Produksi Kitin dan Chitosan dari Jamur

Ultrasonication adalah metode yang sangat efisien untuk melepaskan kitin dan chitosan dari sumber jamur seperti jamur. Kitin dan chitosan harus deacetylated dalam pengolahan down-stream untuk mendapatkan biopolimer berkualitas tinggi. Deacetylation yang dibantu secara ultrasonik adalah teknik yang sangat berkhasiat, sederhana dan cepat, yang menghasilkan chitosans berkualitas tinggi dengan berat molekul tinggi dan bioavailabilitas unggul.

Chitin dan Chitosan dari Jamur

Jamur yang dapat dimakan dan obat seperti Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi atau reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (jamur kancing), Hericium erinaceus (surai singa), Cordyceps sinensis (jamur ulat), Grifola frondosa (hen-of-the-wood), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, turkeytail) dan banyak spesies jamur lainnya banyak digunakan sebagai makanan dan untuk ekstraksi senyawa bioaktif. Jamur ini sekaligus mengolah residu (limbah jamur) dapat digunakan untuk menghasilkan chitosan. Ultrasonication tidak hanya mempromosikan pelepasan kitin dari struktur dinding sel jamur, tetapi juga mendorong konversi chitosan menjadi chitosan berharga melalui depolimerisasi ultrasonik.

Ultrasonic Deacetylation dari chitin untuk Chitosan

Deacetylation dari kitin untuk chitosan dipromosikan oleh sonikasi

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ultrasonication digunakan untuk mengekstrak kitin dari jamur. Selanjutnya, ultrasound mempromosikan deacetylation chitin untuk mendapatkan chitosan.

Ultrasonication adalah metode ekstraksi cepat dan ringan untuk menghasilkan ekstrak jamur berkualitas tinggi. Dalam video tersebut, UP400St digunakan untuk ekstraksi polisakarida dari jamur yang dapat dimakan.

Ekstraksi jamur dingin menggunakan UP400St dengan probe 22mm

kitin, yang merupakan polimer N-asetilglucosamine (poli - (β - (1-4) -N-asetil-D-glukosamin), adalah polisakarida alami yang banyak ditemukan di eksoskeleton invertebrata seperti krustasea dan serangga, kerangka bagian dalam cumi-cumi dan sotong serta dinding sel jamur. Tertanam ke dalam struktur dinding sel jamur, kitin bertanggung jawab atas bentuk dan kekakuan dinding sel jamur. Untuk banyak aplikasi, kitin diubah menjadi turunan deacetylated, yang dikenal sebagai chitosan melalui proses depolimerisasi.
Kitosan Adalah turunan yang paling umum dan paling berharga dari kitin. Ini adalah polisakarida berat molekul tinggi yang dihubungkan oleh glikosida b-1,4, terdiri dari N-asetil-glukosamin dan glukosamin.
Chitosan dapat diturunkan melalui kimia atau enzimatik. n-deacetylation. Dalam proses deacetylation yang digerakkan secara kimia, kelompok asetil (R-NHCOCH)3) dibelah oleh alkali yang kuat pada suhu tinggi. Atau, chitosan dapat disintesis melalui deacetylation enzimatik. Namun, pada skala produksi industri deacetylation kimia adalah teknik yang disukai, karena deacetylation enzimatik secara signifikan kurang efisien karena tingginya biaya enzim deacetylase dan hasil chitosan rendah yang diperoleh. Ultrasonication digunakan untuk mengintensifkan degradasi kimia (1→4) - / β-linkage (depolimerisasi) dan efek deacetylation kitin untuk mendapatkan chitosan berkualitas tinggi. Ketika sonikasi diterapkan sebagai pra-pengobatan untuk deacetylation enzimatik, hasil chitosan dan kualitas ditingkatkan juga.

Produksi Chitosan Industri dari Jamur dengan ULTRASOUND

Produksi kitin dan chitosan komersial terutama didasarkan pada limbah industri kelautan (yaitu memancing, memanen ikan kerang, dll.). Sumber bahan baku yang berbeda menghasilkan kualitas kitin dan chitosan yang berbeda, yang dihasilkan dari fluktuasi produksi dan kualitas karena variasi penangkapan ikan musiman. Selain itu, chitosan yang berasal dari sumber jamur menawarkan sifat yang dilaporkan unggul seperti panjang polimer homogen dan kelarutan yang lebih besar bila dibandingkan dengan chitosan dari sumber laut. (cf. Ghormade et al., 2017) Untuk memasok chitosan seragam, ekstraksi kitin dari spesies jamur telah menjadi produksi alternatif yang stabil. Produksi kitin dan citiosan dari jamur dapat dengan mudah dan dapat diandalkan dicapai dengan menggunakan ekstraksi ultrasonik dan teknologi deacetylation. Sonikasi intens mengganggu struktur sel untuk melepaskan kitin dan mempromosikan transfer massa dalam pelarut berair untuk hasil kitin unggul dan efisiensi ekstraksi. Deacetylation ultrasonik berikutnya mengubah kitin menjadi chitosan yang berharga. Keduanya, ekstraksi kitin ultrasonik dan deacetylation ke chitosan dapat diskalakan secara linear ke tingkat produksi komersial apa pun.

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

Sonikasi mengintensifkan produksi chitosan jamur dan membuat produksi lebih efisien dan ekonomis.
(gambar dan studi: © Zhu et al., 2019)

Ultrasonic chitin extraction from mushrooms with the UP400ST probe-type ultrasonicator (400W, 24kHz)

ultrasonikator UP400St untuk ekstraksi jamur: Sonikasi memberikan hasil tinggi senyawa bioaktif seperti polisakarida kitin dan chitosan

Sintesis Chitosan yang Sangat Efisien melalui Sonikasi

Untuk mengatasi kekurangan (yaitu, efisiensi rendah, biaya energi tinggi, waktu pemrosesan yang lama, pelarut beracun) dari deacetlytion kimia dan enzimatik tradisional, ultrasound intensitas tinggi telah diintegrasikan ke dalam pengolahan kitin dan chitosan. Sonikasi intensitas tinggi dan efek yang dihasilkan dari kavitasi akustik menyebabkan scission cepat rantai polimer dan mengurangi polidispersitas, sehingga mempromosikan sintesis chitosan. Selain itu, gaya geser ultrasonik mengintensifkan transfer massa dalam larutan sehingga reaksi kimia, hidrolitik, atau enzimatik ditingkatkan.

Deacetylation Kimia dan Depolimerisasi Kimia yang Dibantu Secara Ultrasonik

Karena kitin adalah biopolimer non-reaktif dan tidak larut, ia harus menjalani langkah-langkah proses demineralisasi, deproteinisasi dan depolimerisasi / deacetylation untuk mendapatkan chitosan larut dan bioacessible. Langkah-langkah proses ini melibatkan perawatan dengan asam kuat seperti HCl dan basa kuat seperti NaOH dan KOH. Karena langkah-langkah proses konvensional ini tidak efisien, lambat, dan menuntut energi tinggi, intensifikasi proses dengan sonikasi meningkatkan produksi chitosan secara signifikan. Penerapan power-ultrasound meningkatkan hasil dan kualitas chitosan, mengurangi proses dari hari ke beberapa jam, memungkinkan pelarut yang lebih ringan, dan membuat seluruh proses lebih hemat energi.

Deproteinisasi Chitin yang Ditingkatkan Secara Ultrasonik

Vallejo-Dominguez et al. (2021) menemukan dalam penyelidikan mereka tentang deproteinisasi kitin bahwa "aplikasi ultrasound untuk produksi biopolimer mengurangi kandungan protein serta ukuran partikel kitin. Chitosan dengan derajat deacetylation tinggi dan berat molekul sedang diproduksi melalui bantuan ultrasound.

Hidrolisis Ultrasonik untuk Depolimerisasi Chitin

Untuk hidrolisis kimia, baik asam atau alkali digunakan untuk deacetylate chitin, namun deacetylation alkali (misalnya, natrium hidroksida NaOH) lebih banyak digunakan. Hidrolisis asam adalah metode alternativ untuk deacetylation kimia tradisional, di mana larutan asam organik digunakan untuk depolimerize chitin dan chitosan. Metode hidrolisis asam sebagian besar digunakan ketika berat molekul kitin dan chitosan harus homogen. Proses hidrolisis konvensional ini dikenal sebagai lambat dan intensif energi dan biaya. Kebutuhan asam kuat, suhu tinggi dan tekanan adalah faktor yang mengubah proses chitosan hidrolitik menjadi prosedur yang sangat mahal dan memakan waktu. Asam yang digunakan membutuhkan proses hilir seperti netralisasi dan desalting.
Dengan integrasi ultrasound berdaya tinggi ke dalam proses hidrolisis, persyaratan suhu dan tekanan untuk pembelahan hidrolitik kitin dan chitosan dapat diturunkan secara signifikan. Selain itu, sonikasi memungkinkan konsentrasi asam yang lebih rendah atau penggunaan asam yang lebih ringan. Hal ini membuat proses lebih berkelanjutan, efisien, hemat biaya dan ramah lingkungan.

Deacetylation Kimia yang Dibantu Secara Ultrasonik

Disintegrasi kimia dan deaktasi kitin dan chitosan terutama dicapai dengan mengobati kitin atau chitosan dengan asam mineral (misalnya, asam klorida HCl), natrium nitrit (NaNO).2Atau hidrogen peroksida (H2O2). USG meningkatkan tingkat deacetylation sehingga memperpendek waktu reaksi yang diperlukan untuk mendapatkan tingkat deacetylation yang ditargetkan. Ini berarti sonikasi mengurangi waktu pemrosesan yang diperlukan 12-24 jam hingga beberapa jam. Selain itu, sonikasi memungkinkan konsentrasi kimia yang jauh lebih rendah, misalnya 40% (w / w) natrium hidroksida menggunakan sonikasi sementara 65% (w / w) diperlukan tanpa menggunakan ultrasound.

Deacetylation Ultrasonik-Enzimatik

Sementara deacetylation enzimatik adalah bentuk pemrosesan yang ringan dan ramah lingkungan, efisiensi dan biayanya tidak ekonomis. Karena isolasi hilir yang kompleks, padat karya dan mahal dan pemurnian enzim dari produk akhir, deacetylation chitin enzimatik tidak diimplementasikan dalam produksi komersial, tetapi hanya digunakan di laboratorium penelitian ilmiah.
Ultrasonic pra-pengobatan sebelum fragmen deacetlytation enzimatik molekul kitin sehingga memperbesar luas permukaan dan membuat lebih banyak permukaan tersedia untuk enzim. Sonikasi berkinerja tinggi membantu meningkatkan deacetylation enzimatik dan membuat prosesnya lebih ekonomis.

Hasil Penelitian untuk Ultrasonic Chitin dan Chitosan Deacetylation

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018) menyimpulkan dalam studi mereka bahwa deacetylation ultrasonik telah terbukti menjadi terobosan penting, mengubah β-chitin menjadi chitosan dengan deacetylation 83-94% pada suhu reaksi yang berkurang. Gambar kiri menunjukkan gambar SEM chitosan ultrasonik deacetylated (90 W, 15 menit, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: mL) (gambar dan studi: © Zhu et al., 2018)
Dalam protokol mereka, solusi NaOH (20 w / v %) disiapkan dengan melarutkan serpihan NaOH di air DI. Larutan alkali kemudian ditambahkan ke sedimen GLSP (0,5 g) pada rasio padat-cair 1:20 (g: mL) ke dalam tabung sentrifugal. Chitosan ditambahkan ke NaCl (40 mL, 0,2 M) dan asam asetat (0,1 M) pada rasio volume larutan 1: 1. Suspensi kemudian mengalami ULTRASOUND pada suhu ringan 25 ° C selama 60 menit menggunakan ultrasonicator tipe probe (250W, 20kHz). (cf Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) menemukan bahwa tingkat degradasi untuk larutan chitosan jarang dipengaruhi oleh konsentrasi asam yang digunakan untuk solubilize polimer dan sangat tergantung pada suhu, intensitas gelombang ultrasound, dan kekuatan ionik dari media yang digunakan untuk melarutkan polimer. (cf. Pandit et al., 2021)

Dalam studi lain, Zhu et al. (2019) menggunakan bubuk spora Ganoderma lucidum sebagai bahan baku jamur dan menyelidiki deacetylation yang dibantu secara ultrasonik dan efek parameter pemrosesan seperti waktu sonikasi, rasio padat terhadap cairan, konsentrasi NaOH, dan kekuatan iradiasi pada tingkat deacetylation (DD) chitosan. Nilai DD tertinggi diperoleh pada parameter ultrasonik berikut: 20 menit sonikasi pada 80W, 10% (g: ml) NaOH, 1:25 (g: ml). Morfologi permukaan, kelompok kimia, stabilitas termal, dan kristalinitas chitosan yang diperoleh secara ultrasonik diperiksa menggunakan SEM, FTIR, TG, dan XRD. Tim peneliti melaporkan peningkatan yang signifikan dari tingkat deacetylation (DD), viskositas dinamis ([η]) dan berat molekul (Mv ̄) dari chitosan yang diproduksi secara ultrasonik. Hasilnya menggarisbawahi teknik deacetylation ultrasonik jamur metode produksi yang sangat ampuh untuk chitosan, yang cocok untuk aplikasi biomedis. (cf. Zhu et al., 2019)

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

Gambar SEM kitin dan chitosan dari dua spesies jamur: a) Chitin dari L. vellereus; b) Kitin dari P. ribis; c) Chitosan dari L.vellereus; d) chitosan dari P. ribis.
gambar dan studi: © Erdoğan et al., 2017

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

Reaktor ultrasonik dengan Probe ultrasound 2000W (sonotrode) untuk ekstraksi kitin dari jamur dan depolimerisasi berikutnya / deacetylation

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Kualitas Chitosan Superior dengan Deacetylation Ultrasonik

Proses ekstraksi kitin / chitosan yang digerakkan secara ultrasonik dan depolimerisasi secara tepat dapat dikontrol dan parameter proses ultrasonik dapat disesuaikan dengan bahan baku dan kualitas produk akhir yang ditargetkan (misalnya, berat molekul, tingkat deacetylation). Hal ini memungkinkan untuk menyesuaikan proses ultrasound dengan faktor eksternal dan untuk menetapkan parameter optimal untuk hasil dan efisiensi yang unggul.
Ultrasonically deacetylated chitosan menunjukkan bioavailabilitas yang sangat baik dan biokompatibilitas. Ketika biopolimer chitosan yang disiapkan secara ultrasonik dibandingkan dengan chitosan yang diturunkan secara termal mengenai sifat biomedis, chitosan yang diproduksi secara ultrasonik menunjukkan kelangsungan hidup fibroblast (sel L929) yang meningkat secara signifikan dan peningkatan aktivitas antibakteri untuk Escherichia (E. coli) dan Staphylococcus aureus (S. aureus).
(cf. Zhu et al., 2018)

Bagaimana Ekstraksi Ultrasonik dan Deacetylation of Chitin Bekerja?

Ketika gelombang ultrasound daya adalah pasangan menjadi cairan atau bubur (misalnya, suspensi yang terdiri dari kitin dalam pelarut), gelombang ultrasonik perjalanan melalui cairan menyebabkan bergantian tekanan tinggi / siklus tekanan rendah. Selama siklus tekanan rendah, gelembung vakum menit (yang disebut gelembung kavitasi) diciptakan, yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Pada ukuran tertentu, ketika gelembung tidak dapat menyerap lebih banyak energi, mereka meledak dengan keras selama siklus tekanan tinggi. Ledakan gelembung ditandai dengan kekuatan kavitasi (atau sonomekanis) yang intens. Kondisi sonomekanis ini terjadi secara lokal di titik panas kavitasi dan ditandai dengan suhu dan tekanan yang sangat tinggi masing-masing hingga 4000K dan 1000atm; serta perbedaan suhu dan tekanan tinggi yang sesuai. Furtehrmore, turbulensi mikro dan aliran cair dengan kecepatan hingga 100m / s dihasilkan. Ekstraksi ultrasonik kitin dan chitosan dari jamur dan krustasea serta depolimerisasi dan deacetylation kitin terutama disebabkan oleh efek sonomekanis: agitasi dan turbulensi mengganggu sel dan meningkatkan transfer massa dan juga dapat memotong rantai polimer dalam kombinasi dengan pelarut asam atau basa.
Prinsip kerja ekstraksi kitin melalui ultrasonication: Ekstraksi ultrasonik secara efisien memecah struktur sel jamur dan melepaskan senyawa intraseluler dari dinding sel dan interior sel (yaitu, polisakarida seperti kitin dan chitosan dan phytochemical bioaktif lainnya) ke dalam pelarut. Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik. Efek kavitasi ultrasonik / akustik adalah gaya geser tinggi, turbulensi dan diferensial tekanan yang intens. Kekuatan sonomekanis ini mematahkan struktur seluler seperti dinding sel jamur chitinous, mempromosikan transfer massa antara biomaterial jamur dan pelarut dan menghasilkan hasil ekstrak yang sangat tinggi dalam proses yang cepat. Selain itu, sonikasi mempromosikan sterilisasi ekstrak dengan membunuh bakteri dan mikroba. Inaktivasi mikroba oleh sonikasi adalah hasil dari gaya kavitasi destruktif ke membran sel, produksi radikal bebas, dan pemanasan lokal.
Prinsip kerja depolimerisasi dan deacetylation melalui ultrasonication: Rantai polimer terperangkap di bidang geser di sekitar gelembung dan segmen rantai kumparan polimer di dekat rongga yang runtuh akan bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada yang lebih jauh. Tekanan kemudian diproduksi pada rantai polimer karena gerakan relatif dari segmen polimer dan pelarut dan ini cukup untuk menyebabkan pembelahan. Proses ini mirip dengan efek geser lainnya dalam larutan polimer ~ 2 ° dan memberikan hasil yang sangat mirip. (cf. Harga et al., 1994)

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Peralatan Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Pengolahan Kittin jamur dan Chitosan

Ultrasonic deacetylation dari chition untuk Chitosan

Scanning elektron mikroskop (SEM) gambar dalam pembesaran 100 × dari a) Gladius, b) ultrasound diobati Gladius, c) β-chitin, d) USG diobati β-chitin, dan e) chitosan (sumber: Preto et al. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiFragmentasi kitin dan deetilasi kitin ke chitosan membutuhkan peralatan ultrasonik yang kuat dan andal yang dapat memberikan amplitudo tinggi, menawarkan kontrol yang tepat atas parameter proses dan dapat dioperasikan 24/7 di bawah beban berat dan di lingkungan yang menuntut. Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics memenuhi persyaratan ini dengan andal. Selain kinerja ultrasound yang luar biasa, ultrasonicator Hielscher membanggakan efisiensi energi yang tinggi, yang merupakan keuntungan ekonomis yang signifikan. – Terutama ketika digunakan pada produksi skala besar komersial.
Hielscher ultrasonicators adalah sistem berkinerja tinggi yang dapat dilengkapi dengan aksesoris seperti sonotrodes, penguat, reaktor atau sel aliran agar sesuai dengan kebutuhan proses Anda secara optimal. Dengan tampilan warna digital, pilihan untuk preset sonication berjalan, perekaman data otomatis pada kartu SD terintegrasi, remote browser control dan banyak lagi fitur, kontrol proses tertinggi dan keramahan pengguna dipastikan. Dipasangkan dengan ketahanan dan kapasitas bantalan beban yang berat, sistem ultrasonik Hielscher adalah kuda kerja Anda yang andal dalam produksi. 
Fragmentasi dan deacetylation kitin membutuhkan ultrasound yang kuat untuk mendapatkan konversi yang ditargetkan dan produk chitosan akhir berkualitas tinggi. Terutama untuk fragmentasi serpihan kitin dan langkah depolimerisasi / deacetylation, amplitudo tinggi dan tekanan tinggi sangat penting. Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dengan mudah memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat terus dijalankan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kapasitas daya sistem ultrasonik Hielscher memungkinkan deacetylation yang efisien dan cepat dalam proses yang aman dan mudah digunakan.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
1 hingga 500mL 10-200mL/min UP100H
10-2000mL 20 hingga 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


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

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi


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 Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.