Hielscher Ultrasound Technology

Ultrasonyske deacetylaasje fan chitin nei chitosan

Chitosan is in biopolymeer ôflaat fan chitine dy't in soad tapassingen hat yn pharma, iten, lânbou en yndustry. Ultrasone deacetylaasje fan chitin nei chitosan yntinsiveart de behanneling signifikant – liedend ta in effisjint en rap proses mei in hege opbringst fan chitosan fan superieure kwaliteit.

Ultrasone produksje fan Chitosan

Chitosan wurdt krigen troch de N-deacetylaasje fan chitin. By konvinsjonele deacetylering wurdt chitine wiet yn wetterige alkalysolven (typysk 40 oant 50% (w / w) NaOH). It soakproses fereasket hege temperatueren fan 100 oant 120 ºC is heul tiidriedich, wylst de opbringst fan chitosan per soppingstap leech is. De tapassing fan ultrasonics mei hege krêft intensifiseart it deacetyleringsproses fan chitin signifikant en resultearret yn in hege opbringst fan leechmolekulêr chitosan yn in rappe behanneling by legere temperatuer. Ultrasonyske deacetylaasje resultearret yn chitosan fan superieure kwaliteit dy't wurdt brûkt as iten- en pharma-yngrediïnt, as meststof en yn in protte oare yndustriële tapassingen.
Ultrasonyske behanneling resulteart yn in útsûnderlike graad fan acetylaasje (DA) fan chitine, wêrtroch't de graad fan acetyleringschitine fan DA≥90 nei chitosan mei DA≤10 ferleent.
In protte ûndersyksstúdzjes befêstigje de effektiviteit fan ultrasonic chitine deacetylation nei chitosan. Weiss J. et al. (2008) fûn dat sonication de konverzje fan chitin nei chitosan drastysk ferbettert. De ultrasone behanneling fan chitine komt mei wichtige tiidbesparring wêrtroch't de fereaske prosesstiid fermindert fan 12-24 oeren nei in pear oeren. Fierder is minder oplosmiddel nedich om in folsleine konverzje te berikken, wat de miljeu-ynfloed ferleget fan it ôfbrûkte of unreakteare oplosmiddel, oftewol konsintreare NaOH, hoege fuort te smiten en te ferwiderjen.

Ultrasonyske deacetylaasje fan chitin nei chitosan

Deacetylering fan chitin nei chitosan wurdt befoardere troch sonication

High-performace ultrasonicator UIP4000hdT foar yndustriële applikaasjes

UIP4000hdT – 4kW ultrasone systeem

Fersyk om ynformaasje




Notysje by ús Privacy Policy.


Working Principle of Ultrasonic Chitosan Treatment

Hege krêftige, leechfrekwinsje ultrasonication (∼20-26kHz) soarget foar akoestyske kavitaasje yn floeistoffen en slurries. Ultragelûd mei hege krêft befoarderet de konverzje fan chitin nei chitosan as it solvent (bgl. NaOH) fragminten en penetreart de fêste chitinpartikels, en fergruttet dêrmei it oerflak en ferbetteret de massa-oerdracht tusken fêste en floeibere faze. Fierder meitsje de hege skearkrêften fan ultrasone cavitaasje frije radikalen dy't de reaktiviteit fan it reagens (oftewol NaOH) ferheegje tidens hydrolyse. As in net-termyske ferwurkingstechnyk foarkomt sonication dat de thermyske degradaasje heechweardich chitosan produseart. Ultrasonic koarte ferwurkingstiden nedich om chitine te ekstraktearjen fan kreeftdieren, lykas chitine (en dus letter chitosan) fan hegere suverens fergelike mei tradisjonele ferwurkingsomstannichheden. Foar de produksje fan chitin en chitosan hat ultrasoanen it potensjeel om produksjekosten te ferleegjen, ferwurkingstiid te ferleegjen, in bettere kontrôle fan it produksjeproses mooglik te meitsjen en miljeu-ynfloed fan it prosesôffal te ferminderjen.

Foardielen fan Ultrasonic Chitosan Produksje

  • Heger Chitosan Yield
  • Superior kwaliteit
  • Tiid fermindere
  • Legere prosesstemperatuer
  • Fergrutte effisjinsje
  • Maklik & feilich operaasje
  • miljeufreonlik

Ultrasonic Decitylation fan Chitin nei Chitosan – protokol

1) Tariede it chitin:
Mei it brûken fan krabbenhuzen as boarnemateriaal moatte de krabbenhúskes deeglik wosken wurde om alle oplosbere organen en oanhingjende ûnreinheden, ynklusyf grûn en proteïne, te ferwiderjen. Hjirnei moat it shellmateriaal folslein droege wurde (bygelyks by 60 ° C foar 24 oere yn in oven). De droege skelpen wurde dan grûn (bygelyks mei in hammermûne), deproteineare yn in alkalysk medium (bgl. NaOH by in conc. Fan 0,125 oant 5,0 M), en desintraliseare yn soere (bgl. Verdund zoutzuur).
2) Ultrasonyske deacetylaasje
Om in typyske ultrasone deacetyleringsreaksje út te fieren, beta-chitine-dieltsjes (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) wurdt de skorsing oerdroegen oan in glêzen beker mei dûbele muorren en wurdt sonikeard mei help fan in Hielscher UP400St ultrasone homogenisator. De folgjende parameters (s. Fiamingo et al. 2016) wurde konstant hâlden by it útfieren fan in ultrasone chitindeacetyleringsreaksje: (i) ultrasone sonde (sonotrode Hielscher S24d22D, tipdiameter = 22 mm); (ii) sonication-pulsmodus (IP = 0.5sec); (iii) ultrasone oerflakteintensiteit
(I = 52,6 W cm-2), (iv) reaksjetemperatuer (60ºC ± 1ºC), (v) reaksjetiid (50 min), (vi) ferhâlding beta-chitingewicht / folume fan 40% (w / w) waterig natriumhydroxide (BCHt / NaOH = 1 / 10 g mL-1); (vii) folume fan beta-chitinsuspension (50 ml).
De earste reaksje duorret 50 minuten ûnder konstante magnetyske roeren en wurdt dan ûnderbrutsen troch de ophing snel te koelen oant 0 ° C. Neitiid wurdt verdund saltsoere tafoege om pH 8,5 te berikken en it CHS1-monster wurdt isoleare troch filtrearjen, wiidweidich wosken mei deioniseare wetter en droech ûnder omstannichheden. As deselde ultrasone deacetylaasje wurdt werhelle as in twadde stap nei CHs1, produseart it sample CHs2.

Ultrasonic deacetylation fan chition nei chitosan

Ofbyldings scannen fan elektronmikroskopy (SEM) yn in fergrutting fan 100 × fan a) gladius, b) mei ultragelûd behannele gladius, c) β-chitin, d) mei ultragelûd behannele β-chitin, en e) chitosan (boarne: Preto et al . 2017)

Fiamingo et al. fûn dat de ultrasone deacetylering fan beta-chitine effisjint mei hege molekulêr gewicht chitosan produseart mei in lege graad fan acetylering, wurch gebrûk fan tafoegings noch inerte sfear noch lange reaksjetiden. Sels hoewol de ultrasone deacetyleringsreaksje wurdt útfierd ûnder mildere omstannichheden – ie lege reaksje temperatuer yn ferliking mei de measte thermochemyske deacetylaasjes. De ultrasone deacetylering fan beta-chitine lit de tarieding fan willekeurich deacetylearre chitosan tastean mei fariabele graad fan acetylaasje (4% ≤ DA ≤ 37%), gemiddeld molekulêr gewicht mei hege gewicht (900.000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) en lege dispersiteit (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) troch trije opfolgjende reaksjes (50 min / stap) by 60ºC út te fieren.

Hielscher Ultrasonics makket heech-optyske ultrasonicators foar sonochemyske applikaasjes.

Heech-krêftige ultrasone-prosesjes út it laboratoarium nei piloat en yndustrieel skaal.

Ultrasjonele systemen mei hege prestaasjes foar produksje fan chitosan

UIP4000hdT - 4 kilowatt krêftich ultrasonic systeem foar ekstraksje en malaksaasje fan ekstra virgin olivenoaljeDe fragmintaasje fan chitin en de deketylaasje fan chitin nei chitosan fereasket krêftige en betroubere ultrasone apparatuer dy't hege amplituden kin leverje, biedt presys kontrolearberens oer de prosesparameters en kin 24/7 betsjinne wurde ûnder swiere lading en yn easken omjouwings. Hielscher Ultrasonics produktprogramma krijt jo en jo proseseasken fersekere. Hielscher-ultrasonicators binne systemen mei hege prestaasjes dy't kinne wurde foarsjoen fan aksessoires lykas sonotrodes, boosters, reaktors of streamingsellen om sa optimaal mei jo prosesbehoeften te passen.
Mei digitale kleurdisplay wurde de opsje foar foarôf ynstelde sonication rinne, automatyske gegevens opname op in yntegreare SD-kaart, blêderbehear op ôfstân en in protte mear funksjes, heechste prosesbehearsking en brûkerfreonlikens wurde garandearre. Yn ferbân mei robúste en swiere draachkapasiteit binne Hielscher ultrasone systemen jo betroubere wurkhynder yn produksje.
Chitinfragmentaasje en deacetylaasje fereasket krêftige ultrasound om de doelbewuste konverzje te krijen en in definitive chitosanprodukt fan hege kwaliteit. Spesjaal foar de fragmentaasje fan 'e chitinflakes binne hege amplituden en ferhege druk fan krúsjaal belang. Hielscher Ultrasonics’ yndustriële ultrasone Prozessoren leverje maklik heul hege amplituden. Amplituden oant 200μm kinne kontinu wurde útfierd yn 24/7 operaasje. Foar noch hegere amplituden binne oanpaste ultrasone sonotrodes beskikber. De krêftkapasiteit fan Hielscher ultrasone systemen makket it mooglik effisjinte en rappe deacetylaasje yn in feilich en brûkerfreonlik proses.

De tabel hjirûnder jouwt jo in yndikaasje fan 'e ungewoane ferwurkingskapasiteit fan ús ultrasoanen:

batch Volume Floeit Oanrikkemandearre apparaten
1 oant 500 mL 10 oant 200 mL / min UP100H
10 oant 2000mL 20 oant 400mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 oant 20L 0.2 oant 4L / min UIP2000hdT
10 oant 100L 2 oant 10 l / min UIP4000hdT
na 10 oant 100 l / min UIP16000
na grutter kluster fan UIP16000

Kontakt mei ús opnimme! / Freegje ús!

Freegje mear ynformaasje

Brûk asjebleaft it formulier hjirûnder, as jo freegje om ekstra ynformaasje oer ultrasoan-homogenisaasje te freegjen. Wy sille bliid wêze dat jo in ultrasone systeem biede oan jo easken.









Besykje ús Privacy Policy.


Literatuer / Referinsjes

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-basearre Bionanocomposite-films makke troch Emulsion Technique foar behâld fan iten. Materialen 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): Ekstens deacetyleare chitosan mei hege molekulêr gewicht fan 'e multistep-ultrasound-stipe assistint deacetylaasje fan beta-chitin. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonochemically-Assisted Conversion of Chitin to Chitosan, USDA National Research Initiative Principal Investigators Meeting, New Orleans, LA, 28 juni.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Ynfloed fan temperatuer tidens deacetylering fan chitin nei chitosan mei hege-yntinsiteit ultrasound as in pre-behanneling, jiergearkomste fan it Ynstitút foar Food Technologen , New Orleans, LA, 30 juni 95-18.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Ynfloed fan ultragelûd mei hege yntensiteit om de konverzje fan chitin nei chitosan te fersnellen, jierlikse gearkomste fan it Institute of Food Technologen, New Orleans, LA, 30 juni 95-17.
  • Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius en har derivaten as potinsjele biosorberingsmiddelen foar marine dieselolie. Miljeu-wittenskip en fersmoargingsûndersyk (2017) 24: 22932–22939.
  • Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): In metoade foar top-down tarieding fan chitosan-nanopartikels en nanofibers. Koalhydraat Polymearen 117, 2015. 731–738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). Effektive fermindering fan molekulêr gewicht fan chitosan troch ultrasone hege yntinsiteit: Underlizzend meganisme en effekt fan ferwurkingsparameters. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56 (13): 5112-5119.
  • Yadav M .; Goswami P .; Paritosh K .; Kumar M .; Pareek N .; Vivekanand V. (2019): Seefôffal: in boarne foar tarieding fan kommersjeel tapasbere chitin / chitosan materialen. Bioresources and Bioprocessing 6/8, 2019.


Facts Worth Knowing

Hoe wurket Ultrasonic Chitin deactylation?

As ultragelûd mei hege krêft, leechfrekwinsje (bgl. 20-26kHz) is keppele oan in floeistof as slurry, wurde wikseljende hege-druk / leech-druk-syklusen tapast op 'e floeistof wêrtroch kompresje en seldefaksje ûntsteane. Tidens dizze wikseljende syklusen mei hege druk / leechdruk wurde lytse fakuümbellen genereare, dy't groeie oer ferskate drukcycli. Op it punt, as de fakuümbellen net mear enerzjy kinne absorbearje, falle se geweldich yn. Tidens dizze bubble-ymposysje komme lokaal heul yntensive omstannichheden foar: hege temperatueren fan maksimaal 5000K, druk fan oant 2000atm, heul hege ferwaarming / koelingssifers en drukferskillen foarkomme. Sûnt de dynamyk fan 'e bubble-ynstoarting rapper is dan massa- en hjittentransfer, is de enerzjy yn' e kollumearjende holte beheind ta in heul lytse sône, ek wol "hot spot" neamd. De ymplosje fan 'e cavitaasjebubbel resulteart ek yn mikroturbulences, floeibere jets fan maksimaal 280m / s snelheid en resulteare skuorkrêften. Dit ferskynsel wurdt bekend as ultrasonic as akoestyske cavitaasje.
Druppels en dieltsjes yn 'e sonikeare floeistof wurde beynfloede troch dy cavitationalskrêften en as de fersnelde dieltsjes mei elkoar botsje, wurde se fersplintere troch botsing tusken dieltsjes. Akoestyske cavitaasje is it wurkprinsipe fan ultrasone frezen, fersprieden, emulsifikaasje en sonochemistry.
Foar chitin deacetylering nimt ultragelûd mei hege yntensiteit ta yn it oerflak troch aktivearjen fan it oerflak en it befoarderjen fan de massa-oerdracht tusken dieltsjes en reagens.

chitosan

Chitosan is in oanpast, kationysk, net-giftich koalhydraatpolymer mei in komplekse gemyske struktuer foarme troch β- (1,4) glucosamine-ienheden as haadkomponint (> 80%) en N-acetylglukosamine-ienheden (<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.

Produksje fan Chitosan

Chitosan wurdt produsearre yn in twa-stap proses. Yn 'e earste stap wurdt de grûnstof, lykas skelpdieren fan' e kreeft (d.w.s. garnalen, krab, kreeft) deproteinisearre, demineralisearre en suvere om chitine te krijen. Yn 'e twadde stap wurdt chitine behannele mei in sterke basis (bygelyks NaOH) om acetyl-sydkettingen te ferwiderjen om chitosan te krijen. It proses fan konvinsjonele chitosanproduksje is bekend dat it heul tiidslinend en kostenintensyf is.

chitin

Chitin (C8H13de5N)n is in rjochte ketting-polymeer fan β-1,4-N-acetylglucosamine en is yndield yn α-, β- en γ-chitin. Syn derivaat fan glukoaze is chitin in haadkomponint fan 'e eksoskeletten fan arthropoden, lykas kreeften en ynsekten, de radula's fan weekdieren, kaalkopbeuken, en de skalen fan fisken en lissamphibiërs en kinne ek yn' e selmuorren fûn wurde yn fungi. De struktuer fan chitin is te fergelykjen mei cellulose, en foarmje kristalline nanofibrillen as whiskers. Cellulose is it heulste polysaccharide fan 'e wrâld, folge troch chitin as twadde meast oerfloedige polysaccharide.

glucosamine

Glucosamine (C6H13NEE5) is in aminosûker en in wichtige foarrinner yn 'e biochemyske synthese fan glykosyleare proteïnen en lipiden. Glucosamine is natuerlik in oerfloedige ferbining dy't diel útmakket fan 'e struktuer fan sawol polysacchariden, chitosan, en chitin, dy't glukosamine makket ta ien fan' e meast oerfloedige monosacchariden. It measte fan 'e kommersjeel beskikbere glukosamine wurdt produsearre troch de hydrolyse fan eksoskeletten fan kreeften, oftewol krab en kreeft.
Glucosamine wurdt fral brûkt as dieetoanfieding wêr't it wurdt brûkt yn 'e foarmen fan glukosaminsulfaat, glukosaminehydrochloride of N-acetylglukosamine. Glucosamine sulfate-oanfollingen wurde oraal oanstjoerd om in pynlike tastân te behanneljen feroarsake troch ûntstekking, ynbraak en eventueel ferlies fan kraakbeen (osteoarthritis).