Չիտինի ուլտրաձայնային դեացետիլացում դեպի Chitosan
Ուլտրաձայնային Chitosan Արտադրություն
Խիտոզանը ստացվում է քիտինի N-դեացետիլացման միջոցով։ Սովորական դեացետիլացման ժամանակ քիտինը ներծծվում է ջրային ալկալային լուծիչների մեջ (սովորաբար 40-ից 50% (w/w) NaOH): Թրջման գործընթացը պահանջում է 100-ից մինչև 120ºC բարձր ջերմաստիճաններ, շատ ժամանակատար է, մինչդեռ ներծծման մեկ քայլից ստացվող խիտոզանի բերքատվությունը ցածր է: Բարձր հզորության ուլտրաձայնային միջոցների կիրառումը զգալիորեն ուժեղացնում է քիտինի դեացետիլացման գործընթացը և հանգեցնում է ցածր մոլեկուլային քաշի խիտոզանի բարձր բերքատվության ավելի ցածր ջերմաստիճանում արագ բուժման դեպքում: Ուլտրաձայնային դեացետիլացման արդյունքում ստացվում է բարձրորակ խիտոզան, որն օգտագործվում է որպես սննդի և դեղագործական բաղադրիչ, որպես պարարտանյութ և շատ այլ արդյունաբերական ծրագրերում:
Ուլտրաձայնային բուժումը հանգեցնում է քիտինի ացետիլացման (DA) բացառիկ աստիճանի, ինչը նվազեցնում է ացետիլացման խիտինի աստիճանը DA≥90-ից մինչև խիտոզանի DA≤10-ով:
Բազմաթիվ հետազոտական հետազոտություններ հաստատում են ուլտրաձայնային քիտինի դեացետիլացման արդյունավետությունը խիտոզանի նկատմամբ: Weiss J. et al. (2008 թ.) պարզել է, որ ձայնային ազդեցությունը կտրուկ բարելավում է քիտինի փոխակերպումը խիտոզանի: Քիթինի ուլտրաձայնային բուժումը բերում է ժամանակի զգալի խնայողության՝ նվազեցնելով գործընթացի պահանջվող ժամանակը 12-24 ժամից մինչև մի քանի ժամ: Ավելին, ավելի քիչ լուծիչ է պահանջվում լիարժեք փոխակերպման հասնելու համար, ինչը նվազեցնում է սպառված կամ չհակազդված լուծիչը, այսինքն՝ խտացված NaOH-ը դեն նետելու և տնօրինելու շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը:
Խիտինի դեացետիլացումը դեպի խիտոզան նպաստում է սոնիկացիայի միջոցով
UIP4000hdT – 4 կՎտ հզորությամբ ուլտրաձայնային համակարգ
Ուլտրաձայնային Chitosan բուժման աշխատանքային սկզբունքը
Բարձր հզորության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնային (~20-26kHz) ստեղծում է ակուստիկ կավիտացիա հեղուկների և ցեխերի մեջ: Բարձր հզորության ուլտրաձայնը նպաստում է խիտինի վերածմանը խիտոզանի որպես լուծիչ (օրինակ՝ NaOH) բեկորներ և ներթափանցում պինդ քիտինի մասնիկների մեջ՝ դրանով իսկ մեծացնելով մակերեսը և բարելավելով զանգվածի փոխանցումը պինդ և հեղուկ փուլերի միջև: Ավելին, ուլտրաձայնային կավիտացիայի բարձր կտրվածքային ուժերը ստեղծում են ազատ ռադիկալներ, որոնք բարձրացնում են ռեակտիվը (այսինքն՝ NaOH) հիդրոլիզի ընթացքում: Որպես ոչ ջերմային մշակման տեխնիկա, ձայնային ախտահանումը կանխում է ջերմային դեգրադացիան՝ արտադրելով բարձրորակ խիտոզան: Ուլտրաձայնային օգնությամբ կրճատվում են մշակման ժամանակները, որոնք պահանջվում են խեցգետնակերպերից քիտին հանելու համար, ինչպես նաև կիտին (հետևաբար, քիտոզան) ավելի բարձր մաքրության համար՝ համեմատած ավանդական մշակման պայմանների հետ: Խիտինի և խիտոզանի արտադրության համար ուլտրաձայնային հետազոտությունը կարող է նվազեցնել արտադրության արժեքը, նվազեցնել մշակման ժամանակը, թույլ տալ ավելի լավ վերահսկել արտադրական գործընթացը և նվազեցնել գործընթացի թափոնների շրջակա միջավայրի ազդեցությունը:
- Չիտոզանի բարձր բերքատվություն
- Բարձրակարգ որակ
- Կրճատված ժամանակ
- Գործընթացի ցածր ջերմաստիճան
- Արդյունավետության բարձրացում
- Հեշտ & անվտանգ շահագործում
- էկոլոգիապես մաքուր
Ուլտրաձայնային Chitin Decetylation դեպի Chitosan – արձանագրություն
1) Պատրաստել խիտինը.
Օգտագործելով ծովախեցգետնի կեղևները որպես սկզբնաղբյուր, ծովախեցգետնի կեղևները պետք է մանրակրկիտ լվացվեն, որպեսզի հեռացվեն լուծվող օրգանական նյութերը և կպչուն կեղտերը, ներառյալ հողը և սպիտակուցը: Այնուհետև կեղևի նյութը պետք է ամբողջությամբ չորացնել (օրինակ՝ 60ºC ջերմաստիճանում 24 ժամ ջեռոցում): Չորացրած կեղևները այնուհետև մանրացնում են (օրինակ՝ օգտագործելով մուրճը), ապապրոտեինացված են ալկալային միջավայրում (օրինակ՝ NaOH 0,125-ից մինչև 5,0 Մ խտությամբ), և ապամոնտաժվում են թթվով (օրինակ՝ նոսր աղաթթու):
2) Ուլտրաձայնային դեացետիլացում
Տիպիկ ուլտրաձայնային դեացետիլացման ռեակցիան վարելու համար բետա-քիտինի մասնիկները (0,125 մմ < Դ < 0.250 մմ) կասեցված են 40% (վ/վ) ջրային NaOH-ում բետա-քիտին/NaOH 1/10 (գ մլ) ջրային լուծույթով:-1), կախոցը տեղափոխվում է երկպատի ապակե բաժակի մեջ և կատարվում է և ձայնավորվում Hielscher-ի միջոցով։ UP400 Փ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր: Հետևյալ պարամետրերը (տես Fiamingo et al. 2016) հաստատուն են պահվում ուլտրաձայնային քիտինի դեացետիլացման ռեակցիան իրականացնելիս. (ii) ձայնային զարկերակային ռեժիմ (IP = 0,5 վրկ); (iii) ուլտրաձայնային մակերեսի ինտենսիվությունը
(I = 52,6 Վտ սմ-2), (iv) ռեակցիայի ջերմաստիճանը (60ºC ±1ºC), (v) ռեակցիայի ժամանակը (50 րոպե), (vi) հարաբերակցությունը բետա-քիտինի քաշ/ծավալ 40% (ք/վ) նատրիումի հիդրօքսիդի ջրային ջրային հիդրօքսիդ (BCHt/NaOH = 1): /10 գ մլ-1); (vii) բետա-քիտինի կախույթի ծավալը (50 մլ):
Առաջին ռեակցիան շարունակվում է 50 րոպե մշտական մագնիսական խառնման ներքո և այնուհետև ընդհատվում է կասեցումը արագ սառեցնելով մինչև 0ºC: Այնուհետև ավելացվում է նոսր աղաթթու՝ pH 8,5 հասնելու համար, և CHs1 նմուշը մեկուսացվում է զտման միջոցով, մանրակրկիտ լվանում դեիոնացված ջրով և չորանում շրջակա միջավայրի պայմաններում: Երբ նույն ուլտրաձայնային դեացետիլացումը կրկնվում է որպես CHs1-ի երկրորդ քայլ, այն արտադրում է նմուշ CHs2:
Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պատկերներ 100× մեծացմամբ ա) գլադիուս, բ) ուլտրաձայնային մշակված գլադիուս, գ) β-քիտին, դ) ուլտրաձայնային մշակված β-քիտին և ե) խիտոզան (աղբյուրը՝ Պրետո և այլք 2017 թ.)
Ֆիամինգոն և այլք: պարզվել է, որ բետա-քիտինի ուլտրաձայնային դեացետիլացումը արդյունավետորեն արտադրում է բարձր մոլեկուլային քաշի խիտոզան՝ ացետիլացման ցածր աստիճանով՝ ոչ հավելումների, ոչ էլ իներտ մթնոլորտի, ոչ էլ երկար արձագանքման ժամանակների օգտագործմամբ: Թեև ուլտրաձայնային դեացետիլացման ռեակցիան իրականացվում է ավելի մեղմ պայմաններում – այսինքն ցածր ռեակցիայի ջերմաստիճանը, երբ համեմատվում է ջերմաքիմիական դեացետիլացումների մեծ մասի հետ: Բետա-քիտինի ուլտրաձայնային դեացետիլացումը թույլ է տալիս պատրաստել պատահականորեն դեացետիլացված խիտոզան, որն ունի ացետիլացման փոփոխական աստիճան (4% ≤ DA ≤ 37%), բարձր քաշի միջին մոլեկուլային քաշ (900,000 գ մոլ):-1 ≤ Մw ≤ 1200000 գ մոլ-1 ) և ցածր ցրվածություն (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4)՝ իրականացնելով երեք հաջորդական ռեակցիաներ (50 րոպե/քայլ) 60ºC ջերմաստիճանում:
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ լաբորատորիայից մինչև փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով:
Բարձրորակ ուլտրաձայնային համակարգեր Chitosan արտադրության համար
Խիտինի մասնատումը և քիտինի դեցետիլացումը չիտոզան պահանջում է հզոր և հուսալի ուլտրաձայնային սարքավորում, որը կարող է ապահովել բարձր ամպլիտուդներ, առաջարկում է ճշգրիտ վերահսկելիություն գործընթացի պարամետրերի նկատմամբ և կարող է շահագործվել 24/7 ծանր բեռի տակ և պահանջկոտ միջավայրերում: Hielscher Ultrasonics արտադրանքի տեսականին ապահովում է ձեզ և ձեր գործընթացի պահանջները: Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը բարձր արդյունավետությամբ համակարգեր են, որոնք կարող են համալրվել աքսեսուարներով, ինչպիսիք են սոնոտրոդները, ուժեղացուցիչները, ռեակտորները կամ հոսքային բջիջները, որպեսզի օպտիմալ կերպով համապատասխանեն ձեր գործընթացի կարիքներին:
Թվային գունավոր էկրանով ապահովված է նախադրյալ ձայնագրման գործարկումը, տվյալների ավտոմատ ձայնագրումը ինտեգրված SD քարտի վրա, բրաուզերի հեռակառավարման և շատ այլ գործառույթներ, գործընթացի ամենաբարձր կառավարումը և օգտագործողի համար հարմարավետությունն ապահովված են: Ուլտրաձայնային Hielscher համակարգերը, որոնք համակցված են ամրության և ծանր կրող հզորության հետ, ձեր հուսալի աշխատանքային ձին են արտադրության մեջ:
Խիտինի մասնատումը և դեացետիլացումը պահանջում է հզոր ուլտրաձայնային հետազոտություն՝ նպատակային փոխակերպումը և բարձրորակ խիտոզանի վերջնական արտադրանք ստանալու համար: Հատկապես քիտինի փաթիլների մասնատման համար կարևոր են բարձր ամպլիտուդները և բարձր ճնշումները: Hielscher ուլտրաձայնային’ Արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները հեշտությամբ ապահովում են շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Hielscher ուլտրաձայնային համակարգերի հզորությունը թույլ է տալիս արդյունավետ և արագ դեացետիլացում անվտանգ և օգտագործողի համար հարմար գործընթացում:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Գրականություն/Հղումներ
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-ի վրա հիմնված Bionanocomposite Films Prepared by Emulsion Technique for Food Conservation: Նյութեր 2019, 12(3), 373։
- Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): Լայնորեն դեացետիլացված բարձր մոլեկուլային քաշի խիտոզանը բետա-քիտինի բազմաստիճան ուլտրաձայնային օգնությամբ դեացետիլացումից. 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, Նյու Օռլեան, Լոս Անջելես, հունիսի 28:
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Ջերմաստիճանի ազդեցությունը բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ուլտրաձայնով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնով խիտոզանի դեացետիլացման ժամանակ, որպես նախնական բուժում, Սննդի տեխնոլոգիաների ինստիտուտի տարեկան ժողով: , Նոր Օռլեան, Լոս Անջելես, հունիսի 30, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի ազդեցությունը քիտինի խիտոզանի փոխակերպումն արագացնելու համար, Սննդի տեխնոլոգիաների ինստիտուտի տարեկան ժողով, Նյու Օռլեան, ԼԱ, հունիսի 30, 95-17։
- Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017). Շրջակա միջավայրի գիտություն և աղտոտման հետազոտություն (2017) 24:22932–22939.
- Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): Չիտոզանի նանոմասնիկների և նանոմանրաթելերի վերևից ներքև պատրաստման մեթոդ. Carbohydrate Polymers 117, 2015. 731–738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008): Խիտոզանի մոլեկուլային քաշի արդյունավետ նվազեցում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի միջոցով. մշակման պարամետրերի հիմքում ընկած մեխանիզմը և ազդեցությունը: Journal of Agriculture and Food Chemistry 56(13):5112-5119.
- Յադավ Մ.; Գոսվամի Պ. Պարիտոշ Կ. Կումար Մ. Պարեկ Ն. Vivekanand V. (2019): Ծովամթերքի թափոն. Bioresources and Bioprocessing 6/8, 2019 թ.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ինչպե՞ս է գործում ուլտրաձայնային քիտինի դեակտիլացումը:
Երբ բարձր հզորության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը (օրինակ՝ 20-26 կՀց) զուգորդվում է հեղուկի կամ ցեխի մեջ, հեղուկի վրա կիրառվում են փոփոխական բարձր ճնշման/ցածր ճնշման ցիկլեր՝ ստեղծելով սեղմում և հազվադեպություն: Այս փոփոխվող բարձր ճնշման / ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում առաջանում են փոքր վակուումային փուչիկներ, որոնք աճում են ճնշման մի քանի ցիկլերի ընթացքում: Այն կետում, երբ վակուումային փուչիկները չեն կարող ավելի շատ էներգիա կլանել, դրանք կատաղի փլուզվում են: Այս պղպջակների պայթյունի ժամանակ տեղի են ունենում տեղական շատ ինտենսիվ պայմաններ. առաջանում են մինչև 5000K բարձր ջերմաստիճան, մինչև 2000 ատմ ճնշում, ջեռուցման/սառեցման շատ բարձր արագություններ և ճնշման տարբերություններ: Քանի որ փուչիկների փլուզման դինամիկան ավելի արագ է, քան զանգվածը և ջերմային փոխանցումը, փլուզվող խոռոչի էներգիան սահմանափակվում է շատ փոքր գոտում, որը նաև կոչվում է «թեժ կետ»: Կավիտացիոն պղպջակի պայթումը նաև հանգեցնում է միկրոտուրբուլենցիաների, մինչև 280 մ/վ արագությամբ հեղուկի շիթերի և առաջացող ճեղքման ուժերի: Այս երեւույթը հայտնի է որպես ուլտրաձայնային կամ ակուստիկ կավիտացիա։
Կաթիլներն ու մասնիկները ձայնային հեղուկի մեջ բախվում են այդ կավիտացիոն ուժերի կողմից, և երբ արագացված մասնիկները բախվում են միմյանց, դրանք փշրվում են միջմասնիկների բախումից: Ակուստիկ կավիտացիան ուլտրաձայնային ֆրեզման, ցրման, էմուլսացման և սոնոքիմիայի աշխատանքի սկզբունքն է:
Խիտինի դեացետիլացման համար բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը մեծանում է մակերեսի տարածքում՝ ակտիվացնելով մակերեսը և խթանելով զանգվածի փոխանցումը մասնիկների և ռեագենտի միջև:
chitosan
Chitosan-ը փոփոխված, կատիոնային, ոչ թունավոր ածխաջրածին պոլիմեր է, բարդ քիմիական կառուցվածքով, որը ձևավորվում է β-(1,4) գլյուկոզամինի միավորներով՝ որպես դրա հիմնական բաղադրիչ:>80%) և N-ացետիլ գլյուկոզամինի միավորներ (<20%), պատահականորեն բաշխված շղթայի երկայնքով: Chitosan-ը ստացվում է քիտինից քիմիական կամ ֆերմենտային դեացետիլացման միջոցով: Դացետիլացման աստիճանը (DA) որոշում է կառուցվածքում ազատ ամինային խմբերի պարունակությունը և օգտագործվում է քիտինի և խիտոզանի միջև տարբերակելու համար: Chitosan-ը լավ լուծելիություն է ցուցաբերում չափավոր լուծիչների մեջ, ինչպիսին է նոսրացված քացախաթթուն և առաջարկում է մի քանի ազատ ամին խմբեր որպես ակտիվ տեղամասեր: Սա քիտոզանին ձեռնտու է քիտինի նկատմամբ շատ քիմիական ռեակցիաներում:
Chitosan-ը գնահատվում է իր հիանալի կենսահամատեղելիության և կենսաքայքայման, ոչ թունավորության, լավ հակամանրէային ակտիվության (բակտերիաների և սնկերի դեմ), թթվածնի անթափանցելիության և թաղանթ ձևավորելու հատկությունների համար: Ի տարբերություն քիտինի, խիտոզանն ունի ջրում լուծվող լինելու առավելությունը և դրանով իսկ ավելի հեշտ է մշակել և օգտագործել բաղադրություններում:
Որպես ցելյուլոզից հետո երկրորդ ամենաառատ պոլիսախարիդը, քիտինի հսկայական առատությունը այն դարձնում է էժան և կայուն հումք:
Չիտոզանի արտադրություն
Chitosan-ը արտադրվում է երկու փուլով: Առաջին քայլում հումքը, ինչպիսիք են խեցգետնակերպերի կեղևները (այսինքն՝ ծովախեցգետին, ծովախեցգետին, օմար), ապասպիտակուցազերծվում, դեմինալիզացվում և մաքրվում է քիտին ստանալու համար: Երկրորդ քայլում քիտինը մշակվում է ամուր հիմքով (օրինակ՝ NaOH)՝ հեռացնելու ացետիլային կողային շղթաները՝ խիտոզան ստանալու համար: Հայտնի է, որ սովորական խիտոզանի արտադրության գործընթացը շատ ժամանակատար և ծախսատար է:
քիտին
Խիտին (C8Հ13Օ5N)Ն β-1,4-N-ացետիլգլյուկոզամինի ուղիղ շղթայով պոլիմեր է և դասակարգվում է α-, β- և γ-քիտինի: Լինելով գլյուկոզայի ածանցյալ՝ քիտինը հոդվածոտանիների էկզոկմախքների հիմնական բաղադրիչն է, ինչպիսիք են խեցգետնակերպերը և միջատները, փափկամարմինների ռադուլաները, գլխոտանի կտուցները և ձկների և լիսամֆիբիների թեփուկները, և կարող է հայտնաբերվել նաև սնկերի բջիջների պատերում: Խիտինի կառուցվածքը համեմատելի է ցելյուլոզայի հետ՝ առաջացնելով բյուրեղային նանոֆիբրիլներ կամ բեղեր։ Ցելյուլոզը աշխարհի ամենաառատ պոլիսաքարիդն է, որին հաջորդում է քիտինը՝ որպես երկրորդ ամենաառատ պոլիսաքարիդը:
գլյուկոզամին
Գլյուկոզամին (C6Հ13ՈՉ5) ամինաշաքար է և կարևոր նախադրյալ գլիկոզիլացված սպիտակուցների և լիպիդների կենսաքիմիական սինթեզում։ Գլյուկոզամինը բնականաբար առատ միացություն է, որը երկու պոլիսախարիդների՝ խիտոզանի և խիտինի կառուցվածքի մի մասն է, ինչը գլյուկոզամինը դարձնում է ամենաառատ մոնոսաքարիդներից մեկը: Առևտրային հասանելի գլյուկոզամինի մեծ մասն արտադրվում է խեցգետնակերպերի էկզոկմախքների, այսինքն՝ խեցգետնի և օմարի կեղևների հիդրոլիզի արդյունքում:
Գլյուկոզամինը հիմնականում օգտագործվում է որպես սննդային հավելում, որտեղ այն օգտագործվում է գլյուկոզամին սուլֆատի, գլյուկոզամինի հիդրոքլորիդի կամ N-ացետիլ գլյուկոզամինի տեսքով: Գլյուկոզամինի սուլֆատի հավելումները բերանային են՝ բորբոքման, քայքայման և աճառի վերջնական կորստի հետևանքով առաջացած ցավոտ վիճակի բուժման համար (օստեոարթրիտ):