Hielscher Ultraschall Technologie

Ultrasonic Deacetylatioun vum Chitin op Chitosan

Chitosan ass e Chitin-ofgeleet Biopolymer deen vill Uwendungen an der Pharma, Liewensmëttel, Landwirtschaft an der Industrie huet. Ultrasonic deacetylation vum Chitin an Chitosan verstäerkt d'Behandlung wesentlech – an dat féiert zu engem effizienten a schnelle Prozess mat engem héije Chitosan Erléisse vu super Qualitéit.

Ultrasonic Chitosan Produktioun

Chitosan gëtt mat der N-Descetyléierung vum Chitin kritt. Bei konventionellem Descetylatioun gëtt Chitin an Waasserhaltige Alkalie Léisungsmëttelen gespaut (typesch 40 bis 50% (w / w) NaOH). De Suckeprozess erfuerdert héich Temperaturen vun 100 bis 120ºC ass ganz Zäit opwendend, wärend den Erléis vum Chitosan kritt pro Séierstuf niddereg ass. D’Uwendung vun héijer Kraaft Ultrasonics verstäerkt den Descetylatiounsprozess vum Chitin wesentlech a féiert zu engem héije Rendement vun niddereg-molekulare Gewiicht Chitosan an enger schneller Behandlung bei niddereger Temperatur. Ultrasonic Descetylatioun ergëtt en uerdentleche Qualitéits Chitosan deen als Liewensmëttel a Pharma Zutat benotzt gëtt, als Dünger an a villen aneren industriellen Uwendungen.
Ultrasonic Behandlung resultéiert an engem aussergewéinleche Grad vun Acetylatioun (DA) vum Chitin, deen de Grad vun Acetylation Chitin vum DA≥90 op den Chitosan mat DA≤10 senkt.
Vill Fuerschungsstudien bestätegen d'Effektivitéit vum Ultraschall Chitindeacetylatioun zum Chitosan. De Weiss J. et al. (2008) fonnt datt d'Sonikatioun d'Konversioun vu Chitin an Chitosan drastesch verbessert. D'Ultraschallbehandlung vu Chitin kënnt mat bedeitenden Zäitspuer fir d'Reduzéierung vun der erfuerderlecher Zäit vun 12-24 Stonnen op e puer Stonnen. Ausserdeem, manner Léisungsmëttel ass noutwenneg fir eng vollstänneg Konversioun ze erreechen, wat den ökologeschen Impakt reduzéiert andeems en de verbrauchten oder onreaktéierte Léisungsmëttel, dat heescht konzentréiert NaOH, muss entsuergen an entsuergen.

Ultrasonic Deacetylatioun vum Chitin op Chitosan

Deacetylatioun vum Chitin an Chitosan gëtt duerch Sonikatioun gefördert

Héich performace Ultrasonicator UIP4000hdT fir industriell Uwendungen

UIP4000hdT – 4kW Kraaft Ultrasonic System

Informatiounen ufroen




Notéiert eis Privatsphär Politik.


Aarbechtsprinzip vun der Ultrasonic Chitosan Behandlung

Héichkraaft, niddereg-Frequenz Ultrasonication (∼20-26kHz) kreéiert akustesch Kavitatioun a Flëssegkeeten a Schmelzen. Héichkraaft Ultraschall fördert d'Konversioun vu Chitin an Chitosan als Léisungsmëttel (z. B. NaOH) Fragmenter a penetréiert déi zolidd Chitinpartikelen, wouduerch d'Uewerflächegär vergréissert an d'Massentransfer tëscht solider a flësseger Phase verbessert. Ausserdeem schafe d'Héichschéierkräfte vun der Ultrasonic Kavitatioun fräi Radikale déi d'Reaktivitéit vum Reagens (dh NaOH) während der Hydrolyse erhéijen. Als net-thermesch Veraarbechtungstechnik, Sonikatioun verhënnert datt d'thermesch Degradatioun héichwäerteg Chitosan produzéiert. Ultrasonic verkierzt Veraarbechtungszäiten déi néideg sinn fir Chitin aus Krustacéen ze extrahéieren wéi och Chitin (an doduerch duerno Chitosan) vu méi héijer Rengheet am Verglach mat traditionelle Veraarbechtungsbedéngungen. Fir d'Produktioun vu Chitin an Chitosan, Ultraschall huet also d'Potenzial fir Produktiounskäschten ze nidderegen, d'Veraarbechtungszäit ze reduzéieren, eng besser Kontroll vum Produktiounsprozess z'erméiglechen an d'Ëmweltimpakt vum Prozessoffall ze reduzéieren.

Virdeeler vun der Ultrasonic Chitosan Produktioun

  • Méi héich Chitosan Yield
  • Héich Qualitéit
  • Reduzéiert Zäit
  • Niddereg Prozess Temperatur
  • Méi Effizienz
  • Einfach & Séchere Fonktioun
  • ëmweltfrëndlech sinn

Ultrasonic Chitin Decetylation an Chitosan – Protokoll

1) Preparéiert de Chitin:
Mat Benotzung vu Kriibsschuelen als Quellmaterial solle d'Krabberschueler grëndlech gewascht ginn fir all opléisbar Organer an anhale Verunreinunge mat abegraff Buedem a Protein ze läschen. Duerno muss d'Schuelmaterial komplett gedréchent ginn (zB bei 60 ° C fir 24 h an engem Uewen). Déi gedréchent Muschelen ginn duerno (zB mat Hëllef vun enger Hummermëllech) gemuel, an engem alkalesche Medium deproteiniséiert (z. B. NaOH an engem Schlussstroum vun 0,125 bis 5,0 M), an desineraaliséiert an Säure (z. B. verdënntem Salzsäure).
2) Ultrasonic Deacetylatioun
Fir eng typesch ultrasonic deacetyleringsreaktioun auszeféieren, Beta-Chitin Partikelen (0,125 mm.) < d < 0.250 mm) are suspended in 40% (w/w) aqueous NaOH at a ratio beta-chitin/NaOH aqueous solution of 1/10(g mL-1), gëtt d'Suspension an en Duebelmauerglas Becher iwwerginn an ass a sonikéiert mat Hëllef vun engem Hielscher UP400St ultrasonic Homogenizer. Déi folgend Parameteren (vgl. Fiamingo et al. 2016) ginn konstant gehaalen wann Dir eng Ultrasonic Chitindeacetyleringsreaktioun duerchféiert: (i) Ultraschallsonde (sonotrode Hielscher S24d22D, Tippdiameter = 22 mm); (ii) Sonikatiounspulsmodus (IP = 0.5sec); (iii) Ultrasonic Uewerflächintensitéit
(Ech = 52,6 W cm-2), (iv) Reaktiounstemperatur (60ºC ± 1ºC), (v) Reaktiounszäit (50 min), (vi) Verhältnis Beta-Chitin Gewiicht / Volumen vu 40% (w / w) Waasserbasis Natriumhydroxid (BCHt / NaOH = 1 / 10 g ml-1); (vii) Volumen vun Beta-Chitin Suspensioun (50 ml).
Déi éischt Reaktioun geet weider fir 50min ënner konstantem magnetesche Réieren an gëtt dann ënnerbrach andeems d'Suspension séier op 0 ° C ofkillt. Duerno gëtt verdënntem Salzsäure fir pH 8,5 erreecht an d'Prouf CHs1 gëtt duerch Filtratioun isoléiert, extensiv mat deioniséiertem Waasser gewascht an ënner Ëmstänn gemaach. Wann déiselwecht Ultrasonic Descetylatioun als zweete Schrëtt op CHs1 widderholl gëtt, produzéiert se Probe CHs2.

Ultraschall Descetylatioun vun der Chition zu Chitosan

Scannen Elektronmikroskopie (SEM) Biller an enger Vergréisserung vun 100 × vun engem) Gladius, b) Ultraschall behandelt Gladius, c) β-Chitin, d) Ultraschall behandelt β-Chitin, an e) Chitosan (Quell: Preto et al. 2017)

Fiamingo et al. fonnt datt d'Ultrasonic Descetylatioun vu Beta-Chitin effizient héichmolekular Gewiicht Chitosan produzéiert mat engem niddregen Grad vun Acetyléierung weder mat Zousatzstoffer nach Inert Atmosphär a laang Reaktiounszäiten. Och wann d'Ultrasonic deacetyleringsreaktioun ënner milder Bedéngungen duerchgefouert gëtt – dh niddereg Reaktiounstemperatur wann Dir mat de meeschte thermochemesche Descetylatiounen vergläicht. De ultrasonic deacetylation vu Beta-Chitin erlaabt d'Virbereedung vun zoufälleg deacetyléierte Chitosan mat variabelen Grad vun Acetylatioun (4% ≤ DA ≤ 37%), héicht Gewiicht duerchschnëttlecht Molekulargewiicht (900.000 g Mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g Mol-1 ) a geréng Dispersitéit (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) andeems se dräi nofolgend Reaktiounen (50 min / Etapp) bei 60ºC ausféieren.

Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance-Ultraschall fir sonochemesch Applikatiounen.

High-Power Ultraschert Prozessoren aus Labo fir Pilot an industrielle Skala.

High-Performance Ultrasonic Systems fir Chitosan Produktioun

UIP4000hdT - 4 Kilowatt mächtegt Ultrasonic System fir d'Extraktioun a Malaxxéierung vun extra virgin OlivenuelegD'Fragmentéierung vum Chitin an d'Detetyléierung vum Chitin bis Chitosan erfuerdert mächteg an zouverléisseg Ultrasonic Ausrüstung, déi héich Amplituden liwweren, bitt eng präzis Kontrollbarkeet iwwer d'Prozessparameter a kann 24/7 ënner schwéier Laascht an an erfuerderlechen Ëmfeld operéiert ginn. Hielscher Ultrasonics Produkt Sortiment kritt Iech an Äre Prozessfuerderunge bedeckt. Hielscher Ultrasonicators si héich performant Systemer, déi mat Accessoiren wéi Sonotroden, Boosteren, Reaktoren oder Flowzellen kënnen ausgestatt sinn, fir Äre Prozessbedürfnisser optimal ze passen.
Mat digitaler Faarfdisplay, ass d'Optioun fir d'Sonikéierung virzestellen, automatesch Datenopname op enger integréierter SD Kaart, Fern Browser Kontroll a vill méi Funktiounen, héchste Prozesser Kontroll a Benotzerfrëndlechkeet gesuergt. Paired mat Robustheet a schwéier Laaschtkapazitéit, Hielscher Ultraschall Systemer sinn Äert zouverlässeg Aarbechtspäerd an der Produktioun.
Chitin Fragmentéierung an Descetylatioun erfuerdert mächteg Ultraschall fir déi zilorientéiert Konversioun ze kréien an e finalt Chitosan Produkt vu héichqualitativem. Besonnesch fir d'Fragmentéierung vun den Chitinflakes, héich Amplituden an erhéngte Drock sinn entscheedend. Hielscher Ultrasonics’ industriell Ultrasonic Prozessoren liwweren einfach ganz héich Amplituden. Amplitude vu bis zu 200μm kënne kontinuéierlech an der 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden, personaliséiert Ultrasonic Sonotroden sinn verfügbar. D'Kraaftkapazitéit vun Hielscher Ultraschall Systemer erlaben effizient a séier Deacetylatioun an engem sécheren a userfrëndleche Prozess.

D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:

Konte gefouert QShortcut Duerchflossrate recommandéiert Comments
1 bis 500mL 10 bis 200mL / min UP100H
10 bis 2000mL 20 bis 400mL / min UP200Ht, An UP400St
0.1 bis 20L 0.2 bis 4L / min UIP2000hdT
10 bis 100L 2 bis 10L / min UIP4000hdT
na 10 bis 100L / min UIP16000
na méi grouss Stärekoup vun UIP16000

Kontaktéiert eis! / Frot eis!

Frot méi Informatiounen

Benotzt weg de Formulaire hei, wann Dir méi Informatiounen iwwer d'Ultraschallhomogenéierung bitt. Mir wäerte frou sin Iech un engem Ultraschallsystem ze bidden deen Är Ufuerderungen entsprécht.










Literatur / nëmmen

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-baséiert Bionanocomposite Filmer virbereet vun der Emulsiounstechnik fir d'Iessen Konservatioun. Materialien 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): Ekstens deacetyléiert Héichmolekulargewiicht Chitosan vum multistep Ultraschall-assistéierte Deacetylatioun vu Beta-ChitinAn. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonochemically-Assisted Conversion of Chitin to Chitosan, USDA National Research Initiative Principal Investigators Meeting, New Orleans, LA, 28. Juni.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Afloss vun der Temperatur während der Descetylatioun vum Chitin op den Chitosan mat héijer Intensitéit Ultraschall als Virbehandlung, Joresversammlung vum Institut fir Liewensmëttel Technologen , New Orleans, LA, den 30. Juni, 95-18.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Afloss vun héijer Intensitéit Ultraschall fir d'Konversioun vun Chitin op Chitosan ze beschleunegen, Joresversammlung vum Institut fir Liewensmëttel Technologen, New Orleans, LA, den 30. Juni, 95-17.
  • Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius a seng Derivater als potenziell Biosorbenter fir Marine Diesel Ueleg. Ëmweltwëssenschaft a Verschmotzungsfuerschung (2017) 24: 22932–22939.
  • Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): Eng Method fir Top-Down Virbereedung vu Chitosan Nanopartikelen an NanofaserAn. Kuelenhydrater Polymer 117, 2015. 731–738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). Effikass Reduktioun vum chitosanmolekuläre Gewiicht duerch Héichintensiv Ultraschall: Basismechanismus an Effekt vun der Veraarbechtungsparameter. Journal fir Landwirtschaft a Liewensmëttelchemie 56 (13): 5112-5119.
  • Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M .; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Séisch Offall: eng Quell fir d'Virbereedung vu kommerziell notabele Chitin / Chitosan Materialien. Bioresources a Bioveraarbechtung 6/8, 2019.


Fakten Wësse wat weess

Wéi funktionéiert Ultrasonic Chitindeactylation?

Wann Héichkraaft, niddereg-Frequenz Ultraschall (zB 20-26kHz) an eng Flëssegkeet oder Schmelz gekoppelt ass, ginn alternéierend Héich-Drock / Low-Drock Zyklen op d'Flëssegkeet applizéiert a schaaft Kompressioun a rarefaction. Wärend dësen ofwiesselnd héijen Drock / Low-Drock Zyklen entstinn kleng Vakuumblasen, déi iwwer verschidde Drockzyklen wuessen. Um Punkt, wa Vakuumblasen net méi Energie absorbéiere kënnen, kollapse si hefteg. Wärend dëser Bubble-Implosioun entstinn lokal ganz intensiv Bedingungen: Héich Temperaturen vu bis zu 5000K, Drock vun bis zu 2000 Atm, ganz héich Heizungs / Ofkillungsraten an Drockdifferenzen. Well d'Zäit vu der Bubble-Zesummebroch méi séier wéi d'Mass an d'Hëtzttransfer ass, ass d'Energie an der Zesummebaecht eng ganz kleng Zone, och "Hot Spot" genannt. D'Implosioun vun der Kavitatiounsblase féiert och zu mikroturbulences, Flëssegketstrale vu bis zu 280m / s Geschwindegkeet an déi resultéierend Schéierkräften. Dëst Phänomen ass Ultrasonic oder akustesch Kavitatioun bekannt.
Tropfen a Partikelen an der sonikéierter Flëssegkeet ginn duerch déi cavitational Kräfte belaascht a wann déi beschleunegt Partikelen matenee kollidéieren, gi se duerch interpartikel Kollisioun zerbrach. Akustesch Kavitatioun ass den Aarbechtsprinzip vun Ultraschall Fräsen, Verdeelung, Emulsifizéierung a Sonochemie.
Fir Chitindeacetylatioun erhéicht Héichintensiv Ultraschall an der Uewerfläch andeems se d'Uewerfläch aktivéiert an de Massentransfer tëscht Partikelen a reagéiert.

Chitosan

Chitosan ass e modifizéierten, kationeschen, net gëftege Kuelenhydratpolymer mat enger komplexer chemescher Struktur geformt vu β- (1,4) Glukosamin-Eenheeten als säin Haaptkomponent (> 80%) an N-Acetyl Glukosamin-Eenheeten (<20%), randomly distributed along the chain. Chitosan is derived from chitin through chemical or enzymatic deacetylation. The degree of deacetylation (DA) determines the content of free amino groups in the structure and is used to distinguish between chitin and chitosan. Chitosan shows good solubility in moderate solvents such as diluted acetic acid and offers several free amine groups as active sites. This makes chitosan advantageous over chitin in many chemical reactions. Chitosan is valued for its excellent biocompatibility and biodegradability, non-toxicity, good antimicrobial activity (against bacteria and fungi), oxygen impermeability and film forming properties. In contrast to chitin, chitosan has the advantage of being water-soluble and thereby easier to handle and use in formulations. As the second most abundant polysaccharide following cellulose, the huge abundance of chitin makes it a cheap and sustainable raw material.

Chitosan Produktioun

Chitosan gëtt an engem zwee Schrëtt Prozess produzéiert. Am éischte Schrëtt gëtt de Matière première, sou wéi kriibskränesch Muschelen (dh. Garnelen, Kriibsen, Hummer) entproteiniséiert, desinizeiert a gereinegt fir Chitin ze kréien. Am zweeten Schrëtt gëtt Chitin mat enger staarker Basis behandelt (z. B. NaOH) fir Acetyl Säiteketten ze läschen fir Chitosan ze kréien. De Prozess vun der konventioneller Chitosanproduktioun ass bekannt ganz Zäit opwendend a kaschtintensiv.

Chitin

Chitin (C8H13O5N)n ass e riichterkette Polymer vum β-1,4-N-Acetylglucosamin a gëtt an α-, β- an γ-Chitin klassifizéiert. Als Derivate vu Glukos, Chitin ass en Haaptkomponent vun den Exoskelette vun Arthropoden, sou wéi Crustacéen an Insekten, d'Radulae vu Bulli, Cephalopod Beaks, an d'Skalen vu Fësch a Lissamphibien a kënnen och an den Zellmaueren an Fungi fonnt ginn. D'Struktur vum Chitin ass vergläichbar mat Cellulose, bilden kristallin Nanofibriller oder Schnurres. Cellulose ass dat reichst polysaccharid vun der Welt, gefollegt vu Chitin als zweet meescht reichend Polysaccharid.

Glucosamin

Glukosamin (C6H13NEE5) ass en Aminosucker an e wichtege Virgänger an der biochemescher Synthese vu glycosyléierte Proteinen a Lipiden. Glucosamin ass natierlech eng iwwerflësseg Verbindung déi Deel vun der Struktur vu béide Polysacchariden ass, Chitosan, a Chitin, wat Glukosamin zu engem vun den heefegste Monosacchariden mécht. Déi meescht vun de kommerziell verfügbare Glukosamin gi produzéiert duerch d'Hydrolyse vun de kreesfërmegen Exoskeletter, also Kriibsen an Hummerschalen.
Glucosamin gëtt haaptsächlech als Nahrungsergänzung benotzt, wou et an de Formen vun Glukosamin-Sulfat, Glukosamin-Hydrochlorid oder N-Acetyl Glukosamin benotzt gëtt. Glucosamin-Sulfat-Ergänzunge ginn oralt behandelt fir e schmerzhafte Zoustand ze behandelen verursaacht duerch d'Entzündung, Ënnerbriechung an eventueller Verloscht vu Knorpel (Osteoarthritis).