ヒールシャー超音波技術

キトサンへのチチンの超音波脱アセチル化

キトサンは、製薬、食品、農業、産業に多くの用途を持つキチン由来のバイオポリマーです。キトサンへのキチンの超音波脱アセチル化は、治療を大幅に強化します – 優秀な質の高いキトサンの収率の有効な、速いプロセスに導く。

超音波キトサン生産

キトサンはキチンのNデアセチル化によって得られる。従来の脱アセチル化では、キチンは水性アルカリ溶媒(典型的には40~50%(w/w)NaOH)に浸漬される。浸漬工程では100~120°Cの高温が非常に時間がかかりますが、浸漬工程ごとに得られるキトサンの収率は低いです。高出力超音波の適用は、キチンの脱アセチル化プロセスを大幅に強化し、低温での迅速な処理における低分子量キトサンの高収率をもたらす。超音波脱アセチル化は、肥料として、他の多くの産業用途で、食品や製薬成分として使用されている優れた品質のキトサンをもたらします。
超音波治療は、DA≤10でDA≥90からキトサンにアセチル化キチンの程度を低下させるキチンのアセチル化(DA)の例外的な程度をもたらします。
多くの研究は、キトサンに超音波キチン脱アセチル化の有効性を確認します。.Weiss J. et al. (2008) (2008) は、超音波処理がキチンからキトサンへの変換を大幅に改善することを発見しました。チチンの超音波処理は、12-24時間から数時間に必要なプロセス時間を短縮する大幅な時間の節約が付属しています。さらに、完全な変換を達成するために必要な溶媒が少なく、使用済みまたは未反応の溶媒、すなわちNaOHを廃棄して廃棄しなければならないという環境への影響を低減します。

キトサンへのチチンの超音波脱アセチル化

キトサンへのキチンの脱アセチル化は、超音波処理によって促進される

産業適用のための高性能超音波装置UIP4000hdT

UIP4000hdT – 4kWパワー超音波システム

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超音波キトサン処理の作業原理

高出力、低周波超音波(〜20-26kHz)は液体およびスラリーの音響キャビテーションを作成する。高出力超音波は、キチンからキトサンへの溶媒への変換を促進し(例えば、NaOH)固体キチン粒子を断片化して貫通し、それによって表面積を拡大し、固体と液相の間の物質移動を改善する。さらに、超音波キャビテーションの高い剪断力は、加水分解中に試薬(すなわちNaOH)の反応性を増加させるフリーラジカルを作成します。非熱処理技術として、超音波処理は、高品質のキトサンを生成する熱劣化を防ぎます。超音波は、従来の処理条件に比べて高純度のキチン(したがって、その後キトサン)の収量だけでなく、甲殻類からキチンを抽出するために必要な処理時間を短縮します。キチンとキトサンの生産のために、超音波は、このように生産コストを下げ、処理時間を減少させ、生産プロセスのより良い制御を可能にし、プロセス廃棄物の環境への影響を低減する可能性を有する。

超音波キトサン生産の利点

  • 高いキトサン収量
  • 優れた品質
  • 短縮された時間
  • プロセス温度の低下
  • 効率の向上
  • イージー & 安全な操作
  • 環境にやさしい

キトサンへの超音波チチンデシチル化 – プロトコル

1)チチンを準備します。
カニの殻を原料として、カニの殻を十分に洗浄して、土壌やタンパク質を含む可溶性の有機物や付着不純物を除去する必要があります。その後、シェル材料を完全に乾燥させる必要があります(例えば、オーブンで24時間60ºCで)。乾燥したシェルは、次いで粉砕(例えばハンマーミルを用いて)、アルカリ培地で脱タンパク化(例えば、0.125~5.0Mの簡潔にNaOH)、酸中で脱塩(例えば、希釈塩酸)である。
2)超音波脱アセチル化
典型的な超音波脱アセチル化反応を実行するには、β-キチン粒子(0.125ミリメートル < D < 0.250 mm) は、β-キチン/NaOH水溶液 1/10(g mL)の割合で40%(w/w)水性NaOHで懸濁される-1)、サスペンションは二重壁ガラスビーカーに移され、ヒールシャーを使用して超音波処理されます UP400St 超音波ホモジナイザー。以下のパラメータ(cf. Fiamingo et al. 2016)は、超音波キチン脱アセチル化反応を行う際に一定に保たれます:(i)超音波プローブ(ソノトロデヒールシャーS24d22D、先端直径=22mm)。(ii)超音波処理パルスモード(IP = 0.5秒);。(iii) 超音波表面強度
(I = 52.6 W cm-2)反応温度(60ºC±1ºC)、(v)反応時間(50分)、(vi)比β-キチン重量/体積40%(w/w)水酸化ナトリウム(BCHt/NaOH= 1/10 g mL)-1);(vii)β-キチン懸濁液(50mL)の体積。
最初の反応は、一定の磁気撹拌の下で50分間進行し、その後、懸濁液を0ºCに迅速に冷却することによって中断される。その後、希釈塩酸をpH8.5および試料CHs1を達成するために添加し、濾過により単離され、脱イオン水で広範囲に洗浄し、周囲条件下で乾燥する。同じ超音波脱アセチル化がCHs1への第2工程として繰り返されると、サンプルCHs2を生成する。

キトサンへのチションの超音波脱アセチル化

走査電子顕微鏡(SEM)画像を100×倍率で、グラディウス、b)超音波処理グラディウス、c)β-キチン、d)超音波処理β-チチン、およびe)キトサン(出典:Preto et al. 2017)

Fiamingoらは、β-キチンの超音波脱アセチル化が、添加剤も不活性雰囲気も長い反応時間も使用しない、低レベルのアセチル化で高分子量キトサンを効率的に生成することを見出した。超音波脱アセチル化反応は、より穏やかな条件下で行われるにもかかわらず – すなわち、ほとんどの熱化学的脱アセチル化と比較した場合の反応温度が低い。β-キチンの超音波脱アセチル化は、アセチル化の可変度(4%≤DA ≤ 37%)、高重量平均分子量(900,000グラムモル)を有する無作為に脱酸キトサンの調製を可能にする-1 ≤ MW ≤ 1,200,000 gモル-1 )と60ºCで3つの連続した反応(50分/ステップ)を行うことにより低分散性(1.3 ≤≤≤1.4)。

ヒールシャー超音波は、音響化学用途のための高性能超音波装置を製造しています。

ラボからパイロットおよび工業規模に高出力超音波プロセッサ。

キトサン生産のための高性能超音波システム

UIP4000hdT - エキストラバージンオリーブオイルの抽出とマラックス化のための4キロワットの強力な超音波システムキチンの断片化とキトサンへのキチンのデセチル化は、高振幅を提供することができ、プロセスパラメータ上の精密な制御性を提供し、重い負荷の下で24/7を操作することができ、強力で信頼性の高い超音波装置を必要とします厳しい環境で。ヒールシャー超音波製品の範囲は、あなたとあなたのプロセス要件をカバー取得します。ヒールシャー超音波装置は、最適な方法であなたのプロセスのニーズに一致させるために、ソトロード、ブースター、原子炉やフローセルなどのアクセサリーを装備することができる高性能システムです。
デジタルカラーディスプレイを使用すると、超音波処理をプリセットするオプション、統合されたSDカード上の自動データ記録、リモートブラウザコントロール、より多くの機能、最高のプロセス制御と使いやすさが保証されています。強さおよび重い耐荷重容量と組み合わせ、ヒールシャー超音波システムは生産の信頼できる仕事馬である。
キチン断片化と脱アセチル化は、高品質の標的変換と最終キトサン産物を得るために強力な超音波を必要とします。特にチチンフレークの断片化には、高い振幅と高い圧力が重要です。ヒールシャー超音波’ 産業超音波プロセッサは容易に非常に高い振幅を提供する。200μmまでの振幅は24/7操作で連続的に動くことができる。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトローデが利用可能です。ヒールシャー超音波システムの電力容量は、安全でユーザーフレンドリーなプロセスで効率的かつ高速な脱アセチル化を可能にします。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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文学/参考文献

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知る価値のある事実

超音波キチン脱作動はどのように動作しますか?

高出力、低周波超音波(例えば、20〜26kHz)が液体またはスラリーに結合されると、高圧/低圧サイクルを交互に圧縮および希化物を作り出す液体に適用される。これらの交互の高圧/低圧サイクルの間に、小さな真空気泡が生成され、いくつかの圧力サイクルにわたって成長します。その時点で、真空気泡がより多くのエネルギーを吸収できないとき、彼らは激しく崩壊します。このバブル爆発の間に、局所的に非常に強い条件が発生します:5000Kまでの高温、2000atmまでの圧力、非常に高い加熱/冷却速度および圧力差が発生します。バブル崩壊ダイナミクスは質量や熱伝達よりも高速であるため、崩壊した空洞内のエネルギーは「ホットスポット」とも呼ばれる非常に小さなゾーンに限定されます。キャビテーションバブルの爆発はまた、微小乱気流、最大280m/s速度の液体ジェットおよび結果として生じるせん断力をもたらす。この現象は、超音波または音響キャビテーションとして知られています。
超音波処理された液体中の液滴と粒子は、それらのキャビテーション力によって妨げられ、加速粒子が互いに衝突すると、粒子間衝突によって粉砕されます。音響キャビテーションは、超音波フライス加工、分散、乳化およびソノケミストリーの作業原理です。
キチン脱アセチル化の場合、表面を活性化し、粒子と試薬間の質量移動を促進することにより、表面積において高強度超音波が増加する。

キトサン

キトサンは、β(1,4)グルコサミン単位を主成分とする複合化学構造を有する、修飾されたカチオン性、無毒な炭水化物ポリマーである(>80%)N-アセチルグルコサミン単位(<20%、鎖に沿ってランダムに分布する。キトサンは、化学または酵素的な脱アセチル化を介してキチンに由来する。脱アセチル化(DA)の程度は、構造中の遊離アミノ基の含有量を決定し、キチンとキトサンを区別するために使用されます。キトサンは、酢酸希釈剤などの適度な溶媒に良好な溶解性を示し、活性部位としていくつかの遊離アミン基を提供する。これにより、キトサンは多くの化学反応においてキチンよりも有利になります。
キトサンは、その優れた生体適合性と生分解性、非毒性、良い抗菌活性(細菌および真菌に対する)、酸素不浸透性および膜形成特性のために評価される。キチンとは対照的に、キトサンは水溶性であり、それによって製剤で扱いやすく、使用しやすいという利点を有する。
セルロースに続く2番目に豊富な多糖として、チチンの膨大な量は、それを安価で持続可能な原料にします。

キトサンプロダクション

キトサンは2段階で生産されます。第1工程では、甲殻類の殻などの原料(すなわち、エビ、カニ、ロブスター)は、脱タンパク化、脱塩、精製され、キチンを得る。第2工程では、キチンを強塩基(例えば、NaOH)で処理し、キトサンを得るためにアセチル側鎖を除去する。従来のキトサン生産のプロセスは、非常に時間がかかり、コストがかかると知られています。

キチン

チチン(C8H13歳ザ・5N)n個 β-1,4-N-アセチルグルコサミンの直鎖ポリマーであり、α-β-およびγ-キチンに分類される。ブドウ糖の誘導体であるキチンは、甲殻類や昆虫などの節足動物の外骨格の主成分であり、軟体動物のラデュラ、頭足類のくちばし、魚や水生類の鱗であり、真菌の細胞壁にも見られる。キチンの構造はセルロースに匹敵し、結晶性のナノフィブリルまたはウィスカーを形成する。セルロースは、世界で最も豊富な多糖類であり、次いで2番目に豊富な多糖類としてチチンが続きます。

グルコサミン

グルコサミン(C6H13歳ノー5)は、アミノ糖およびグリコシル化タンパク質および脂質の生化学的合成における重要な前駆体である。グルコサミンは、多糖類、キトサン、キチンの両方の構造の一部である天然に豊富な化合物であり、グルコサミンを最も豊富な単糖の一つにします。市販のグルコサミンのほとんどは、甲殻類の外骨格、すなわちカニおよびロブスターの殻の加水分解によって産生される。
グルコサミンは、主にグルコサミン硫酸グルコサミン、塩酸グルコサミンまたはN-アセチルグルコサミンの形態で使用される栄養補助食品として使用されます。グルコサミン硫酸サプリメントは、炎症、内訳および軟骨の最終的な損失(変形性関節症)によって引き起こされる痛みを伴う状態を治療するために経口投与される。