Kitin és chitosan Gombatermesztés

Ultrasonication egy nagyon hatékony módszer, hogy kiadja kitin és kitozán gombás forrásokból, mint a gombák. A kitin és a kitozánt deacetilálni kell a lefolyású feldolgozás során a kiváló minőségű biopolimer elérése érdekében. Az ultrahanggal támogatott deacetiláció rendkívül hatékony, egyszerű és gyors technika, amely kiváló minőségű kitozánokat eredményez nagy molekulatömeggel és kiváló biológiai hozzáférhetőséggel.

Kitin és Chitosan a gombákból

Ehető és gyógygombák, mint a Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi vagy reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (gombás gomba), Hericium erinaceus (oroszlán sörény), Cordyceps sinensis (hernyógomba), Grifola frondosa (tyúk-of-the-wood), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, turkeytail) és sok más gombafajt széles körben használnak élelmiszerként és bioaktív vegyületek kivonására. Ezek a gombák, valamint a maradékok (gombahulladék) feldolgozása kitozán előállítására használható. Ultrasonication nem csak elősegíti a felszabadulást a kitin a gombás sejtfal szerkezete, hanem azt is hajtja a átalakítása kivezetés értékes kitozán keresztül ultrahangos depolimerizáció.

Ultrahangos Deacetylation a Chitin a chitosan

Deacetylation a Kitin a chitosan által támogatott szonikáció

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Ultrahangos elszívó UIP4000hdT a kitin gombából történő extrakciójához enacetilációjához

Az ultrahangos kezelés a gombákból származó kitin kivonására szolgál. Továbbá az ultrahang elősegíti a kitin deacetilációját a kitozán elérése érdekében.

Hozzákeverésével egy gyors és enyhe extrakciós módszer, hogy kiváló minőségű gomba kivonat. A videóban egy UP400St-et használnak a shitake extraktion-ra.

Hideg gombaextrakció UP400St segítségével 22 mm-es szondával

Kitin, amely egy N-acetillglucosamine polimer (poli-(β-(1–4)-N-acetil-D-glükozamin), egy természetben előforduló poliszacharid széles körben megtalálható a gerinctelenek, például a rákfélék és rovarok exoskeletonjában, a tintahal és tintahal belső csontvázában, valamint a gombák sejtfalában. A gombasejtfalak szerkezetébe ágyazva a kitin felelős a gombás sejtfal alakjáért és merevségéért. Sok alkalmazás esetében a kitin deacetilált származékává alakul át, amelyet kitozánnak neveznek depolimerizációs folyamaton keresztül.
Chitosan a kitin leggyakoribb és legértékesebb származéka. Ez egy nagy molekulatömegű poliszacharid, amelyet b-1,4 glikozid köt össze, N-acetil-glükozaminból és glükozaminból áll.
A kitozán kémiai vagy enzimatikus N- deacetiláció. A kémiailag vezérelt deacetilációs folyamatban az acetilcsoport (R-NHCOCH3) magas hőmérsékleten erős lúgos leszakítja. Alternatív megoldásként a kitozán enzimatikus deacetilációval szintetizálható. Ipari termelési szinten azonban a kémiai deacetiláció az előnyben részesített technika, mivel az enzimatikus deacetiláció lényegesen kevésbé hatékony a deacetilláz enzimek magas költsége és a kapott alacsony kitozánhozam miatt. Ultrasonication használják, hogy fokozza a kémiai lebomlás a (1→4) -/ β-kapcsolat (depolimerizáció), és befolyásolja a deacetylation kitin, hogy kiváló minőségű kitozán. Amikor a szonikációt az enzimatikus deacetiláció előkezeléseként alkalmazzák, a kitozán hozama és minősége is javul.

Ipari kitozán termelés gombából ultrahanggal

A kereskedelmi kitin- és kitozántermelés főként a tengeri ipar hulladékán alapul (pl. halászat, héjhal betakarítás stb.). A különböző nyersanyagforrások különböző kitin- és kitozánminőséget eredményeznek, ami a szezonális halászati eltérések miatt termelési és minőségi ingadozásokat eredményez. Továbbá a gombás forrásokból származó kitozán állítólag kiváló tulajdonságokat kínál, mint például a homogén polimer hossza és nagyobb oldhatóság, összehasonlítva a tengeri forrásokból származó kitozánnal. (vö. Ghormade et al., 2017) Az egységes kitozán biztosítása érdekében a kitin gombás fajokból történő kivonása stabil alternatív termeléssé vált. A gombákból származó kitin és citiosan termelés könnyen és megbízhatóan elvégezhető ultrahangos extrakciós és deacetylációs technológiával. Az intenzív szonikáció megzavarja a sejtstruktúrákat, hogy felszabadítsa a kitint, és elősegíti a vizes oldószerek tömeges átvitelét a kiváló kitin hozamok és extrakciós hatékonyság érdekében. Az ezt követő ultrahangos deacetiláció átalakítja a kitin értékes kitozánná. Mindkettő, ultrahangos kitin extrakció és deacetylation kitozán lehet lineárisan skálázni bármilyen kereskedelmi termelési szinten.

Ultrahangos extrakció és deacetiláció gombás kitin ad kiváló minőségű kitozán.

A szonikáció fokozza a gombás kitozán termelését, és hatékonyabbá és gazdaságosabbá teszi a termelést.
(kép és tanulmány: © Zhu et al., 2019)

Ultrahangos kitin extrakció gombából az UP400ST szonda típusú ultrahangos ultrahangosítóval (400W, 24kHz)

ultrasonicator UP400St gomba extrakcióhoz: A szonikáció magas bioaktív vegyületeket, például poliszacharid kitin és kitozán hozamot biztosít

Rendkívül hatékony chitosan szintézis szonikációval

A hagyományos kémiai és enzimatikus kitin deacetlytion hátrányainak (azaz alacsony hatékonyság, magas energiaköltség, hosszú feldolgozási idő, mérgező oldószerek) leküzdése érdekében a kitin és a kitozán feldolgozásába nagy intenzitású ultrahangot integráltak. A nagy intenzitású szonikáció és az ebből eredő akusztikus kavitáció hatásai a polimer láncok gyors ollózásához vezetnek, és csökkentik a polidispersitást, ezáltal elősegítve a kitozán szintézisét. Továbbá az ultrahangos nyíróerők fokozzák a tömegátadást az oldatban, hogy a kémiai, hidrolitikus vagy enzimatikus reakció fokozódjon.

Ultrahanggal támogatott kémiai deacetiláció és depolimerizáció

Mivel a kitin nem reaktív és oldhatatlan biopolimer, át kell esnie a demineralizáció, a deproteinizáció és a depolimerizáció / deacetiláció folyamatlépésén az oldható és bioacesszálható kitosan elérése érdekében. Ezek a folyamatlépések erős savakkal, például HCl-rel és erős bázisokkal, például NaOH-val és KOH-val történő kezeléseket foglalnak magukban. Mivel ezek a hagyományos folyamatlépések nem hatékonyak, lassúak és nagy energiákat igényelnek, a szonikációval történő folyamat intenzívebbé válás jelentősen javítja a kitozán termelést. A teljesítmény-ultrahang alkalmazása növeli a kitozán hozamát és minőségét, csökkenti a folyamatot napokról néhány órára, lehetővé teszi az enyhébb oldószereket, és az egész folyamatot energiahatékonyabbá teszi.

Ultrahanggal javította a kitin deproteinizációját

Vallejo-Dominguez et al. (2021) a kitin deproteinizáció vizsgálata során megállapította, hogy "az ultrahang alkalmazása a biopolimerek előállítására csökkentette a fehérjetartalmat és a kitin részecskeméretét. A magas deacetilációs fokú és közepes molekulatömegű kitozánt ultrahang segítséggel állították elő.

Ultrahangos hidrolízis a kitin depolimerizációhoz

Kémiai hidrolízishez savakat vagy lúgokat használnak a kitin deacetylate-hez, azonban szélesebb körben alkáli-deacetilációt (pl. nátrium-hidroxid NaOH) alkalmaznak. A savas hidrolízis a hagyományos kémiai deacetiláció alternativ módszere, ahol szerves savoldatokat használnak a kitin és a kitozán depolimerizálására. A savas hidrolízis módszerét többnyire akkor alkalmazzák, ha a kitin és a kitozán molekulatömegének homogénnek kell lennie. Ezt a hagyományos hidrolízist lassúnak, energia- és költségigényesnek nevezik. Az erős savak, a magas hőmérséklet és a nyomás követelménye olyan tényezők, amelyek a hidrolitikus kitozán folyamatot nagyon drága és időigényes eljárássá alakítják. Az alkalmazott savak olyan downstream folyamatokat igényelnek, mint a semlegesítés és a sótalanítás.
A nagy teljesítményű ultrahang hidrolízis folyamatba való integrálásával a kitin és a kitozán hidrolitikus dekoltázsának hőmérsékleti és nyomásigénye jelentősen csökkenthető. Ezenkívül az szonikáció lehetővé teszi az alacsonyabb savkoncentrációt vagy az enyhébb savak használatát. Ez fenntarthatóbbá, hatékonyabbá, költséghatékonyabbá és környezetbarátabbá teszi a folyamatot.

Ultrahanggal támogatott kémiai deacetiláció

A kitin és a kitozán kémiai szétesését és deacteilációját elsősorban a kitin vagy a kitozán ásványi savakkal (pl. HCl sósav), nátrium-nitrittel (NaNO) történő kezelésével érik el.2), vagy hidrogén-peroxid (H2O2). Az ultrahang javítja a deacetilációs sebességet, ezáltal lerövidítve a deacetiláció célzott mértékének eléréséhez szükséges reakcióidőt. Ez azt jelenti, hogy a szonikálás 12-24 órával csökkenti a szükséges feldolgozási időt néhány órára. Továbbá, szonikáció lehetővé teszi jelentősen alacsonyabb kémiai koncentrációk, például 40% (w / w) nátrium-hidroxid segítségével szonikáció, míg 65% (w / w) van szükség használata nélkül ultrahang.

Ultrahangos enzimatikus deacetiláció

Míg az enzimatikus deacetiláció enyhe, környezetbarát feldolgozási forma, hatékonysága és költségei nem gazdasági jellegűek. A végtermékből származó enzimek komplex, munkaintenzív és költséges lefelé történő izolálása és tisztítása miatt az enzimatikus kitin-deacetylációt nem a kereskedelmi termelésben hajtják végre, hanem csak tudományos kutatólaboratóriumban használják.
Ultrahangos előkezelés előtt enzimatikus deacetlytation töredékek kitin molekulák ezáltal bővül a felület és így több felület áll rendelkezésre az enzimek. A nagy teljesítményű szonikáció segít javítani az enzimatikus deacetilációt, és gazdaságosabbá teszi a folyamatot.

Kutatási eredmények ultrahangos kitin és kitozán deacetiláció

A szonokémiailag deacetilált kitin kiváló minőségű kitozánt eredményez.Zhu et al. (2018) tanulmányukban arra a következtetésre jutott, hogy az ultrahangos deacetiláció döntő áttörésnek bizonyult, a β-kitin kitozánná alakítva, 83–94% -os deacetylációval csökkentett reakcióhőmérsékleten. A bal oldali képen ultrahangos deacetilált kitozán képe látható (90 W, 15 perc, 20 w/ v% NaOH, 1:15 (g: mL) (kép és tanulmány: © Zhu et al., 2018)
Protokolljukban a NaOH oldatot (20 w/v %) a NaOH pelyhek DI vízben történő feloldásával készítették el. Az alkáli oldatot ezután glsp üledékhez (0,5 g) 1:20 szilárd folyadék arányban (g: ml) adták centrifugacsőbe. A Chitosan-t a NaCl -hez (40 ml, 0,2 M) és az ecetsavhoz (0,1 M) 1:1 oldat térfogati aránnyal adták. A szuszpenziót ezután 25 °C-os enyhe hőmérsékleten ultrahangnak vetették alá 60 percig egy szonda típusú ultrasonicator (250W, 20kHz) segítségével. (vö. Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) megállapította, hogy a kitozán oldatok lebomlásának sebességét ritkán befolyásolják a polimer oldására használt savkoncentrációk, és nagymértékben függ az ultrahanghullámok hőmérsékletétől, intenzitásától és a polimer feloldásához használt közeg ionoszilárdságától. (vö. Pandit et al., 2021)

Egy másik tanulmányban Zhu et al. (2019) Ganoderma lucidum spóraporokat használt gombás nyersanyagként, és ultrahangoslag segített deacetilációt és a feldolgozási paraméterek hatásait vizsgálta, mint például a szonikációs idő, a szilárd-folyadék arány, a NaOH koncentráció és a besugárzási teljesítmény a kitozán deacetilációjának (DD) mértékére. A legmagasabb DD értéket a következő ultrahangos paraméterekkel kaptuk: 20 perc szonikáció 80W-on, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Az ultrahanggal kapott kitozán felületi morfológiáját, kémiai csoportjait, termikus stabilitását és kristályosságát a SEM, FTIR, TG és XRD segítségével vizsgálták. A kutatócsoport az ultrahanggal előállított kitozán deacetilációjának (DD), dinamikus viszkozitásának ([η]) és molekulatömegének (Mv ̄) jelentős javulásáról számol be. Az eredmények hangsúlyozták a gombák ultrahangos deacetilációs technikáját, amely rendkívül erős termelési módszer a kitozán számára, amely alkalmas orvosbiológiai alkalmazásokra. (vö. Zhu et al., 2019)

A gombából származó kitinek és kitozánok hatékonyan kivonhatók szonda típusú ultrahangos kezeléssel.

SEM képek két gombafaj kitinjeiről és kitozánjairól: a) L. vellereusból származó chitin; b) kitin a P. ribis-ből; c) chitosan az L.vellereus-ból; d) kitozán a P. ribis-ből.
kép és tanulmány: © Erdoğan et al., 2017

Ipari ultrahangos tartályreaktor nagy teljesítményű ultrahangos szondával a kitin deacetilációhoz

Ultrahangos reaktor 2000W ultrahang szonda (sonotrode) a gombákból történő kitin extrakcióhoz és az azt követő depolimerizációhoz / deacetilációhoz

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Kiváló chitosan minőség ultrahangos deacetylációval

A kitin / kitozán extrakció és a depolimerizáció ultrahangos vezérelt folyamatai pontosan szabályozhatók, és az ultrahangos folyamatparaméterek a nyersanyagokhoz és a célzott végtermék minőségéhez (pl. molekulatömeg, deacetiláció mértéke) állíthatók. Ez lehetővé teszi az ultrahang folyamat külső tényezőkhöz való igazítására és optimális paraméterek beállítására a kiváló eredmény és hatékonyság érdekében.
Ultrahanggal deacetylated kitozán kiváló biológiai hozzáférhetőséget és biokompatibilitást mutat. Amikor ultrahanggal készített kitozán biopolimereket hasonlítunk össze a termikus eredetű kitozánnal az orvosbiológiai tulajdonságok tekintetében, az ultrahanggal előállított kitozán jelentősen javított fibroblaszt (L929 sejt) életképességet és fokozott antibakteriális aktivitást mutat mind az Escherichia coli (E. coli), mind a Staphylococcus aureus (S. aureus) számára.
(vö. Zhu et al., 2018)

Hogyan működik a kitin ultrahangos extrakciója és deacetilációja?

Amikor a teljesítmény ultrahang hullámok párok egy folyadék vagy hígtrágya (pl. a szuszpenzió álló kitin egy oldószer), az ultrahangos hullámok áthaladnak a folyadékot okozó váltakozó nagynyomású / alacsony nyomású ciklusok. Az alacsony nyomású ciklusok során apró vákuumbuborékok (úgynevezett kavitációs buborékok) jönnek létre, amelyek több nyomáscikluson nőnek. Egy bizonyos méretben, amikor a buborékok nem tudnak több energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. A buborék összeomlását intenzív kavitációs (vagy szonomechanikus) erők jellemzik. Ezek a szonomechanikai állapotok helyileg fordulnak elő a kavitációs forró pontban, és nagyon magas hőmérsékletek és 4000K és 1000 m nyomás jellemzi őket; valamint a megfelelő magas hőmérséklet- és nyomáskülönbségek. Furtehrmore, mikro-turbulenciák és folyékony patakok keletkeznek, amelyek sebessége legfeljebb 100m / s. A kitin és a kitozán gombákból és rákfélékből történő ultrahangos extrakcióját, valamint a kitin depolimerizációt és a deacetilációt elsősorban a szonomechanikus hatások okozzák: az izgatottság és a turbulenciák megzavarják a sejteket és elősegítik a tömeges átvitelt, és savas vagy lúgos oldószerekkel kombinálva polimer láncokat is vághatnak.
A kitin extrakció működési elve ultrahangos kezeléssel: Az ultrahangos extrakció hatékonyan megtöri a gombák sejtszerkezetét, és felszabadítja az intracelluláris vegyületeket a sejtfalból és a sejtbelsőből (azaz poliszacharidok, például kitin és kitozán és más bioaktív fitokemikáliák) az oldószerbe. Az ultrahangos extrakció az akusztikus kavitáció működési elvén alapul. Az ultrahangos / akusztikus kavitáció hatásai nagy nyíróerők, turbulenciák és intenzív nyomáskülönbségek. Ezek a szonomechanikus erők megtörik a sejtszerkezeteket, például a kitin gomba sejtfalakat, elősegítik a gomba bioanyag és az oldószer közötti tömeges átvitelt, és gyors folyamaton belül nagyon magas kivonathozamot eredményeznek. Ezenkívül a szonikáció elősegíti a kivonatok sterilizálását baktériumok és mikrobák elpusztításával. A mikrobiális inaktiváció szonikációval a sejtmembrán pusztító kavitációs erőinek, a szabad gyökök termelésének és a lokalizált fűtésnek az eredménye.
A depolimerizáció és a deacetiláció működési elve ultrahangos kezeléssel: A polimer láncok egy buborék körüli nyírási mezőben vannak, és az összeomló üreg közelében lévő polimer tekercs láncszegmensei nagyobb sebességgel mozognak, mint a távolabbiak. A polimer láncon ezután feszültségek keletkeznek a polimer szegmensek és oldószerek relatív mozgása miatt, és ezek elegendőek a hasításhoz. A folyamat tehát hasonló a ~2° polimer oldatok más nyíróhatásához, és nagyon hasonló eredményeket ad. (vö. Price et al., 1994)

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Nagy teljesítményű ultrahangos berendezés gombás kitin és kitozán feldolgozáshoz

Ultrahangos deacetylation a chition a chitosan

Elektronmikroszkópos letapogató (SEM) képek nagyításban 100 × a) gladius, b) ultrahang-kezelt gladius, c) β-chitin, d) ultrahang-kezelt β-chitin, és e) chitosan (forrás: Preto et al. 2017)

4 kW-os ultrahangosító ipari kitin / kitozán feldolgozáshoz rákfélékből és gombákbólA kitin töredezettsége és a kitin dektilációja a kitinre erős és megbízható ultrahangos berendezéseket igényel, amelyek nagy amplitúdójú, pontos szabályozhatóságot kínálnak a folyamatparaméterek felett, és 24/7-ben nagy terhelés mellett és igényes környezetben működtethetők. A Hielscher Ultrasonics termékcsaládja megbízhatóan teljesíti ezeket a követelményeket. A kiemelkedő ultrahang teljesítmény mellett a Hielscher ultrasonicators nagy energiahatékonyságokkal büszkélkedhet, ami jelentős gazdasági előny. – különösen akkor, ha nagyüzemi kereskedelmi termelésben alkalmazzák.
A Hielscher ultrasonicators nagy teljesítményű rendszerek, amelyek olyan kiegészítőkkel felszerelhetők, mint a sonotrodes, az emlékeztetők, a reaktorok vagy az áramlási cellák annak érdekében, hogy optimális módon megfeleljenek a folyamat igényeinek. Párosítva robusztussággal és nagy teherbírással, Hielscher ultrahangos rendszerek a megbízható munka ló a termelésben. 
A kitin töredezettsége és deacetilációja erőteljes ultrahangot igényel a célzott átalakítás és a kiváló minőségű végső kitozán termék eléréséhez. Különösen a kitin pelyhek töredezettsége és a depolimerizációs / deacetylációs lépések miatt a nagy amplitúdók és a megnövekedett nyomás kulcsfontosságú. A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai könnyen nagyon magas amplitúdójúak. Az akár 200 μm-es amplitúdók 24/7 működés közben folyamatosan működtethetők. A még magasabb amplitúdókhoz testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos rendszerek teljesítménykapacitása hatékony és gyors deacetilációt tesz lehetővé biztonságos és felhasználóbarát folyamatban.
Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:

Kötegelt mennyiség Áramlási sebesség Ajánlott eszközök
1 - 500 ml 10-200 ml / perc UP100H
10-2000 ml 20-400 ml / perc Uf200 ः t, UP400St
0.1-20L 02 - 4 L / perc UIP2000hdT
10-100 liter 2 - 10 l / perc UIP4000hdT
na 10 - 100 l / perc UIP16000
na nagyobb klaszter UIP16000

Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!

Kérjen bővebb információt

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy kérjen további információkat ultrahangos processzorok, alkalmazások és az ár. Örömmel megvitatjuk önnel a folyamatot, és olyan ultrahangos rendszert kínálunk Önnek, amely megfelel az Ön igényeinek!









Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Ultrahangos magas nyíró homogenizátorokat használnak laboratóriumi, asztali, kísérleti és ipari feldolgozásban.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok keverésalkalmazások, diszperziós, emulgeálás és extrakciós laboratóriumi, kísérleti és ipari méretű.



Irodalom / Referenciák


Nagy teljesítményű ultrahang! A Hielscher termékskálája lefedi a teljes spektrumot a kompakt laboratóriumi ultrasonicatortól a padtetős egységeken át a teljes ipari ultrahangos rendszerekig.

Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.