Hielscher ultralydteknologi

Ultralyd Deacetylation av kitin til Chitosan

Chitosan er en kitin-avledet Biopolymer som har mange bruksområder innen Pharma, næringsmiddelindustrien, landbruk og industri. Ultralyd deacetylation av kitin til Chitosan forsterker behandlingen betraktelig – fører til en effektiv og rask prosess med en høy Chitosan utbytte av overlegen kvalitet.

Ultralyd Chitosan produksjon

Chitosan oppnås ved N-deacetylation av kitin. I konvensjonelle deacetylation, kitin er dynket i vandige alkali løsemidler (vanligvis 40 til 50% (w/w) NaOH). Soaking prosessen krever høye temperaturer på 100 til 120 º C er svært tidkrevende, mens avkastningen av Chitosan innhentet per soaking trinn er lav. Anvendelsen av høyeffekts ultralyd forsterker den deacetylation prosessen av kitin betydelig og resulterer i en høy avkastning av lav molekylvekt Chitosan i en rask behandling ved lavere temperatur. Ultralyd deacetylation resulterer i overlegen kvalitet Chitosan som brukes som mat og farmasøytisk ingrediens, som gjødsel og i mange andre industrielle applikasjoner.
Ultralydbehandling resulterer i en eksepsjonell grad av acetylering (DA) av kitin som senker graden av acetylering kitin fra DA ≥ 90 til Chitosan med DA ≤ 10.
Mange forskningsstudier bekrefter effektiviteten av ultralyd kitin deacetylation til Chitosan. Weiss J. et al. (2008) fant at sonikering forbedrer konverteringen av kitin til Chitosan drastisk. Ultralydbehandling av kitin kommer med betydelige tidsbesparelser redusere den nødvendige prosessen tid fra 12-24 timer til noen timer. Videre er mindre løsemiddel nødvendig for å oppnå en full konvertering, noe som senker miljøpåvirkningen av å måtte forkaste og kvitte det brukte eller ureagerte oppløsningsmidlet, dvs konsentrert NaOH.

Ultralyd Deacetylation av kitin til Chitosan

Deacetylation av kitin til Chitosan er fremmet av sonikering

Høy performace ultralyd UIP4000hdT for industrielle bruksområder

UIP4000hdT – 4kW kraft ultralydsystem

Informasjonsforespørsel




Merk våre Personvernregler.


Working prinsippet om ultralydbehandling Chitosan

Høy effekt, lavfrekvente ultralyd (∼ 20-26kHz) skaper akustisk kavitasjon i væsker og slam. Ultralyd med høy effekt fremmer konvertering av kitin til Chitosan som løsningsmidlet (for eksempel NaOH) fragmentes og penetrerer de solide kitin partiklene, og dermed forstørrer overflatearealet og forbedrer masseoverføringen mellom fast og flytende fase. Videre, den høye skjærkrefter av Ultrasonisk kavitasjon skape frie radikaler som øker reaktivitet av reagens (dvs. NaOH) under hydrolyse. Som en ikke-termisk prosessteknikk hindrer sonikering den termiske nedbrytningen som produserer høykvalitets Chitosan. Ultrasonic forkorte behandlingstiden som kreves for å trekke ut kitin fra krepsdyr, samt yield kitin (og dermed senere Chitosan) av høyere renhet i forhold til tradisjonelle behandlings forhold. For produksjon av kitin og Chitosan har ultrasounds dermed potensiale til å senke produksjonskostnaden, redusere behandlingstiden, gi en bedre kontroll over produksjonsprosessen og redusere miljøpåvirkningen fra prosess avfallet.

Fordeler med ultralyd Chitosan Production

  • Høyere Chitosan yield
  • Overlegen kvalitet
  • Redusert tid
  • Lavere prosess temperatur
  • Økt effektivitet
  • Lett & sikker drift
  • miljøvennlig

Ultralyd kitin Decetylation til Chitosan – protokoll

1) klargjør kitin:
Bruke krabbe skjell som kildemateriale, bør krabbe skjell være grundig vasket for å fjerne noen oppløselige organiske stoffer og følge urenheter inkludert jord og protein. Etterpå må skall materialet tørkes helt (f.eks. ved 60 º C for 24h i ovnen). Den tørkede skjell er deretter bakken (f. eks ved hjelp av en hammer Mill), deproteinized i et alkalisk medium (f. eks, NaOH på en CONC. på 0,125 til 5,0 M), og demineralisert i syre (f. eks, fortynne saltsyre).
2) ultralyd Deacetylation
For å kjøre en typisk ultralyd deacetylation reaksjon, beta-kitin partikler (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), suspensjonen er overført til en dobbel-vegger glass beger og er og sonikert ved hjelp av en Hielscher UP400St ultralyd homogenisator. Følgende parametre (jf. Fiamingo et al. 2016) holdes konstant ved utføring av en ultrasonisk kitin deacetylation reaksjon: (i) ultralyd sonde (sonotrode Hielscher S24d22D, spissdiameter = 22 mm); (II) sonikering pulsmodus (IP = 0,5 sek); (III) ultralyd overflate intensitet
(I = 52,6 W cm-2), (IV) reaksjonstemperatur (60 º C ± 1 º C), (v) reaksjonstid (50 min), (vi) ratio beta-kitin vekt/volum på 40% (w/w) vandig natriumhydroksid (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) volum av beta-kitin suspensjon (50 ml).
Den første reaksjonen fortsetter for 50min under konstant magnetisk omrøring og blir deretter avbrutt ved raskt å kjøle suspensjonen til 0 º C. Etterpå fortynnes saltsyre tilsettes for å oppnå pH 8,5 og prøve CHs1 er isolert ved filtrering, grundig vasket med deionisert vann og tørket ved omgivelsesforhold. Når samme ultralyd deacetylation gjentas som et andre trinn til CHs1, produserer det sample CHs2.

Ultralyd deacetylation av chition til Chitosan

Skanning elektron mikroskopi (SEM) bilder i en forstørrelse av 100 × av a) Gladius, b) ultralyd-behandlet Gladius, c) β-kitin, d) ultralyd-behandlet β-kitin, og e) Chitosan (Kilde: Preto et al. 2017)

Fiamingo et al. fant at ultralyds deacetylation av beta-kitin effektivt produserer høy molekylvekt Chitosan med en lav grad av acetylering verken ved hjelp av tilsetningsstoffer eller inert atmosfære eller lang reaksjonstid. Selv om ultralyd deacetylation reaksjonen er utført under mildere forhold – f.eks. lav reaksjonstemperatur sammenlignet med de fleste thermochemical deacetylations. Ultralyd deacetylation av beta-kitin tillater utarbeidelse av tilfeldig deacetylated Chitosan inneha variabel grad av acetylering (4% ≤ DA ≤ 37%), høy vekt gjennomsnittlig molekylvekt (900 000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1 200 000 g mol-1 ) og lav polydispersjonen (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) ved å utføre tre påfølgende reaksjoner (50 min/trinn) ved 60 º C.

Hielscher Ultrasonics produserer høyytelses ultralydmaskiner for sonokemiske applikasjoner.

Ultralydsprosessorer med høy effekt fra laboratorium til pilot og industriell skala.

Ultralydsystemer med høy ytelse for Chitosan produksjon

UIP4000hdT-4 kilowatt kraftig ultralydsystem for ekstraksjon og malaxxation av Extra virgin olivenoljeFragmentering av kitin og decetylation av kitin til Chitosan krever kraftig og pålitelig ultralydsutstyr som kan levere høy amplituder, gir presis kontrollerbarhet over prosessparametrene og kan betjenes 24/7 under tung belastning og i krevende miljøer. Hielscher Ultrasonics produktsortiment får deg og dine Prosesskrav dekket. Hielscher ultralydmaskiner er høyytelses systemer som kan utstyres med tilbehør som sonotroder, boostere, reaktorer eller strømnings celler for å matche dine prosessbehov på en optimal måte.
Med digital fargeskjerm, alternativet til forhåndsinnstilte sonikering kjører, automatisk data opptak på et integrert SD-kort, ekstern nettleserkontroll og mange flere funksjoner, høyeste prosesskontroll og brukervennlighet er sikret. Kombinert med robusthet og tung bæreevne, Hielscher ultralydsystemer er din pålitelige arbeidshest i produksjon.
Kitin fragmentering og deacetylation krever kraftig ultralyd for å oppnå målrettet konvertering og et endelig Chitosan produkt av høy kvalitet. Spesielt for fragmentering av kitin flak, høy amplituder og forhøyet trykk er avgjørende. Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprosessorer leverer enkelt svært høy amplituder. Amplituder på opptil 200 μm kan kjøres kontinuerlig i 24/7-drift. For enda høyere amplituder, tilpasset ultralyd sonotroder er tilgjengelig. Kraft kapasiteten til Hielscher ultralydsystemer muliggjør effektiv og rask deacetylation i en trygg og brukervennlig prosess.

Tabellen under gir deg en indikasjon på den omtrentlige prosesseringskapasiteten til våre ultralydapparater:

Batchvolum Strømningshastighet Anbefalte enheter
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4l / min UIP2000hdT
10 til 100 liter 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge av UIP16000

Kontakt oss! / Spør oss!

Be om mer informasjon

Vennligst bruk skjemaet nedenfor hvis du ønsker å be om ytterligere informasjon om ultralyd homogenisering. Vi vil gjerne tilby deg en ultralyd system møte dine behov.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Litteratur / Referanser

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-baserte Bionanocomposite filmer utarbeidet av emulsjon teknikk for mat bevaring. Materialer 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Omfattende deacetylated høy molekylvekt Chitosan fra flertrinns ultralyd-assistert deacetylation av beta-kitin. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonokemisk-assistert konvertering av kitin til Chitosan, USDA National Research Initiative Principal etterforskere møte, New Orleans, LA, 28 juni.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): påvirkning av temperatur under deacetylation av kitin til Chitosan med høy intensitet ultralyd som en pre-behandling, årlig møte i Institutt for mat teknologer, New Orleans, LA, 30. juni 95-18.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): påvirkning av høyintensiv ultralyd for å akselerere konverteringen av kitin til Chitosan, årlig møte i Institutt for mat teknologer, New Orleans, LA, 30 juni 95-17.
  • Preto M.F., Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri M.C., Abessa D.M.S., Romero A.F., bordon IC (2017): Gladius og dets derivater som potensielle biosorbents for marin dieselolje. Environmental Science og forurensning forskning (2017) 24:22932-22939.
  • Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): En metode for ovenfra og ned utarbeidelse av Chitosan nanopartikler og nanofibre. Karbohydrat polymerer 117, 2015. 731 – 738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Effektiv reduksjon av Chitosan molekylvekt ved ultralyd med høy intensitet: underliggende mekanisme og effekt av behandlingsparametere. Tidsskrift for landbruks-og mat kjemi 56 (13): 5112-5119.
  • Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Seafood avfall: en kilde for utarbeidelse av kommersielt arbeidsføre kitin/Chitosan materialer. Bioressources og Bioprosessering 6/8, 2019.


Fakta Verdt å vite

Hvordan virker Ultrasonic kitin Deactylation arbeid?

Når høyeffekts ultralyd med lav frekvens (f.eks. 20-26kHz) kobles til en væske eller slurry, brukes vekslende høytrykks-/lavtrykkssykluser på væsken som skaper kompresjon og sjeldnere. Under disse vekslende høytrykks-/lavtrykkssyklusene genereres det små vakuumbobler, som vokser over flere trykk sykluser. På det punktet, når vakuumbobler ikke kan absorbere mer energi, collaps de voldsomt. I løpet av denne boblen implosjon, lokalt svært intense forhold oppstår: høye temperaturer på opp til 5000K, trykk på opptil 2000atm, svært høy varme/kjøling priser og trykkforskjeller forekomme. Siden boblen kollaps dynamikken er raskere enn masse og varmeoverføring, er energien i kollapset hulrom begrenset til en svært liten sone, også kalt "hot spot". Implosjon av kavitasjon boblen resulterer også i microturbulences, flytende dyser på opptil 280m/s hastighet og resulterende skjærkrefter. Dette fenomenet er kjent som ultralyd eller akustisk kavitasjon.
Dråper og partikler i sonikert væsken er Impinged av disse kavitasjon krefter og når de akselererte partiklene kolliderer med hverandre, får de knust av interpartikkelkollisjoner kollisjon. Akustisk kavitasjon er arbeidsprinsippet for ultralyd fresing, Dispergering, emulgering og sonochemistry.
For kitin deacetylation øker høyintensiv ultralyd i overflatearealet ved å aktivere overflaten og fremme masseoverføringen mellom partikler og reagens.

Chitosan

Chitosan er en modifisert, kationiske, ikke-giftig karbohydrat polymer med en kompleks kjemisk struktur dannet av β-(1, 4) Glucosamine enheter som sin viktigste komponent (> 80%) og N-acetyl Glucosamine enheter (<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 produksjon

Chitosan produseres i en totrinnsprosess. I det første trinnet, råvare, for eksempel skalldyr skjell (dvs., reker, krabbe, hummer), er deproteinized, demineralisert og renset for å få kitin. I det andre trinnet behandles kitin med en sterk base (f.eks. NaOH) for å fjerne acetyl side kjettinger for å oppnå Chitosan. Prosessen med konvensjonell Chitosan produksjon er kjent for å være svært tidkrevende og kostnadskrevende.

kitin

Kitin (C8H1. 3O5NN er en straight-Chain polymer av β-1, 4-N-acetylglucosamine og er klassifisert i α-, β-og γ-kitin. Å være avledet av glukose, kitin er en hovedkomponent i exoskeletons av leddyr, slik som krepsdyr og insekter, radulae av bløtdyr, blekkspruter nebb, og skalaer av fisk og lissamphibians og kan bli funnet i celleveggene i sopp, også. Strukturen av kitin kan sammenlignes med cellulose, forming krystallinsk nanofibrils eller kinnskjegg. Cellulose er den mest tallrike polysakkarid av verden, etterfulgt av kitin som nest mest tallrike polysakkarid.

Glucosamine

Glucosamine (C6H1. 3NEI5) er en amino sukker og en viktig forløper i den biokjemiske syntese av glykosylert proteiner og lipider. Glucosamine er ifølge sin natur en rikelig sammensatt det er del av konstruksjonen av begge to polysakkarider, Chitosan, og kitin, hvilke lager Glucosamine en av de fleste rikelig monosakkarider. Det meste av det kommersielt anvendelig Glucosamine er produsert av hydrolyse av skalldyr exoskeletons, i.e. krabbe og hummer skall.
Glucosamine er hovedsakelig anvendt idet kosten komplettere der hvor det er en anvendt inne formene av Glucosamine sulfat, Glucosamine hydrochloride eller N-acetyl Glucosamine. Glucosamine sulfat kosttilskudd administreres oralt å behandle en smertefull tilstand forårsaket av betennelse, sammenbrudd og eventuelt tap av brusk (artrose).