικό και αδιάλυτο βιοπολυμερές, πρέπει να υποβληθεί στα στάδια της διαδικασίας της απομεταλλικοποίησης, της αποπρωτεϊνοποίησης και της αποπολυμερισμού / αποακετυλίωσης προκειμένου να επιτευχθεί διαλυτό και βιοαπευσμήσιμο χιτοζάνη. Αυτά τα βήματα της διαδικασίας περιλαμβάνουν θεραπείες με ισχυρά οξέα όπως HCl και ισχυρές βάσεις όπως NaOH και KOH. Δεδομένου ότι αυτά τα συμβατικά βήματα διαδικασίας είναι αναποτελεσματικά, αργά και απαιτούν υψηλές ενέργειες, η εντατικοποίηση της διαδικασίας με κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει σημαντικά την παραγωγή χιτοζάνης. Η εφαρμογή του υπερήχου ισχύος αυξάνει τις αποδόσεις και την ποιότητα της χιτοζάνης, μειώνει τη διαδικασία από ημέρες σε λίγες ώρες, επιτρέπει ηπιότερους διαλύτες και καθιστά την όλη διαδικασία πιο ενεργειακά αποδοτική.

Υπερηχητικά βελτιωμένη αποπροτεϊνοποίηση του Chitin

Οι Vallejo-Dominguez et al. (2021) διαπίστωσαν στην έρευνά τους για την αποπρωτεΐνη χιτίνης ότι η “Η εφαρμογή υπερήχων για την παραγωγή βιοπολυμερών μείωσε την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες καθώς και το μέγεθος σωματιδίων της χιτίνης. Χιτοζάνη υψηλού βαθμού αποακετυλίωσης και μεσαίου μοριακού βάρους παρήχθη μέσω υπερηχογραφικής βοήθειας.”

Υπερηχητική υδρόλυση για αποπολυμερίωση Χιτίνης

Για τη χημική υδρόλυση, είτε τα οξέα είτε τα αλκάλια χρησιμοποιούνται για την αποακετυλική χιτίνη, εντούτοις η αλκαλική deacetylation (π.χ. υδροξείδιο νατρίου NaOH) χρησιμοποιείται ευρύτερα. Η όξινη υδρόλυση είναι μια μέθοδος alternativ στην παραδοσιακή χημική αποακετύλωση, όπου τα διαλύματα οργανικού οξέος χρησιμοποιούνται για την αποπολυμερισμό της χιτίνης και της χιτοζάνης. Η μέθοδος της όξινης υδρόλυσης χρησιμοποιείται κυρίως όταν το μοριακό βάρος της χιτίνης και της χιτοζάνης πρέπει να είναι ομοιογενές. Αυτή η συμβατική διαδικασία υδρόλυσης είναι γνωστή ως αργή και ενεργειακή και δαπανηρή. Η απαίτηση ισχυρών οξέων, υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων είναι παράγοντες που μετατρέπουν την υδρολυτική διαδικασία χιτοζάνης σε μια πολύ ακριβή και χρονοβόρα διαδικασία. Τα οξέα που χρησιμοποιούνται απαιτούν κατάντη διεργασίες όπως εξουδετέρωση και αφαλάτωση.
Με την ενσωμάτωση υπερήχων υψηλής ισχύος στη διαδικασία υδρόλυσης, οι απαιτήσεις θερμοκρασίας και πίεσης για το υδρολυτικό ντεκολτέ της χιτίνης και της χιτοζάνης μπορούν να μειωθούν σημαντικά. Επιπλέον, κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει χαμηλότερες συγκεντρώσεις οξέος ή τη χρήση ηπιότερων οξέων. Αυτό καθιστά τη διαδικασία πιο βιώσιμη, αποδοτική, οικονομικά αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον.

Υπερήχων υποβοηθούμενη χημική deacetylation

Η χημική αποσύνθεση και η deacteylation της χιτίνης και της χιτοζάνης επιτυγχάνεται κυρίως με τη θεραπεία της χιτίνης ή της χιτοζάνης με ανόργανα οξέα (π.χ. υδροχλωρικό οξύ HCl), νιτρώδες νάτριο (NaNO2), ή υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2ο2). Ο υπέρηχος βελτιώνει το ποσοστό αποακετοποίησης μειώνοντας έτσι το χρόνο αντίδρασης που απαιτείται για την επίτευξη του στοχευμένου βαθμού αποακετοποίησης. Αυτό σημαίνει ότι η κατεργασία με υπερήχους μειώνει τον απαιτούμενο χρόνο επεξεργασίας από 12-24 ώρες σε λίγες ώρες. Επιπλέον, η κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει σημαντικά χαμηλότερες χημικές συγκεντρώσεις, για παράδειγμα 40% (w/w) υδροξείδιο του νατρίου με κατεργασία με υπερήχους, ενώ απαιτείται 65% (w /w) χωρίς τη χρήση υπερήχων.

Υπερηχητική-ενζυματική αποακετυλίωση

Ενώ η ενζυματική αποακετυλίωση είναι μια ήπια, περιβαλλοντικά καλοήθης μορφή επεξεργασίας, η αποτελεσματικότητα και το κόστος της είναι αντιοικονομικά. Λόγω της πολύπλοκης, εργατικής και δαπανηρής κατάντη απομόνωσης και καθαρισμού ενζύμων από το τελικό προϊόν, η ενζυματική αποακετυλίωση χιτίνης δεν εφαρμόζεται στην εμπορική παραγωγή, αλλά χρησιμοποιείται μόνο σε εργαστήριο επιστημονικής έρευνας.
Υπερήχων προεπεξεργασία πριν από την ενζυματική αποσείωση θραύσματα χιτίνη μόρια με αυτόν τον τρόπο διευρύνοντας την επιφάνεια και καθιστώντας περισσότερη επιφάνεια διαθέσιμη για τα ένζυμα. Η κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης βοηθά στη βελτίωση της ενζυματικής αποακετυλίωσης και καθιστά τη διαδικασία πιο οικονομική.

Υπερήχων ομογενοποιητές υψηλής διάτμησης χρησιμοποιούνται σε εργαστήριο, πάγκο-κορυφή, πιλοτική και βιομηχανική επεξεργασία.

Hielscher Υπερήχων κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασποράς, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.

Λογοτεχνία / Αναφορές

 
 
 

Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε

Πώς λειτουργεί η εκχύλιση με υπερήχους και η αποακετίωση του Chitin;

Όταν τα κύματα υπερήχων ισχύος είναι ζευγάρια σε υγρό ή πολτό (π.χ. ένα εναιώρημα που αποτελείται από χιτίνη σε διαλύτη), τα υπερηχητικά κύματα ταξιδεύουν μέσω του υγρού προκαλώντας εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης / χαμηλής πίεσης. Κατά τη διάρκεια κύκλων χαμηλής πίεσης, δημιουργούνται μικρές φυσαλίδες κενού (οι λεγόμενες φυσαλίδες σπηλαίωσης), οι οποίες αναπτύσσονται σε αρκετούς κύκλους πίεσης. Σε ένα ορισμένο μέγεθος, όταν οι φυσαλίδες δεν μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια, εκρήγνυνται βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Η κατάρρευση φυσαλίδων χαρακτηρίζεται από έντονες σπηλαιωτικές (λεγόμενες ηχηρές) δυνάμεις. Αυτές οι ηχομηχανικές συνθήκες εμφανίζονται τοπικά στο θερμό σημείο σπηλαίωσης και χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις έως 4000K και 1000atm, αντίστοιχα. καθώς και αντίστοιχες διαφορές υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης. Επιπλέον, δημιουργούνται μικροαναταράξεις και υγρά ρεύματα με ταχύτητες έως 100m/s. Υπερήχων εκχύλιση χιτίνης και χιτοζάνης από μύκητες και καρκινοειδή, καθώς και αποπολυμερισμός χιτίνης και αποακετυλίωση προκαλούνται κυρίως από sonomechanical επιδράσεις: η διέγερση και οι αναταράξεις διαταράσσουν τα κύτταρα και προάγουν τη μεταφορά μάζας και μπορούν επίσης να κόψουν πολυμερείς αλυσίδες σε συνδυασμό με όξινους ή αλκαλικούς διαλύτες.

Αρχή εργασίας της εκχύλισης χιτίνης μέσω υπερήχων

Υπερήχων εκχύλιση σπάει αποτελεσματικά τη δομή των κυττάρων των μανιταριών και απελευθερώνει τις ενδοκυτταρικές ενώσεις από το κυτταρικό τοίχωμα και το εσωτερικό των κυττάρων (δηλαδή, πολυσακχαρίτες όπως χιτίνη και χιτοζάνη και άλλα βιοδραστικά φυτοχημικά) στο διαλύτη. Υπερήχων εκχύλιση βασίζεται στην αρχή εργασίας της ακουστικής σπηλαίωσης. Οι επιδράσεις της υπερηχητικής / ακουστικής σπηλαίωσης είναι δυνάμεις υψηλής διάτμησης, αναταράξεις και έντονα διαφορικά πίεσης. Αυτές οι sonomechanical δυνάμεις σπάνε τις κυτταρικές δομές όπως τα χιτινώδη κυτταρικά τοιχώματα μανιταριών, προωθούν τη μαζική μεταφορά μεταξύ του μύκητα βιοϋλικά και του διαλύτη και οδηγούν σε πολύ υψηλές αποδόσεις εκχυλίσματος μέσα σε μια γρήγορη διαδικασία. Επιπλέον, η κατεργασία με υπερήχους προωθεί την αποστείρωση των εκχυλισμάτων σκοτώνοντας βακτήρια και μικρόβια. Η μικροβιακή αδρανοποίηση με κατεργασία με υπερήχους είναι αποτέλεσμα των καταστροφικών σπηλαίων δυνάμεων στην κυτταρική μεμβράνη, την παραγωγή ελεύθερων ριζών και την τοπική θέρμανση.

Αρχή εργασίας του αποπολυμερισμού και της αποακετυλίωσης μέσω υπερήχων

Οι πολυμερείς αλυσίδες παγιδεύονται στο υπερηχητικά παραγόμενο πεδίο διάτμησης γύρω από μια φυσαλίδα σπηλαίωσης και τα τμήματα αλυσίδας του πηνίου πολυμερούς κοντά σε μια κοιλότητα κατάρρευσης θα κινηθούν με μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτά που βρίσκονται πιο μακριά. Στη συνέχεια παράγονται τάσεις στην πολυμερή αλυσίδα λόγω της σχετικής κίνησης των πολυμερών τμημάτων και των διαλυτών και αυτές επαρκούν για να προκαλέσουν διάσπαση. Η διαδικασία είναι έτσι παρόμοια με άλλα αποτελέσματα διάτμησης σε πολυμερή διαλύματα ~ 2° και δίνει πολύ παρόμοια αποτελέσματα. (πρβλ. Price κ.ά., 1994)

Χιτίνη

Η χιτίνη είναι ένα πολυμερές Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης (πολυ-(β-(1-4)-Ν-ακετυλο-D-γλυκοζαμίνη), είναι ένας φυσικός πολυσακχαρίτης που βρίσκεται ευρέως στον εξωσκελετό ασπόνδυλων όπως καρκινοειδή και έντομα, στον εσωτερικό σκελετό καλαμαριών και σουπιών καθώς και στα κυτταρικά τοιχώματα μυκήτων. Ενσωματωμένη στη δομή των κυτταρικών τοιχωμάτων των μανιταριών, η χιτίνη είναι υπεύθυνη για το σχήμα και την ακαμψία του μυκητιακού κυτταρικού τοιχώματος. Για πολλές εφαρμογές, η χιτίνη μετατρέπεται στο αποακετυλιωμένο παράγωγό της, γνωστό ως χιτοζάνη μέσω μιας διαδικασίας αποπολυμερισμού.
Χιτοζάνη είναι το πιο κοινό και πιο πολύτιμο παράγωγο της χιτίνης. Είναι ένας πολυσακχαρίτης υψηλού μοριακού βάρους που συνδέεται με β-1,4 γλυκοσίδη, που αποτελείται από Ν-ακετυλο-γλυκοζαμίνη και γλυκοζαμίνη.
Το Chitosan μπορεί να προέρχεται μέσω χημικών ή ενζυματικών Ν- αποακετυρισμός. Στη χημικά καθοδηγούμενη διαδικασία αποακετύλισης, η ομάδα ακετυλο (R-NHCOCH3) διασπάται από ισχυρά αλκάλια σε υψηλές θερμοκρασίες. Εναλλακτικά, η χιτοζάνη μπορεί να συντεθεί μέσω ενζυματικής αποακετυλίωσης. Ωστόσο, σε κλίμακα βιομηχανικής παραγωγής η χημική αποακετυλίωση είναι η προτιμώμενη τεχνική, δεδομένου ότι η ενζυματική αποακετυλίωση είναι σημαντικά λιγότερο αποτελεσματική λόγω του υψηλού κόστους των ενζύμων αποακετυλάσης και των χαμηλών αποδόσεων χιτοζάνης που επιτυγχάνονται. Υπερήχους χρησιμοποιείται για να εντείνει τη χημική αποικοδόμηση του (1→4)-/β-σύνδεση (αποπολυμερισμός) και να επιφέρει την αποακετυλίωση της χιτίνης για να αποκτήσει υψηλής ποιότητας χιτοζάνη.
Όταν η κατεργασία με υπερήχους εφαρμόζεται ως προεπεξεργασία για την ενζυματική αποακετύλιση, βελτιώνεται επίσης η απόδοση και η ποιότητα της χιτοζάνης.


Υψηλής απόδοσης υπερήχους! Η γκάμα προϊόντων hielscher καλύπτει όλο το φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο υπερήχων πάνω από πάγκο-κορυφαίες μονάδες σε πλήρως βιομηχανικά συστήματα υπερήχων.

Hielscher υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από Εργαστήριο προς την βιομηχανικό μέγεθος.


Θα χαρούμε να συζητήσουμε τη διαδικασία σας.

Ας έρθουμε σε επαφή.