Kitiinin ja kitosaanin tuotanto sienistä
Ultrasonication on erittäin tehokas menetelmä kitiinin ja kitosaanin vapauttamiseksi sienilähteistä, kuten sienistä. Kitiini ja kitosaani on depolymeroitava ja deasetyylisoitava jatkokäsittelyssä korkealaatuisen biopolymeerin saamiseksi. Ultraäänellä avustettu depolymerointi ja deasetyyliaatio on erittäin tehokas, yksinkertainen ja nopea tekniikka, joka johtaa korkealaatuisiin kitosaaneihin, joilla on suuri molekyylipaino ja erinomainen biologinen hyötyosuus.
Sieniperäinen kitiini ja kitosaani ultrasonicationin kautta
Ruokana ja bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen käytetään laajalti syötäviä ja lääkesieniä, kuten Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi tai reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (nappisienet), Hericium erinaceus (leijonanharja), Cordyceps sinensis (toukkasieni), Grifola frondosa (puun kana), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, kalkkunanhäntä) ja monia muita sienilajeja. Näitä sieniä sekä käsittelyjäännöksiä (sienijätettä) voidaan käyttää kitosaanin valmistukseen. Ultrasonication ei ainoastaan edistä kitiinin vapautumista sienisoluseinän rakenteesta, vaan myös ajaa kitiinin muuttumista arvokkaaksi kitosaaniksi ultraäänellä avustetun depolymeroinnin ja deasetyylioinnin kautta.
Intensiivinen ultrasonication, jossa käytetään koetintyyppistä ultraäänijärjestelmää, on tekniikka, jota käytetään kitiinin depolymeroinnin ja deasetyylioinnin edistämiseen, mikä johtaa kitosaanin muodostumiseen. Kitiini on luonnossa esiintyvä polysakkaridi, jota esiintyy äyriäisten, hyönteisten eksoskeletoneissa ja tiettyjen sienten soluseinissä. Kitosaani johdetaan kitiinistä poistamalla asetyyliryhmät kitiinimolekyylistä.
Ultraäänimenettely sieni-kitiinin muuntamiseksi kitosaaniksi
Kun kitiinin kitosaanin tuotantoon käytetään voimakasta ultrasonicationia, kitiinisuspensio sonikoidaan korkean intensiteetin matalataajuisilla ultraääniaalloilla, tyypillisesti alueella 20 kHz - 30 kHz. Prosessi tuottaa voimakasta akustista kavitaatiota, joka viittaa mikroskooppisten tyhjiökuplien muodostumiseen, kasvuun ja romahtamiseen nesteessä. Kavitaatio tuottaa paikallisia äärimmäisen suuria leikkausvoimia, korkeita lämpötiloja (jopa useita tuhansia celsiusasteita) ja paineita (jopa useita satoja ilmakehää) kavitaatiokuplia ympäröivässä nesteessä. Nämä äärimmäiset olosuhteet edistävät kitiinipolymeerin hajoamista ja sitä seuraavaa deasetyyliaatiota.

SEM-kuvat kitiinistä ja kitosaaneista kahdesta sienilajista: a) kitiini L. vellereuksesta; b) kitiini P. ribiksen kohdasta; c) kitosaani L.vellereuksesta; d) P. ribisin kitosaani.
kuva ja tutkimus: © Erdoğan et ai., 2017
Kitiinin ultraäänidepolymerointi
Kitiinin depolymerointi tapahtuu mekaanisten voimien, kuten mikrostreamingin ja nestesuihkutuksen, yhteisvaikutusten sekä ultraäänellä aloitettujen kemiallisten reaktioiden avulla, joita aiheuttavat vapaat radikaalit ja muut kavitaation aikana muodostuneet reaktiiviset lajit. Kavitaation aikana syntyvät korkeapaineaallot aiheuttavat kitiiniketjujen leikkausjännityksen, mikä johtaa polymeerin leikkaamiseen pienemmiksi palasiksi.
Kitiinin ultraääni deasetyyliaatio
Depolymeroinnin lisäksi voimakas ultrasonication edistää myös kitiinin deasetyyliaatiota. Deasetyyliaatioon kuuluu asetyyliryhmien poistaminen kitiinimolekyylistä, mikä johtaa kitosaanin muodostumiseen. Voimakas ultraäänienergia, erityisesti kavitaation aikana syntyvät korkeat lämpötilat ja paineet, nopeuttavat deasetyyliaatioreaktiota. Kavitaation luomat reaktiiviset olosuhteet auttavat rikkomaan kitiinin asetyylisidokset, mikä johtaa etikkahapon vapautumiseen ja kitiinin muuttumiseen kitosaaniksi.
Kaiken kaikkiaan voimakas ultrasonication parantaa sekä depolymerointi- että deasetyyliointiprosesseja tarjoamalla tarvittavan mekaanisen ja kemiallisen energian kitiinipolymeerin hajottamiseksi ja kitosaaniksi muuntamisen helpottamiseksi. Tämä tekniikka tarjoaa nopean ja tehokkaan menetelmän kitosaanin valmistamiseksi kitiinistä, ja sillä on lukuisia sovelluksia eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien lääkkeet, maatalous ja biolääketieteellinen tekniikka.
Teollinen kitosaanituotanto sienestä tehoultraäänellä
Kaupallinen kitiinin ja kitosaanin tuotanto perustuu pääasiassa meriteollisuuden jätteeseen (eli kalastukseen, simpukkakorjuuseen jne.). Eri raaka-ainelähteet johtavat erilaisiin kitiini- ja kitosaanilaatuihin, jotka johtuvat tuotannosta ja laadun vaihteluista, jotka johtuvat kausiluonteisista kalastusvaihteluista. Lisäksi sienilähteistä peräisin oleva kitosaani tarjoaa tiettävästi parempia ominaisuuksia, kuten homogeenisen polymeerin pituuden ja suuremman liukoisuuden verrattuna merilähteistä peräisin oleviin kitosaaneihin. (vrt. Ghormade et ai., 2017) Yhtenäisen kitosaanin toimittamiseksi kitiinin uuttamisesta sienilajeista on tullut vakaa vaihtoehtoinen tuotanto. Kitiinin ja citosaanin tuotanto sienistä voidaan helposti ja luotettavasti saavuttaa ultraääniuutto- ja deasetyyliointitekniikalla. Voimakas sonikaatio häiritsee solurakenteita kitiinin vapauttamiseksi ja edistää massansiirtoa vesiliuottimia erinomaisen kitiinin saannon ja uuttamistehokkuuden saavuttamiseksi. Seuraava ultraäänideasetyyliaatio muuntaa kitiinin arvokkaaksi kitosaaniksi. Molemmat ultraääni kitiiniuutto ja deasetyyliointi kitosaaniksi voidaan skaalata lineaarisesti mihin tahansa kaupalliseen tuotantotasoon.

ultraäänilaite UP400St sienten uuttamiseen: Sonikaatio antaa suuria saantoja bioaktiivisille yhdisteille, kuten polysakkarideille kitiinille ja kitosaanille
Ultraäänikitiinin ja kitosaanin deasetyylioinnin tutkimustulokset
Zhu et al. (2018) päättelee tutkimuksessaan, että ultraäänideasetyyliaatio on osoittautunut ratkaisevaksi läpimurroksi, muuntamalla β-kitiini kitosaaniksi 83–94% deasetyyliaatiolla alennetuissa reaktiolämpötiloihin. Kuvassa vasemmalla on SEM-kuva ultraäänellä deasetyylistä kitosaanista (90 W, 15 min, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: ml) (kuva ja tutkimus: © Zhu et ai., 2018)
Heidän protokollassaan NaOH-liuos (20 w/v%) valmistettiin liuottamalla NaOH-hiutaleita DI-veteen. Alkaliliuos lisättiin sitten GLSP-sedimenttiin (0,5 g) kiinteän aineen ja nesteen suhteessa suhteessa 1:20 (g: ml) sentrifugiputkeen. Kitosaania lisättiin NaCl:aan (40 ml, 0,2 M) ja etikkahappoon (0,1 M) liuoksen tilavuussuhteessa 1:1. Sitten suspensio altistettiin ultraäänelle lievässä lämpötilassa 25 ° C 60 minuutin ajan anturityyppisellä ultraäänilaitteella (250W, 20 kHz). (vrt. Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) havaitsi, että kitosaaniliuosten hajoamisnvauhtiin vaikuttavat harvoin polymeerin liuottamiseen käytetyn hapon pitoisuudet ja riippuvat suurelta osin ultraääniaaltojen lämpötilasta, voimakkuudesta ja polymeerin liuottamiseen käytetyn väliaineen ionisesta lujuudesta. (vrt. Pandit et ai., 2021)
(2019) käytti Ganoderma lucidum -itiöjauheita sieniraaka-aineena ja tutki ultraäänellä avustettua deasetyyliaatiota ja käsittelyparametrien, kuten sonikaatioajan, kiinteän ja nesteen suhteen, NaOH-pitoisuuden ja säteilytystehon, vaikutuksia kitosaanin deasetyyliaatioasteeseen (DD). Suurin DD-arvo saatiin seuraavilla ultraääniparametreilla: 20 minuutin sonikaatio 80 W: lla, 10% (g: ml) NaOH, 1:25 (g: ml). Ultraäänellä saadun kitosaanin pinnan morfologiaa, kemiallisia ryhmiä, lämpöstabiilisuutta ja kiteisyyttä tutkittiin käyttämällä SEM: ää, FTIR: ää, TG: tä ja XRD: tä. Tutkimusryhmä raportoi ultraäänellä tuotetun kitosaanin deasetyyliaatioasteen (DD), dynaamisen viskositeetin ([η]) ja molekyylipainon (Mv ̄) merkittävästä paranemisesta. Tulokset korostivat sienten ultraäänideasetyyliaatiotekniikkaa, joka on erittäin tehokas kitosaanin tuotantomenetelmä, joka soveltuu biolääketieteellisiin sovelluksiin. (vrt. Zhu et al., 2019)
Erinomainen kitosaanin laatu ultraäänidepolymeroinnilla ja deasetyyliaatiolla
Ultraäänellä vedettävät kitiinin / kitosaanin uuttamisen ja depolymeroinnin prosessit ovat tarkasti hallittavissa ja ultraääniprosessiparametrit voidaan säätää raaka-aineisiin ja kohdennettuun lopputuotteen laatuun (esim. molekyylipaino, deasetyyliointiaste). Tämä mahdollistaa ultraääniprosessin mukauttamisen ulkoisiin tekijöihin ja optimaalisten parametrien asettamisen ylivoimaiselle tulokselle ja tehokkuudelle.
Ultraäänellä deasetyylisoitu kitosaani osoittaa erinomaista biologista hyötyosuutta ja biologista yhteensopivuutta. Kun ultraäänellä valmistettuja kitosaanibiopolymeeriä verrataan biolääketieteellisiä ominaisuuksia koskevaan termisesti johdettuun kitosaaniin, ultraäänellä tuotetun kitosaanin fibroblastin (L929-solu) elinkelpoisuus ja lisääntynyt antibakteerinen aktiivisuus sekä Escherichia coli (E. coli) että Staphylococcus aureus (S. aureus) ovat parantuneet merkittävästi.
(vrt. Zhu et ai., 2018)

Skannaus elektroni mikroskooppiset (SEM) kuvat suurennuksessa 100 × a) Gladius, b) Ultra ääni käsitelty Gladius, c) β-Chitin, d) Ultra äänellä käsitelty β-Chitin, ja e) kitosaani (Lähde: Preto et al. 2017)
Korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet kitiinin ja kitosaanin käsittelyyn
Kitiinin pirstoutuminen ja kitiinin detylaatio kitosaaniksi vaatii tehokkaita ja luotettavia ultraäänilaitteita, jotka voivat tuottaa suuria amplitudit, tarjoavat tarkan hallittavuuden prosessiparametreihin ja joita voidaan käyttää 24/7 raskaalla kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä. Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima täyttää nämä vaatimukset luotettavasti. Erinomaisen ultraäänisuorituskyvyn lisäksi Hielscher-ultraäänilaitteilla on korkea energiatehokkuus, mikä on merkittävä taloudellinen etu – erityisesti kaupallisessa laajamittaisessa tuotannossa.
Hielscher-ultraääniastiat ovat korkean suorituskyvyn järjestelmiä, jotka voidaan varustaa lisävarusteilla, kuten sonotrodeilla, vahvistimilla, reaktoreilla tai virtaussoluilla, jotta ne vastaavat prosessitarpeitasi optimaalisesti. Digitaalisella värinäytöllä, mahdollisuudella esiasettaa sonikaatioajoja, automaattinen tietojen tallennus integroidulle SD-kortille, selaimen etäohjaus ja monia muita ominaisuuksia, Hielscher-ultraäänilaitteet takaavat korkeimman prosessinhallinnan ja käyttäjäystävällisyyden. Yhdessä kestävyyden ja raskaan kantavuuden kanssa Hielscherin ultraäänijärjestelmät ovat luotettava työhevonen tuotannossa.
Kitiinin pirstoutuminen ja deasetyyliaatio vaativat voimakasta ultraääntä kohdennetun muunnoksen ja korkealaatuisen lopullisen kitosaanituotteen saamiseksi. Erityisesti kitiinihiutaleiden pirstoutumisessa ja depolymerointi- / deasetyyliaatiovaiheissa suuret amplitudit ja kohonneet paineet ovat ratkaisevia. Hielscher Ultrasonics teolliset ultraääniprosessorit tuottavat helposti erittäin korkeat amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänijärjestelmien tehokapasiteetti mahdollistaa tehokkaan ja nopean depolymeroinnin ja deasetyylioinnin turvallisessa ja käyttäjäystävällisessä prosessissa.

Ultraäänireaktori, jossa on 2000W ultraäänianturi UIP2000hdT kitiinin uuttamiseksi sienistä ja sen jälkeen depolymerointiin / deasetyyliointiin
erätilavuus | Virtausnopeus | Suositeltavat laitteet |
---|---|---|
1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
10 - 2000 ml | 20 - 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
0.1 - 20L | 0.2 - 4 l / min | UIP2000hdT |
10 - 100 litraa | 2 - 10 l / min | UIP4000hdT |
n.a | 10 - 100 l / min | UIP16000 |
n.a | suuremmat | klusterin UIP16000 |
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Synergistinen kitiinihoito parani ultraäänellä
Perinteisen kemiallisen ja entsymaattisen kitiininpoiston haittojen (eli alhaisen hyötysuhteen, korkeiden energiakustannusten, pitkän käsittelyajan, myrkyllisten liuottimien) voittamiseksi kitiinin ja kitosaanin käsittelyyn on integroitu korkean intensiteetin ultraääni. Korkean intensiteetin sonikaatio ja siitä johtuvat akustisen kavitaation vaikutukset johtavat polymeeriketjujen nopeaan leikkaamiseen ja vähentävät polydispersiyttä, mikä edistää kitosaanin synteesiä. Lisäksi ultraäänileikkausvoimat tehostavat massansiirtoa liuoksessa siten, että kemiallinen, hydrolyyttinen tai entsymaattinen reaktio paranee. Ultraäänikitiinihoito voidaan yhdistää jo olemassa oleviin kitiinin käsittelytekniikoihin, kuten kemiallisiin menetelmiin, hydrolyysiin tai entsymaattisiin menetelmiin.
Ultraäänellä avustettu kemiallinen deasetyyliaatio ja depolymerointi
Koska kitiini on ei-reaktiivinen ja liukenematon biopolymeeri, sille on suoritettava demineralisaatio-, deproteinisointi- ja depolymerointi- / deasetylaatiovaiheet liukoisen ja bioasisevan kitosaanin saamiseksi. Näihin prosessivaiheisiin kuuluu hoitoja vahvoilla hapoilla, kuten HCl: llä, ja vahvoilla emäksillä, kuten NaOH ja KOH. Koska nämä tavanomaiset prosessivaiheet ovat tehottomia, hitaita ja vaativat suuria energioita, prosessien tehostaminen sonikaatiolla parantaa kitosaanin tuotantoa merkittävästi. Teho-ultraäänen käyttö lisää kitosaanin saantoja ja laatua, vähentää prosessia päivistä muutamaan tuntiin, mahdollistaa lievemmät liuottimet ja tekee koko prosessista energiatehokkaamman.
Ultraäänellä parannettu kitiinin deproteinisointi
(2021) havaitsivat kitiinin proteiininpoistoa koskevassa tutkimuksessaan, että “Ultraäänen käyttö biopolymeerien valmistukseen vähensi kitiinin proteiinipitoisuutta ja hiukkaskokoa. Kitosaania, jolla oli korkea deasetyyliaatioaste ja keskimolekyylipaino, tuotettiin ultraääniavustuksella.”
Ultraäänihydrolyysi kitiinin depolymerointiin
Kemiallisessa hydrolyysissä käytetään joko happoja tai emäksiä kitiinin deasettyylaattiin, mutta alkalideasetyyliaatiota (esim. natriumhydroksidi NaOH) käytetään laajemmin. Happohydrolyysi on alternativ-menetelmä perinteiseen kemialliseen deasetyyliaatioon, jossa orgaanisia happoliuoksia käytetään kitiinin ja kitosaanin depolymerointiin. Happohydrolyysimenetelmää käytetään enimmäkseen silloin, kun kitiinin ja kitosaanin molekyylipainon on oltava homogeeninen. Tätä tavanomaista hydrolyysiprosessia kutsutaan hitaaksi ja energia- ja kustannusintensiiviseksi. Vahvojen happojen, korkeiden lämpötilojen ja paineiden vaatimus ovat tekijöitä, jotka muuttavat hydrolyyttisen kitosaaniprosessin erittäin kalliiksi ja aikaa vieväksi toimenpiteeksi. Käytetyt hapot vaativat jatkokäsittelyprosesseja, kuten neutralointia ja dealtointia.
Kun suuritehoinen ultraääni integroidaan hydrolyysiprosessiin, kitiinin ja kitosaanin hydrolyyttisen pilkkomisen lämpötila- ja painevaatimuksia voidaan alentaa merkittävästi. Lisäksi sonikaatio mahdollistaa pienemmät happopitoisuudet tai lievempien happojen käytön. Tämä tekee prosessista kestävämmän, tehokkaamman, kustannustehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän.
Ultraäänellä avustettu kemiallinen deasetylaatio
Kitiinin ja kitosaanin kemiallinen hajoaminen ja deaktyyliaatio saavutetaan pääasiassa käsittelemällä kitiiniä tai kitosaania mineraalihapoilla (esim. suolahappo HCl), natriumnitriitillä (NaNO2) tai vetyperoksidi (H2O2). Ultraääni parantaa deasetyyliaationopeutta, mikä lyhentää reaktioaikaa, joka tarvitaan kohdennetun deasetyylisen asteen saavuttamiseksi. Tämä tarkoittaa, että sonikaatio vähentää vaaditun käsittelyajan 12-24 tuntia muutamaan tuntiin. Lisäksi sonikaatio mahdollistaa huomattavasti pienemmät kemialliset pitoisuudet, esimerkiksi 40% (w / w) natriumhydroksidia sonikaatiolla, kun taas 65% (w / w) tarvitaan ilman ultraääniä.
Ultraääni-entsymaattinen deasetyyliaatio
Vaikka entsymaattinen deasetyyliointi on lievä, ympäristön kannalta hyvänlaatuinen käsittelymuoto, sen tehokkuus ja kustannukset ovat epätaloudellisia. Entsyymien monimutkaisen, työvoimavaltaisen ja kalliin loppupään eristämisen ja lopputuotteesta puhdistamisen vuoksi entsymaattista kitiinin deasetyyliaatiota ei toteuteta kaupallisessa tuotannossa, vaan sitä käytetään vain tieteellisessä tutkimuslaboratoriossa.
Ultraääni esikäsittely ennen entsymaattista deasetlytaatiofragmentteja kitiinimolekyylejä, mikä laajentaa pinta-alaa ja tuo enemmän pintaa entsyymien saataville. Korkean suorituskyvyn sonikaatio auttaa parantamaan entsymaattista deasetyyliaatiota ja tekee prosessista taloudellisemman.
Kirjallisuus / Referenssit
- Ospina Álvarez S.P., Ramírez Cadavid D.A., Escobar Sierra D.M., Ossa Orozco C.P., Rojas Vahos D.F., Zapata Ocampo P., Atehortúa L. (2014): Comparison of extraction methods of chitin from Ganoderma lucidum mushroom obtained in submerged culture. Biomed Research International 2014.
- Valu M.V., Soare L.C., Sutan N.A., Ducu C., Moga S., Hritcu L., Boiangiu R.S., Carradori S. (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods, Dec 18;9(12), 2020.
- Erdoğan, Sevil & Kaya, Murat & Akata, Ilgaz (2017): Chitin extraction and chitosan production from cell wall of two mushroom species (Lactarius vellereus and Phyllophora ribis). AIP Conference Proceedings 2017.
- Zhu, L., Chen, X., Wu, Z., Wang, G., Ahmad, Z., & Chang, M. (2019): Optimization conversion of chitosan from Ganoderma lucidum spore powder using ultrasound‐assisted deacetylation: Influence of processing parameters. Journal of Food Processing and Preservation 2019.
- Li-Fang Zhu, Jing-Song Li, John Mai, Ming-Wei Chang (2019): Ultrasound-assisted synthesis of chitosan from fungal precursors for biomedical applications. Chemical Engineering Journal, Volume 357, 2019. 498-507.
- Zhu, Lifang; Yao, Zhi-Cheng; Ahmad, Zeeshan; Li, Jing-Song; Chang, Ming-Wei (2018): Synthesis and Evaluation of Herbal Chitosan from Ganoderma Lucidum Spore Powder for Biomedical Applications. Scientific Reports 8, 2018.
- G.J. Price, P.J. West, P.F. Smith (1994): Control of polymer structure using power ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 1, Issue 1, 1994. S51-S57.
Tosiasiat, jotka kannattaa tietää
Kuinka Chitinin ultraääniuutto ja deasetyyliointi toimivat?
Kun tehon ultraääniaallot yhdistetään nesteeseen tai lietteeseen (esim. suspensio, joka koostuu kitiinistä liuottimessa), ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi aiheuttaen vuorotellen korkeapaine- / matalapainesyklejä. Matalapainesyklien aikana syntyy pieniä tyhjiökuplia (ns. kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useiden painesyklien aikana. Tietyssä koossa, kun kuplat eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa, ne luhistuvat voimakkaasti korkeapainejakson aikana. Kuplan luhistumiselle on ominaista voimakkaat kavitaatiovoimat (ns. sonomekaaniset). Nämä sonomekaaniset olosuhteet esiintyvät paikallisesti kavitaatiopisteessä, ja niille on ominaista erittäin korkeat lämpötilat ja paineet jopa 4000K ja 1000atm; sekä vastaavat korkeat lämpötila- ja paine-erot. Lisäksi syntyy mikroturbulensseja ja nestevirtoja, joiden nopeus on jopa 100 m/s. Kitiinin ja kitosaanin ultraääniuutto sienistä ja äyriäisistä sekä kitiinin depolymerointi ja deasetyyliaatio johtuvat pääasiassa sonomekaanisista vaikutuksista: levottomuus ja turbulenssit häiritsevät soluja ja edistävät massansiirtoa ja voivat myös leikata polymeeriketjuja yhdessä happamien tai emäksisten liuottimien kanssa.
Kitiinin uuttamisen toimintaperiaate ultraäänellä
Ultraääniuutto rikkoo tehokkaasti sienien solurakenteen ja vapauttaa solunsisäiset yhdisteet solun seinämästä ja solujen sisätiloista (eli polysakkarideista, kuten kitiinistä ja kitosaanista sekä muista bioaktiivisista fytokemikrofoneista) liuottimeen. Ultraääniuutto perustuu akustisen kavitaatioperiaatteen mukaisesti. Ultraääni / akustisen kavitaation vaikutukset ovat korkeat leikkausvoimat, turbulenssit ja voimakkaat paine-erot. Nämä sonomekaaniset voimat rikkovat solurakenteita, kuten kitiinisien soluseiniä, edistävät massansiirtoa sienen biomateriaalin ja liuottimen välillä ja johtavat erittäin korkeisiin uutteiden saantoihin nopeassa prosessissa. Lisäksi sonikaatio edistää uutteiden sterilointia tappamalla bakteereja ja mikrobeja. Mikrobien inaktivointi sonikaatiolla on seurausta solukalvon tuhoamisvoimista, vapaiden radikaalien tuotannosta ja paikallisesta lämmityksestä.
Depolymeroinnin ja deasetyylioinnin toimintaperiaate ultraäänellä
Polymeeriketjut tarttuvat ultraäänellä tuotettuun leikkauskenttään kavitaatiokuplan ympärillä ja polymeerikelan ketjusegmentit romahtavan ontelon lähellä liikkuvat suuremmalla nopeudella kuin kauempana olevat. Polymeeriketjuun syntyy sitten jännityksiä polymeerisegmenttien ja liuottimien suhteellisen liikkeen vuoksi, ja nämä riittävät aiheuttamaan pilkkoutumisen. Prosessi on siten samanlainen kuin muut leikkausvaikutukset polymeeriliuoksissa ~2° ja antaa hyvin samanlaisia tuloksia. (vrt. Price et al., 1994)
Kitiini
Kitiini on N-asetyyliglukosamiinipolymeeri (poly-(β-(1–4)-N-asetyyli-D-glukosamiini), on luonnossa esiintyvä polysakkaridi, jota esiintyy laajalti selkärangattomien, kuten äyriäisten ja hyönteisten, eksoskeletonissa, kalmarin ja seepian sisäluurangossa sekä sienten soluseinissä. Sienisoluseinien rakenteeseen upotettu kitiini on vastuussa sienisoluseinän muodosta ja jäykkyydestä. Monissa sovelluksissa kitiini muunnetaan deasetyylioiduksi johdannaiseksi, joka tunnetaan kitosaanina depolymerointiprosessin kautta.
Chitosan on kitiinin yleisin ja arvokkain johdannainen. Se on suurimolekyylipainoinen polysakkaridi, jota yhdistää b-1,4 glykosidi ja joka koostuu N-asetyyli-glukosamiinista ja glukosamiinista.
Kitosaani voidaan johtaa kemiallisen tai entsymaattisen N-deasetyyliaatio. Kemiallisesti vetterästylehdessä asetyyliryhmä (R-NHCOCH)3) pilkkoutuu voimakkaalla emäksellä korkeissa lämpötiloissa. Vaihtoehtoisesti kitosaani voidaan syntetisoida entsymaattisella deasetyyliaatiolla. Teollisen tuotannon mittakaavassa kemiallinen deasetyyliaatio on kuitenkin edullinen tekniikka, koska entsymaattinen deasetyyliaatio on huomattavasti vähemmän tehokasta deasetyyliaasientsyymien korkeiden kustannusten ja saatujen kitosaanien alhaisten saantojen vuoksi. Ultrasonicationia käytetään tehostamaan (1→4)-/β-sidoksen (depolymerointi) kemiallista hajoamista ja vaikuttamaan kitiinin deasetyyliaatioon korkealaatuisen kitosaanin saamiseksi.
Kun sonikaatiota käytetään entsymaattisen deasetyylisaation esikäsittelynä, myös kitosaanin saanto ja laatu paranevat.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.