Teknologi ultrasound Hielscher

Ultrasonic Deacetylation dari chitin untuk Chitosan

Chitosan adalah biopolymer yang berasal dari kitin yang memiliki banyak aplikasi dalam bidang farmasi, makanan, pertanian dan industri. Deacetylation ultrasonik kitin untuk chitosan mengintensifkan pengobatan secara signifikan – mengarah ke proses yang efisien dan cepat dengan hasil Chitosan yang tinggi dari kualitas unggul.

Ultrasonic chitosan produksi

Chitosan diperoleh dengan N-deacetylation dari kitin. Dalam deasetilasi konvensional, kitin direndam dalam pelarut alkali berair (biasanya 40 untuk 50% (w/w) NaOH). Proses perendaman memerlukan suhu tinggi 100 sampai 120 º C sangat menyita waktu, sementara hasil Chitosan yang diperoleh per perendaman langkah rendah. Penerapan ultrasonik berdaya tinggi mengintensifkan proses deasetilasi kitin secara signifikan dan menghasilkan hasil tinggi dari chitosan berat molekul rendah dalam pengobatan cepat pada suhu yang lebih rendah. Deasetilasi ultrasonik hasil dalam chitosan berkualitas unggul yang digunakan sebagai bahan makanan dan Pharma, sebagai pupuk dan dalam banyak aplikasi industri lainnya.
Pengolahan ultrasonik hasil dalam tingkat yang luar biasa dari asetilasi (da) dari kitin menurunkan tingkat asetilasi kitin dari da ≥ 90 untuk chitosan dengan da ≤ 10.
Banyak penelitian mengkonfirmasi efektivitas ultrasonik kitin deacetylation untuk chitosan. Weiss J. et al. (2008) menemukan bahwa sonication meningkatkan konversi kitin ke chitosan secara drastis. Perlakuan ultrasonik kitin datang dengan penghematan waktu yang signifikan mengurangi waktu proses yang diperlukan dari 12-24 jam untuk beberapa jam. Selanjutnya, lebih sedikit pelarut yang diperlukan untuk mencapai konversi penuh, yang menurunkan dampak lingkungan harus membuang dan membuang pelarut yang dibelanjakan atau tidak bereaksi, misalnya NaOH yang terkonsentrasi.

Ultrasonic Deacetylation dari chitin untuk Chitosan

Deacetylation dari kitin untuk chitosan dipromosikan oleh sonikasi

High-Performace ultrasonikator UIP4000hdT untuk aplikasi industri

UIP4000hdT – sistem ultrasonik daya 4kW

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Prinsip kerja pengobatan ultrasonik Chitosan

Ultrasonikasi berdaya tinggi, frekuensi rendah (∼ 20-26kHz) menciptakan kavitasi akustik dalam cairan dan bubur. Ultrasound berdaya tinggi mempromosikan konversi kitin ke chitosan sebagai pelarut (misalnya, NaOH) fragmentes dan menembus partikel kitin padat, sehingga memperbesar luas permukaan dan meningkatkan perpindahan massa antara fase padat dan cair. Selanjutnya, kekuatan gesekan yang tinggi dari kavitasi ultrasonik menciptakan radikal bebas yang meningkatkan reaktivitas reagen (yaitu NaOH) selama hidrolisis. Sebagai teknik pengolahan non-termal, sonikasi mencegah degradasi termal menghasilkan chitosan berkualitas tinggi. Ultrasonik mempersingkat waktu pemrosesan yang diperlukan untuk mengekstrak kitin dari krustasea serta menghasilkan kitin (dan dengan demikian selanjutnya chitosan) kemurnian lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi pengolahan tradisional. Untuk produksi kitin dan chitosan, USG sehingga memiliki potensi untuk menurunkan biaya produksi, mengurangi waktu proses, memungkinkan kontrol yang lebih baik dari proses produksi dan mengurangi dampak lingkungan dari limbah proses.

Keuntungan dari Ultrasonic chitosan produksi

  • Hasil Chitosan yang lebih tinggi
  • Kualitas unggul
  • Mengurangi waktu
  • Suhu proses yang lebih rendah
  • Peningkatan efisiensi
  • Mudah & operasi yang aman
  • ramah lingkungan

Ultrasonic chitin Decetylation untuk Chitosan – Protokol

1) Siapkan kitin:
Menggunakan cangkang kepiting sebagai bahan sumber, cangkang Kepiting harus dicuci secara menyeluruh untuk menghilangkan zat organik yang larut dan kotoran yang melekat termasuk tanah dan protein. Setelah itu, bahan cangkang harus dikeringkan sepenuhnya (misalnya, pada 60 º C untuk 24 jam dalam oven). Shell kering kemudian tanah (misalnya menggunakan Hammer Mill), deproteinized dalam media alkali (misalnya, NaOH pada conc. dari 0,125 untuk 5,0 M), dan bebas mineral dalam asam (misalnya, asam klorida encer).
2) Ultrasonic Deacetylation
Untuk menjalankan reaksi deasetilasi ultrasonik khas, partikel beta-chitin (0,125 mm < d < 0.250 mm) are suspended in 40% (w/w) aqueous NaOH at a ratio beta-chitin/NaOH aqueous solution of 1/10(g mL-1), suspensi ditransfer ke kaca berdinding ganda beaker dan dan sonikasi dengan menggunakan Hielscher UP400St Homogenizer ultrasonik. Parameter berikut (cf. Fiamingo et al. 2016) terus konstan ketika melakukan reaksi deasetilasi kitin ultrasonik: (i) probe ultrasonik (sonotrode Hielscher S24d22D, diameter ujung = 22 mm); (II) mode pulsa sonikasi (IP = 0.5 sec); (III) intensitas permukaan ultrasonik
(I = 52,6 W cm-2), (IV) suhu reaksi (60 º C ± 1 º C), (v) waktu reaksi (50 menit), (VI) rasio beta-chitin berat/volume 40% (w/w) larutan natrium hidroksida (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) volume suspensi beta-chitin (50mL).
Reaksi pertama berlangsung selama 50menit di bawah pengadukan magnetik konstan dan kemudian terputus dengan cepat pendinginan suspensi ke 0 º C. Setelah itu diencerkan asam klorida ditambahkan untuk mencapai pH 8,5 dan sampel CHs1 terisolasi oleh filtrasi, secara ekstensif dicuci dengan air deionisasi dan dikeringkan pada kondisi ambient. Ketika deacetylation ultrasonik yang sama diulang sebagai langkah kedua untuk CHs1, menghasilkan sampel CHs2.

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)

Fiamingo et al. menemukan bahwa deacetylation ultrasonik beta-chitin efisien menghasilkan chitosan berat molekul tinggi dengan tingkat rendah asetilasi tidak menggunakan aditif maupun atmosfer inert atau waktu reaksi panjang. Meskipun reaksi deasetilasi ultrasonik dilakukan di bawah kondisi ringan – yaitu suhu reaksi rendah bila dibandingkan dengan deacetylations terthermochemical. Deasetilasi ultrasonik beta-chitin memungkinkan penyusunan Chitosan yang deasetilasi secara acak yang memiliki variabel tingkat asetilasi (4% ≤ da ≤ 37%), berat molekul berat badan tinggi (900.000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) dan dispersi rendah (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) dengan melakukan tiga reaksi berturut-turut (50 menit/langkah) pada 60 º C.

Hielscher Ultrasonics memproduksi ultrasonicators kinerja tinggi untuk aplikasi sonochemical.

Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga pilot dan skala industri.

Kinerja tinggi sistem ultrasonik untuk produksi Chitosan

UIP4000hdT-4 kilowatt sistem ultrasonik yang kuat untuk ekstraksi dan malaxxation dari minyak zaitun extra virginFragmentasi kitin dan decetylation kitin untuk chitosan membutuhkan peralatan ultrasonik yang kuat dan dapat diandalkan yang dapat memberikan amplitudo tinggi, menawarkan pengendalian tepat atas parameter proses dan dapat dioperasikan 24/7 di bawah beban berat dan dalam lingkungan yang menuntut. Berbagai produk Hielscher Ultrasonics mendapatkan Anda dan persyaratan proses Anda tertutup. Ultrasonicators Hielscher adalah sistem kinerja tinggi yang dapat dilengkapi dengan aksesoris seperti sonotrodes, penguat, reaktor atau sel aliran untuk mencocokkan kebutuhan proses Anda dengan cara yang optimal.
Dengan layar warna digital, pilihan untuk preset berjalan sonikasi, perekaman data otomatis pada kartu SD terintegrasi, kontrol browser remote dan lebih banyak fitur, kontrol proses tertinggi dan user-keramahan terjamin. Dipasangkan dengan ketahanan dan kapasitas bantalan beban berat, sistem ultrasonik Hielscher adalah kuda kerja Anda yang andal dalam produksi.
Fragmentasi chitin dan deasetilasi membutuhkan ultrasound yang kuat untuk mendapatkan konversi yang ditargetkan dan produk chitosan akhir berkualitas tinggi. Terutama untuk fragmentasi serpih kitin, amplitudo tinggi dan tekanan tinggi sangat penting. Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dengan mudah memberikan amplitudo sangat tinggi. Amplitudo hingga 200 μm dapat terus berjalan dalam 24/7 operasi. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kapasitas daya sistem ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk deasetilasi efisien dan cepat dalam proses yang aman dan ramah pengguna.

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, jika Anda ingin meminta informasi tambahan tentang ultrasonik homogenisasi. Kami akan sangat senang untuk menawarkan Anda sebuah sistem ultrasonik yang memenuhi persyaratan.









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Literatur / Referensi

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): film Bionanocomposite berbasis chitosan disiapkan dengan teknik emulsi untuk pelestarian makanan. Bahan 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., De Moura Delezuk J.A., Trombotto St David L., Campana-Filho S.P. (2016): Secara ekstensif dideasetilasi chitosan berat molekul tinggi dari multi-langkah USG-dibantu deacetylation beta-chitin. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): konversi dibantu Sonochemically chitin untuk chitosan, USDA inisiatif penelitian Nasional penyelidikan kepala penyelidik, New Orleans, LA, Juni 28.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): pengaruh suhu selama deasetilasi kitin untuk chitosan dengan intensitas tinggi USG sebagai pra-pengobatan, pertemuan tahunan Institut Teknologi Pangan, New Orleans, LA, 30 Juni 95-18.
  • Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): pengaruh intensitas tinggi USG untuk mempercepat konversi kitin ke chitosan, pertemuan tahunan dari Institute of Food teknologists, New Orleans, La, Juni 30, 95-17.
  • Preto M.F., Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri M.C., Abessa D.M.S., Romero A.F., Bordon I.C. (2017): Gladius dan turunannya sebagai biosorbents potensial untuk minyak diesel laut. Ilmu lingkungan dan penelitian pencemaran (2017) 24:22932-22939.
  • Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Sebuah metode untuk top down persiapan nanopartikel chitosan dan nanofibers. Polimer karbohidrat 117, 2015. 731 – 738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Pengurangan berat molekul Chitosan yang efisien dengan ultrasound intensitas tinggi: mendasari mekanisme dan efek parameter pengolahan. Jurnal Kimia pertanian dan makanan 56 (13): 5112-5119.
  • Yudhi M.; Oleh Goswami P.; Paritosh K.; Dan M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Limbah makanan laut: sumber untuk persiapan bahan chitin/Chitosan yang dapat dipekerjakan secara komersial. Bioresources dan Bioprocessing 6/8, 2019.


Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Bagaimana ultrasonik chitin Deactylation Work?

Saat ultrasound berdaya tinggi, dengan frekuensi rendah (misalnya, 20-26kHz) digabungkan ke dalam cairan atau slurry, siklus bertekanan tinggi/tekanan rendah bergantian diterapkan pada cairan yang menciptakan kompresi dan rarefaction. Selama siklus bertekanan tinggi/tekanan rendah bergantian ini, gelembung vakum kecil dihasilkan, yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Pada intinya, ketika gelembung vakum tidak dapat menyerap lebih banyak energi, mereka runtuh keras. Selama ledakan gelembung ini, kondisi lokal sangat intens terjadi: suhu tinggi hingga 5000K, tekanan hingga 2000atm, tingkat pemanasan/pendinginan yang sangat tinggi dan perbedaan tekanan terjadi. Karena dinamika runtuh gelembung lebih cepat daripada massa dan perpindahan panas, energi dalam rongga runtuh terbatas pada zona yang sangat kecil, juga disebut "Hot Spot". Ledakan gelembung kavitasi juga menghasilkan microturbulences, jet cair hingga kecepatan 280m/s dan menghasilkan gaya geser. Fenomena ini dikenal sebagai kavitasi ultrasonik atau akustik.
Tetesan dan partikel dalam cairan sonikasi diimpit oleh gaya kavitasi dan ketika partikel percepatan bertabrakan satu sama lain, mereka mendapatkan hancur oleh tabrakan antarpartikel. Akustik kavitasi adalah prinsip kerja dari ultrasonik penggilingan, Dispersing, emulsifikasi dan sonochemistry.
Bagi kitin deacetylation, tinggi intensitas USG meningkat di daerah permukaan dengan mengaktifkan permukaan dan mempromosikan perpindahan massa antara partikel dan reagen.

Kitosan

Chitosan adalah polimer karbohidrat yang dimodifikasi, kationik, tidak beracun dengan struktur kimia yang kompleks yang terbentuk oleh β-(1, 4) unit glukosamin sebagai komponen utamanya (> 80%) dan N-asetil glukosamin unit (<20%), randomly distributed along the chain. Chitosan is derived from chitin through chemical or enzymatic deacetylation. The degree of deacetylation (DA) determines the content of free amino groups in the structure and is used to distinguish between chitin and chitosan. Chitosan shows good solubility in moderate solvents such as diluted acetic acid and offers several free amine groups as active sites. This makes chitosan advantageous over chitin in many chemical reactions. Chitosan is valued for its excellent biocompatibility and biodegradability, non-toxicity, good antimicrobial activity (against bacteria and fungi), oxygen impermeability and film forming properties. In contrast to chitin, chitosan has the advantage of being water-soluble and thereby easier to handle and use in formulations. As the second most abundant polysaccharide following cellulose, the huge abundance of chitin makes it a cheap and sustainable raw material.

Produksi Chitosan

Chitosan diproduksi dalam dua langkah proses. Pada langkah pertama, bahan baku, seperti kerang krustasea (yaitu. udang, kepiting, lobster), adalah deproteinized, bebas mineral dan dimurnikan untuk mendapatkan kitin. Pada langkah kedua, kitin diperlakukan dengan dasar yang kuat (misalnya, NaOH) untuk menghapus asetil sisi rantai dalam rangka untuk mendapatkan chitosan. Proses produksi chitosan konvensional dikenal sangat memakan waktu dan biaya intensif.

kitin

Chitin (C8.H13O5Nn adalah polimer rantai lurus β-1, 4-N-acetylglukosamin dan diklasifikasikan ke dalam α-, β-dan γ-chitin. Menjadi turunan dari glukosa, kitin adalah komponen utama dari eksoskeleton Arthropoda, seperti krustasea dan serangga, radulae dari moluska, Cephalopoda paruh, dan sisik ikan dan lissamphibia dan dapat ditemukan di dinding sel dalam jamur, juga. Struktur kitin sebanding dengan selulosa, membentuk nanofibril kristalin atau kumis. Selulosa adalah polisakarida paling melimpah di dunia, diikuti oleh kitin sebagai polisakarida kedua yang paling melimpah.

Glukosamin

Glukosamin (C6H13Bukan5) adalah gula amino dan prekursor penting dalam sintesis biokimia protein glikosilasi dan lipid. Glukosamin secara alami merupakan senyawa yang melimpah yang merupakan bagian dari struktur polisakarida, Chitosan, dan kitin, yang membuat glukosamin menjadi salah satu monosakarida paling melimpah. Sebagian besar glukosamin yang tersedia secara komersial diproduksi oleh hidrolisis eksoskeletons krustasea, yaitu kerang kepiting dan lobster.
Glukosamin terutama digunakan sebagai suplemen makanan di mana ia digunakan dalam bentuk Glukosamin sulfat, Glukosamin hidroklorida atau N-asetil glukosamin. Glukosamin sulfat suplemen diberikan secara lisan untuk mengobati kondisi yang menyakitkan yang disebabkan oleh peradangan, kerusakan dan akhirnya hilangnya tulang rawan (Osteoarthritis).