داستیلاسیون اولتراسونیک کیتین به کیتوزان
تولید التراسونیک کیتوزان
کیتوزان با استفاده از داستیلاسیون N کیتین بدست می آید. در داستیلاسیون معمولی ، کیتین در حلال های قلیایی آبی (به طور معمول 40 تا 50٪ (w/w) NaOH خیس می شود. فرآیند خیساندن به دمای بالای 100 تا 120 درجه سانتیگراد نیاز دارد که بسیار زمان بر است، در حالی که بازده کیتوزان به دست آمده در هر مرحله خیساندن کم است. استفاده از اولتراسونیک با قدرت بالا روند داستیلاسیون کیتین را به طور قابل توجهی تشدید می کند و منجر به عملکرد بالای کیتوزان با وزن مولکولی کم در یک درمان سریع در دمای پایین تر می شود. نتایج deacetylation اولتراسونیک در کیتوزان با کیفیت برتر است که به عنوان مواد غذایی و دارویی ، به عنوان کود و در بسیاری از کاربردهای صنعتی دیگر استفاده می شود.
نتایج درمان اولتراسونیک در درجه استثنایی استیلاسیون (DA) کیتین کاهش درجه استیلاسیون کیتین از DA≥90 به کیتوزان با DA≤10.
بسیاری از مطالعات تحقیقاتی اثربخشی داستیلاسیون مافوق صوت کیتین به کیتوزان را تأیید می کنند. ویس J. و همکاران (2008) دریافتند که فراصوت تبدیل کیتین به کیتوزان را به شدت بهبود می بخشد. درمان اولتراسونیک کیتین با صرفه جویی قابل توجهی در زمان همراه است و زمان فرآیند مورد نیاز را از 12-24 ساعت به چند ساعت کاهش می دهد. علاوه بر این ، برای دستیابی به یک تبدیل کامل به حلال کمتری نیاز است ، که اثرات زیست محیطی ناشی از دور ریختن و دفع حلال مصرف شده یا واکنش نیافته ، یعنی NaOH غلیظ را کاهش می دهد.
داستیلاسیون کیتین به کیتوزان با فراصوت ترویج می شود
UIP4000hdT – سیستم اولتراسونیک قدرت 4 کیلو وات
اصل کار درمان کیتوزان اولتراسونیک
قدرت بالا، فرکانس پایین سونوگرافی (∼20-26kHz) ایجاد حفره صوتی در مایعات و دوغاب ایجاد. سونوگرافی با قدرت بالا باعث تبدیل کیتین به کیتوزان می شود زیرا حلال (به عنوان مثال، NaOH) تکه تکه می شود و به ذرات کیتین جامد نفوذ می کند، در نتیجه سطح را بزرگ می کند و انتقال جرم بین فاز جامد و مایع را بهبود می بخشد. علاوه بر این، نیروهای برشی بالا از حفره اولتراسونیک رادیکال های آزاد ایجاد می کند که واکنش پذیری معرف (یعنی NaOH) را در طول هیدرولیز افزایش می دهد. به عنوان یک روش پردازش غیر حرارتی، فراصوت مانع از تخریب حرارتی تولید کیتوزان با کیفیت بالا. اولتراسونیک کوتاه زمان پردازش مورد نیاز برای استخراج کیتین از سخت پوستان و همچنین تولید کیتین (و در نتیجه پس از آن کیتوزان) از خلوص بالاتر در مقایسه با شرایط پردازش سنتی. بنابراین برای تولید کیتین و کیتوزان، سونوگرافی پتانسیل کاهش هزینه تولید، کاهش زمان پردازش، کنترل بهتر فرآیند تولید و کاهش اثرات زیست محیطی ضایعات فرآیند را دارد.
- بازده بالاتر کیتوزان
- کیفیت برتر
- کاهش زمان
- دمای فرآیند پایین تر
- افزایش کارایی
- آسان & عملیات ایمن
- سازگار با محیط زیست
التراسونیک کیتین Deetylation به کیتوزان – پروتکل
1) کیتین را آماده کنید:
با استفاده از پوسته خرچنگ به عنوان ماده منبع، پوسته خرچنگ باید کاملا شسته شود تا هرگونه مواد آلی محلول و ناخالصی های چسبنده از جمله خاک و پروتئین از بین برود. پس از آن ، مواد پوسته باید کاملا خشک شوند (به عنوان مثال ، در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت در فر). سپس پوسته های خشک شده آسیاب می شوند (به عنوان مثال با استفاده از آسیاب چکش)، در یک محیط قلیایی (به عنوان مثال، NaOH در غلظت 0.125 تا 5.0 M) پروتئین زدایی می شوند و در اسید (به عنوان مثال، اسید کلریدریک رقیق) غیرمعدنی می شوند.
2) داستیلاسیون اولتراسونیک
برای اجرای یک واکنش داستیلاسیون اولتراسونیک معمولی، ذرات بتا کیتین (0.125 میلی متر < D < 00.250 میلی متر) در 40٪ (وزنی/وزنی) NaOH آبی در نسبت محلول آبی بتا کیتین/NaOH 1/10 (گرم میلی لیتر) معلق می شوند-1) ، سیستم تعلیق به یک لیوان شیشه ای دو جداره منتقل می شود و با استفاده از Hielscher فراصوت می شود UP400St هموژنایزر اولتراسونیک. پارامترهای زیر (cf. Fiamingo و همکاران 2016) ثابت نگه داشته می شود در هنگام انجام یک واکنش deacetylation کیتین مافوق صوت: (من) کاوشگر اولتراسونیک (sonotrode Hielscher S24d22D, قطر نوک = 22 میلی متر); (دوم) حالت پالس فراصوت (IP = 0.5 ثانیه)؛ (iii) شدت سطح اولتراسونیک
(I = 52.6 W سانتی متر-2)، (iv) دمای واکنش (60 درجه سانتیگراد ±1 درجه سانتیگراد)، (v) زمان واکنش (50 دقیقه)، (vi) نسبت وزن/حجم بتا کیتین 40٪ (وزنی/وزنی) هیدروکسید سدیم آبی (BCHt/NaOH = 1/10 گرم میلی لیتر-1); (vii) حجم سوسپانسیون بتا کیتین (50 میلی لیتر).
اولین واکنش به مدت 50 دقیقه تحت هم زدن مغناطیسی مداوم ادامه می یابد و سپس با خنک کردن سریع سوسپانسیون تا 0 درجه سانتیگراد قطع می شود. پس از آن اسید کلریدریک رقیق اضافه می شود تا به pH 8.5 برسد و نمونه CHs1 با فیلتراسیون جدا می شود، به طور گسترده با آب دیونیزه شسته می شود و در شرایط محیطی خشک می شود. هنگامی که همان داستیلاسیون اولتراسونیک به عنوان مرحله دوم به CHs1 تکرار می شود، نمونه CHs2 را تولید می کند.
تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در بزرگنمایی 100× از الف) گلادیوس، ب) گلادیوس تحت درمان با سونوگرافی، ج) β-کیتین، د) β-کیتین تحت درمان با سونوگرافی و ه) کیتوزان (منبع: پرتو و همکاران 2017)
Fiamingo و همکاران دریافتند که داستیلاسیون اولتراسونیک بتا کیتین به طور موثر تولید کیتوزان با وزن مولکولی بالا با درجه پایین استیلاسیون نه با استفاده از مواد افزودنی و نه اتمسفر بی اثر و نه زمان واکنش طولانی. حتی اگر واکنش داستیلاسیون اولتراسونیک در شرایط خفیف تر انجام می شود – یعنی دمای واکنش پایین در مقایسه با اکثر داستیلاسیون های ترموشیمیایی. داستیلاسیون اولتراسونیک بتا کیتین اجازه می دهد تا تهیه کیتوزان به طور تصادفی deacetylated دارای درجه متغیر استیلاسیون (4٪ ≤ DA ≤ 37٪)، وزن بالا وزن متوسط وزن مولکولی (900،000 گرم مول-1 ≤ مترw ≤ 1،200،000 گرم مول-1 ) و پراکندگی کم (1.3 ≤ Ð ≤ 1.4) با انجام سه واکنش متوالی (50 دقیقه در مرحله) در دمای 60 درجه سانتیگراد.
پردازنده های اولتراسونیک با قدرت بالا از آزمایشگاه تا خلبان و مقیاس صنعتی.
سیستم های اولتراسونیک با کارایی بالا برای تولید کیتوزان
تکه تکه شدن کیتین و دستیل شدن کیتین به کیتوزان به تجهیزات اولتراسونیک قدرتمند و قابل اعتماد نیاز دارد که می تواند دامنه های بالایی را ارائه دهد، قابلیت کنترل دقیق پارامترهای فرآیند را ارائه می دهد و می تواند 24/7 تحت بار سنگین و در محیط های سخت کار کند. Hielscher اولتراسونیک محدوده محصول شما و نیازهای فرآیند خود را تحت پوشش. مافوق صوت Hielscher سیستم های با کارایی بالا است که می تواند با لوازم جانبی مانند sonotrodes، بوستر، راکتورها و یا سلول های جریان به منظور مطابقت با نیازهای فرآیند خود را در شیوه ای بهینه مجهز شده است.
با صفحه نمایش رنگی دیجیتال، گزینه ای برای اجرای فراصوت از پیش تعیین شده، ضبط خودکار داده ها بر روی یک کارت SD یکپارچه، کنترل مرورگر از راه دور و بسیاری از ویژگی های دیگر، بالاترین کنترل فرآیند و کاربر پسند بودن تضمین شده است. همراه با استحکام و ظرفیت تحمل بار سنگین، سیستم های اولتراسونیک Hielscher اسب کار قابل اعتماد خود را در تولید هستند.
تکه تکه شدن و داستیلاسیون کیتین برای به دست آوردن تبدیل هدفمند و محصول نهایی کیتوزان با کیفیت بالا نیاز به سونوگرافی قدرتمند دارد. به خصوص برای تکه تکه شدن پوسته های کیتین، دامنه های بالا و فشارهای بالا بسیار مهم است. Hielscher اولتراسونیک’ پردازنده های اولتراسونیک صنعتی به راحتی دامنه های بسیار بالایی را ارائه می دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. ظرفیت قدرت از سیستم های مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد برای deacetylation کارآمد و سریع در یک فرایند امن و کاربر پسند.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
ادبیات/منابع
- Butnaru E.، Stoleru E.، Brebu M.A.، Darie-Nita R.N.، Bargan A.، Vasile C. (2019): فیلم های بیونانوکامپوزیتی بر پایه کیتوزان تهیه شده به روش امولسیون برای نگهداری مواد غذایی. مواد 1398, 12(3), 373.
- Fiamingo A.، de Moura Delezuk J.A.، Trombotto St. David L.، Campana-Filho S.P. (2016): کیتوزان با وزن مولکولی بالا به طور گسترده از داستیلاسیون چند مرحله ای بتا کیتین به کمک اولتراسوند. سونوشیمی مافوق صوت 32, 2016. 79–85.
- Kjartansson، G.، Wu، T.، Zivanovic، S.، Weiss، J. (2008): تبدیل کیتین به کیتوزان به کمک سونوشیمیایی ، جلسه محققان اصلی ابتکار تحقیقات ملی USDA ، نیواورلئان ، لس آنجلس ، 28 ژوئن.
- Kjartansson، G.، Kristbergsson، K. Zivanovic، S.، Weiss، J. (2008): تأثیر دما در هنگام داستیلاسیون کیتین به کیتوزان با سونوگرافی با شدت بالا به عنوان پیش درمان، نشست سالانه موسسه تکنسین های مواد غذایی، نیواورلئان، لس آنجلس، 30 ژوئن، 95-18.
- Kjartansson، G.، Kristbergsson، K.، Zivanovic، S.، Weiss، J. (2008): تأثیر سونوگرافی با شدت بالا برای تسریع در تبدیل کیتین به کیتوزان، نشست سالانه انستیتوی تکنسین های مواد غذایی، نیواورلئان، لس آنجلس، 30 ژوئن، 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 و مشتقات آن به عنوان جاذب های زیستی بالقوه برای روغن دیزل دریایی. تحقیقات علوم محیط زیست و آلودگی (2017) 24: 22932–22939.
- Wijesena R.N.، Tissera N.، Kannangara Y.Y.، Lin Y.، Amaratunga GAJ، de Silva K.M.N. (2015): روشی برای تهیه از بالا به پایین نانوذرات کیتوزان و نانوالیاف. پلیمرهای کربوهیدرات 117 ، 2015. 731–738.
- وو ، ت. ، زیوانوویچ ، اس ، هیز ، دی جی ، وایس ، ج. (2008). کاهش کارآمد وزن مولکولی کیتوزان توسط سونوگرافی با شدت بالا: مکانیسم اساسی و اثر پارامترهای پردازش. مجله شیمی کشاورزی و مواد غذایی 56(13): 5112-5119.
- یاداو م.; گوسوامی پی. پریتوش ک.; کومار م.; پاریک ن.; Vivekanand V. (2019): ضایعات غذاهای دریایی: منبعی برای تهیه مواد کیتین/کیتوزان قابل استفاده تجاری. منابع زیستی و پردازش زیستی 6/8، 2019.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
Deactylation مافوق صوت کیتین چگونه کار می کند؟
هنگامی که سونوگرافی با قدرت بالا و فرکانس پایین (به عنوان مثال، 20-26 کیلوهرتز) به یک مایع یا دوغاب متصل می شود، چرخه های متناوب فشار بالا / فشار کم به مایع اعمال می شود که باعث فشرده سازی و نادر شدن می شود. در طی این چرخه های متناوب فشار بالا / فشار کم، حباب های خلاء کوچکی تولید می شوند که در طی چندین چرخه فشار رشد می کنند. در نقطه، زمانی که حباب های خلاء نمی توانند انرژی بیشتری جذب کنند، به شدت فرو می ریزند. در طول این انفجار حباب، شرایط بسیار شدید محلی رخ می دهد: دمای بالا تا 5000K، فشارهای تا 2000 اتمسفر، نرخ گرمایش/سرمایش بسیار بالا و اختلاف فشار رخ می دهد. از آنجایی که دینامیک فروپاشی حباب سریعتر از انتقال جرم و حرارت است، انرژی موجود در حفره در حال فروپاشی به یک منطقه بسیار کوچک محدود می شود که به آن "نقطه داغ" نیز می گویند. انفجار حباب کاویتاسیون همچنین منجر به ریزآشفتگی ها، جت های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه و نیروهای برشی ناشی از آن می شود. این پدیده به عنوان کاویتاسیون اولتراسونیک یا آکوستیک شناخته می شود.
قطرات و ذرات موجود در مایع فراصوت توسط آن نیروهای حفره ای برخورد می کنند و هنگامی که ذرات شتاب دار با یکدیگر برخورد می کنند، در اثر برخورد بین ذرات خرد می شوند. کاویتاسیون آکوستیک اصل کار فرز اولتراسونیک، پراکنده، امولسیون و سونوشیمی است.
برای داستیلاسیون کیتین، اولتراسوند با شدت بالا با فعال کردن سطح و افزایش انتقال جرم بین ذرات و معرف، سطح سطح را افزایش می دهد.
کیتوزان
کیتوزان یک پلیمر کربوهیدرات اصلاح شده، کاتیونی و غیر سمی با ساختار شیمیایی پیچیده ای است که توسط β-(1،4) واحد گلوکزامین به عنوان جزء اصلی آن تشکیل شده است.>80٪) و واحدهای N-استیل گلوکزامین (<20٪، به طور تصادفی در امتداد زنجیره توزیع می شود. کیتوزان از کیتین از طریق داستیلاسیون شیمیایی یا آنزیمی مشتق می شود. درجه داستیلاسیون (DA) محتوای گروه های آمینه آزاد را در ساختار تعیین می کند و برای تمایز بین کیتین و کیتوزان استفاده می شود. کیتوزان حلالیت خوبی در حلال های متوسط مانند اسید استیک رقیق شده نشان می دهد و چندین گروه آمین آزاد را به عنوان مکان های فعال ارائه می دهد. این باعث می شود کیتوزان در بسیاری از واکنش های شیمیایی نسبت به کیتین سودمند باشد.
کیتوزان به دلیل زیست سازگاری عالی و زیست تخریب پذیری ، غیر سمی بودن ، فعالیت ضد میکروبی خوب (در برابر باکتری ها و قارچ ها) ، نفوذ ناپذیری اکسیژن و خاصیت تشکیل فیلم ارزشمند است. برخلاف کیتین، کیتوزان این مزیت را دارد که محلول در آب است و در نتیجه کار و استفاده از آن در فرمولاسیون آسان تر است.
به عنوان دومین پلی ساکارید فراوان پس از سلولز، فراوانی بسیار زیاد کیتین آن را به یک ماده اولیه ارزان و پایدار تبدیل می کند.
تولید کیتوزان
کیتوزان در یک فرآیند دو مرحله ای تولید می شود. در مرحله اول ، مواد اولیه مانند پوسته سخت پوستان (یعنی میگو ، خرچنگ ، خرچنگ) پروتئین زدایی ، معدنی زدایی و خالص می شود تا کیتین بدست آید. در مرحله دوم، کیتین با یک پایه قوی (به عنوان مثال، NaOH) برای حذف زنجیره های جانبی استیل به منظور به دست آوردن کیتوزان درمان می شود. فرآیند تولید کیتوزان معمولی بسیار زمان بر و هزینه بر شناخته شده است.
کیتین
کیتین (C8H13O5N)N یک پلیمر زنجیره مستقیم از β-1،4-N-استیل گلوکزامین است و به α-، β- و γ-کیتین طبقه بندی می شود. کیتین به عنوان مشتق شده از گلوکز ، جزء اصلی اسکلت بیرونی بندپایان مانند سخت پوستان و حشرات ، رادول نرم تنان ، منقار سفالوپود و فلس ماهی ها و لیزامزیستان است و در دیواره های سلولی در قارچ ها نیز یافت می شود. ساختار کیتین با سلولز قابل مقایسه است و نانوفیبریل ها یا سبیل های کریستالی را تشکیل می دهد. سلولز فراوان ترین پلی ساکارید جهان است و پس از آن کیتین به عنوان دومین پلی ساکارید فراوان قرار دارد.
گلوکوزامین
گلوکزامین (C6H13نه5) یک قند آمینه و یک پیش ماده مهم در سنتز بیوشیمیایی پروتئین ها و لیپیدهای گلیکوزیله است. گلوکزامین به طور طبیعی یک ترکیب فراوان است که بخشی از ساختار پلی ساکاریدها، کیتوزان و کیتین است که گلوکزامین را به یکی از فراوان ترین مونوساکاریدها تبدیل می کند. بیشتر گلوکزامین موجود در بازار توسط هیدرولیز اسکلت بیرونی سخت پوستان ، یعنی پوسته خرچنگ و خرچنگ تولید می شود.
گلوکزامین عمدتا به عنوان مکمل غذایی استفاده می شود که در آن به اشکال گلوکزامین سولفات، گلوکزامین هیدروکلراید یا N-استیل گلوکزامین استفاده می شود. مکمل های گلوکزامین سولفات به صورت خوراکی برای درمان یک بیماری دردناک ناشی از التهاب، تجزیه و در نهایت از دست دادن غضروف (آرتروز) تجویز می شوند.