ჩიტინისა და ჩიტოზანის წარმოება სოკოდან
ულტრაბგერითი დამუშავება არის ძალიან ეფექტური მეთოდი ქიტინისა და ქიტოზანის გასათავისუფლებლად სოკოვანი წყაროებიდან, როგორიცაა სოკო. მაღალი ხარისხის ბიოპოლიმერის მისაღებად ქიტინი და ქიტოზანი უნდა მოხდეს დეპოლიმერიზაცია და დეაცეტილირება ქვედა ნაკადის დამუშავებისას. ულტრაბგერითი დახმარებით დეპოლიმერიზაცია და დეაცეტილაცია არის უაღრესად ეფექტური, მარტივი და სწრაფი ტექნიკა, რომელიც იწვევს მაღალი ხარისხის ქიტოზანებს მაღალი მოლეკულური წონით და უმაღლესი ბიოშეღწევადობით.
სოკოსგან მიღებული ჩიტინი და ჩიტოზანი ულტრაბგერითი გზით
საკვები და სამკურნალო სოკოები, როგორიცაა Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi ან reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (ღილაკიანი სოკო), Hericium erinaceus (ლომების მანე), Cordyceps sinensis (Caterpillar fungus), ხის ქათამი), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, ინდაურის კუდი) და მრავალი სხვა სოკოს სახეობა ფართოდ გამოიყენება საკვებად და ბიოაქტიური ნაერთების მოპოვებისთვის. ეს სოკო, ისევე როგორც გადამუშავების ნარჩენები (სოკოს ნარჩენები) შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქიტოზანის წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება არა მხოლოდ ხელს უწყობს ქიტინის გამოყოფას სოკოს უჯრედის კედლის სტრუქტურიდან, არამედ ასევე იწვევს ქიტინის გარდაქმნას ღირებულ ქიტოზანად ულტრაბგერითი დახმარებით დეპოლიმერიზაციისა და დეაცეტილირების გზით.
ქიტინის დეპოლიმერიზაციას და დეაცეტილაციას ქიტოზანამდე ხელს უწყობს სონიკაცია
ულტრაბგერითი მეთოდი გამოიყენება სოკოდან ქიტინის მოსაპოვებლად. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ხელს უწყობს ქიტინის დეპოლიმერიზაციას და დეაცეტილირებას მაღალი ხარისხის ქიტოზანის მისაღებად.
ინტენსიური ულტრაბგერითი გამოკვლევის ტიპის ულტრაბგერითი სისტემის გამოყენებით არის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება ქიტინის დეპოლიმერიზაციისა და დეაცეტილაციის ხელშესაწყობად, რაც იწვევს ქიტოზანის წარმოქმნას. ქიტინი არის ბუნებრივი პოლისაქარიდი, რომელიც გვხვდება კიბოსნაირთა, მწერების და ზოგიერთი სოკოს უჯრედის კედლებში. ქიტოზანი მიიღება ქიტინისგან აცეტილის ჯგუფების ჩიტინის მოლეკულიდან ამოღებით.
ულტრაბგერითი პროცედურა სოკოვანი ქიტინისთვის ქიტოზანად გადაქცევისთვის
როდესაც ინტენსიური ულტრაბგერითი გამოიყენება ქიტინისგან ქიტოზანის წარმოებისთვის, ქიტინის სუსპენზია ზემოქმედებს მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღებით, როგორც წესი, 20 kHz-დან 30 kHz-მდე. პროცესი წარმოშობს ინტენსიურ აკუსტიკური კავიტაციას, რაც გულისხმობს სითხეში მიკროსკოპული ვაკუუმის ბუშტების წარმოქმნას, ზრდას და კოლაფსს. კავიტაცია წარმოქმნის ლოკალიზებულ უკიდურესად მაღალი ათვლის ძალებს, მაღალ ტემპერატურას (რამდენიმე ათას გრადუს ცელსიუსამდე) და წნევას (რამდენიმე ასეულ ატმოსფერომდე) კავიტაციის ბუშტების მიმდებარე სითხეში. ეს ექსტრემალური პირობები ხელს უწყობს ქიტინის პოლიმერის დაშლას და შემდგომ დეაცეტილირებას.
ქიტინებისა და ქიტოზანების SEM გამოსახულებები სოკოს ორი სახეობიდან: ა) ჩიტინი L. vellereus-დან; ბ) ჩიტინი P. ribis-დან; გ) ჩიტოზანი L.vellereus-დან; დ) ჩიტოზანი P. ribis-დან.
სურათი და შესწავლა: © Erdoğan et al., 2017 წ
ქიტინის ულტრაბგერითი დეპოლიმერიზაცია
ქიტინის დეპოლიმერიზაცია ხდება მექანიკური ძალების კომბინირებული ზემოქმედებით, როგორიცაა მიკროსტრიმინგი და თხევადი გაჟონვა, ასევე ულტრაბგერითი ინიცირებული ქიმიური რეაქციებით, რომლებიც გამოწვეულია თავისუფალი რადიკალების და სხვა რეაქტიული სახეობებით, რომლებიც წარმოიქმნება კავიტაციის დროს. კავიტაციის დროს წარმოქმნილი მაღალი წნევის ტალღები იწვევს ჩიტინის ჯაჭვებს ათვლის სტრესს, რის შედეგადაც პოლიმერი იშლება პატარა ფრაგმენტებად.
ქიტინის ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია
დეპოლიმერიზაციის გარდა, ინტენსიური ულტრაბგერითი გამოყოფა ასევე ხელს უწყობს ქიტინის დეაცეტილირებას. დეაცეტილაცია გულისხმობს აცეტილის ჯგუფების ამოღებას ქიტინის მოლეკულიდან, რაც იწვევს ქიტოზანის წარმოქმნას. ინტენსიური ულტრაბგერითი ენერგია, განსაკუთრებით კავიტაციის დროს წარმოქმნილი მაღალი ტემპერატურა და წნევა, აჩქარებს დეაცეტილაციის რეაქციას. კავიტაციის შედეგად შექმნილი რეაქტიული პირობები ხელს უწყობს აცეტილური კავშირების გაწყვეტას ქიტინში, რაც იწვევს ძმარმჟავას გამოყოფას და ქიტინის ქიტოზანად გარდაქმნას.
მთლიანობაში, ინტენსიური ულტრაბგერითი აძლიერებს როგორც დეპოლიმერიზაციის, ასევე დეაცეტილირების პროცესებს საჭირო მექანიკური და ქიმიური ენერგიის მიწოდებით ქიტინის პოლიმერის დასაშლელად და ქიტოზანად გადაქცევის გასაადვილებლად. ეს ტექნიკა გვთავაზობს სწრაფ და ეფექტურ მეთოდს ქიტინისგან ქიტოზანის წარმოებისთვის, მრავალრიცხოვანი აპლიკაციებით სხვადასხვა ინდუსტრიებში, მათ შორის ფარმაცევტულ, სოფლის მეურნეობაში და ბიოსამედიცინო ინჟინერიაში.
სამრეწველო ქიტოზანის წარმოება სოკოდან დენის ულტრაბგერით
ქიტინისა და ჩიტოზანის კომერციული წარმოება ძირითადად ემყარება საზღვაო მრეწველობის ნარჩენებს (მაგ. თევზჭერა, ნაჭუჭის თევზის მოპოვება და ა.შ.). ნედლეულის სხვადასხვა წყარო იწვევს ქიტინისა და ჩიტოზანის განსხვავებულ თვისებებს, რაც იწვევს წარმოების და ხარისხის რყევებს სეზონური თევზაობის ცვალებადობის გამო. გარდა ამისა, სოკოს წყაროებიდან მიღებული ქიტოზანი, გავრცელებული ინფორმაციით, გთავაზობთ უმაღლეს თვისებებს, როგორიცაა ერთგვაროვანი პოლიმერის სიგრძე და უფრო დიდი ხსნადობა ზღვის წყაროებიდან ჩიტოზანთან შედარებით. (შდრ. Ghormade et al., 2017) ერთიანი ქიტოზანის მიწოდების მიზნით, სოკოს სახეობებიდან ჩიტინის მოპოვება სტაბილურ ალტერნატიულ წარმოებად იქცა. სოკოებიდან ჩიტინისა და ციტოზანის წარმოება ადვილად და საიმედოდ მიიღწევა ულტრაბგერითი ექსტრაქციისა და დეაცეტილაციის ტექნოლოგიის გამოყენებით. ინტენსიური სონიკა არღვევს უჯრედულ სტრუქტურებს ქიტინის გასათავისუფლებლად და ხელს უწყობს მასის გადატანას წყალხსნარებში ქიტინის უმაღლესი მოსავლიანობისა და ექსტრაქციის ეფექტურობისთვის. შემდგომი ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია გარდაქმნის ქიტინს ღირებულ ქიტოზანად. ორივე, ულტრაბგერითი ქიტინის მოპოვება და დეაცეტილაცია ქიტოზანამდე შეიძლება წრფივად მასშტაბური იყოს ნებისმიერი კომერციული წარმოების დონეზე.
Sonication აძლიერებს სოკოვანი ქიტოზანის წარმოებას და ხდის წარმოებას უფრო ეფექტურ და ეკონომიურს.
(სურათი და შესწავლა: © Zhu et al., 2019)
ულტრაბგერითი UP400St სოკოს მოპოვებისთვის: გაჟონვა იძლევა ბიოაქტიურ ნაერთების მაღალ მოსავალს, როგორიცაა პოლისაქარიდები ქიტინი და ქიტოზანი.
კვლევის შედეგები ულტრაბგერითი ქიტინისა და ჩიტოზანის დეაცეტილირებისთვის
ჟუ და სხვ. (2018) თავიანთ კვლევაში ასკვნიან, რომ ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია გადამწყვეტი გარღვევაა, რომელიც გარდაქმნის β-ქიტინს ქიტოზანად 83-94% დეაცეტილირებით შემცირებულ რეაქციის ტემპერატურაზე. მარცხენა სურათზე ნაჩვენებია ულტრაბგერითი დეაცეტილირებული ქიტოზანის SEM სურათი (90 ვტ, 15 წთ, 20 w/v% NaOH, 1:15 (გ: მლ) (სურათი და შესწავლა: © Zhu et al., 2018)
მათ პროტოკოლში NaOH ხსნარი (20 w/v %) მომზადდა NaOH ფანტელების DI წყალში გახსნით. ტუტე ხსნარი შემდეგ დაემატა GLSP ნალექს (0,5 გ) მყარი-თხევადი თანაფარდობით 1:20 (გ: მლ) ცენტრიფუგის მილში. ქიტოზანი დაემატა NaCl-ს (40 მლ, 0.2 მ) და ძმარმჟავას (0.1 მ) ხსნარის მოცულობითი თანაფარდობით 1:1. სუსპენზია შემდეგ ექოსკოპიას 25°C ზომიერ ტემპერატურაზე 60 წუთის განმავლობაში ექვემდებარებოდა ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის (250W, 20kHz) გამოყენებით. (იხ. Zhu et al., 2018)
პანდიტი და სხვ. (2021) აღმოაჩინა, რომ ქიტოზანის ხსნარების დეგრადაციის სიჩქარეზე იშვიათად მოქმედებს მჟავის კონცენტრაცია, რომელიც გამოიყენება პოლიმერის გასახსნელად და დიდწილად დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, ულტრაბგერითი ტალღების ინტენსივობაზე და მედიის იონურ სიძლიერეზე, რომელიც გამოიყენება პოლიმერის დასაშლელად. (შდრ. Pandit et al., 2021)
სხვა კვლევაში ჟუ და სხვ. (2019) გამოიყენა Ganoderma lucidum-ის სპორის ფხვნილები, როგორც სოკოს ნედლეული და გამოიკვლია ულტრაბგერითი დამხმარე დეაცეტილაცია და დამუშავების ისეთი პარამეტრების ეფექტები, როგორიცაა გაჟონვის დრო, მყარი-თხევადი თანაფარდობა, NaOH კონცენტრაცია და დასხივების ძალა დეაცეტილაციის ხარისხზე (DD) ქიტოზანის. DD-ის უმაღლესი მნიშვნელობა მიღებულ იქნა შემდეგ ულტრაბგერით პარამეტრებზე: 20 წთ სონიკაცია 80 ვტ-ზე, 10% (გ:მლ) NaOH, 1:25 (გ:მლ). ზედაპირის მორფოლოგია, ქიმიური ჯგუფები, თერმული სტაბილურობა და ულტრაბგერითი მიღებული ქიტოზანის კრისტალურობა გამოკვლეული იყო SEM, FTIR, TG და XRD გამოყენებით. მკვლევართა ჯგუფი იტყობინება ულტრაბგერითი წარმოებული ქიტოზანის დეაცეტილაციის ხარისხის (DD), დინამიური სიბლანტის ([η]) და მოლეკულური წონის (Mv¯) მნიშვნელოვანი გაზრდის შესახებ. შედეგებმა ხაზი გაუსვა სოკოების ულტრაბგერითი დეაცეტილაციის ტექნიკას, ქიტოზანის წარმოების უაღრესად ძლიერ მეთოდს, რომელიც შესაფერისია ბიოსამედიცინო გამოყენებისთვის. (შდრ. Zhu et al., 2019)
უმაღლესი ხარისხის ქიტოზანი ულტრაბგერითი დეპოლიმერიზაციით და დეაცეტილირებით
ქიტინის/ქიტოზანის ექსტრაქციისა და დეპოლიმერიზაციის ულტრაბგერითი პროცესები ზუსტად კონტროლირებადია და ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრები შეიძლება მორგებული იყოს ნედლეულსა და საბოლოო პროდუქტის მიზნობრივ ხარისხზე (მაგ., მოლეკულური წონა, დეაცეტილაციის ხარისხი). ეს საშუალებას გაძლევთ ადაპტირდეს ულტრაბგერითი პროცესი გარე ფაქტორებთან და დააყენოთ ოპტიმალური პარამეტრები უმაღლესი შედეგისა და ეფექტურობისთვის.
ულტრაბგერითი დეაცეტილირებული ქიტოზანი აჩვენებს შესანიშნავ ბიოშეღწევადობას და ბიოთავსებადობას. როდესაც ულტრაბგერით მომზადებულ ქიტოზანის ბიოპოლიმერებს ადარებენ თერმულად მიღებულ ქიტოზანს ბიოსამედიცინო თვისებებთან დაკავშირებით, ულტრაბგერითი წარმოებული ქიტოზანი ავლენს მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულ ფიბრობლასტის (L929 უჯრედის) სიცოცხლისუნარიანობას და გაძლიერებულ ანტიბაქტერიულ აქტივობას როგორც Escherichia coli (E. coli) და Staphylococcus aureus (S. aureus).
(შდრ. Zhu et al., 2018)
სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) სურათები 100× ა) გლადიუსი, ბ) ულტრაბგერითი დამუშავებული გლადიუსი, გ) β-ქიტინი, დ) ულტრაბგერითი დამუშავებული β-ქიტინი და ე) ქიტოზანი (წყარო: პრეტო და სხვ. 2017)
მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი მოწყობილობა ქიტინისა და ჩიტოზანის დამუშავებისთვის
ქიტინის ფრაგმენტაცია და ქიტინის დეცეტილაცია ქიტოზანად მოითხოვს მძლავრ და საიმედო ულტრაბგერით აღჭურვილობას, რომელსაც შეუძლია მაღალი ამპლიტუდის მიწოდება, პროცესის პარამეტრებზე ზუსტი კონტროლირებადი და შეიძლება 24/7 მუშაობა მძიმე დატვირთვისა და მომთხოვნი გარემოში. Hielscher Ultrasonics პროდუქციის ასორტიმენტი აკმაყოფილებს ამ მოთხოვნებს საიმედოდ. გამორჩეული ულტრაბგერითი მუშაობის გარდა, Hielscher ულტრაბგერითი ამაყობს მაღალი ენერგოეფექტურობით, რაც მნიშვნელოვანი ეკონომიკური უპირატესობაა. – განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც დასაქმებულია კომერციულ ფართომასშტაბიან წარმოებაზე.
Hielscher ულტრაბგერითი არის მაღალი ხარისხის სისტემები, რომლებიც შეიძლება აღჭურვილი იყოს ისეთი აქსესუარებით, როგორიცაა სონოტროდები, გამაძლიერებლები, რეაქტორები ან ნაკადის უჯრედები, რათა შეესაბამებოდეს თქვენი პროცესის საჭიროებებს ოპტიმალურად. ციფრული ფერადი დისპლეით, წინასწარ დაყენებული ხმოვანი გაშვების ოფცია, მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა ინტეგრირებულ SD ბარათზე, ბრაუზერის დისტანციური მართვის და მრავალი სხვა ფუნქციით, Hielscher ულტრაბგერითი უზრუნველყოფს პროცესის უმაღლეს კონტროლს და მომხმარებლის კეთილგანწყობას. გამძლეობასთან და მძიმე ტვირთამწეობასთან ერთად, Hielscher ულტრაბგერითი სისტემები არის თქვენი საიმედო სამუშაო ცხენი წარმოებაში. ქიტინის ფრაგმენტაცია და დეაცეტილაცია მოითხოვს მძლავრ ულტრაბგერას მიზნობრივი კონვერტაციისა და მაღალი ხარისხის ქიტოზანის საბოლოო პროდუქტის მისაღებად. განსაკუთრებით ქიტინის ფანტელების ფრაგმენტაციისთვის და დეპოლიმერიზაციის/დეაცეტილაციის საფეხურებისთვის გადამწყვეტია მაღალი ამპლიტუდები და ამაღლებული წნევა. Hielscher Ultrasonics სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორები ადვილად აწვდიან ძალიან მაღალ ამპლიტუდას. 200µm-მდე ამპლიტუდის გაშვება შესაძლებელია 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher ულტრაბგერითი სისტემების სიმძლავრე საშუალებას იძლევა ეფექტური და სწრაფი დეპოლიმერიზაცია და დეაცეტილაცია უსაფრთხო და მოსახერხებელი პროცესით.
ულტრაბგერითი რეაქტორით 2000W ულტრაბგერითი ზონდი UIP2000hdT სოკოდან ქიტინის მოპოვებისთვის და შემდგომში დეპოლიმერიზაციის/დეაცეტილირებისთვის
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
სინერგიული ქიტინის მკურნალობა გაუმჯობესებულია ულტრაბგერითი გამოკვლევით
ტრადიციული ქიმიური და ფერმენტული ქიტინის დეაცეტილაციის ნაკლოვანებების (ანუ დაბალი ეფექტურობა, ენერგიის მაღალი ღირებულება, ხანგრძლივი დამუშავების დრო, ტოქსიკური გამხსნელები) დასაძლევად, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერა ინტეგრირებულია ქიტინისა და ქიტოზანის დამუშავებაში. მაღალი ინტენსივობის სონიკა და აკუსტიკური კავიტაციის შედეგად მიღებული ეფექტები იწვევს პოლიმერული ჯაჭვების სწრაფ გაწყვეტას და ამცირებს პოლიდისპერსიულობას, რითაც ხელს უწყობს ქიტოზანის სინთეზს. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ათვლის ძალები აძლიერებს მასის გადატანას ხსნარში ისე, რომ გაძლიერდეს ქიმიური, ჰიდროლიზური ან ფერმენტული რეაქცია. ულტრაბგერითი ქიტინით მკურნალობა შეიძლება გაერთიანდეს უკვე არსებულ ქიტინის დამუშავების ტექნიკასთან, როგორიცაა ქიმიური მეთოდები, ჰიდროლიზი ან ფერმენტული პროცედურები.
ულტრაბგერითი დახმარებით ქიმიური დეაცეტილაცია და დეპოლიმერიზაცია
ვინაიდან ქიტინი არის არარეაქტიული და უხსნადი ბიოპოლიმერი, მან უნდა გაიაროს დემინერალიზაციის, დეპროტეინიზაციის და დეპოლიმერიზაციის/დეაცეტილაციის პროცესის ეტაპები, რათა მიიღოთ ხსნადი და ბიოშეღწევადი ქიტოზანი. პროცესის ეს ეტაპები მოიცავს მკურნალობას ძლიერი მჟავებით, როგორიცაა HCl და ძლიერი ფუძეები, როგორიცაა NaOH და KOH. ვინაიდან პროცესის ეს ჩვეულებრივი საფეხურები არაეფექტურია, ნელია და მოითხოვენ მაღალ ენერგიას, პროცესის ინტენსიფიკაცია სონიკით მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ქიტოზანის წარმოებას. ელექტრო-ულტრაბგერითი გამოყენება ზრდის ქიტოზანის მოსავლიანობას და ხარისხს, ამცირებს პროცესს დღიდან რამდენიმე საათამდე, იძლევა უფრო რბილი გამხსნელების მიღების საშუალებას და მთელ პროცესს უფრო ენერგოეფექტურს ხდის.
ქიტინის ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული დეპროტეინიზაცია
ვალეხო-დომინგესი და სხვ. (2021) ქიტინის დეპროტეინიზაციის გამოკვლევისას დაადგინეს, რომ “ბიოპოლიმერების წარმოებისთვის ულტრაბგერის გამოყენებამ შეამცირა ცილის შემცველობა და ჩიტინის ნაწილაკების ზომა. მაღალი დეაცეტილაციის ხარისხის და საშუალო მოლეკულური წონის ქიტოზანი წარმოებული იქნა ულტრაბგერითი დახმარებით.”
ულტრაბგერითი ჰიდროლიზი ქიტინის დეპოლიმერიზაციისთვის
ქიმიური ჰიდროლიზის დროს, მჟავები ან ტუტეები გამოიყენება ქიტინის დეაცეტილაციისთვის, თუმცა ტუტე დეაცეტილაცია (მაგ., ნატრიუმის ჰიდროქსიდი NaOH) უფრო ფართოდ გამოიყენება. მჟავა ჰიდროლიზი არის ტრადიციული ქიმიური დეაცეტილაციის ალტერნატიული მეთოდი, სადაც ორგანული მჟავების ხსნარები გამოიყენება ქიტინისა და ქიტოზანის დეპოლიმერიზაციისთვის. მჟავა ჰიდროლიზის მეთოდი ძირითადად გამოიყენება, როდესაც ქიტინისა და ჩიტოზანის მოლეკულური წონა უნდა იყოს ერთგვაროვანი. ეს ჩვეულებრივი ჰიდროლიზის პროცესი ცნობილია, როგორც ნელი და ენერგო და ძვირადღირებული პროცესი. ძლიერი მჟავების მოთხოვნილება, მაღალი ტემპერატურა და წნევა არის ფაქტორები, რომლებიც აქცევს ჰიდროლიზურ ქიტოზანის პროცესს ძალიან ძვირადღირებულ და შრომატევად პროცედურად. გამოყენებული მჟავები საჭიროებს ქვემო პროცესებს, როგორიცაა ნეიტრალიზაცია და მარილის დაშლა.
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის ჰიდროლიზის პროცესში ინტეგრირებით, ტემპერატურისა და წნევის მოთხოვნები ქიტინისა და ქიტოზანის ჰიდროლიზური გაყოფისთვის შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს. გარდა ამისა, sonication საშუალებას იძლევა უფრო დაბალი მჟავების კონცენტრაცია ან უფრო რბილი მჟავების გამოყენება. ეს ხდის პროცესს უფრო მდგრადს, ეფექტურს, ეკონომიურად და ეკოლოგიურად კეთილგანწყობილს.
ულტრაბგერითი დახმარებით ქიმიური დეაცეტილაცია
ქიტინისა და ქიტოზანის ქიმიური დაშლა და დეაქტეილაცია ძირითადად მიიღწევა მინერალური მჟავებით (მაგ., მარილმჟავა HCl), ნატრიუმის ნიტრიტით (NaNO) ჩიტინის ან ჩიტოზანის დამუშავებით.2), ან წყალბადის ზეჟანგი (H2ო2). ულტრაბგერითი აუმჯობესებს დეაცეტილირების სიჩქარეს, რითაც ამცირებს რეაქციის დროს, რომელიც საჭიროა დეაცეტილაციის მიზნობრივი ხარისხის მისაღებად. ეს ნიშნავს, რომ sonication ამცირებს დამუშავების საჭირო დროს 12-24 საათის განმავლობაში რამდენიმე საათამდე. გარდა ამისა, გაჟონვა იძლევა მნიშვნელოვნად დაბალ ქიმიურ კონცენტრაციებს, მაგალითად, 40% (w/w) ნატრიუმის ჰიდროქსიდი სონიკაციის გამოყენებით, ხოლო 65% (w/w) საჭიროა ულტრაბგერის გამოყენების გარეშე.
ულტრაბგერითი-ფერმენტული დეაცეტილაცია
მიუხედავად იმისა, რომ ფერმენტული დეაცეტილაცია არის რბილი, ეკოლოგიურად კეთილთვისებიანი დამუშავების ფორმა, მისი ეფექტურობა და ხარჯები არაეკონომიურია. საბოლოო პროდუქტისგან ფერმენტების კომპლექსური, შრომატევადი და ძვირადღირებული იზოლაციისა და გაწმენდის გამო, ფერმენტული ქიტინის დეაცეტილაცია არ ხორციელდება კომერციულ წარმოებაში, მაგრამ გამოიყენება მხოლოდ სამეცნიერო კვლევით ლაბორატორიაში.
ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება ფერმენტულ დეაცეტილიზებამდე ფრაგმენტებს ქიტინის მოლეკულებს, რითაც აფართოებს ზედაპირის ფართობს და უფრო მეტ ზედაპირს ხდის ფერმენტებისთვის ხელმისაწვდომს. მაღალი ხარისხის სონიკა ხელს უწყობს ფერმენტული დეაცეტილაციის გაუმჯობესებას და პროცესს უფრო ეკონომიურს ხდის.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შერევას აპლიკაციების, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- Ospina Álvarez S.P., Ramírez Cadavid D.A., Escobar Sierra D.M., Ossa Orozco C.P., Rojas Vahos D.F., Zapata Ocampo P., Atehortúa L. (2014): Comparison of extraction methods of chitin from Ganoderma lucidum mushroom obtained in submerged culture. Biomed Research International 2014.
- Valu M.V., Soare L.C., Sutan N.A., Ducu C., Moga S., Hritcu L., Boiangiu R.S., Carradori S. (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods, Dec 18;9(12), 2020.
- Erdoğan, Sevil & Kaya, Murat & Akata, Ilgaz (2017): Chitin extraction and chitosan production from cell wall of two mushroom species (Lactarius vellereus and Phyllophora ribis). AIP Conference Proceedings 2017.
- Zhu, L., Chen, X., Wu, Z., Wang, G., Ahmad, Z., & Chang, M. (2019): Optimization conversion of chitosan from Ganoderma lucidum spore powder using ultrasound‐assisted deacetylation: Influence of processing parameters. Journal of Food Processing and Preservation 2019.
- Li-Fang Zhu, Jing-Song Li, John Mai, Ming-Wei Chang (2019): Ultrasound-assisted synthesis of chitosan from fungal precursors for biomedical applications. Chemical Engineering Journal, Volume 357, 2019. 498-507.
- Zhu, Lifang; Yao, Zhi-Cheng; Ahmad, Zeeshan; Li, Jing-Song; Chang, Ming-Wei (2018): Synthesis and Evaluation of Herbal Chitosan from Ganoderma Lucidum Spore Powder for Biomedical Applications. Scientific Reports 8, 2018.
- G.J. Price, P.J. West, P.F. Smith (1994): Control of polymer structure using power ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 1, Issue 1, 1994. S51-S57.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
როგორ მუშაობს ქიტინის ულტრაბგერითი ექსტრაქცია და დეაცეტილაცია?
როდესაც ელექტროენერგიის ულტრაბგერითი ტალღები წყვილდება სითხეში ან შლამში (მაგ., სუსპენზია, რომელიც შედგება ქიტინისგან გამხსნელში), ულტრაბგერითი ტალღები გადაადგილდებიან სითხეში, რაც იწვევს მაღალი წნევის/დაბალი წნევის მონაცვლეობას. დაბალი წნევის ციკლების დროს იქმნება წუთიერი ვაკუუმის ბუშტები (ე.წ. კავიტაციის ბუშტები), რომლებიც იზრდება წნევის რამდენიმე ციკლზე. გარკვეული ზომით, როდესაც ბუშტები ვერ შთანთქავენ მეტ ენერგიას, ისინი ძლიერად ფეთქდებიან მაღალი წნევის ციკლის დროს. ბუშტის აფეთქებას ახასიათებს ინტენსიური კავიტაციური (ე.წ. სონომექანიკური) ძალები. ეს სონომექანიკური პირობები ხდება ადგილობრივად კავიტაციის ცხელ წერტილში და ხასიათდება ძალიან მაღალი ტემპერატურით და წნევით, შესაბამისად 4000K და 1000ატმ-მდე; ასევე შესაბამისი მაღალი ტემპერატურისა და წნევის დიფერენციაციები. გარდა ამისა, წარმოიქმნება მიკროტურბულენტები და თხევადი ნაკადები 100 მ/წმ-მდე სიჩქარით. ქიტინისა და ჩიტოზანის ულტრაბგერითი მოპოვება სოკოებიდან და კიბოსნაირებიდან, ისევე როგორც ქიტინის დეპოლიმერიზაცია და დეაცეტილაცია ძირითადად გამოწვეულია სონომექანიკური ეფექტებით: აჟიოტაჟი და ტურბულენტობა არღვევს უჯრედებს და ხელს უწყობს მასის გადაცემას და ასევე შეუძლია პოლიმერული ჯაჭვების გაჭრა მჟავე ან ტუტე გამხსნელებთან ერთად.
ქიტინის ექსტრაქციის მუშაობის პრინციპი ულტრაბგერითი გზით
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფექტურად არღვევს სოკოს უჯრედულ სტრუქტურას და ათავისუფლებს უჯრედშიდა ნაერთებს უჯრედის კედლიდან და უჯრედის შიგნიდან (ანუ პოლისაქარიდები, როგორიცაა ქიტინი და ქიტოზანი და სხვა ბიოაქტიური ფიტოქიმიკატები) გამხსნელში. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის მუშაობის პრინციპს. ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაციის ეფექტი არის მაღალი ათვლის ძალები, ტურბულენტები და ინტენსიური წნევის დიფერენციალური. ეს სონომექანიკური ძალები არღვევს უჯრედულ სტრუქტურებს, როგორიცაა ქიტინური სოკოს უჯრედის კედლები, ხელს უწყობს მასის გადატანას სოკოს ბიომასა და გამხსნელს შორის და იწვევს ექსტრაქტის ძალიან მაღალ მოსავალს სწრაფი პროცესის ფარგლებში. გარდა ამისა, sonication ხელს უწყობს ექსტრაქტების სტერილიზაციას ბაქტერიების და მიკრობების მკვლელობით. მიკრობული ინაქტივაცია გაჟღერებით არის უჯრედის მემბრანის დესტრუქციული კავიტაციური ძალების შედეგი, თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნა და ლოკალიზებული გათბობა.
ულტრაბგერითი დეპოლიმერიზაციისა და დეაცეტილაციის მუშაობის პრინციპი
პოლიმერული ჯაჭვები იჭერს ულტრაბგერით წარმოქმნილ ათვლის ველში კავიტაციის ბუშტის გარშემო და პოლიმერული ხვეულის ჯაჭვის სეგმენტები იშლება ღრუს მახლობლად უფრო მაღალი სიჩქარით მოძრაობს, ვიდრე უფრო შორს. შემდეგ წარმოიქმნება ძაბვები პოლიმერის ჯაჭვზე პოლიმერული სეგმენტების და გამხსნელების შედარებითი მოძრაობის გამო და ეს საკმარისია გახლეჩის გამოსაწვევად. ამგვარად, პროცესი მსგავსია პოლიმერული ხსნარებში ~2° სხვა თხრილის ეფექტებთან და იძლევა ძალიან მსგავს შედეგებს. (შდრ. Price et al., 1994)
ქიტინი
ქიტინი არის N-აცეტილგლუკოზამინის პოლიმერი (პოლი-(β-(1-4)-N-აცეტილ-D-გლუკოზამინი), არის ბუნებრივი პოლისაქარიდი, რომელიც ფართოდ არის ნაპოვნი უხერხემლოების ეგზოჩონჩხში, როგორიცაა კიბოსნაირები და მწერები, შიდა ჩონჩხი. კალმარი და კუტი, ისევე როგორც სოკოს უჯრედის კედლები, ჩაშენებული სოკოს უჯრედის კედლებში, ქიტინი პასუხისმგებელია სოკოს უჯრედის კედლის ფორმასა და სიმტკიცეზე დეპოლიმერიზაციის პროცესის მეშვეობით.
ჩიტოზანი არის ქიტინის ყველაზე გავრცელებული და ყველაზე ღირებული წარმოებული. ეს არის მაღალი მოლეკულური წონის პოლისაქარიდი, რომელიც დაკავშირებულია b-1,4 გლიკოზიდით, რომელიც შედგება N-აცეტილ-გლუკოზამინისა და გლუკოზამინისგან.
ქიტოზანი შეიძლება მიღებულ იქნას ქიმიური ან ფერმენტული გზით ნ-დეაცეტილაცია. ქიმიურად განპირობებული დეაცეტილირების პროცესში, აცეტილის ჯგუფი (R-NHCOCH3) იშლება ძლიერი ტუტე მაღალ ტემპერატურაზე. ალტერნატიულად, ქიტოზანის სინთეზირება შესაძლებელია ფერმენტული დეაცეტილირების გზით. თუმცა, სამრეწველო წარმოების მასშტაბით, ქიმიური დეაცეტილაცია სასურველი ტექნიკაა, ვინაიდან ფერმენტული დეაცეტილაცია მნიშვნელოვნად ნაკლებად ეფექტურია დეაცეტილაზას ფერმენტების მაღალი ღირებულებისა და მიღებული ქიტოზანის დაბალი მოსავლიანობის გამო. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება (1→4)-/β-კავშირის (დეპოლიმერიზაცია) ქიმიური დეგრადაციის გასაძლიერებლად და ქიტინის დეაცეტილაციის ეფექტის მისაღწევად მაღალი ხარისხის ქიტოზანის მისაღებად.
როდესაც sonication გამოიყენება, როგორც წინასწარი მკურნალობა ფერმენტული დეაცეტილირებისთვის, ჩიტოზანის მოსავლიანობა და ხარისხიც უმჯობესდება.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.