Chitin ultraskaņas deacetilēšana uz Chitosan
Ultraskaņas Chitosan ražošana
Chitosan iegūst no hitin N-deacetilēšanas. Tradicionālajā deacetilēšanas laikā hitin iemērc sārmu šķīdinātājos (parasti 40 līdz 50% (w/w) NaOH). Mērcēšanas process prasa augstas temperatūras 100 līdz 120 º c ir ļoti laikietilpīga, bet hitozāns ieguvums, kas iegūts uz mērcēšanas soli, ir zems. Augstas jaudas ultrasonikas pielietojums ievērojami pastiprina hitina deacetilēšanas procesu un rada lielu daudzumu mazmolekulāru hitozāns, kas ātri ārstēties zemākā temperatūrā. Ultraskaņas deacetilēšana rada izcilas kvalitātes hitozāns, ko izmanto kā pārtikas un farmācijas sastāvdaļu, kā mēslojumu un daudzos citos rūpnieciskos lietojumos.
Ultraskaņas apstrāde izraisa ārkārtējas acetilēšanas (DA) līmeni, kas samazina acetilēšanas līmeni no DA ≥ 90 līdz hitosan ar DA ≤ 10.
Daudzi pētījumu pētījumi apstiprina ultraskaņas hitīna deacetilēšanas efektivitāti uz chitosan. Weiss J. et al. (2008) konstatēja, ka ultraskaņas apstrāde uzlabo hitīna pārveidošanu par hitozāns krasi. Hitin ultraskaņas apstrāde nāk ar ievērojamu laika ietaupījumu, kas samazina nepieciešamo procesa laiku no 12-24 stundām līdz dažām stundām. Turklāt, lai panāktu pilnīgu pārveidošanu, ir nepieciešams mazāk šķīdinātāja, kas samazina ietekmi uz vidi, ko varētu radīt izmetumu vai nereaģējušā šķīdinātāja, t. i., koncentrēta NaOH, izmešanai.
Hitīna deacetilēšanu uz hitozāns veicina ar ultraskaņu
UIP4000hdT – 4kW jauda ultraskaņas sistēma
Ultraskaņas Hitolsan apstrādes darbības princips
Augstas jaudas, zemas frekvences ultrasonication (∼ 20-26kHz) rada akustisku kavitāciju šķidrumos un vircas. Augstas jaudas Ultraskaņa veicina hitina pārveidošanu par šķīdinātāju (piemēram, NaOH) fragmentēm un iekļūst cietās hitovu daļiņās, tādējādi paplašinot virsmas laukumu un uzlabojot masas pārnesi starp cietu un šķidru fāzi. Turklāt ultraskaņas KAVITĀCIJAS augstie bīdes spēki rada brīvos radikāļus, kas palielina reaģenta (t.i., NaOH) reaktivitāti hidrolīzes laikā. Kā beztermisko apstrādes tehniku, ultraskaņas apstrāde novērš termisko degradāciju, kas ražo augstas kvalitātes chitosan. Ultraskaņas saīsināti apstrādes laiki, kas vajadzīgi, lai iegūtu hitovus no vēžveidīgajiem, kā arī raža hitīna (un tādējādi vēlāk Chitosan) augstākās tīrības, salīdzinot ar tradicionālajiem pārstrādes apstākļiem. Hitina un Chitosan ražošanai, ultraskaņa tādējādi var samazināt ražošanas izmaksas, samazināt apstrādes laiku, nodrošināt labāku ražošanas procesa kontroli un samazināt procesa atkritumu ietekmi uz vidi.
- Augstāka Chitosan raža
- Izcila kvalitāte
- Samazināts laiks
- Zemāka procesa temperatūra
- Palielināta efektivitāte
- Viegli & Droša darbība
- videi draudzīgs
Ultraskaņas Chitin Decetilation uz Chitosan – Protokols
1) sagatavojiet hitin:
Izmantojot krabjus kā izejmateriālus, krabju čaumalas rūpīgi jānomazgā, lai atbrīvotos no šķīstošām organikām un piemaisījumiem, ieskaitot augsni un proteīnu. Pēc tam korpusa materiālam jābūt pilnībā žāvētam (piemēram, 60 ° C temperatūrā 24h krāsnī). Žāvētās čaulas pēc tam tiek piezemētas (piemēram, izmantojot āmura dzirnaviņas), olbaltumvielas deproteizētas sārmainā vidē (piemēram, NaOH konc. no 0,125 līdz 5,0 M) un demineralizēts skābē (piemēram, Atšķaidīta sālsskābe).
2) ultraskaņas deacetilēšana
Lai palaistu tipisku ultraskaņas deacetilēšanas reakciju, beta-hitīna daļiņas (0,125 mm < D < 0250 mm) suspendēti 40% (w/w) ūdens NaOH ar koeficientu beta-hitīna/NaOH ūdens šķīdums 1/10 (g mL-1), suspensija tiek pārvietota uz stikla vārglāzi ar dubultu sienu un ir apstrādāts ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher UP400St ultraskaņas homogenizators. Šādi parametri (sal. ar fiamingo et al. 2016) tiek turēti konstanti, veicot ultraskaņas hitīna deacetilēšanas reakciju: (i) ultraskaņas zonde (sonotrodi Hielscher S24d22D, gals diametrs = 22 mm); II) sonikācijas Impulsa režīms (IP = 0,5 sek.); III) ultraskaņas virsmas intensitāte
(I = 52,6 W cm-2), (IV) reakcijas temperatūra (60 º C ± 1 ° C), (v) reakcijas laiks (50 min), (VI) ratio beta-hitīna svars/tilpums 40% (w/w) nātrija hidroksīds (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); VII) beta-hitīna suspensijas tilpums (50mL).
Pirmā reakcija turpinās 50min ar nemainīgu magnētisko maisīšanu, un pēc tam to pārtrauc, ātri dzesējot suspensiju līdz 0 º C. Pēc tam pievieno atšķaidītu sālsskābi, lai sasniegtu pH 8,5, un parauga CHs1 izolē filtrējot, plaši mazgā ar dejonizētu ūdeni un žāvē apkārtējās vides apstākļos. Kad to pašu ultraskaņas deacetilēšanu atkārto kā otro soli uz CHs1, tas ražo parauga CHs2.
Skenējot elektronu mikroskopijas (SEM) attēlus 100 × a) gladius, b) ar ultraskaņu apstrādāts gladius, c) β-hitīna, d) ar ultraskaņu apstrādāta β-hitīna un e) hitozāns (avots: Preto et al. 2017)
Fiamingo et al. konstatēja, ka beta-hitīna ultraskaņas deacetilēšana efektīvi ražo lielu molekulmasu hitozāns ar zemu acetilēšanas pakāpi, ne izmantojot piedevas, ne inertu atmosfēru, ne arī ilgu reakcijas laiku. Lai gan ultraskaņas deacetilēšanas reakcija tiek veikta maigera apstākļos – t. i., zema reakcijas temperatūra, salīdzinot ar lielāko termoķīmisko deacetilāciju. Beta-hitīna ultraskaņas deacetilēšana ļauj sagatavot nejauši deacetilētu hitozāns, kam piemīt mainīga acetilēšanas pakāpe (4% ≤ da ≤ 37%), vidējais svara molekulārais svars (900 000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1 200 000 g mol-1 ) un zemu dispersitāti (1,3 ≤ š ≤ 1,4), veicot trīs secīgas reakcijas (50 min/Step) pie 60 ° C.
Lieljaudas ultraskaņas procesori no lab līdz pilotam un rūpnieciskai apjomai.
Augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmas Chitosan ražošanai
Hitīna fragmentācija un hitīna, lai hitosan maldināšana ir nepieciešama spēcīga un uzticama ultraskaņas iekārta, kas var nodrošināt augstas amplitūdas, piedāvā precīzu vadāmību pār procesa parametriem, un to var darbināt 24/7 ar lielu slodzi un sarežģītos apstākļos. Hielscher Ultrasonics produktu klāsts saņem jūs un jūsu procesa prasības. Hielscher ultrasonicators ir augstas veiktspējas sistēmas, kuras var aprīkot ar tādiem piederumiem kā sonotrodes, pastiprinātāji, reaktori vai plūsmas šūnas, lai optimāli atbilstu jūsu procesa vajadzībām.
Izmantojot digitālo krāsu displeju, tiek nodrošināta iespēja iepriekš iestatīt apstrādi ar ultraskaņu, automātiska datu ierakstīšana integrētā SD kartē, attālā pārlūka vadība un daudzas citas funkcijas, kontrole augstākajā procesā un lietotājdraudzīgums. Savienota pārī ar robustumu un smago nestspēju, Hielscher ultraskaņas sistēmas ir jūsu uzticamais darba zirgs ražošanā.
Chitin sadrumstalotība un deacetilēšana nepieciešama spēcīga Ultraskaņa, lai iegūtu mērķtiecīgu konversijas un gala hitozāns produkts augstas kvalitātes. Īpaši svarīga ir hitin pārslu sadrumstalotība, augsta amplitūdas un paaugstinātais spiediens. Hielscher Ultrasonics’ rūpnieciskie ultraskaņas procesori viegli nodrošina ļoti augstas amplitūdas. 24/7 darbību var nepārtraukti palaist līdz pat 200 μm amplitūdām. Vēl lielākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodi. Hielscher ultraskaņas sistēmu jauda nodrošina efektīvu un ātru deacetilēšanu drošā un lietotājam draudzīgā procesā.
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:
| partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamie ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200 ml / min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 0.2 līdz 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100 l | 2 līdz 10 l / min | UIP4000hdT |
| nav | | 10 līdz 100 l / min | UIP16000 |
| nav | | lielāks | klasteris UIP16000 |
Sazinies ar mums! / Uzdot mums!
Literatūra / Literatūras saraksts
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu ma, Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan balstītas Bionanocomposite plēves, ko gatavo ar emulsijas tehniku pārtikas saglabāšanai. Materiāli 2019, 12 (3), 373.
- Fiamingo A., de MOURA Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Plaši deacetilēts lielmolekulārais svars hitozāns no daudzpakāpju ultraskaņas-palīdz deacetilēšana beta-hitīna. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonoķīmiski palīdz konversijas Chitin uz Chitosan, USDA valsts pētniecības iniciatīva Principal izmeklētāji sanāksme, New Orleans, LA, 28 jūnijs.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): temperatūras ietekme deacetilēšanas laikā no hitīna līdz hitozāns ar augstas intensitātes ultraskaņas kā pirmapstrādi, ikgadējā sanāksme institūta pārtikas tehnologi, New Orleans, La, Jūnijs 30, 95-18.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): augstas intensitātes ultraskaņas ietekme, lai paātrinātu hitīna pārveidošanu Chitosan, ikgadējā pārtikas tehnologiem institūta sanāksme, New Orleans, La, 30 jūnijs, 95-17.
- Preto M.F., Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri MC, Abessa D.M.S., Romero A.F., Bordon I.C. (2017): gladius un tā atvasinājumi kā potenciālie biosorbenti jūras dīzeļdegvielai. Vides zinātnes un piesārņojuma pētniecība (2017) 24:22932 – 22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Metode, kā no augšas uz leju sagatavot hitozāns nanodaļiņas un nanoplēves. Ogļhidrātu polimēri 117, 2015. 731 – 738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Efektīva hitozāns molekulmasas samazināšana, izmantojot augstas intensitātes ultraskaņu: pamata mehānisms un apstrādes parametru ietekme. Lauksaimniecības un pārtikas ķīmijas žurnāls 56 (13): 5112-5119.
- Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; PAREEK N.; Vivekanand V. (2019): Jūras veltes atkritumi: avots, kurā var sagatavot komerciāli nodarbinātas hitin/Chitosan materiālus. Bioresursi un Bioapstrāde 6/8, 2019.
Fakti ir vērts zināt
Kā darbojas ultraskaņas Chitin Deactylation?
Ja lieljaudas, zemas frekvences Ultraskaņa (piem., 20-26kHz) ir savienota šķidrā vai vircas veidā, uz šķidrumu, kas rada kompresiju un rarefrakcija, tiek uzklātas maiņstrāvas augstspiediena/zema spiediena cikli. Šo mainīgu augstspiediena/zema spiediena ciklu laikā tiek radīti nelieli vakuuma burbuļi, kas aug vairākos spiediena ciklos. Tajā brīdī, kad vakuuma burbuļi nespēj absorbēt vairāk enerģijas, viņi spēcīgi kolcēs. Šī burbuļa implosijas laikā lokāli ir ļoti intensīvi apstākļi: augstas temperatūras līdz 5000K, spiediens līdz 2000atm, ļoti augsts apkures/dzesēšanas līmenis un spiediena diferenciāļi notiek. Tā kā burbulis sabrukuma dinamika ir ātrāks par masu un siltuma pārnesi, enerģija saplokošo dobumu ir tikai ļoti maza zona, ko sauc arī par "Hot Spot". KAVITĀCIJAS burbuļa implosācija izraisa arī mikroturbulences, šķidruma strūklu līdz 280M/s ātrumam un iegūtiem bīdes spēkiem. Šī parādība ir pazīstama kā ultraskaņas vai akustiskā Kavitācija.
Pilienus un daļiņas sonicated šķidrumā ir notikušais plūda līdz ar šiem KAVITĀCIJAS spēkiem un kad paātrinātās daļiņas saduras ar otru, viņi saņem shattered ar starpdaļiņu sadursmes. Akustiskā Kavitācija ir ultraskaņas frēzēšanas, izkliešanas, emulgācijas un sonoķīmijas darbības princips.
Attiecībā uz hitin deacetilēšanu augstas intensitātes ultraskaņas palielinājums virsmas laukumā, aktivizējot virsmu un veicinot masas pārnesi starp daļiņām un reaģentu.
Chitosan
Chitosan ir modificēts, katjonu, netoksisks ogļhidrātu polimērs ar kompleksu ķīmisko struktūru, ko veido β-(1,4) glikozamīna vienības, kas ir tās galvenais komponents (>80%) un N-acetil glikozamīna vienības (<20%), nejauši sadalītas pa ķēdi. Chitosan ir iegūts no hitina ķīmiskā vai fermentatīvā deacetilēšanas ceļā. Deacetilēšanas pakāpe (da) nosaka brīvo aminogrupu saturu struktūrā, un to izmanto, lai atšķirtu hitīna un chitosan. Chitosan rāda labu šķīdību mērenā šķīdinātājos, piemēram, atšķaidītā etiķskābē un piedāvā vairākas brīvās amīnu grupas kā aktīvas vietas. Tas padara hitozāns izdevīgi vairāk nekā hitīna daudzās ķīmiskās reakcijas.
Chitosan vērtē ar savu lielisko biosaderību un bionoārdāmību, netoksicitāti, labu antibakteriālo aktivitāti (pret baktērijām un sēnītēm), skābekļa necaurlaidību un plēves veidošanas īpašībām. Atšķirībā no chitin, hitozāns priekšrocība ir ūdenī šķīstošs un tādējādi vieglāk apstrādāt un izmantot preparātu.
Kā otrs visvairāk bagātīgs polisaharīds pēc celulozes, milzīgs pārpilnība hitīna padara to lētu un ilgtspējīgu izejvielu.
Chitosan ražošana
Chitosan tiek ražots divu soļu procesā. Pirmajā posmā izejvielas, piemēram, vēžveidīgo čaumalas (ti. garneles, krabji, Omārs), ir olbaltumvielas, demineralizēta un attīrīta, lai iegūtu hitin. Otrajā posmā hitēns tiek apstrādāts ar stipru pamatni (piemēram, NaOH), lai izvadītu acetila sānu ķēdes, lai iegūtu chitosan. Ir zināms, ka tradicionālās hitozāns ražošanas process ir ļoti laikietilpīgs un izmaksu intensīvs.
Hitīns
Hitin (C8H13O5NN ir β-1,4-N-acetilglikozamīna taisnas ķēdes polimērs, un to klasificē α-, β-un γ-hitīna. Kas ir atvasinājums no glikoze, Hitīns ir galvenā sastāvdaļa no posmkājiem, piemēram, vēžveidīgajiem un kukaiņiem, radulae mīkstmieši, galvkāju knābji, un svari zivju un lissamphibiešu un var atrast šūnu sienas sēnītēm, too. Hitin struktūra ir salīdzināma ar celulozi, kas veido kristāliskas nanofibrils vai ūsas. Celuloze ir visvairāk bagātīgs polisaharīds pasaulē, kam seko hitin kā otrs visvairāk bagātīgs polisaharīds.
Glikozamīns
Glikozamīns (C6H13nē5) ir aminocukurs un nozīmīgs prekursors glikozētā proteīna un lipīdu bioķīmiskajā sintēzē. Glikozamīns dabiski ir bagātīgs savienojums, kas ir daļa no abu polisaharīdu, hitozana un hitīna struktūras, kas padara glikozamīnu par vienu no bagātākajiem monosaharīdiem. Vairums tirdzniecībā pieejamo glikozamīnu ražo vēžveidīgo eksoskeletu hidrolīze, t.i., krabju un omāru čaumalas.
Glikozamīns galvenokārt izmanto kā uztura bagātinātāju, ja to izmanto formās glikozamīna sulfāta, glikozamīna hidrohlorīda vai N-acetil glikozamīns. Glikozamīna sulfāta piedevas lieto iekšķīgi, lai ārstētu sāpīgs stāvoklis, ko izraisa iekaisums, sadalījums un iespējamo zudumu skrimšļa (osteoartrīts).