चिटन से चितोसन तक अल्ट्रासोनिक डिसेटाइलेशन
अल्ट्रासोनिक चिटोसन उत्पादन
चिटसन को किटिन के एन-डिसेटाइलेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। पारंपरिक deacetylation में, chitin जलीय क्षार सॉल्वैंट्स में भिगो यानहीं है (आमतौर पर 40 से 50% (w/ भिगोने की प्रक्रिया के लिए 100 से 120डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, बहुत समय लेने वाली है, जबकि भिगोने के कदम प्रति प्राप्त chitosan की उपज कम है। उच्च शक्ति ultrasonics के आवेदन काफी chitin के deacetylation प्रक्रिया तेज और कम तापमान पर एक तेजी से उपचार में कम आणविक वजन chitosan की एक उच्च उपज में परिणाम है। अल्ट्रासोनिक deacetylation बेहतर गुणवत्ता chitosan जो खाद्य और फार्मा घटक के रूप में प्रयोग किया जाता है में परिणाम, उर्वरक के रूप में और कई अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में.
अल्ट्रासोनिक उपचार के परिणाम में acetylation की एक असाधारण डिग्री (डीए) chitin के डीए $90 से chitosan के साथ एसिटाइलेशन chitin की डिग्री को कम करने के लिए 10.
कई शोध अध्ययन chitosan करने के लिए अल्ट्रासोनिक chitin deacetylation की प्रभावशीलता की पुष्टि। Weiss जे एट अल (2008) sonication chitosan करने के लिए चिटिन के रूपांतरण में काफी सुधार है कि पाया. Chitin की अल्ट्रासोनिक उपचार महत्वपूर्ण समय बचत 12-24 घंटे से कुछ घंटे के लिए आवश्यक प्रक्रिया समय को कम करने के साथ आता है। इसके अलावा, कम विलायक एक पूर्ण रूपांतरण प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, जो त्याग और खर्च या unreacted विलायक, यानी केंद्रित NaOH निपटान होने के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करती है.
चितासन को चिटिन का विरूपण sonication द्वारा बढ़ावा दिया जाता है
UIP4000hdT – 4kW शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रणाली
अल्ट्रासोनिक Chitosan उपचार के कार्य सिद्धांत
High-power, low-frequency ultrasonication (∼20-26kHz) creates acoustic cavitation in liquids and slurries. High-power ultrasound promotes the conversion of chitin to chitosan as the solvent (e.g., NaOH) fragmentes and penetrates the solid chitin particles, thereby enlarging the surface area and improving the mass transfer between solid and liquid phase. Furthermore, the high shear forces of ultrasonic cavitation create free radicals which increase the reactivity of the reagent (i.e. NaOH) during hydrolysis. As a non-thermal processing technique, sonication prevents the thermal degradation producing high-quality chitosan. Ultrasonic shorten processing times required to extract chitin from crustaceans as well as yield chitin (and thus subsequently chitosan) of higher purity compared to traditional processing conditions. For the production of chitin and chitosan, ultrasounds thus has the potential to lower production cost, decrease processing time, allow for a better control of the production process and reduce environmental impact of the process waste.
- उच्च Chitosan उपज
- सुपीरियर गुणवत्ता
- कम समय
- कम प्रक्रिया तापमान
- बढ़ी हुई दक्षता
- आसान & सुरक्षित संचालन
- पर्यावरण के अनुकूल
चित्रासन को अल्ट्रासोनिक चिटीन डेसेटाइलेशन – मसविदा बनाना
1) चिटिन तैयार करें:
स्रोत सामग्री के रूप में केकड़ा गोले का उपयोग करना, केकड़ा गोले अच्छी तरह से क्रम में किसी भी घुलनशील ऑर्गेनिक्स को दूर करने और मिट्टी और प्रोटीन सहित अशुद्धियों का उपयोग करने के लिए धोया जाना चाहिए. बाद में, खोल सामग्री पूरी तरह से सूख जाना चाहिए (उदाहरण के लिए, एक ओवन में 24h के लिए 60oC पर). सूखे गोले तो जमीन (उदा. एक हथौड़ा मिल का उपयोग कर रहे हैं), एक क्षारीय माध्यम में deproteinized (उदा., NaOH 0.125 से 5.0 एम) की एक conc. पर, और एसिड में deminralized (उदा.
2) अल्ट्रासोनिक Deacetylation
एक ठेठ अल्ट्रासोनिक deacetylation प्रतिक्रिया चलाने के लिए, बीटा-chitin कणों (0.125 मिमी < डी < 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), निलंबन एक डबल दीवारों ग्लास बीकर को स्थानांतरित कर दिया है और एक Hielscher का उपयोग करके sonicated है UP400St अल्ट्रासोनिक homogenizer। निम्नलिखित पैरामीटर (cf. Fiamingo एट अल. 2016) स्थिर रखा जाता है जब एक अल्ट्रासोनिक chitin deacetylation प्रतिक्रिया बाहर ले जाने: (i) अल्ट्रासोनिक जांच (sonotrode Hielscher S24d22D, टिप व्यास ] 22 मिमी); (ii) sonication पल्स मोड (आईपी $ 0.5sec); (iii) पराश्रव्य सतह तीव्रता
(मैं $ 52.6 डब्ल्यू सेमी-2), (iv) प्रतिक्रिया तापमान (60oC [1oC), (v) प्रतिक्रिया समय (50 मिनट), (vi) अनुपात बीटा-चिटिन वजन/मात्रा 40% (w/w) जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड (BCHt/NaOH ] 1/10 ग्राम एमएल-1); (vii) बीटा-चिटिन निलंबन (50 एमएल) की मात्रा।
पहली प्रतिक्रिया लगातार चुंबकीय सरगर्मी के तहत 50min के लिए आय और फिर जल्दी से 0oC करने के लिए निलंबन ठंडा द्वारा बाधित है. बाद में तनु हाइड्रोक्लोरिक एसिड पीएच 8.5 प्राप्त करने के लिए जोड़ा जाता है और नमूना CHs1 निस्पंदन द्वारा अलग है, बड़े पैमाने पर deionized पानी के साथ धोया और परिवेश की स्थिति में सूखे. जब एक ही अल्ट्रासोनिक deacetylation CHs1 के लिए एक दूसरे कदम के रूप में दोहराया जाता है, यह नमूना CHs2 पैदा करता है।
एक की एक आवर्धन में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों स्कैनिंग) ग्लैडियस, ख) अल्ट्रासाउंड का इलाज ग्लैडियस, ग) ]-चिटिन, घ) अल्ट्रासाउंड-उपचारित जेड-चिटिन, और ई) chitosan (स्रोत: प्रीटो एट अल 2017)
Fiamingo एट अल पाया गया कि बीटा-चिटिन की अल्ट्रासोनिक deacetylation कुशलता से एसिटाइलेशन के एक कम डिग्री के साथ उच्च आणविक वजन chitosan पैदा करता है न तो additives और न ही अक्रिय वातावरण और न ही लंबी प्रतिक्रिया बार का उपयोग कर। हालांकि अल्ट्रासोनिक deacetylation प्रतिक्रिया मामूली परिस्थितियों के तहत किया जाता है – यानी कम प्रतिक्रिया तापमान जब सबसे थर्मोकेमिकल deacetylations की तुलना में. बीटा-चिटिन की अल्ट्रासोनिक deacetylation बेतरतीब ढंग से deacetylated chitosan की तैयारी की अनुमति देता है एसिटिलेशन के चर डिग्री रखने (4% [ दा ] 37%), उच्च वजन आणविक वजन (900,000 ग्राम मोल-1 $ एमडब्ल्यू $ 1,200,000 ग्राम मोल-1 ) और कम फैलाव (1.3 ] ख्0क्ब् ) 60oC पर लगातार तीन प्रतिक्रियाओं (50 मिनट/
प्रयोगशाला से पायलट और औद्योगिक पैमाने पर उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर।
Chitosan उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम
चिटिन के विखंडन और chitosan को chitin के decetylation शक्तिशाली और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक उपकरण है कि उच्च आयाम वितरित कर सकते हैं की आवश्यकता है, प्रक्रिया मानकों पर सटीक controllability प्रदान करता है और भारी बोझ के तहत 24/ वातावरण की मांग में. Hielscher Ultrasonics उत्पाद रेंज आप और अपनी प्रक्रिया आवश्यकताओं को कवर मिलता है। Hielscher ultrasonicators उच्च प्रदर्शन प्रणाली है कि इस तरह sonotrodes, बूस्टर, रिएक्टरों या प्रवाह कोशिकाओं के रूप में सामान के साथ सुसज्जित किया जा सकता है ताकि एक इष्टतम तरीके से अपनी प्रक्रिया की जरूरत से मेल करने के लिए कर रहे हैं।
डिजिटल रंग प्रदर्शन के साथ, पूर्व निर्धारित sonication चलाता है, एक एकीकृत एसडी कार्ड, रिमोट ब्राउज़र नियंत्रण और कई और अधिक सुविधाओं पर स्वत: डेटा रिकॉर्डिंग, उच्चतम प्रक्रिया नियंत्रण और उपयोगकर्ता मित्रता सुनिश्चित कर रहे हैं करने के लिए विकल्प। मजबूती और भारी लोड असर क्षमता के साथ युग्मित, Hielscher अल्ट्रासोनिक सिस्टम उत्पादन में अपने विश्वसनीय काम घोड़े हैं।
Chitin विखंडन और deacetylation शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड लक्षित रूपांतरण और उच्च गुणवत्ता के एक अंतिम chitosan उत्पाद प्राप्त करने की आवश्यकता है। विशेष रूप से chitin गुच्छे के विखंडन के लिए, उच्च आयाम और ऊंचा दबाव महत्वपूर्ण हैं. Hielscher अल्ट्रासोनिक्स’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर आसानी से बहुत उच्च आयाम प्रदान करते हैं। 200 डिग्री तक के आयाम लगातार 24/ यहां तक कि उच्च आयाम के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक सिस्टम की शक्ति क्षमता एक सुरक्षित और उपयोगकर्ता के अनुकूल प्रक्रिया में कुशल और तेजी से deacetylation के लिए अनुमति देते हैं।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 1 से 500 एमएल | 10 से 200 मील / मिनट | UP100H |
| 10 से 2000 मील | 20 से 400 एमएल / मिनट | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
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साहित्य / संदर्भ
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जानने के योग्य तथ्य
कैसे अल्ट्रासोनिक Chitin deactylation काम करता है?
जब उच्च शक्ति, कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड (उदा., 20-26kHz) एक तरल या घोल में युग्मित है, बारी उच्च दबाव / कम दबाव चक्र तरल संपीड़न और rarefaction बनाने के लिए लागू कर रहे हैं। इन बारी उच्च दबाव / कम दबाव चक्र के दौरान, छोटे वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न कर रहे हैं, जो कई दबाव चक्र से अधिक हो जाना. बिंदु पर, जब वैक्यूम बुलबुले अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, वे हिंसक collaps. इस बुलबुला implosion के दौरान, स्थानीय रूप से बहुत तीव्र स्थिति होती है: अप करने के लिए उच्च तापमान 5000K, अप करने के लिए 2000atm के दबाव, बहुत उच्च हीटिंग / चूंकि बुलबुला पतन गतिशीलता बड़े पैमाने पर और गर्मी हस्तांतरण की तुलना में तेजी से कर रहे हैं, गिर गुहा में ऊर्जा एक बहुत छोटे क्षेत्र तक ही सीमित है, यह भी कहा जाता है "गर्म स्थान". गुहिकायन बुलबुले के आवेग के परिणामस्वरूप माइक्रोट्रूशन, 280m/s वेग तक के तरल जेट विमानों और परिणामस्वरूप कतरनी बलों का परिणाम होता है। इस घटना अल्ट्रासोनिक या ध्वनिक गुहिकायन के रूप में जाना जाता है।
सोनकित द्रव में बूंदों और कणों को उन गुहिकाबलों द्वारा बाधित किया जाता है और जब त्वरित कण एक दूसरे से टकराते हैं, तो वे अंतरकण टक्कर से टूट जाते हैं। ध्वनिक गुहिकायन अल्ट्रासोनिक मिलिंग, dispersing, पायसीकरण और sonochemistry के काम सिद्धांत है।
chitin deacetylation के लिए, सतह को सक्रिय करने और कणों और अभिकर्मक के बीच बड़े पैमाने पर स्थानांतरण को बढ़ावा देने के द्वारा सतह क्षेत्र में उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड बढ़ जाती है।
काइटोसन
Chitosan is a modified, cationic, non-toxic carbohydrate polymer with a complex chemical structure formed by β-(1,4) glucosamine units as its main component (>80%) and N-acetyl glucosamine units (<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.
चिटोसन उत्पादन
Chitosan एक दो कदम प्रक्रिया में उत्पादन किया है. पहले चरण में, कच्चे माल, जैसे क्रस्टेशियन गोले (यानी चिंराट, केकड़ा, लॉबस्टर), को डिप्रोटीनीकृत, विखनिजीकृत और चिटिन प्राप्त करने के लिए शुद्ध किया जाता है। दूसरे चरण में, chitin एक मजबूत आधार के साथ इलाज किया जाता है (उदा., NaOH) acetyl पक्ष चेन को हटाने के क्रम में chitosan प्राप्त करने के लिए. पारंपरिक chitosan उत्पादन की प्रक्रिया बहुत समय लगता है और लागत गहन जाना जाता है.
काइटिन
चिटिन (सी8एच13हे5एन)एन $ 1,4-N-acetylglucosamine की एक सीधी श्रृंखला बहुलक है और $-, जेड और जेड-चिटिन में वर्गीकृत किया गया है। ग्लूकोज के व्युत्पन्न होने के नाते, चिटिन आर्थ्रोपॉड्स के एक्सोस्केलेटन का एक मुख्य घटक है, जैसे क्रस्टेशियन और कीड़े, मोलस्क, सेफैलोपॉड चोंच के रेडुला, और मछली और लिसाम्फिबियन के तराजू और कवक में सेल दीवारों में भी पाया जा सकता है। काटिन की संरचना सेलूलोज़ के बराबर है, जिससे क्रिस्टलीय नैनोफाइब्रिल या मूंछ ें बन जाती हैं। सेलुलोस दुनिया का सबसे प्रचुर मात्रा में पॉलीसैकराइड है, जिसके बाद चिटिन दूसरे सबसे प्रचुर मात्रा में पॉलीसैकराइड के रूप में है।
Glucosamine
ग्लूकोसामाइन (सी6एच13नहीं5) एक एमिनो चीनी और ग्लाइकोसिलेलेटिड प्रोटीन और लिपिड के जैव रासायनिक संश्लेषण में एक महत्वपूर्ण अग्रदूत है। ग्लूकोसामाइन स्वाभाविक रूप से एक प्रचुर मात्रा में यौगिक है जो पॉलीसैकेराइड, चिटोसन, और चिटिन दोनों की संरचना का हिस्सा है, जो ग्लूकोसामाइन को सबसे प्रचुर मात्रा में मोनोसैकेराइड ्स में से एक बनाता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ग्लूकोसामाइन के अधिकांश क्रस्टेशियन एक्सोस्केलेटन के हाइड्रोलिसिस द्वारा उत्पादित किया जाता है, यानी केकड़ा और लॉबस्टर गोले।
Glucosamine मुख्य रूप से आहार अनुपूरक जहां यह glucosamine सल्फेट के रूपों में प्रयोग किया जाता है के रूप में प्रयोग किया जाता है, glucosamine हाइड्रोक्लोराइड या एन-ऐसीटिल glucosamine. Glucosamine सल्फेट की खुराक मौखिक रूप से सूजन, टूटने और उपास्थि (ऑस्टियोआर्थराइटिस) के अंतिम नुकसान की वजह से एक दर्दनाक हालत के इलाज के लिए प्रशासित कर रहे हैं।