Ultra ääni Deasetylaatio Chitin Chitosan
Ultra ääni Chitosan tuotanto
Chitosaani saadaan Chitin N-deasetyloinnin avulla. Tavan omaisissa deasetyloidissa kitiininkuoren on liotettu vesipitoisiin alkalinliuottimiin (tyypillisesti 40-50% (w/w) NaOH). Liotus prosessi vaatii korkeita lämpö tiloja 100 ja 120 º c on hyvin aikaa vievää, kun taas tuotto kitosaani saatu liotus vaiheessa on alhainen. Soveltaminen suuritehoinen Ultrasonics tehostaa deasetyloinnin prosessi kitiininkuoren merkittävästi ja johtaa korkea saanto alhaisen molekyyli painon kitosaani nopeassa hoidossa alemmassa lämpö tilassa. Ultrasonic deasetylaatio johtaa laadukkaaseen chitoseen, jota käytetään elin tarvike-ja lääke aineena, lannoitteena ja monissa muissa teollisissa sovelluksissa.
Ultra ääni hoito johtaa poikkeuksellisen asteiseen asetyloinnin (DA) kitiininkuoren alentaa astetta asetyloinnin kitiininkuoren da ≥ 90 ja kitosaani kanssa da ≤ 10.
Monet tutkimukset vahvistavat Ultra ääni-kitiininkuoren deasetylaation tehokkuuden chitosinille. Weiss J. et al. (2008) totesi, että sonikaatio parantaa chitiinin muuntamista chitoseen rajusti. Kitiininkuoren-Ultra ääni hoidossa on merkittäviä säästöjä, jotka vähentävät vaadittua prosessi aikaa 12-24 tuntia muutaman tunnin ajan. Lisäksi tarvitaan vähemmän liuottimia, jotta saadaan aikaan täydellinen muuntaminen, joka heikentää käytetyn tai reagoineton liuottimen, eli väkevöity NaOH, hävittämisestä ja hävittämisestä syntyvää ympäristö vaikutusta.
Kitiininkuoren-deasetylelaatio chitoseen edistetään sonikaatiolla
UIP4000hdT – 4kW teho Ultra ääni järjestelmä
Toiminta periaate Ultra ääni Chitosan hoito
Suuritehoinen, matalataajuuksinen ultraääntä (-20-26kHz) luo akustisen kavitaatio nesteitä ja lietteitä. Suuritehoinen ultraääni edistää chitiinin muuntamista chitosaaniksi liuottimen (esim. NaOH) fragmentteina ja tunkeutuu kiinteisiin kitiinihiukkasiin, mikä laajentaa pinta-alaa ja parantaa massansiirtoa kiinteän ja nestemäisen faasin välillä. Lisäksi ultraäänikavitaatiojen korkeat leikkausvoimat luovat vapaita radikaaleja, jotka lisäävät reagenssin (eli NaOH: n) reaktiivisuutta hydrolyysin aikana. Ei-lämpökäsittelymenetelmänä sonikaatio estää lämpöhajoamisen, joka tuottaa korkealaatuista chitosaania. Ultraääni lyhentää käsittelyaikoja, joita tarvitaan kitiinin erottamiseen äyriäisistä sekä tuottochitiini (ja siten myöhemmin chitosan) korkeamman puhtauden kuin perinteisiin käsittelyolosuhteisiin. Chitiinin ja kitosaanin tuotannossa ultraäänellä on siten mahdollista alentaa tuotantokustannuksia, lyhentää käsittelyaikaa, mahdollistaa tuotantoprosessin parempi valvonta ja vähentää prosessijätteen ympäristövaikutuksia.
- Higher Chitosan Yield
- Ylivoimainen laatu
- Lyhennettyä aikaa
- Alempi prosessi lämpötila
- Lisääntynyt tehokkuus
- Helppo & turvallinen toiminta
- ympäristöystävällinen
Ultra ääni-Chitin-Decetylaatio Chitosan – protokolla
1) valmista Chitin:
Käyttämällä Rapu kuoret lähde materiaalina, Rapu kuoret on pestävä perusteellisesti, jotta voidaan poistaa liukoiset orgaaniset aineet ja noudattaa epäpuhtauksia, mukaan lukien maaperä ja proteiini. Sen jälkeen kuori materiaali on kuivattava kokonaan (esim. 60 º C:ssa uunissa 24 tuntia). Kuivatut kuoret jauhetaan sitten (esim. vasara myllyn avulla), deproteiinoitu emäksisessä väli aineessa (esim. 0,125 – 5,0 M) ja demineralisoitua happoa (esim. laimennettua suola happoa).
2) Ultra ääni Deaketylaatio
Suorittaa tyypillinen Ultra ääni deasetyloinnin reaktio, beeta-Chitin hiukkasia (0,125 mm < D < 0.250 mm) suspendoidaan 40 %:iin (w/w) vesipitoiseen NaOH:iin beeta-kitiini/NaOH-vesiliuoksella, jonka vesiliuos on 1/10 (g ml-1), suspensio siirtyy kaksiseinäinen lasi dekantteri lasiin ja sonikoitiin käyttämällä Hielscher UP400St Ultra ääni homogenisaattori. Seuraavat parametrit (CF. Fiamingo et al. 2016) pidetään vakiona suoritettaessa Ultra ääni-kitiininkuoren deaketylaatioreaktiota: (i) Ultra ääni anturi (sonotrode Hielscher S24d22D, kärki halkaisija = 22 mm); (II) sonication Pulse-tila (IP = 0.5 SEC); III) Ultra ääni pinnan intensiteetti
(I = 52,6 W cm-2), (IV) reaktio lämpötila (60 º C ± 1 º C), (v) reaktio aika (50 min), (VI) suhde beeta-Chitin paino/tilavuus 40% (w/w) vesipitoinen natriumhydroksidi (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) beeta-Chitin-suspension tilavuus (50mL).
Ensimmäinen reaktio etenee 50 minuutin ajan jatkuvan magneettisen sekoittaen aikana, ja se keskeytetään jäähdyttämällä jousitus nopeasti 0 ° C:een. Jälkeenpäin laimennetaan suola happoa lisätään saavuttamiseksi pH 8,5 ja näyte CHs1 eristetty suodattamalla, laajasti pestä deionisoidun veden ja kuivataan ympäristön olosuhteissa. Kun sama Ultra ääni deasetylelaatio toistetaan toisena askeleena CHs1, se tuottaa näyte CHs2.
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)
Fiamingo et al. totesi, että Ultra ääni deasetylaatio beeta-Chitin tehokkaasti tuottaa suuren molekyyli painon kitosaani kanssa alhainen asetylaatio ei käytä lisä aineita, inertti ilma kehän eikä pitkiä reaktio aikoja. Vaikka Ultra ääni deasetylaatio reaktio suoritetaan lievempi olosuhteissa – alhainen reaktio lämpötila verrattuna useimpiin thermochemical deacetylaatioihin. Ultra ääni deasetylaatio beta-Chitin mahdollistaa valmistamiseksi satunnaisesti deasetyloitu kitosaani jolla on vaihteleva aste asetylaatiota (4% ≤ da ≤ 37%), korkea paino keskimääräinen molekyyli paino (900 000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1 200 000 g mol-1 ) ja alhainen disperiteetti (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) suorittamalla kolme peräkkäistä reaktiota (50 min/askel) 60 º C:ssa.
Suuritehoiset Ultra ääni prosessorit laboratoriosta ohja ajan ja teollisuuden mitta kaavassa.
Korkean suoritus kyvyn Ultra ääni järjestelmät Chitosan tuotantoon
Sirpaloituminen ja chitiinin decetylaatio kitosaaniin vaatii voimakkaita ja luotettavia Ultra ääni laitteita, jotka voivat tuottaa suuria amplitudeja, tarjoaa tarkan hallittavuuden prosessin parametreissa ja sitä voidaan käyttää 24/7 raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä. Hielscher Ultrasonics tuote valikoima saat ja prosessi vaatimukset katettu. Hielscher ultrasonicators ovat korkean suoritus kyvyn järjestelmiä, jotka voidaan varustaa lisä varusteilla, kuten sonotrodes, vahvistimet, reaktorit tai virtaus soluja, jotta vastaamaan prosessin tarpeisiin optimaalisella tavalla.
Digitaalisella väri näytöllä mahdollisuus esiasetettuun sonication-käyttöön, automaattinen tietojen tallennus integroidulla SD-kortilla, etäselaimen hallinta ja monia muita ominaisuuksia, korkein prosessin hallinta ja käyttäjä ystävällisyys varmistetaan. Yhdistettynä kestävyys ja raskas kantavuus, Hielscher Ultra ääni järjestelmät ovat luotettava työhevonen tuotannossa.
Chitin hajanaisuus ja deasetylointi vaatii voimakasta Ultra ääntä saadakseen kohdennetun muunnoksen ja lopullisen kitosan-tuotteen, joka on laadukas. Erityisesti kitiininkuoren-hiutaleet, suuret amplitudit ja kohonneet paineet ovat ratkaisevia. Hielscher Ultrasonics’ teolliset Ultra ääni prosessorit tuottavat helposti erittäin suuria amplitudeja. Amplitudeja jopa 200 μm voidaan käyttää jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Jopa suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä Ultra ääni-sonotrodeja. Hielscherin Ultra ääni järjestelmien teho kapasiteetti mahdollistaa tehokkaan ja nopean deaketylaation turvallisessa ja käyttäjäystävällisissä prosessissa.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| 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!
Kirjallisuus / Viitteet
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-pohjaiset Bionanokomposiitit valmistetaan emulsio tekniikalla elin tarvikkeiden säilytykseen. Materiaalit 2019, 12 (3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Laajasti deasetyloitu suuri molekyyli paino kitosaani moniakun Ultra ääni-avusteinen deasetylelaatio beeta-Chitin. Ultrasonics Sonokemian 32, 2016. 79 – 85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonokemiallisesti avustettu muuntaminen Chitin Chitosan, USDA National Research Initiative Principal tutkijat kokous, New Orleans, LA, Kesäkuu 28th.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): lämpö tilan vaikutus kitiininkuoren-valmisteen deasetyloinnin aikana Chitosen kanssa korkean intensiteetin Ultra äänellä esikäsittely, vuosittainen tapaaminen Institute of Food Technologists, New Orleans, La, 30. kesä kuuta 95-18.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): vaikutus korkean intensiteetin Ultra ääni nopeuttaa muuntaminen kitiininkuoren Chitosan, vuotuinen tapaaminen instituutin elin tarvike tekniikan, New Orleans, La, kesäkuu 30th, 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 ja sen johdannaiset mahdollisina biosorbentteja meri Diesel öljylle. Ympäristö tieteen ja saasteiden tutkimus (2017) 24:22932 – 22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Menetelmä ylhäältä alas kitosan nanohiukkasen ja nanokuitujen valmistukseen. Hiilihydraattien polymeerit 117, 2015. 731 – 738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Tehokas vähentäminen kitosaani molekyyli paino korkean intensiteetin Ultra ääni: taustalla mekanismi ja vaikutus käsittely parametrien. Maatalous-ja elin tarvike kemian lehti 56 (13): 5112-5119.
- Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Äyriäiset jätteet: lähde valmistamiseksi kaupallisesti työllistävissä Chitin/Chitosan materiaalit. Bioresources ja Bioprocessing 6/8, 2019.
Tosiasiat, jotka kannattaa tietää
Miten Ultra ääni Chitin Deactylation toimii?
Kun suuritehoinen, matalan taajuuden Ultra ääni (esim. 20-26kHz) kytketään nesteeseen tai lietteeseen, käytetään vaihtelevien korkeapaineisten/matalapaineisten syklien nestettä, joka luo kompressiota ja rarefaction. Näiden vaihtelevien korkeapaineisten/matalan paineen syklien aikana syntyy pieniä tyhjiö kuplia, jotka kasvavat useiden paine jaksojen aikana. Siinä vaiheessa, kun tyhjiö kuplat eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa, ne törmään väkivaltaisesti. Tämän kuplan aikana, paikallisesti hyvin intensiivisiä olosuhteita esiintyy: korkeita lämpö tiloja jopa 5000K, paineita jopa 2000atm, erittäin korkea Lämmitys/Jäähdytys nopeudet ja paine erot esiintyä. Koska kupla romahdus dynamiikka ovat nopeammin kuin massa ja lämmön siirto, energia romahtaminen onteloon rajoittuu hyvin pieni vyöhyke, jota kutsutaan myös "Hot spot". Luhistuminen Kavitaatio kupla johtaa myös mikroturbulensseja, neste suihkuja jopa 280m/s nopeus ja tuloksena leikkaus voimia. Tämä ilmiö tunnetaan Ultra äänellä tai akustisella kavitaatiolla.
Nämä Kavitaatio voimat ovat törmää sonikoituneen nesteen pisaroita ja hiukkasia, ja kun kiihdytetyt hiukkaset törmätä keskenään, ne saavat särkynyt törmäykseen-törmäyksessä. Akustinen Kavitaatio on Ultra ääni jyrsintä, dispergointi, emulgointia ja sonokemian toiminta periaate.
Kitiininkuoren-deaketylaation osalta korkean intensiteetin Ultra ääni lisääntyy pinta-alalla Akti voimalla pintaa ja edistämällä massan siirtoa hiukkasten ja reagenssin välillä.
Chitosan
Chitosan on modifioitu, kationinen, myrkytön hiilihydraattipolymeeri, jonka pääkomponenttina on β(1,4) glukosamiiniyksiköiden muodostama monimutkainen kemiallinen rakenne (>80%) ja N-asetyyliglukosamiiniyksiköt (<20 %), satunnaisesti koko ketjussa. Chitosan on peräisin kitiini kautta kemiallinen tai entsymaattinen deasetyyliaatio. Deasetyyliation aste (DA) määrittää vapaiden aminoryhmien sisällön rakenteessa ja sitä käytetään erottamaan kitiini ja chitosaani. Chitosan osoittaa hyvää liukoisuutta kohtalainen liuottimia, kuten laimennettu etikkahappo ja tarjoaa useita vapaita amiiniryhmiä aktiivisina kohtina. Tämä tekee chitosan edullinen verrattuna chitin monissa kemiallisia reaktioita.
Chitosan arvostetaan sen erinomainen bioyhteensopivuus ja biohajoavuus, ei-myrkyllisyys, hyvä mikrobilääkeaktiivisuus (vastaan bakteerit ja sienet), hapen läpäisemättömyys ja kalvon muodostavia ominaisuuksia. Toisin kuin kitiini, chitosan on etu na on vesiliukoinen ja siten helpompi käsitellä ja käyttää muotoiluja.
Koska toiseksi runsaimmat polysakkaridi jälkeen selluloosa, valtava runsaasti kitiiniä tekee siitä halpa ja kestävä raaka-aine.
Chitosan Production
Chitosan valmistetaan kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa, raaka-aine, kuten äyriäis kuoret (eli katkarapu, Rapu, hummeri), on deproteinisoitu, demineralisoitua ja puhdistetaan saada Chitin. Toisessa vaiheessa kitiininkuoren-hoitoa hoidetaan vahvalla pohjalla (esim. NaOH), jolla poistetaan asetyyli-sivu ketjut, jotta kitosaani saadaan. Tavan omaisen kitosaani tuotannon tiedetään olevan hyvin aikaa vievää ja kustannusintensiivistä.
Kitiini
Chitin (C8H13O5NN on suoran ketjun polymeeri β-1,4-N-acetylglukosamiini ja on luokiteltu α-, β-ja γ-Chitin. Glukoosin johdannaisena, kitiininkuoren on tärkein osa niveljalkaisten, kuten äyriäisten ja hyönteisten, nilviäisten, pääjalkaisten ja kalojen ja lissametaanien asteikkoja, ja se löytyy myös sienten solu seinistä. Kitiininkuoren rakenne on verrattavissa selluloosaan, joka muodostaa kiteisiä nanofibrillejä tai viikset. Selluloosa on maailman runsain polysakkaridi, jota seuraa kitiininkuoren toiseksi runsainta polysakkaridia.
Glukosamiini
Glukosamiini (C6H13EI5) on aminohappo ja tärkeä esitai glykosyloitujen proteiinien ja lipidien biokemiallisessa synteesissä. Glukosamiini on luonnollisesti runsas yhdiste, joka on osa polysakkaridien, kitosan ja chitin rakennetta, mikä tekee glukosamiinistä yhden runsaimmista monosakkarideistä. Suurin osa kaupallisesti saatavilla olevista glukosamiinistä valmistetaan äyriäis exoskeletons-, eli Rapu-ja hummeri kuorien hydrolyysillä.
Glukosamiinia käytetään pääasiassa ravinto lisänä, jossa sitä käytetään Glukosamiini sulfaatin, glukosamiinihydrokloridin tai N-asetyyli-glukosamiinin muodoissa. Glukosamiini sulfaatti täydentää annetaan suullisesti hoitoon kivulias sairaus aiheuttama tulehdus, jakautuminen ja mahdollinen menetys ruston (nivel rikko).