키토산은 제약, 식품, 농업 및 산업에서 많은 응용 프로그램을 가지고 있는 키틴 유래 바이오 폴리머입니다. 키토산에 치틴의 초음파 탈착은 치료를 크게 강화 – 우수한 품질의 높은 키토산 수율로 효율적이고 빠른 공정으로 이어집니다.

초음파 키토산 생산

키토산은 키틴의 N-deacetylation에 의해 얻어진다. 종래의 탈세틸화에서 키틴은 수성 알칼리 용매(전형적으로 40~50% (w/w) NaOH에 담가 둡니다. 담가 두는 과정은 100 ~ 120ºC의 고온이 매우 시간이 많이 걸리는 반면, 담그기 단계당 얻은 키토산의 수율은 낮습니다. 고출력 초음파의 적용은 키틴의 탈세질 과정을 크게 강화하고 낮은 온도에서 빠른 처리에서 저분자 키토산의 높은 수율을 초래한다. 초음파 탈세질은 식품 및 제약 성분, 비료 및 기타 많은 산업 응용 분야에서 사용되는 우수한 품질의 키토산을 초래합니다.
초음파 처리는 DA ≥90에서 DA ≤10로 키토산으로 아세틸화 키틴의 정도를 낮추는 키틴의 탁월한 수준의 아세틸화 (DA)를 초래합니다.
많은 연구 연구는 키토산에 초음파 키틴 탈아세틸화의 효과를 확인합니다. Weiss J. et al. (2008) 초음파 처리가 키토산으로의 키틴 전환을 크게 향상시키는 것을 발견했습니다. chitin의 초음파 처리는 12-24 시간에서 몇 시간으로 필요한 공정 시간을 줄이는 상당한 시간 절약과 함께 제공됩니다. 더욱이, 전체 변환을 달성하기 위해 더 적은 용매가 요구되며, 이는 소비되거나 미반응용매, 즉 농축 된 NaOH를 폐기하고 폐기해야 하는 환경적 영향을 감소시다.

초음파 키토산 치료의 작동 원리

고전력, 저주파 초음파 (~20-26kHz)는 액체 및 슬러리에서 음향 캐비테이션을 만듭니다. 고출력 초음파는 용매 (예 : NaOH)가 고체 키틴 입자를 파편화하고 침투하여 표면적을 확대하고 고체상과 액체 상 사이의 질량 전달을 개선하면서 키틴을 키토산으로 변환하는 것을 촉진합니다. 또한, 초음파 캐비테이션의 높은 전단력은 가수 분해 중 시약 (즉, NaOH)의 반응성을 증가시키는 자유 라디칼을 생성합니다. 비 열 처리 기술로, 초음파는 고품질의 키토산을 생산하는 열 분해를 방지합니다. 갑각류에서 키틴을 추출하는 데 필요한 초음파 처리 시간뿐만 아니라 전통적인 가공 조건에 비해 더 높은 순도의 키틴 (따라서 이에 따라 키토산)을 수율로 합니다. 키틴과 키토산의 생산을 위해, 초음파는 따라서 생산 비용을 낮추고, 처리 시간을 단축하고, 생산 공정을 더 잘 제어하고 공정 폐기물의 환경 영향을 줄일 수있는 잠재력을 가지고 있습니다.

치토산에 초음파 키틴 데세틸화 – 실험 계획안

1) 치틴 준비:
게 껍질을 원료로 사용하여, 게 껍질은 토양과 단백질을 포함한 모든 수용성 유기물을 제거하고 불순물을 준수하기 위해 철저히 세척해야합니다. 그 후, 쉘 재료는 완전히 건조되어야한다 (예를 들어, 오븐에서 24 시간 동안 60ºC에서). 건조된 껍질은 분쇄(예를 들어 해머 밀 사용), 알칼리성 배지에서 탈백(예를 들어, 0.125~5.0M의 conc. NaOH) 및 탈염산(예를 들어, 염산 희석)을 탈염한다.
2) 초음파 탈세틸화
전형적인 초음파 탈세틸화 반응을 실행하기 위해, 베타 - 치틴 입자 (0.125 mm) < 디 < 0.250 mm)는 1/10(g mL)의 비율 베타 키틴/NaOH 수성 용액에서 40%(w/w) 수성 NaOH로 중단됩니다.^-1) 서스펜션은 이중 벽 유리 비커로 이송되고 Hielscher를 사용하여 초음파 처리됩니다. UP400St 초음파 균질화. 다음 매개 변수 (참조. Fiamingo et al. 2016)는 초음파 키틴 탈아세틸화 반응을 수행 할 때 일정하게 유지됩니다 : (i) 초음파 프로브 (sonotrode Hielscher S24d22D, 팁 직경 = 22 mm); (ii) 초음파 펄스 모드 (IP = 0.5 초); (iii) 초음파 표면 강도
(I = 52.6 W cm^-2), (iv) 반응 온도 (60ºC ±1ºC), (v) 반응 시간 (50 분), (vi) 비율 베타 키틴 중량 / 부피 40 % (w / w) 수성 수산화 나트륨 (BCHt / NaOH = 1/10 g mL^-1); (vii) 베타 키틴 현탁액 (50mL)의 부피.
제1 반응은 일정한 자기 교반 하에서 50분 동안 진행되며, 그 후 현탁액을 0ºC로 빠르게 냉각시킴으로써 중단된다. 그 후 희석 염산은 pH 8.5를 달성하기 위해 첨가되고 샘플 CHs1은 여과에 의해 분리되고, 탈이온수로 광범위하게 세척되고 주변 조건에서 건조된다. 동일한 초음파 탈세틸화가 CHs1에 대한 두 번째 단계로 반복되면 샘플 CHs2를 생성합니다.

Fiamingo 등. 베타 키틴의 초음파 deacetylation 효율적으로 첨가제도 불활성 분위기도 긴 반응 시간을 사용하지 아세틸화의 낮은 수준으로 높은 분자량 키토산을 생산하는 것으로 나타났습니다. 초음파 탈세틸화 반응이 온화한 조건에서 수행되더라도 – 즉, 대부분의 열화학 적 탈세에 비해 낮은 반응 온도. 베타 키틴의 초음파 탈세틸화는 아세틸화의 가변 정도를 소유 무작위로 탈세 키토산의 준비를 허용 (4% ≤ DA ≤ 37%), 높은 체중 평균 분자량 (900,000 g 몰)^-1 ≤ M_승 ≤ 1,200,000 g 몰^-1 ) 60ºC에서 3회 연속 반응(50분/스텝)을 수행함으로써 낮은 분산도(1.3 ≤ Ð ≤ 1.4)를 수행하였다.

키토산 생산을 위한 고성능 초음파 시스템

키틴의 단편화와 키토산에 치틴의 decetylation은 높은 진폭을 제공 할 수있는 강력하고 신뢰할 수있는 초음파 장비를 필요로, 공정 매개 변수에 대한 정확한 제어 기능을 제공하고 무거운 부하에서 24/7 작동 할 수 있습니다 까다로운 환경에서. Hielscher 초음파 제품 범위는 귀하와 귀하의 공정 요구 사항을 충족시다. Hielscher 초음파 는 최적의 방식으로 공정 요구에 맞게 sonotrodes, 부스터, 반응기 또는 유량 세포와 같은 액세서리를 장착 할 수있는 고성능 시스템입니다.
디지털 컬러 디스플레이, 초음파 처리 를 미리 설정하는 옵션, 통합 된 SD 카드의 자동 데이터 기록, 원격 브라우저 제어 및 더 많은 기능, 최고의 공정 제어 및 사용자 친화성이 보장됩니다. 견고성과 무거운 하중 베어링 용량과 결합된 Hielscher 초음파 시스템은 생산에서 신뢰할 수 있는 작업 말입니다.
키틴 단편화 및 탈세질은 표적 변환 및 고품질의 최종 키토산 제품을 얻기 위해 강력한 초음파가 필요합니다. 특히 치틴 플레이크의 조각화의 경우 높은 진폭과 높은 압력이 중요합니다. 히엘셔 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 쉽게 제공합니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동시 연속작동할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해, 주문을 받아서 만들어진 초음파 sonotrodes를 유효합니다. Hielscher 초음파 시스템의 전력 용량은 안전하고 사용자 친화적 인 프로세스에서 효율적이고 빠른 탈착을 허용합니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.