버섯에서 치틴과 치토산 생산

초음파는 버섯과 같은 곰팡이 공급원에서 치틴과 키토산을 방출하는 매우 효율적인 방법입니다. 치틴과 키토산은 고품질의 바이오 폴리머를 얻기 위해 다운스트림 처리에서 소멸되어야 한다. 초음파 지원 deacetylation은 매우 효과적이고 간단하며 빠른 기술로 분자량이 높고 생체 이용률이 뛰어난 고품질 키토산을 생성합니다.

버섯의 치틴과 치토산

렌티누스 에도데스(표고버섯), 가노데르마 루시둠(링지 또는 레이시), 이노투스 비스포러스(버튼 버섯), 헤리시움 에리네스 와 같은 식용 및 약용 버섯 us (사자의 갈기), 동충하초 시넨시스 (애벌레 곰팡이), 그리폴라 프론도사 (나무의 암탉), 트라메테스 베르시 컬러 (코리오루스 베르시 컬러, 폴리 포루스 베르시 컬러, 칠면조 꼬리) 및 다른 많은 곰팡이 종은 널리 음식과 생리 활성 화합물의 추출에 사용됩니다. 이러한 버섯뿐만 아니라 처리 잔류물 (버섯 폐기물) 키토산을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 초음파는 곰팡이 세포벽 구조에서 치틴의 방출을 촉진 할뿐만 아니라 초음파 분해를 통해 귀중히 키토산으로 치피온의 변환을 구동한다.

키토산에 치틴의 초음파 Deacetylation

치토산에 치틴의 탈세질은 초음파 처리에 의해 촉진된다

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Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

초음파는 버섯에서 치틴을 추출하는 데 사용됩니다. 더욱이, 초음파는 치토산을 얻기 위하여 치틴의 탈염을 촉진합니다.

초음파는 고품질의 버섯 추출물을 생산하는 빠르고 가벼운 추출 방법입니다. 비디오에서 UP400St는 식용 버섯에서 다당류를 추출하는 데 사용됩니다.

22mm 프로브가 있는 UP400St를 사용한 차가운 버섯 추출

치틴 (것)과 함께N-아세틸루코사민 폴리머(poly-(β-(1-4)-N-아세틸-D-글루코사민)은 갑각류와 곤충, 오징어와 오징어의 내부 골격뿐만 아니라 무척추 동물의 외골격에서 널리 발견되는 자연적으로 발생하는 다당류이다. 버섯 세포벽의 구조에 내장된 치틴은 곰팡이 세포벽의 모양과 강성을 담당합니다. 많은 용도에 대해, 치틴은 비합리화 공정을 통해 키토산으로 알려진 그 비자화 유도체로 변환된다.
Chitosan 치틴의 가장 일반적이고 가장 가치있는 유도체입니다. B-1,4 글리코사이드에 의해 연결된 고분자 량 다당류이며, N-아세틸 글루코사민과 글루코사민으로 구성된다.
키토산은 화학적 또는 효소를 통해 유래될 수 있습니다. -deacetylation. 화학적으로 구동되는 탈염 공정에서 아세틸 군(R-NHCOCH)) 고온에서 강한 알칼리에 의해 갈라져 있습니다. 또는, 키토산은 효소 탈염을 통해 합성될 수 있다. 그러나, 산업생산 규모에서 화학적 탈염이 바람직한 기술이며, 효소 탈염은 디아실라제 효소의 높은 비용과 낮은 키토산 수율로 인해 훨씬 덜 효율적이기 때문이다. 초음파는 (1→4)-β-연결(depolymerization)의 화학적 분해를 강화하고 고품질 치토산을 얻기 위해 치틴의 탈염에 영향을 미치는 데 사용된다. 초음파 처리가 효소 탈염에 대한 전처리로 적용되면, 키토산 수율과 품질도 향상됩니다.

초음파를 가진 버섯에서 산업 치토산 생산

상업용 치틴 과 치토산 생산은 주로 해양 산업의 폐기물 (즉, 낚시, 조개 물고기 수확 등)을 기반으로합니다. 원료의 다른 소스는 계절 어업 변화로 인해 생산 및 품질 변동의 결과로 다른 치틴과 키토산 자질을 초래한다. 또한, 곰팡이 공급원에서 유래한 키토산은 해양 공급원으로부터 키토산과 비교할 때 균일한 폴리머 길이와 용해도가 큰 우수한 특성을 제공한다. (2017년 고르마데 외) 균일한 키토산을 공급하기 위해 곰팡이 종에서 치틴을 추출하는 것이 안정적인 대체 생산이되었습니다. 곰팡이에서 치틴과 티토산 생산은 초음파 추출 및 deacetylation 기술을 사용하여 쉽고 신뢰할 수 있습니다. 강렬한 초음파 처리는 세포 구조를 방해하여 키틴을 방출하고 우수한 치틴 수율 및 추출 효율을 위해 수성 용매에서 질량 전달을 촉진합니다. 후속 초음파 탈염은 귀중 한 키토산으로 치틴을 변환. 둘 다, 초음파 치틴 추출 및 키토산에 의한 탈염은 상업적 생산 수준으로 선형적으로 확장될 수 있다.

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

초음파 처리는 곰팡이 키토산의 생산을 강화하고 생산을 보다 효율적이고 경제적으로 만듭니다.
(사진 및 연구: © 주 외, 2019)

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

초음파 검사기 UP400St 버섯 추출용: 소닉레이션은 다당류 치틴및 키토산과 같은 생리활성 화합물의 높은 수확량을 제공합니다.

초음파 처리를 통한 고효율 치토산 합성

기존의 화학 및 효소 치틴 탈취의 단점(즉, 저효율, 고에너지 비용, 긴 처리 시간, 독성 용매)을 극복하기 위해 고강도 초음파가 치틴 및 키토산 처리에 통합되었습니다. 고강도 초음파 처리 및 음향 캐비테이션의 결과 효과는 폴리머 체인의 급속한 가위로 이어지고 다각성을 감소시켜 키토산의 합성을 촉진한다. 또한 초음파 전단력은 화학적, 가수분해성 또는 효소 반응이 강화되도록 용액의 질량 전달을 강화합니다.

초음파 보조 화학 적 분화 및 비합화

치틴은 비반응성 및 불용성 바이오 폴리머이기 때문에 수용성 및 생체 수용 성 키토산을 얻기 위해 탈염, 탈단백질화 및 염합 /탈합의 공정 단계를 거쳐야합니다. 이러한 공정 단계는 HCl과 같은 강한 산과 NaOH 및 KOH와 같은 강한 염기와 같은 처리를 포함합니다. 이러한 종래의 공정 단계는 비효율적이고 느리며 높은 에너지를 요구하므로 초음파 처리에 의한 공정 강화는 키토산 생산을 크게 향상시킵니다. 전력 초음파의 적용은 키토산 수율과 품질을 증가시키고, 공정을 며칠에서 몇 시간으로 줄이고, 온화한 용매를 허용하며, 전체 공정을 에너지 효율을 높입니다.

치틴의 초음파 개선 된 단백질화

발레호-도밍게즈 외(2021)는 치틴 탈단백질화 조사에서 "바이오 폴리머 생산을 위한 초음파의 적용으로 치틴의 입자 크기뿐만 아니라 단백질 함량을 감소시키는 것으로 나타났다. 높은 탈염 정도와 중간 분자량의 치토산은 초음파 보조를 통해 생산되었다.

치틴 디폴리제이화를 위한 초음파 소수분해

화학 적 가수 분해의 경우, 산 또는 알칼리는 치틴을 탈세화하는 데 사용되지만 알칼리 탈아세틸화 (예 : 수산화 나트륨 NaOH)가 더 널리 사용됩니다. 산성 가수분해는 전통적인 화학 적 탈염에 대한 교류법으로, 유기산 용액이 치틴과 키토산을 비합합하는 데 사용됩니다. 산성 가수 분해 방법은 치틴과 키토산의 분자량이 균질해야 할 때 주로 사용됩니다. 이 기존의 가수 분해 공정은 느리고 에너지 및 비용 집약적이라고합니다. 강한 산, 고온 및 압력의 요구 사항은 가수 분해 키토산 공정을 매우 비싸고 시간이 많이 소요되는 절차로 바꾸는 요인입니다. 사용된 산은 중화 및 탈염과 같은 다운스트림 공정을 필요로 합니다.
고전력 초음파를 가수분해 공정에 통합하면 치틴과 키토산의 가수분해절단에 대한 온도 및 압력 요구사항이 현저히 낮아질 수 있다. 또한 초음파 처리는 낮은 산 농도 또는 온화한 산의 사용을 허용합니다. 이를 통해 이 공정은 지속 가능하고 효율적이며 비용 효율적이며 환경 친화적입니다.

초음파 보조 화학 적 탈염

치틴과 키토산의 화학적 분해 및 분해는 주로 치틴 또는 키토산을 미네랄산(예: 염산 HCl), 아질산 나트륨(NaNO)으로 처리하여 달성됩니다.2) 또는 과산화수소(H)2영형2). 초음파는 탈염율을 향상시켜 표적 정도의 탈염정도를 얻는 데 필요한 반응 시간을 단축시킨다. 즉, 초음파 처리는 12-24 시간의 필요한 처리 시간을 몇 시간으로 줄입니다. 더욱이 초음파 처리는 초음파 처리를 사용하는 동안 40 %(w /w) 수산화 나트륨과 초음파 를 사용하지 않고 65 %(w / w)가 필요합니다.

초음파 효소 탈염

효소 탈아세틸화는 온화하고 환경적으로 양성적인 가공 형태이지만 효율성과 비용은 비경제적입니다. 최종 제품에서 효소의 복잡하고 노동 강렬하며 값비싼 다운스트림 격리 및 정제로 인해 효소 치틴 탈염은 상업적 생산에서 구현되지 않고 과학 연구 실험실에서만 사용됩니다.
효소 탈염 전에 초음파 전처리는 치틴 분자를 단편화하여 표면적을 확대하고 효소에 더 많은 표면을 사용할 수 있게 합니다. 고성능 초음파 처리는 효소 탈염을 개선하는 데 도움이 프로세스를 더 경제적으로 만든다.

초음파 치틴과 치토산 탈염에 대한 연구 결과

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018)는 초음파 탈염이 반응 온도 감소시 83-94 %의 탈염으로 β 치토산으로 변환하는 중요한 돌파구로 입증되었다는 연구에서 결론을 내렸습니다. 왼쪽 사진은 초음파 해독 된 키토산 (90 W, 15 분, 20 w / v % NaOH, 1:15 (g : mL)의 SEM 이미지를 보여줍니다. (사진 및 연구: © 주 외, 2018)
그들의 프로토콜에서 NaOH 솔루션(20 w/v%)은 DI 수에서 NaOH 플레이크를 용해하여 제조하였다. 알칼리 용액은 1:20(g: mL)의 고체 액체 비율로 GLSP 퇴적물(0.5g)에 원심분리기 튜브로 첨가하였다. 치토산은 1:1 용액 부피 비율로 NaCl(40mL, 0.2M) 및 아세트산(0.1M)에 첨가되었다. 서스펜션은 프로브 형 초음파 (250W, 20kHz)를 사용하여 60 분 동안 25 ° C의 온화한 온도에서 초음파검사를 받았다. (cf 주 외, 2018)
판디트 외(2021)는 키토산 용액의 분해율이 거의 고분자를 용해시키는 데 사용되는 산의 농도에 의해 영향을 받지 않으며, 주로 고분자를 용해시키는 데 사용되는 매체의 온도, 강도 및 이온 강도에 따라 달라지는 것을 발견했다. (2021년 판다트 등)

또 다른 연구에서는, 주외(2019)는 가노데르마 루시덤 포자 분말을 곰팡이 원료로 사용하고 초음파 처리 시간, 고체-액체 비, NaOH 농도 및 치토의 디아세틸화 정도에 대한 조사력과 같은 처리 파라미터의 효과를 조사하였다. 가장 높은 DD 값은 다음 초음파 매개 변수에서 얻어졌다 : 80W에서 20 분 초음파, 10 % (g : ml) NaOH, 1:25 (g :ml). 표면 형태학, 화학군, 열안정성, 그리고 초음파적으로 획득한 키토산의 결정성은 SEM, FTIR, TG 및 XRD를 이용하여 검사하였다. 연구팀은 초음파 생산 된 키토산의 탈염 (DD), 동적 점도 ([η]) 및 분자량 (Mv)의 정도를 현저하게 향상시켰습니다. 결과는 생체 의학 응용 프로그램에 적합한 키토산에 대한 매우 강력한 생산 방법 곰팡이의 초음파 deacetylation 기술을 강조했다. (2019년 주외)

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

두 버섯 종에서 치틴과 키토산의 SEM 이미지: a) L. vellereus에서 치틴; b) P. 리비에서 치틴; c) L.vellereus에서 치토산; d) P. 리비에서 키토산.
그림과 연구: © 에르도안 외, 2017

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

초음파 반응기 2000W 초음파 프로브 버섯에서 치틴 추출 및 후속 비합화 /탈염에 대한 (sonotrode)

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초음파 탈염을 가진 우수한 치토산 품질

치틴/키토산 추출 및 비합합의 초음파 중심 공정은 정밀하게 제어가능하고 초음파 공정 파라미터는 원료 및 표적 최종 제품 품질(예를 들어, 분자량, 절세도)에 조절될 수 있다. 이를 통해 초음파 공정을 외부 요인에 적응시키고 우수한 결과와 효율성을 위한 최적의 매개 변수를 설정할 수 있습니다.
초음파 해독 된 키토산은 우수한 생체 이용률과 생체 적합성을 보여줍니다. 초음파제조된 키토산 바이오폴리머가 생의학 특성에 관한 열유래 키토산과 비교될 경우, 초음파 생산된 키토산은 에체리치아 대장균(대장균)과 황색포도상구균(Sureus)에 대해 섬유아세포(L929 cell)의 생존력과 향상된 항균 활성을 나타낸다.
(2018년 주외)

치틴의 초음파 추출 및 탈염은 어떻게 작동합니까?

전원 초음파가 액체 또는 슬러리(예: 용매에서 치틴으로 구성된 현탁액)으로 결합될 때, 초음파는 액체를 통과하여 고압/저압 사이클을 번갈아 가며 이동합니다. 저압 사이클 동안 분 진공 기포(소위 캐비테이션 기포)가 생성되어 여러 압력 주기에 걸쳐 증가합니다. 특정 크기에서 거품이 더 많은 에너지를 흡수 할 수없는 경우 고압 주기 동안 격렬하게 파열됩니다. 거품 파열은 강렬한 캐비테이션 (또는 sonomechanical) 힘에 의해 특징입니다. 이러한 sonomechanical 조건은 캐비테이션 핫스팟에서 로컬로 발생하며 각각 최대 4000K 및 1000atm의 매우 높은 온도와 압력을 특징으로합니다. 뿐만 아니라 해당 고온 및 압력 차동. 최대 100m/s의 속도로 발생하는 Furtehrmore, 마이크로 난기류 및 액체 스트림이 생성됩니다. 곰팡이와 갑각류에서 치틴과 키토산의 초음파 추출뿐만 아니라 치틴 제거 및 deacetylation은 주로 sonomechanical 효과에 의해 발생 : 동요와 난기류는 세포를 방해하고 질량 전달을 촉진하고 또한 산성 또는 알칼리성 용매와 함께 폴리머 사슬을 절단 할 수 있습니다.
초음파를 통한 치틴 추출의 작업 원리: 초음파 추출은 버섯의 세포 구조를 효율적으로 분해하고 세포 벽과 세포 내부 (즉, 키틴 및 키토산 및 기타 생리활성 화학 물질과 같은 다당류)에서 세포 내 화합물을 용매로 방출합니다. 초음파 추출은 음향 캐비테이션의 작동 원리를 기반으로합니다. 초음파 /음향 캐비테이션의 효과는 고단력, 난기류 및 강렬한 압력 차동입니다. 이러한 sonomechanical 힘은 키티누스 버섯 세포벽과 같은 세포 구조를 분해하고, 곰팡이 생체 재료와 용매 사이의 질량 전달을 촉진하고 빠른 공정 내에서 매우 높은 추출물 수율을 초래합니다. 또한 초음파 처리는 박테리아와 미생물을 죽임으로써 추출물의 살균을 촉진합니다. 초음파 처리에 의한 미생물 불활성화는 세포막에 파괴적인 캐비테이션 힘, 자유 라디칼의 생산 및 국소화 된 가열의 결과입니다.
초음파를 통한 비합화 및 탈염의 작업 원리: 폴리머 체인은 버블 주위의 전단 장에 걸리며 붕괴된 캐비티 근처의 폴리머 코일의 사슬 세그먼트는 멀리 있는 것보다 더 높은 속도로 움직입니다. 응력은 폴리머 세그먼트 및 용매의 상대적 움직임으로 인해 폴리머 사슬상에서 생산되며 이들 중 이들은 분열을 유발하기에 충분하다. 따라서 이 공정은 폴리머 용액 ~2°의 다른 전단 효과와 유사하며 매우 유사한 결과를 제공합니다. (1994년)

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곰팡이 치틴 및 치토산 처리를위한 고성능 초음파 장비

키토산에 대한 치션의 초음파 탈착

주사 전자 현미경 (SEM) 이미지 의 100 × 검투사, b) 초음파 처리 글래디우스, c) β-치틴, d) 초음파 처리 β-chitin, 및 e) 키토산 (출처: Preto et al. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungi치틴의 단편화와 키토산에 치틴의 탈세화는 높은 진폭을 전달할 수 있는 강력하고 신뢰할 수 있는 초음파 장비가 필요하며, 공정 파라미터에 대한 정밀한 제어가능성을 제공하며, 무거운 부하 및 까다로운 환경에서 24/7을 작동시킬 수 있다. Hielscher 초음파의 제품 범위는 이러한 요구 사항을 안정적으로 충족시다. 뛰어난 초음파 성능 외에도 Hielscher 초음파 는 높은 에너지 효율성을 자랑하며 이는 상당한 경제적 이점입니다. – 특히 상업용 대규모 생산에 고용될 때.
Hielscher 초음파 는 최적의 방식으로 공정 요구에 맞게 sonotrodes, 부스터, 원자로 또는 유동 셀과 같은 액세서리를 장착 할 수있는 고성능 시스템입니다. 견고함과 무거운 하중 베어링 용량과 결합된 Hielscher 초음파 시스템은 생산에서 신뢰할 수 있는 작업 마입니다. 
치틴 단편화 및 탈염은 표적 변환및 고품질의 최종 키토산 제품을 얻기 위해 강력한 초음파가 필요합니다. 특히 치틴 플레이크의 단편화및 비합합/탈염 단계, 높은 진폭 및 높은 압력이 중요하다. Hielscher 초음파의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 쉽게 전달합니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동에서 지속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 시스템의 전력 용량은 안전하고 사용자 친화적 인 프로세스에서 효율적이고 빠른 deacetylation을 허용합니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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초음파 프로세서, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하려면 아래 양식을 사용하십시오. 우리는 당신과 당신의 프로세스를 토론하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공 하게되어 기쁩니다!









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

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.



문학 / 참고 문헌


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 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 산업 규모.