ქიტინის ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია ქიტოზანამდე
ულტრაბგერითი ქიტოზანის წარმოება
ქიტოზანი მიიღება ქიტინის N-დეაცეტილირების შედეგად. ჩვეულებრივი დეაცეტილირებისას ქიტინი გაჟღენთილია წყალხსნარში ტუტე გამხსნელებში (ჩვეულებრივ 40-50% (w/w) NaOH). გაჟღენთის პროცესი მოითხოვს მაღალ ტემპერატურას 100-დან 120ºC-მდე, ძალიან შრომატევადია, ხოლო ჩიტოზანის გამოსავლიანობა, რომელიც მიღებულია გაჟღენთვის საფეხურზე დაბალია. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი საშუალებების გამოყენება მნიშვნელოვნად აძლიერებს ქიტინის დეაცეტილაციის პროცესს და იწვევს დაბალი მოლეკულური წონის ქიტოზანის მაღალ მოსავლიანობას დაბალ ტემპერატურაზე სწრაფ მკურნალობაში. ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია იწვევს უმაღლესი ხარისხის ქიტოზანს, რომელიც გამოიყენება როგორც საკვები და ფარმაცევტული ინგრედიენტი, როგორც სასუქი და მრავალი სხვა სამრეწველო პროგრამაში.
ულტრაბგერითი მკურნალობა იწვევს ქიტინის აცეტილაციის (DA) განსაკუთრებულ ხარისხს, ამცირებს აცეტილაციის ხარისხს DA≥90-დან ქიტოზანამდე DA≤10-ით.
მრავალი კვლევითი კვლევა ადასტურებს ულტრაბგერითი ქიტინის დეაცეტილაციის ეფექტურობას ქიტოზანთან. Weiss J. და სხვ. (2008) აღმოაჩინა, რომ სონიკა მკვეთრად აუმჯობესებს ქიტინის ქიტოზანად გარდაქმნას. ქიტინის ულტრაბგერითი მკურნალობა თან ახლავს დროის მნიშვნელოვან ეკონომიას, რაც ამცირებს პროცესის საჭირო დროს 12-24 საათიდან რამდენიმე საათამდე. გარდა ამისა, სრული კონვერტაციის მისაღწევად საჭიროა ნაკლები გამხსნელი, რაც ამცირებს დახარჯული ან არარეაგირებულ გამხსნელის, ანუ კონცენტრირებული NaOH-ის გადაგდებისა და განადგურების ზემოქმედებას.

UIP4000hdT – 4 კვტ სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემა
ულტრაბგერითი ქიტოზანით მკურნალობის სამუშაო პრინციპი
მაღალი სიმძლავრის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი გამოსხივება (~20-26kHz) ქმნის აკუსტიკური კავიტაციას სითხეებსა და ნალექებში. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ხელს უწყობს ქიტინის გარდაქმნას ქიტოზანად, როგორც გამხსნელი (მაგ. NaOH) ფრაგმენტები და შეაღწევს მყარი ქიტინის ნაწილაკებს, რითაც აფართოებს ზედაპირის ფართობს და აუმჯობესებს მასის გადაცემას მყარ და თხევად ფაზას შორის. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი კავიტაციის მაღალი ათვლის ძალები ქმნის თავისუფალ რადიკალებს, რომლებიც ზრდის რეაგენტის (ანუ NaOH) რეაქტიულობას ჰიდროლიზის დროს. როგორც არათერმული დამუშავების ტექნიკა, სონიკა ხელს უშლის თერმულ დეგრადაციას მაღალი ხარისხის ქიტოზანის წარმოქმნით. ულტრაბგერითი ამცირებს დამუშავების დროებს, რომლებიც საჭიროა კიბოსნაირებისგან ქიტინის ამოსაღებად, ასევე ქიტინის (და შესაბამისად, ქიტოზანის) უფრო მაღალი სისუფთავის მისაღებად, ტრადიციულ დამუშავების პირობებთან შედარებით. ქიტინისა და ქიტოზანის წარმოებისთვის, ულტრაბგერას აქვს შესაძლებლობა შეამციროს წარმოების ღირებულება, შეამციროს დამუშავების დრო, დაუშვას წარმოების პროცესის უკეთესი კონტროლი და შეამციროს პროცესის ნარჩენების გარემოზე ზემოქმედება.
- ქიტოზანის მაღალი მოსავლიანობა
- უმაღლესი ხარისხი
- შემცირებული დრო
- პროცესის დაბალი ტემპერატურა
- გაზრდილი ეფექტურობა
- Ადვილი & უსაფრთხო ოპერაცია
- ეკოლოგიურად სუფთა
ულტრაბგერითი ქიტინის დეცეტილაცია ჩიტოზანამდე – ოქმი
1) მოამზადეთ ქიტინი:
კრაბის ნაჭუჭების, როგორც წყაროს მასალის გამოყენებით, კრაბის ნაჭუჭები კარგად უნდა გაირეცხოს, რათა მოიცილოს ხსნადი ორგანული ნივთიერებები და წებოვანი მინარევები, მათ შორის ნიადაგი და ცილები. ამის შემდეგ, ჭურვის მასალა მთლიანად უნდა გაშრეს (მაგ., 60ºC ტემპერატურაზე 24 საათის განმავლობაში ღუმელში). შემდეგ გამხმარი ჭურვი დაფქვა (მაგ. ჩაქუჩით წისქვილის გამოყენებით), დეპროტეინიზაცია ხდება ტუტე გარემოში (მაგ., NaOH 0,125-დან 5,0 მ-მდე კონკ.) და დემინერალიზებულია მჟავაში (მაგ., განზავებული მარილმჟავა).
2) ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია
ტიპიური ულტრაბგერითი დეაცეტილირების რეაქციის გასატარებლად, ბეტა-ქიტინის ნაწილაკები (0,125 მმ < დ < 0.250 მმ) შეჩერებულია 40% (w/w) წყალში NaOH ბეტა-ქიტინი/NaOH წყალხსნარის თანაფარდობით 1/10 (გ მლ.-1), სუსპენზია გადადის ორკედლიან შუშის ჭიქაში და ხდება და გაჟღენთილია Hielscher-ის გამოყენებით. UP400 ქ ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი. შემდეგი პარამეტრები (შდრ. Fiamingo et al. 2016) მუდმივია ულტრაბგერითი ქიტინის დეაცეტილირების რეაქციის ჩატარებისას: (i) ულტრაბგერითი ზონდი (sonotrode Hielscher S24d22D, წვერის დიამეტრი = 22 მმ); (ii) ხმოვანი პულსის რეჟიმი (IP = 0,5 წმ); (iii) ულტრაბგერითი ზედაპირის ინტენსივობა
(I = 52,6 ვტ სმ-2), (iv) რეაქციის ტემპერატურა (60ºC ±1ºC), (v) რეაქციის დრო (50 წთ), (vi) თანაფარდობა ბეტა-ქიტინის წონა/მოცულობა 40% (w/w) ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარში (BCHt/NaOH = 1 /10 გ მლ-1); (vii) ბეტა-ქიტინის სუსპენზიის მოცულობა (50მლ).
პირველი რეაქცია გრძელდება 50 წუთის განმავლობაში მუდმივი მაგნიტური მორევით და შემდეგ წყდება სუსპენზიის სწრაფად გაციებით 0ºC-მდე. ამის შემდეგ ემატება განზავებული მარილმჟავა, რათა მიაღწიოს pH 8,5-ს და ნიმუში CHs1 იზოლირებულია ფილტრაციით, ინტენსიურად გარეცხილი დეიონიზებული წყლით და შრება გარემო პირობებში. როდესაც იგივე ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია მეორდება CHs1-ის მეორე საფეხურად, ის წარმოქმნის ნიმუშს CHs2.

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)
ფიამინგო და სხვ. აღმოაჩინა, რომ ბეტა-ქიტინის ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია ეფექტურად აწარმოებს მაღალი მოლეკულური წონის ქიტოზანს აცეტილირების დაბალი ხარისხით, არც დანამატების, არც ინერტული ატმოსფეროს და არც ხანგრძლივი რეაქციის დროს. მიუხედავად იმისა, რომ ულტრაბგერითი დეაცეტილაციის რეაქცია ხორციელდება უფრო რბილ პირობებში – ანუ დაბალი რეაქციის ტემპერატურა თერმოქიმიური დეაცეტილირების უმეტესობასთან შედარებით. ბეტა-ქიტინის ულტრაბგერითი დეაცეტილაცია საშუალებას იძლევა მომზადდეს შემთხვევით დეაცეტილირებული ქიტოზანი, რომელსაც გააჩნია აცეტილაციის ცვლადი ხარისხი (4% ≤ DA ≤ 37%), მაღალი წონის საშუალო მოლეკულური წონა (900,000 გ მოლი).-1 ≤ მვ ≤ 1,200,000 გ მოლი-1 ) და დაბალი დისპერსიულობა (1.3 ≤ Ð ≤ 1.4) სამი თანმიმდევრული რეაქციის განხორციელებით (50 წთ/ნაბიჯი) 60ºC ტემპერატურაზე.
მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი სისტემები ჩიტოზანის წარმოებისთვის
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-ის პროდუქციის ასორტიმენტი დაფარავს თქვენ და თქვენს პროცესს. 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 უზრუნველყოფილია წინასწარ დაყენებული ხმოვანი გაშვების შესაძლებლობა, მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა ინტეგრირებულ SD ბარათზე, ბრაუზერის დისტანციური მართვა და მრავალი სხვა ფუნქცია, პროცესის უმაღლესი კონტროლი და მომხმარებლის კეთილგანწყობა. 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 გადამწყვეტია მაღალი ამპლიტუდა და ამაღლებული წნევა. Hielscher ულტრაბგერითი’ 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 დეაცეტილაცია უსაფრთხო და მოსახერხებელი პროცესით.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
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!
ლიტერატურა/ცნობარი
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): ჩიტოზანზე დაფუძნებული ბიონანოკომპოზიტური ფილმები მომზადებული ემულსიური ტექნიკით საკვების კონსერვაციისთვის. მასალები 2019, 12(3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): ინტენსიურად დეაცეტილირებული მაღალი მოლეკულური წონის ქიტოზანი ბეტა-ქიტინის მრავალსაფეხურიანი ულტრაბგერითი დახმარებით დეაცეტილირებით. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonochemically-Asisted Conversion of Chitin to Chitosan, USDA National Research Initiative Principal Investigators Meeting, New Orleans, LA, 28 ივნისი.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): ტემპერატურის გავლენა ქიტინის დეაცეტილაციის დროს ქიტოზანამდე მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი, როგორც წინასწარი მკურნალობა, სურსათის ტექნოლოგების ინსტიტუტის ყოველწლიური შეხვედრა. , ნიუ ორლეანი, LA, 30 ივნისი, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ზემოქმედება ქიტინის ქიტოზანად გადაქცევის დასაჩქარებლად, სურსათის ტექნოლოგების ინსტიტუტის ყოველწლიური შეხვედრა, ნიუ ორლეანი, LA, 30 ივნისი, 95-17.
- Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius და მისი წარმოებულები, როგორც პოტენციური ბიოსორბენტები ზღვის დიზელის ზეთისთვის. გარემოსდაცვითი მეცნიერება და დაბინძურების კვლევა (2017) 24:22932–22939.
- Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): ქიტოზანის ნანონაწილაკებისა და ნანობოჭკოების ზემოდან ქვემოთ მომზადების მეთოდი. ნახშირწყლების პოლიმერები 117, 2015. 731-738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). ქიტოზანის მოლეკულური წონის ეფექტური შემცირება მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით: ძირითადი მექანიზმი და დამუშავების პარამეტრების ეფექტი. ჟურნალი სოფლის მეურნეობისა და კვების ქიმიის 56(13):5112-5119.
- იადავ მ. გოსვამი პ. პარიტოშ კ. კუმარ მ. პარიკ ნ. Vivekanand V. (2019): ზღვის პროდუქტების ნარჩენები: კომერციულად გამოსაყენებელი ქიტინის/ქიტოზანის მასალების მომზადების წყარო. ბიორესურსები და ბიოპროცესინგი 6/8, 2019 წ.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი ქიტინის დეაქტილაცია?
როდესაც მაღალი სიმძლავრის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი (მაგ., 20-26 kHz) შერწყმულია სითხეში ან თხევადში, მონაცვლეობითი მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლები გამოიყენება სითხეზე, რაც ქმნის შეკუმშვას და იშვიათობას. ამ ალტერნატიული მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლების დროს წარმოიქმნება პატარა ვაკუუმის ბუშტები, რომლებიც იზრდება რამდენიმე წნევის ციკლზე. იმ მომენტში, როდესაც ვაკუუმის ბუშტები ვერ შთანთქავენ მეტ ენერგიას, ისინი ძლიერად იშლება. ამ ბუშტის აფეთქების დროს ხდება ადგილობრივად ძალიან ინტენსიური პირობები: მაღალი ტემპერატურა 5000K-მდე, წნევა 2000 ატმ-მდე, ძალიან მაღალი გათბობა/გაგრილების სიჩქარე და წნევის დიფერენციალი ხდება. იმის გამო, რომ ბუშტების დაშლის დინამიკა უფრო სწრაფია ვიდრე მასა და სითბოს გადაცემა, კოლაფსირებული ღრუს ენერგია შემოიფარგლება ძალიან მცირე ზონაში, რომელსაც ასევე უწოდებენ "ცხელ წერტილს". კავიტაციის ბუშტის აფეთქება ასევე იწვევს მიკროტურბულენტობას, 280 მ/წმ-მდე სიჩქარის სითხის ჭავლებს და შედეგად ათვლის ძალებს. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც ულტრაბგერითი ან აკუსტიკური კავიტაცია.
წვეთები და ნაწილაკები გაჟღენთილ სითხეში ეჯახება ამ კავიტაციური ძალების მიერ და როდესაც აჩქარებული ნაწილაკები ერთმანეთს ეჯახებიან, ისინი ნაწილაკთაშორისი შეჯახების შედეგად იშლება. აკუსტიკური კავიტაცია არის ულტრაბგერითი დაფქვის, დისპერსიის, ემულსიფიკაციის და სონოქიმიის მუშაობის პრინციპი.
ქიტინის დეაცეტილირებისთვის, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი იზრდება ზედაპირის ფართობზე ზედაპირის გააქტიურებით და ხელს უწყობს მასის გადაცემას ნაწილაკებსა და რეაგენტს შორის.
ჩიტოზანი
ქიტოზანი არის მოდიფიცირებული, კათიონური, არატოქსიკური ნახშირწყლების პოლიმერი რთული ქიმიური სტრუქტურით, რომელიც წარმოიქმნება β-(1,4) გლუკოზამინის ერთეულებით, როგორც მისი მთავარი კომპონენტი.>80%) და N-აცეტილ გლუკოზამინის ერთეულები (<20%), შემთხვევით განაწილებული ჯაჭვის გასწვრივ. ქიტოზანი მიიღება ქიტინისგან ქიმიური ან ფერმენტული დეაცეტილირების გზით. დეაცეტილაციის ხარისხი (DA) განსაზღვრავს თავისუფალი ამინოჯგუფების შემცველობას სტრუქტურაში და გამოიყენება ქიტინისა და ქიტოზანის გასარჩევად. ჩიტოზანი აჩვენებს კარგ ხსნადობას ზომიერ გამხსნელებში, როგორიცაა განზავებული ძმარმჟავა და გთავაზობთ რამდენიმე თავისუფალ ამინების ჯგუფს, როგორც აქტიურ ადგილებს. ეს ხდის ქიტოზანს უპირატესობას ქიტინთან შედარებით ბევრ ქიმიურ რეაქციაში.
ქიტოზანი ფასდება მისი შესანიშნავი ბიოშეთავსებადობისა და ბიოდეგრადირებადობის, არატოქსიკურობის, კარგი ანტიმიკრობული აქტივობისთვის (ბაქტერიებისა და სოკოების წინააღმდეგ), ჟანგბადის შეუღწევადობისა და ფირის ფორმირების თვისებებით. ქიტინისგან განსხვავებით, ქიტოზანს აქვს უპირატესობა წყალში ხსნადი და ამით უფრო ადვილია დამუშავება და გამოყენება ფორმულირებებში.
როგორც მეორე ყველაზე უხვი პოლისაქარიდი ცელულოზის შემდეგ, ქიტინის უზარმაზარი სიმრავლე მას იაფ და მდგრად ნედლეულად აქცევს.
ჩიტოზანის წარმოება
ქიტოზანი იწარმოება ორეტაპიანი პროცესით. პირველ ეტაპზე ნედლეულის, როგორიცაა კიბოსნაირთა ჭურვი (ანუ კრევეტები, კიბორჩხალა, ლობსტერი), ხდება დეპროტეინიზაცია, დემინერალიზაცია და გაწმენდა ქიტინის მისაღებად. მეორე ეტაპზე ქიტინი მუშავდება ძლიერი ფუძით (მაგ. NaOH) აცეტილის გვერდითი ჯაჭვების მოსაშორებლად ქიტოზანის მისაღებად. ცნობილია, რომ ჩვეულებრივი ქიტოზანის წარმოების პროცესი ძალიან შრომატევადი და ძვირადღირებულია.
ქიტინი
ქიტინი (C8ჰ13ო5ნ)ნ არის β-1,4-N-აცეტილგლუკოზამინის სწორი ჯაჭვის პოლიმერი და კლასიფიცირებულია α-, β- და γ-ქიტინად. როგორც გლუკოზის წარმოებული, ქიტინი წარმოადგენს ფეხსახსრიანების ეგზოჩონჩხის ძირითად კომპონენტს, როგორიცაა კიბოსნაირები და მწერები, მოლუსკების რადულები, ცეფალოპოდის წვერები და თევზისა და ლისამფიბიების ქერცლები და გვხვდება სოკოების უჯრედის კედლებშიც. ქიტინის სტრუქტურა შედარებულია ცელულოზასთან, აყალიბებს კრისტალურ ნანოფიბრილებს ან ულვაშებს. ცელულოზა არის ყველაზე უხვი პოლისაქარიდი მსოფლიოში, რასაც მოჰყვება ქიტინი, როგორც მეორე ყველაზე უხვი პოლისაქარიდი.
გლუკოზამინი
გლუკოზამინი (C6ჰ13არა5) არის ამინო შაქარი და მნიშვნელოვანი წინამორბედი გლიკოზილირებული ცილების და ლიპიდების ბიოქიმიურ სინთეზში. გლუკოზამინი ბუნებრივად არის უხვი ნაერთი, რომელიც არის ორივე პოლისაქარიდის, ქიტოზანისა და ქიტინის სტრუქტურის ნაწილი, რაც გლუკოზამინს ერთ-ერთ ყველაზე უხვ მონოსაქარიდად აქცევს. კომერციულად ხელმისაწვდომი გლუკოზამინის უმეტესი ნაწილი წარმოიქმნება კიბოსნაირ ეგზოჩონჩხის, ანუ კრაბისა და ლობსტერების ჭურვების ჰიდროლიზით.
გლუკოზამინი ძირითადად გამოიყენება როგორც დიეტური დანამატი, სადაც გამოიყენება გლუკოზამინის სულფატის, გლუკოზამინის ჰიდროქლორიდის ან N-აცეტილ გლუკოზამინის სახით. გლუკოზამინის სულფატის დანამატები მიიღება პერორალურად მტკივნეული მდგომარეობის სამკურნალოდ, რომელიც გამოწვეულია ანთებით, რღვევით და ხრტილის საბოლოოდ დაკარგვით (ოსტეოართრიტი).