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.

Aarbechtsprinzip vun der Ultrasonic Chitosan Behandlung

Héichkraaft, niddereg-Frequenz Ultrasonication (∼20-26kHz) kreéiert akustesch Kavitatioun a Flëssegkeeten a Schmelzen. Héichkraaft Ultraschall fördert d'Konversioun vum Chitin an den Chitosan als de Léisungsmëttel (z. B. NaOH) Fragmenter a penetréiert déi zolidd Chitinpartikelen, wouduerch d'Uewerflächegréisst vergréissert an d'Massentransfer tëscht solider a flësseger Phase verbessert. Ausserdeem schafe d'Héichschéierkräfte vun der Ultraschallkavitatioun 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 auszewäerten 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.

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) ginn an 40% (w / w) wässerem NaOH an engem Verhältnis Beta-Chitin / NaOH wässerlecher Léisung vun 1/10 (g ml) suspendéiert^-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.

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 ≤ M_W ≤ 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.

High-Performance Ultrasonic Systems fir Chitosan Produktioun

D'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: