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.


Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

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

Ultrasonication egy gyors és enyhe extrakciós módszer, hogy kiváló minőségű gomba kivonat. A videóban egy UP400St-t használnak poliszacharidok kivonására az ehető gombákból.

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.

Ultrasonic extraction and deacetylation  of fungal chitin give high-quality chitosan.

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

Ultrasonic chitin extraction from mushrooms with the UP400ST probe-type ultrasonicator (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

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.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)

Chitins and chitosans from mushroom can be efficiently extracted using probe-type ultrasonication.

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

Industrial ultrasonic tank reactor with high-performance ultrasonic probe for chitin deacetylation

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)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiA 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.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

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



Irodalom / Referenciák


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

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