Ultrahangos Deacetylation a Chitin a chitosan
Ultrahang chitosan termelés
Chitosan kapott az N-deacetylation a chitin. A hagyományos deacetylation, Kitin van áztatott vizes alkáli oldószerek (jellemzően 40-50% (w/w) NaOH). Az áztatás folyamat megköveteli a magas hőmérséklet 100 a 120 º C nagyon időigényes, míg a hozam a chitosan kapott áztatás lépés alacsony. Az alkalmazás a nagy teljesítményű ultrahang fokozza a deacetylation folyamat Kitin jelentősen és eredményeket magas hozamú kis molekulatömegű chitosan gyors kezelés alacsonyabb hőmérsékleten. Ultrahangos deacetylation eredmények kiváló minőségű chitosan amelyet használnak, mint az élelmiszer-és gyógyszeripari összetevő, a műtrágya és sok más ipari alkalmazásokhoz.
Ultrahangos kezelés eredménye a kivételes mértékű acetylation (da) a Kitin mértéke csökkenti az acetiláció Kitin a da ≥ 90 a chitosan da ≤ 10.
Sok kutatási tanulmányok megerősítik a hatékonyságát ultrahangos Kitin deacetylation a chitosan. Weiss J. et al. (2008) megállapította, hogy a szonikáció javítja az átváltási a Kitin a chitosan drasztikusan. Az ultrahangos kezelés a Kitin jön jelentős időmegtakarítás csökkenti a szükséges feldolgozási időt 12-24 óra és néhány óra. Továbbá kisebb oldószerre van szükség a teljes átállás elérése érdekében, amely csökkenti a környezetre gyakorolt hatást, mivel a kimerült és az átengedett oldószert, azaz a koncentrált NaOH-t kell megválni és ártalmatlanítani.
Deacetylation a Kitin a chitosan által támogatott szonikáció
UIP4000hdT – 4kW teljesítményű ultrahangos rendszer
Munka elve ultrahangos chitosan kezelése
Nagy teljesítményű, alacsony frekvenciájú hozzákeverésével (啦 20-26kHz) létrehoz akusztikus kavitáció folyadékok és iszapok. Nagy teljesítményű ultrahang elősegíti az átalakítás a kitin a chitosan, mint az oldószer (pl. NaOH) töredékek és behatol a szilárd kitin részecskék, ezáltal kinagyítja a felületet, és javítja a tömeg közötti átvitel szilárd és folyékony fázisban. Továbbá az ultrahangos kavitáció nagy nyíró erői szabad gyököket hoznak létre, amelyek növelik a reagens (azaz a NaOH) reaktivitását a hidrolízis során. Mint egy nem termikus feldolgozási technika, szonikálás megakadályozza a termikus bomlás termelő kiváló minőségű chitosan. Ultrahangos lerövidíti feldolgozási idő szükséges kivonat kitin rákok, valamint a hozam chitin (és így chitosan) nagyobb tisztaságú, mint a hagyományos feldolgozási körülmények között. A kitin és a chitosan előállításához az ultrahang így csökkentheti a termelési költségeket, csökkentheti a feldolgozási időt, lehetővé teszi a gyártási folyamat jobb ellenőrzését és csökkenti a technológiai hulladék környezeti hatását.
- Magasabb chitosan hozam
- Kiváló minoségi
- Lecsökkent idő
- Alacsonyabb Folyamathőmérséklet
- Megnövelt hatékonyság
- Könnyen & biztonságos működés
- környezetbarát
Ultrahangos Kitin Decetylation a chitosan – Jegyzőkönyv
1) készítse elő a Kitin:
A tarisznyarák kagylók forrásanyagként történő használata esetén a rákhéjakat alaposan meg kell mosni, hogy eltávolítsa minden oldható szerves és tapadó szennyeződést, beleértve a talajt és a fehérjét. Ezt követően a héjanyagot teljesen meg kell szárítani (pl. 60 º C-on 24h-ban, kemencében). A szárított héjakat a talaj (pl. Kalapácsfejű malom segítségével), lúgos közegben deproteinizálták (pl. NaOH 0,125-5,0 M-es hőmérsékleten), és savas ioncserélt (pl. hígított sósav).
2) ultrahangos Deacetylation
Futtatni egy tipikus ultrahangos deacetylation reakció, béta-chitin részecskék (0,125 mm < D < 040%-ban (w/w) vizes NaOH-ban, 1/10 béta-kitin/NaOH vizes oldat arányban(g ml)-1), a szuszpenziót egy Kettősfalú üvegfőzőpohárba továbbítják, és egy Hielscher-vel UP400St Ultrahangos homogenizáló. A következő paramétereket (vö. Fiamingo et al. 2016) állandó ultrahangos Kitin-deacetilációs reakciónál folyamatosan kell tartani: i. ultrahangos szonda (sonotrode Hielscher S24d22D, tip átmérő = 22 mm); (II) szonikáció impulzus üzemmód (IP = 0,5 sec); III. ultrahangos felületi intenzitás
(I = 52,6 W cm-2), IV. reakcióhőmérséklet (60 º C ± 1 º C), (v) reakcióidő (50 min), (VI) a béta-chitin-tömeg/térfogatérték 40% (w/w) vizes nátriumhidroxid (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) a béta-Kitin szuszpenzió (50mL) térfogata.
Az első reakció állandó mágneses keverés mellett 50min-re kerül, majd a szuszpenzió 0 º C-ra történő gyors hűtésével megszakad. Ezután hozzáadunk hígított sósavat pH 8,5 és minta CHs1 izolált szűréssel, alaposan kimosva ionmentes vízzel és környezeti körülmények között szárítjuk. Ha ugyanazt az ultrahangos deacetylation ismétlődik a második lépés a CHs1, az általa előállított minta CHs2.
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)
Fiamingo et al. megállapította, hogy az ultrahangos deacetylation a béta-chitin hatékonyan termel nagy molekulasúlyú chitosan, alacsony fokú acetylation sem használ adalékanyagok, sem inert hangulat, sem a hosszú reakcióidő. Annak ellenére, hogy az ultrahangos deacetylation reakció alatt végzik enyhébb körülmények között – azaz alacsony reakció hőmérséklete összehasonlítva a legtöbb termokémiai deacetilations. Az ultrahangos deacetylation a béta-chitin lehetővé teszi az előkészítése véletlenszerűen deacetylated chitosan rendelkező változó fokú acetiláció (4% ≤ DA ≤ 37%), nagy tömegű átlagos molekulatömegű (900 000 g MOL-1 ≤ MW ≤ 1 200 000 g MOL-1 ) és az alacsony diszpergáló (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) három egymást követő reakció (50 perc/lépés) végrehajtásával, 60 º C-on.
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok a laborból kísérleti és ipari méretekben.
Nagy teljesítményű ultrahangos rendszerek chitosan gyártáshoz
A töredezettség a Kitin és a decetylation a Kitin a chitosan igényel hatékony és megbízható ultrahangos berendezés, amely képes magas amplitúdóú, kínál pontos ellenőrizhetőség a folyamat paramétereit, és lehet működtetni 24/7 a nagy terhelés és igényes környezetekben. Hielscher Ultrasonics termékválaszték kapni, és a folyamat követelményeinek hatálya alá tartozik. Hielscher ultrahang-van magas-előadás rendszereket amit lehet felfegyverez-val kiegészítők mint sonotrodes, hírverő, reaktorok vagy folyik sejtek azzal a céllal, hogy párja-a folyamat szükséges-ban egy optimális mód.
-Val digitális befest bemutatás, a választás-hoz előre beállít szonikáció fut, önműködő adat regisztráló készülék-ra egy egységbe rendezett SD kártya, távoli legel irányít és sok több jellegét meghatározza, a legmagasabb folyamat irányít és felhasználó-kedvesség van biztosít. A robosztussági és a nagy teherbírású, a Hielscher ultrahangos rendszerek a termelés megbízható lóját jelentik.
Chitin töredezettség és deacetylation igényel erős ultrahang, hogy szerezze be a célzott átalakítás és a végső chitosan termék kiváló minőségű. Különösen a szétdarabolódása a Kitin pelyhek, nagy amplitúdókkal és emelkedett nyomás elengedhetetlen. Hielscher Ultrasonics’ az ipari ultrahangos feldolgozók könnyedén képesek nagyon magas amplitúdókat biztosítani. A legfeljebb 200 μm-es amplitúdókkal folyamatosan, 24/7 üzemelés alatt lehet futni. Még nagyobb amplitúdókkal, testreszabott ultrahangos sonotrodok állnak rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos rendszereinek teljesítménye lehetővé teszi a hatékony és gyors deacetilálást a biztonságos és felhasználóbarát folyamatokban.
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!
Irodalom / References
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., bargan A., Vasile C. (2019): chitosan-alapú Bionanokompozit filmek emulziós technikával készítve élelmiszerek tartósítására. Anyagok 2019, 12 (3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Széles körben deacetilált nagy molekulatömegű chitosan a többlépcsős ultrahang-támogatott deacetylation a béta-chitin. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonokémiailag támogatott átalakítása Chitin a chitosan, USDA nemzeti kutatási kezdeményezés Principal nyomozók találkozó, New Orleans, LA, június 28.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): hatása a hőmérséklet deacetylation a Kitin a chitosan a nagy intenzitású ultrahang, mint egy pre-kezelés, éves ülésén az Intézet élelmiszer-technológusok, New Orleans, La, Június 30, 95-18.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): hatása nagy intenzitású ultrahang, hogy gyorsítsa az átalakítás a Kitin a chitosan, éves ülésén az Intézet élelmiszer-technológusok, New Orleans, La, június 30, 95-17.
- Preto Mihalik, Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri MC, Abessa D.M.S., Romero A.F., Bordon I.C. (2017): gladius és származékai, mint potenciális biosorbents tengeri gázolaj. Környezettudomány és szennyezés kutatása (2017) 24:22932-22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): A módszer felülről lefelé előkészítése chitosan nanorészecsek és nanofibers. Szénhidrát-polimerek 117, 2015. 731-738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Hatékony csökkentése chitosan molekulatömeg a nagy intenzitású Ultrahang: az alapul szolgáló mechanizmus és hatása a paraméterek feldolgozásához. Lapjában mezőgazdasági és élelmiszeripari kémia 56 (13): 5112-5119.
- Móka István Goswami P.; K. Paritosh M. Katalin Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Seafood hulladék: a forrás a készítmény kereskedelmi hasznosítható chitin/chitosan anyagok. Bioresources és Bioprocessing 6/8, 2019.
Tudni érdemes
Hogyan működik ultrahangos Chitin Deactylation munka?
Ha nagy teljesítményű, alacsony frekvenciájú ultrahang (pl. 20-26kHz) párosul folyékony vagy hígtrágya, váltakozó nagynyomású/alacsony nyomású ciklusok alkalmaznak a folyadék létrehozása tömörítés és rarefaction. Ezek alatt a váltakozó nagynyomású/alacsony nyomású ciklusoknál kis vákuumbuborékok keletkeznek, melyek több nyomásciklusra nőnek. Azon a ponton, amikor a vákuum buborékok nem tudnak felvenni több energiát, hogy összeomlik hevesen. Ez alatt a buborék implosion, helyileg nagyon intenzív körülmények között jelentkeznek: magas hőmérsékleten akár 5000K, nyomás akár 2000atm, nagyon magas fűtési/hűtési arányok és a nyomáskülönbségek fordulnak elő. Mivel a buborék összeomlása dinamika gyorsabb, mint a tömeg-és hőátadás, az energia a összeomló üreg korlátozódik egy nagyon kis zóna, más néven "Hot spot". A implóziós a kavitáció buborék is eredményezi a mikroturbulenciák, folyékony fúvókák akár 280m/s sebesség és az ebből eredő nyíró erők. Ez a jelenség az úgynevezett ultrahangos vagy akusztikus kavitáció.
Cseppek és részecskék a sonicated folyadék érinti mandátumgyakorlásuk e kavitáció erők és amikor a gyorsított részecskék ütköznek egymással, akkor kap összetört az interrészecske ütközés. Az akusztikus kavitáció az ultrahangos marás, az emuláció és a szonokémia működő alapelve.
A Kitin deacetylation, nagy intenzitású ultrahang növeli a felületet, aktiválja a felületet, és elősegíti a tömeges átadása közötti részecskék és reagens.
Chitosan
A chitosan egy módosított, kationos, nem mérgező szénhidrát polimer, amelynek összetett kémiai szerkezete a β-(1,4) glükózamin egységek fő összetevője (>80%) és Az N-acetil-glükózamin egységek (<20%), véletlenszerűen elosztva a lánc mentén. A chitosan kémiai vagy enzimatikus deacetiláción keresztül származik. A deacetiláció (DA) mértéke határozza meg a szabad aminocsoportok tartalmát a szerkezetben, és a kitin és a chitosan megkülönböztetésére használják. A chitosan jó oldhatóságot mutat mérsékelt oldószerekben, például hígított étsavban, és aktív helyként számos szabad aamin csoportot kínál. Ez teszi chitosan előnyös, mint a kitin sok kémiai reakciók.
A chitosan taszaaaaaaatot kiváló biokompatibilitása és biológiai lebonthatósága, nem toxicitása, jó antimikrobiális aktivitása (baktériumok és gombák ellen), oxigénáhatatlansága és filmképző tulajdonságai miatt értékelik. A kitinnal ellentétben a chitosan előnye, hogy vízben oldódó, és ezáltal könnyebben kezelhető és használható készítményekben.
Mivel a cellulózt követő második leggyakoribb poliszacharid, a hatalmas mennyiségű kitin olcsó és fenntartható nyersanyaggá teszi.
Chitosan gyártás
Kitozán két lépésben készül. Az első lépésben, a nyersanyag, mint például a rákfélék (pl. garnélarák, rák, homár), a deproteinized, ioncserélt és tisztított szerezni chitin. A második lépésben, Kitin kezelik erős bázis (pl. NaOH), hogy távolítsa el acetil oldalsó láncok megszerzése érdekében chitosan. A hagyományos kitozés folyamata nagyon időigényesnek és költségintenzíven ismert.
Kitin
Kitin (C8H13O5NN a β-1,4-N-acetilglükózamin egyenes láncú polimer, amely α-, β-és γ-chitin. Mivel származéka glükóz, Kitin egyik fő összetevője az ördögök ízeltlábúak, mint például a rákfélék és rovarok, a radulae a puhatestűek, lábasfejűekre csőr, és a mérleg a halak és lissamphibians és megtalálható a sejtfalak a gombák is. A szerkezet-ból Kitin van összehasonlítható-hoz cellulóz, alakítás kristályos nanofibrils vagy bajuszát. A cellulóz a világ leggyakoribb poliszacharid, amelyet a Kitin, a második leggyakoribb poliszacharid követ.
Glükózamin
Glükózamin (C6H13NEM5) egy aminosav, és fontos elófutára a biokémiai szintézise glikozilált fehérjék és a lipidek. Glükózamin természetesen bőséges vegyület, amely része a szerkezet mind poliszacharidok, chitosan, és a chitin, ami a glükózamin az egyik leggyakoribb monosaccharides. A kereskedelmi forgalomban kapható glükózamin a hidrolízis a rákfélék exoskeletei, azaz a rák és a homár kagyló.
Glükózamin főleg étrend-kiegészítő, ahol használják a formák glükozamin-szulfát, glükozamin-hidroklorid, vagy N-acetil-glükózamin. Glükózamin-szulfát-kiegészítőket beadni szájon át kezelni a fájdalmas állapot okozta a gyulladást, lebontást és esetleges elvesztése a porc (osteoarthritis).