Produkcja chityny i chitozanu z grzybów

Ultradźwięki są wysoce skuteczną metodą uwalniania chityny i chitozanu ze źródeł grzybowych, takich jak grzyby. Chityna i chitozan muszą być depolimeryzowane i deacetylowane w procesie przetwarzania w celu uzyskania wysokiej jakości biopolimeru. Depolimeryzacja i deacetylacja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczną, prostą i szybką techniką, która skutkuje wysokiej jakości chitozanami o wysokiej masie cząsteczkowej i doskonałej biodostępności.

Chityna i chitozan pochodzące z grzybów poprzez ultradźwięki

Grzyby jadalne i lecznicze, takie jak Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi lub reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (pieczarki), Hericium erinaceus (lwia grzywa), Cordyceps sinensis (grzyb gąsienicowy), Grifola frondosa (opieńka), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, turkuć podjadek) i wiele innych gatunków grzybów są szeroko stosowane jako żywność i do ekstrakcji związków bioaktywnych. Grzyby te, jak również pozostałości przetwarzania (odpady grzybowe) mogą być wykorzystywane do produkcji chitozanu. Ultradźwięki nie tylko sprzyjają uwalnianiu chityny ze struktury ściany komórkowej grzyba, ale także napędzają konwersję chityny w cenny chitozan poprzez wspomaganą ultradźwiękami depolimeryzację i deacetylację.

Ultrasonic Deacetylation of Chitin to Chitosan

Depolimeryzacja i deacetylacja chityny do chitozanu jest promowana przez sonikację

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ekstraktor ultradźwiękowy UIP4000hdT do ekstrakcji i deacetylacji chityny z grzybów

Ultradźwięki są wykorzystywane do ekstrakcji chityny z grzybów. Ponadto ultradźwięki sprzyjają depolimeryzacji i deacetylacji chityny w celu uzyskania wysokiej jakości chitozanu.

This video demonstrates the highly efficient extraction of lion's mane mushrooms using the Hielscher UP200Ht ultrasonic homogenizer. Ultrasonic extraction is the perfect technique for producing high-quality, full-spectrum extracts containing polysaccharides such as beta glucans, as well as hericenones and erinacins.

Lion's Mane Mushroom Extraction Using the Ultrasonicator UP200Ht

Miniatura wideo

 

Intensywna ultrasonizacja przy użyciu systemu ultradźwiękowego typu sondy jest techniką stosowaną do promowania depolimeryzacji i deacetylacji chityny, co prowadzi do powstawania chitozanu. Chityna jest naturalnie występującym polisacharydem występującym w egzoszkieletach skorupiaków, owadów i ścianach komórkowych niektórych grzybów. Chitozan jest otrzymywany z chityny poprzez usunięcie grup acetylowych z cząsteczki chityny.

Procedura ultradźwiękowa dla chityny grzybowej do konwersji chitozanu

Gdy intensywna ultrasonizacja jest stosowana do produkcji chitozanu z chityny, zawiesina chityny jest sonikowana falami ultradźwiękowymi o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości, zwykle w zakresie od 20 kHz do 30 kHz. Proces ten generuje intensywną kawitację akustyczną, która odnosi się do powstawania, wzrostu i zapadania się mikroskopijnych pęcherzyków próżniowych w cieczy. Kawitacja generuje zlokalizowane ekstremalnie wysokie siły ścinające, wysokie temperatury (do kilku tysięcy stopni Celsjusza) i ciśnienia (do kilkuset atmosfer) w cieczy otaczającej pęcherzyki kawitacyjne. Te ekstremalne warunki przyczyniają się do rozpadu polimeru chityny i późniejszej deacetylacji.
 

Chityny i chitozany z pieczarek mogą być efektywnie ekstrahowane przy użyciu ultradźwięków typu sonda.

Obrazy SEM chityn i chitozanów z dwóch gatunków grzybów: a) chityna z L. vellereus; b) chityna z P. ribis; c) chitozan z L.vellereus; d) chitozan z P. ribis.
zdjęcie i opracowanie: © Erdoğan et al., 2017

 

Ultradźwiękowa depolimeryzacja chityny

Depolimeryzacja chityny zachodzi poprzez połączone działanie sił mechanicznych, takich jak mikrostrumieniowanie i strumieniowanie cieczy, a także przez ultradźwiękowo inicjowane reakcje chemiczne indukowane przez wolne rodniki i inne reaktywne gatunki powstające podczas kawitacji. Fale wysokociśnieniowe generowane podczas kawitacji powodują, że łańcuchy chityny ulegają naprężeniom ścinającym, co powoduje rozszczepienie polimeru na mniejsze fragmenty.

Ultradźwiękowa deacetylacja chityny

Oprócz depolimeryzacji, intensywna ultrasonizacja sprzyja również deacetylacji chityny. Deacetylacja polega na usunięciu grup acetylowych z cząsteczki chityny, co prowadzi do powstania chitozanu. Intensywna energia ultradźwiękowa, w szczególności wysokie temperatury i ciśnienia generowane podczas kawitacji, przyspieszają reakcję deacetylacji. Reaktywne warunki stworzone przez kawitację pomagają rozerwać wiązania acetylowe w chitynie, powodując uwolnienie kwasu octowego i przekształcenie chityny w chitozan.
Ogólnie rzecz biorąc, intensywne ultradźwięki wzmacniają zarówno procesy depolimeryzacji, jak i deacetylacji, zapewniając niezbędną energię mechaniczną i chemiczną do rozbicia polimeru chityny i ułatwienia konwersji do chitozanu. Technika ta oferuje szybką i wydajną metodę produkcji chitozanu z chityny, z licznymi zastosowaniami w różnych gałęziach przemysłu, w tym w farmacji, rolnictwie i inżynierii biomedycznej.

Przemysłowa produkcja chitozanu z grzybów z ultradźwiękami mocy

Komercyjna produkcja chityny i chitozanu opiera się głównie na odpadach z przemysłu morskiego (tj. rybołówstwa, połowu skorupiaków itp.). Różne źródła surowca skutkują różną jakością chityny i chitozanu, co powoduje wahania produkcji i jakości wynikające z sezonowych zmian w połowach. Ponadto, chitozan pochodzący ze źródeł grzybowych oferuje podobno lepsze właściwości, takie jak jednorodna długość polimeru i większa rozpuszczalność w porównaniu z chitozanem pochodzącym ze źródeł morskich. (por. Ghormade i in., 2017) W celu dostarczenia jednorodnego chitozanu, ekstrakcja chityny z gatunków grzybów stała się stabilną alternatywną produkcją. Produkcja chityny i citiosanu z grzybów może być łatwo i niezawodnie osiągnięta przy użyciu technologii ultradźwiękowej ekstrakcji i deacetylacji. Intensywna sonikacja zaburza struktury komórkowe w celu uwolnienia chityny i promuje transfer masy w rozpuszczalnikach wodnych, co zapewnia najwyższą wydajność chityny i efektywność ekstrakcji. Późniejsza ultradźwiękowa deacetylacja przekształca chitynę w cenny chitozan. Zarówno ultradźwiękowa ekstrakcja chityny, jak i jej deacetylacja do chitozanu mogą być liniowo skalowane do dowolnego poziomu produkcji komercyjnej.

W wyniku ekstrakcji ultradźwiękowej i deacetylacji chityny grzybowej otrzymuje się wysokiej jakości chitozan.

Sonikacja intensyfikuje produkcję chitozanu grzybowego i czyni ją bardziej wydajną i ekonomiczną.
(zdjęcie i opracowanie: © Zhu et al., 2019)

Ultradźwiękowa ekstrakcja chityny z grzybów za pomocą ultradźwiękowca sondowego UP400ST (400W, 24kHz)

ultrasonator UP400St do ekstrakcji grzybów: Sonikacja daje wysoką wydajność związków bioaktywnych, takich jak polisacharydy chityny i chitozanu.

Wyniki badań dla ultradźwiękowej deacetylacji chityny i chitozanu

W wyniku sonochemicznej deacetylacji chityny otrzymuje się wysokiej jakości chitozan.Zhu i wsp. (2018) stwierdzają w swojej pracy, że ultradźwiękowa deacetylacja okazała się kluczowym przełomem, przekształcając β-chitynę w chitozan z 83-94% deacetylacją w obniżonych temperaturach reakcji. Zdjęcie po lewej stronie przedstawia obraz SEM ultradźwiękowo deacetylowanego chitozanu (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (zdjęcie i opracowanie: © Zhu et al., 2018)
W ich protokole roztwór NaOH (20% w/v) przygotowano przez rozpuszczenie płatków NaOH w wodzie DI. Roztwór alkaliczny został następnie dodany do osadu GLSP (0,5 g) w stosunku ciało stałe-ciecz 1:20 (g: ml) do probówki wirówkowej. Chitozan dodano do NaCl (40 ml, 0,2 M) i kwasu octowego (0,1 M) w stosunku objętościowym roztworu 1:1. Zawiesinę następnie poddano działaniu ultradźwięków w łagodnej temperaturze 25 ° C przez 60 minut przy użyciu ultrasonografu typu sondy (250 W, 20 kHz). (por. Zhu i in., 2018)
 
Pandit et al. (2021) stwierdzili, że na szybkość degradacji roztworów chitozanu rzadko ma wpływ stężenie kwasu użytego do rozpuszczania polimeru, a w dużej mierze zależy ona od temperatury, intensywności fal ultradźwiękowych i siły jonowej mediów użytych do rozpuszczenia polimeru. (por. Pandit et al., 2021)
 
W innym badaniu Zhu et al. (2019) wykorzystali proszki zarodników Ganoderma lucidum jako surowiec grzybowy i zbadali deacetylację wspomaganą ultradźwiękami oraz wpływ parametrów przetwarzania, takich jak czas sonikacji, stosunek ciała stałego do cieczy, stężenie NaOH i moc napromieniowania na stopień deacetylacji (DD) chitozanu. Najwyższą wartość DD uzyskano przy następujących parametrach ultradźwiękowych: 20 min sonikacji przy 80 W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Morfologię powierzchni, grupy chemiczne, stabilność termiczną i krystaliczność uzyskanego ultradźwiękowo chitozanu zbadano za pomocą SEM, FTIR, TG i XRD. Zespół badawczy donosi o znacznym zwiększeniu stopnia deacetylacji (DD), lepkości dynamicznej ([η]) i masy cząsteczkowej (Mv¯) ultradźwiękowo wytwarzanego chitozanu. Wyniki podkreśliły, że ultradźwiękowa technika deacetylacji grzybów jest wysoce skuteczną metodą produkcji chitozanu, która jest odpowiednia do zastosowań biomedycznych. (por. Zhu et al., 2019)

Ten klip wideo pokazuje efektywną ekstrakcję związków bioaktywnych z grzybów medycznych. Homogenizator ultradźwiękowy UP400St firmy Hielscher jest powszechnie stosowany do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z grzybów.

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z grzybów leczniczych

Miniatura wideo

Najwyższa jakość chitozanu dzięki depolimeryzacji ultradźwiękowej i deacetylacji

Ultradźwiękowe procesy ekstrakcji i depolimeryzacji chityny/chitozanu są precyzyjnie sterowane, a parametry procesu można dostosować do surowców i docelowej jakości produktu końcowego (np. masa cząsteczkowa, stopień deacetylacji). Pozwala to na dostosowanie procesu ultradźwiękowego do czynników zewnętrznych i ustawienie optymalnych parametrów dla uzyskania doskonałego wyniku i wydajności.
Ultradźwiękowo deacetylowany chitozan wykazuje doskonałą biodostępność i biokompatybilność. Porównując pod względem właściwości biomedycznych biopolimery chitozanowe otrzymane metodą ultradźwiękową z chitozanem otrzymanym termicznie, stwierdzono, że chitozan otrzymany metodą ultradźwiękową wykazuje znacznie lepszą żywotność fibroblastów (komórek L929) oraz zwiększoną aktywność przeciwbakteryjną zarówno dla Escherichia coli (E. coli), jak i Staphylococcus aureus (S. aureus).
(por. Zhu et al., 2018)
 

Ultradźwiękowa deacetylacja chicju do chitozanu

Skaningowe obrazy mikroskopii elektronowej (SEM) w powiększeniu 100 × a) mieczyk, b) mieczyk poddany działaniu ultradźwięków, c) β-chityna, d) β-chityna poddana działaniu ultradźwięków oraz e) chitozan (źródło: Preto i in. 2017).

Wysokowydajny sprzęt ultradźwiękowy do przetwarzania chityny i chitozanu

Ultradźwiękowy 4kW do przemysłowego przetwarzania chityny / chitozanu z skorupiaków i grzybówFragmentacja chityny i deketylacja chityny do chitozanu wymaga wydajnego i niezawodnego sprzętu ultradźwiękowego, który może dostarczać wysokie amplitudy, oferuje precyzyjną kontrolę nad parametrami procesu i może pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu pod dużym obciążeniem i w wymagających środowiskach. Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics niezawodnie spełnia te wymagania. Oprócz wyjątkowej wydajności ultradźwiękowej, ultradźwięki Hielscher charakteryzują się wysoką wydajnością energetyczną, co jest znaczącą zaletą ekonomiczną – zwłaszcza przy zastosowaniu w produkcji na dużą skalę.
Ultradźwięki Hielscher to wysokowydajne systemy, które mogą być wyposażone w akcesoria, takie jak sonotrody, wzmacniacze, reaktory lub komory przepływowe, aby optymalnie dopasować się do potrzeb procesu.Dzięki cyfrowemu kolorowemu wyświetlaczowi, opcji wstępnego ustawiania przebiegów sonikacji, automatycznemu zapisowi danych na zintegrowanej karcie SD, zdalnemu sterowaniu przez przeglądarkę i wielu innym funkcjom, ultradźwięki Hielscher zapewniają najwyższą kontrolę procesu i łatwość obsługi. W połączeniu z solidnością i dużą nośnością, systemy ultradźwiękowe Hielscher są niezawodnym koniem roboczym w produkcji. Fragmentacja i deacetylacja chityny wymaga silnych ultradźwięków, aby uzyskać ukierunkowaną konwersję i końcowy produkt chitozanowy wysokiej jakości. Szczególnie w przypadku fragmentacji płatków chityny i etapów depolimeryzacji / deacetylacji kluczowe znaczenie mają wysokie amplitudy i podwyższone ciśnienia. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher Ultrasonics z łatwością zapewniają bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Moc systemów ultradźwiękowych Hielscher pozwala na wydajną i szybką depolimeryzację i deacetylację w bezpiecznym i przyjaznym dla użytkownika procesie.
 

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Przemysłowy ultradźwiękowy reaktor zbiornikowy z wysokowydajną sondą ultradźwiękową (sonotrodą) do deacetylacji chityny

Reaktor ultradźwiękowy z Sonda ultradźwiękowa 2000W UIP2000hdT do ekstrakcji chityny z grzybów i późniejszej depolimeryzacji / deacetylacji

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.




Synergiczne leczenie chityną poprawione przez ultradźwięki

W celu przezwyciężenia wad (tj. niskiej wydajności, wysokich kosztów energii, długiego czasu przetwarzania, toksycznych rozpuszczalników) tradycyjnej chemicznej i enzymatycznej deacetylacji chityny, ultradźwięki o wysokiej intensywności zostały zintegrowane z przetwarzaniem chityny i chitozanu. Sonikacja o wysokiej intensywności i wynikające z niej efekty kawitacji akustycznej prowadzą do szybkiego rozszczepienia łańcuchów polimerowych i zmniejszenia polidyspersyjności, promując w ten sposób syntezę chitozanu. Ponadto ultradźwiękowe siły ścinające intensyfikują przenoszenie masy w roztworze, dzięki czemu reakcje chemiczne, hydrolityczne lub enzymatyczne są wzmocnione. Ultradźwiękowa obróbka chityny może być łączona z już istniejącymi technikami przetwarzania chityny, takimi jak metody chemiczne, hydroliza lub procedury enzymatyczne.

Chemiczna deacetylacja i depolimeryzacja wspomagana ultradźwiękami

Ponieważ chityna jest niereaktywnym i nierozpuszczalnym biopolimerem, musi być poddana procesom demineralizacji, deproteinizacji i depolimeryzacji/dezacetylacji, aby otrzymać rozpuszczalny i biodostępny chitozan. Te etapy procesu obejmują traktowanie silnymi kwasami, takimi jak HCl i silnymi zasadami, takimi jak NaOH i KOH. Ponieważ te konwencjonalne etapy procesu są nieefektywne, powolne i wymagają dużych nakładów energii, intensyfikacja procesu poprzez sonikację znacznie poprawia produkcję chitozanu. Zastosowanie ultradźwięków zwiększa wydajność i jakość chitozanu, skraca proces z kilku dni do kilku godzin, pozwala na zastosowanie łagodniejszych rozpuszczalników i sprawia, że cały proces jest bardziej energooszczędny.

Ultradźwiękowo ulepszona deproteinizacja chityny

Vallejo-Dominguez i wsp. (2021) stwierdzili w swoim badaniu deproteinizacji chityny, że “Zastosowanie ultradźwięków do produkcji biopolimerów zmniejszyło zawartość białka, jak również wielkość cząstek chityny. Chitozan o wysokim stopniu deacetylacji i średniej masie cząsteczkowej został wyprodukowany przy pomocy ultradźwięków.”

Ultradźwiękowa hydroliza do depolimeryzacji chityny

W przypadku hydrolizy chemicznej, do deacetylacji chityny stosuje się kwasy lub zasady, przy czym deacetylacja zasadowa (np. wodorotlenek sodu NaOH) jest szerzej stosowana. Hydroliza kwasowa jest metodą alternatywną do tradycyjnej deacetylacji chemicznej, w której do depolimeryzacji chityny i chitozanu stosuje się roztwory kwasów organicznych. Metoda hydrolizy kwasowej jest stosowana głównie wtedy, gdy masa cząsteczkowa chityny i chitozanu musi być jednorodna. Ten konwencjonalny proces hydrolizy jest znany jako powolny, energo- i kosztochłonny. Wymóg stosowania silnych kwasów, wysokich temperatur i ciśnień to czynniki, które sprawiają, że proces hydrolizy chitozanu jest bardzo kosztowny i czasochłonny. Stosowane kwasy wymagają dalszych procesów, takich jak neutralizacja i odsalanie.
Dzięki włączeniu ultradźwięków o dużej mocy do procesu hydrolizy można znacznie obniżyć wymagania dotyczące temperatury i ciśnienia przy hydrolitycznym rozszczepianiu chityny i chitozanu. Ponadto sonikacja pozwala na obniżenie stężenia kwasu lub zastosowanie łagodniejszych kwasów. Dzięki temu proces jest bardziej trwały, wydajny, ekonomiczny i przyjazny dla środowiska.

Deacetylacja chemiczna wspomagana ultradźwiękami

Chemiczny rozpad i dezaktywację chityny i chitozanu przeprowadza się głównie poprzez poddanie chityny lub chitozanu działaniu kwasów mineralnych (np. kwasu solnego HCl), azotynu sodu (NaNO2), lub nadtlenku wodoru (H2O2). Ultradźwięki zwiększają szybkość deacetylacji, skracając tym samym czas reakcji wymagany do uzyskania docelowego stopnia deacetylacji. Oznacza to, że sonikacja skraca wymagany czas przetwarzania z 12-24 godzin do kilku godzin. Ponadto, sonikacja umożliwia stosowanie znacznie niższych stężeń chemicznych, na przykład 40% (w/w) wodorotlenku sodu przy zastosowaniu sonikacji, podczas gdy bez zastosowania ultradźwięków wymagane jest 65% (w/w).

Ultradźwiękowo-enzymatyczna deacetylacja

Chociaż enzymatyczna deacetylacja jest łagodną, nieszkodliwą dla środowiska formą przetwarzania, jej wydajność i koszty są nieekonomiczne. Ze względu na skomplikowaną, pracochłonną i kosztowną izolację i oczyszczanie enzymów z produktu końcowego, enzymatyczne odacetylanie chityny nie jest wdrażane do produkcji komercyjnej, a jedynie stosowane w laboratoriach naukowych.
Wstępna obróbka ultradźwiękowa przed deacetylacją enzymatyczną powoduje fragmentację cząsteczek chityny, co zwiększa powierzchnię i czyni ją bardziej dostępną dla enzymów. Wysokowydajna sonikacja pomaga usprawnić enzymatyczną deacetylację i czyni proces bardziej ekonomicznym.

Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.

Literatura / materiały źródłowe

 
 
 

Fakty Warto wiedzieć

Jak działa ultradźwiękowa ekstrakcja i deacetylacja chityny?

Gdy fale ultradźwiękowe mocy są sprzężone z cieczą lub zawiesiną (np. zawiesiną składającą się z chityny w rozpuszczalniku), fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez ciecz, powodując naprzemienne cykle wysokiego / niskiego ciśnienia. Podczas cykli niskociśnieniowych powstają drobne pęcherzyki próżniowe (tzw. pęcherzyki kawitacyjne), które rosną w ciągu kilku cykli ciśnieniowych. Przy pewnym rozmiarze, gdy pęcherzyki nie są w stanie wchłonąć więcej energii, implodują gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowego. Implozja pęcherzyków charakteryzuje się intensywnymi siłami kawitacyjnymi (tzw. sonomechanicznymi). Te warunki sonomechaniczne występują lokalnie w gorącym punkcie kawitacyjnym i charakteryzują się bardzo wysokimi temperaturami i ciśnieniami, odpowiednio do 4000K i 1000atm, a także odpowiadającymi im wysokimi różnicami temperatur i ciśnień. Ponadto generowane są mikroturbulencje i strumienie cieczy o prędkościach do 100 m/s. Ultradźwiękowa ekstrakcja chityny i chitozanu z grzybów i skorupiaków, a także depolimeryzacja i deacetylacja chityny są spowodowane głównie efektami sonomechanicznymi: mieszanie i turbulencje zakłócają komórki i promują przenoszenie masy, a także mogą przecinać łańcuchy polimerowe w połączeniu z kwaśnymi lub alkalicznymi rozpuszczalnikami.

Zasada działania ekstrakcji chityny za pomocą ultradźwięków

Ekstrakcja ultradźwiękowa skutecznie rozbija strukturę komórkową grzybów i uwalnia do rozpuszczalnika związki wewnątrzkomórkowe ze ściany komórkowej i wnętrza komórki (tj. polisacharydy takie jak chityna i chitozan oraz inne bioaktywne fitozwiązki). Ekstrakcja ultradźwiękowa oparta jest na zasadzie działania kawitacji akustycznej. Efektem kawitacji ultradźwiękowej / akustycznej są duże siły ścinające, turbulencje i intensywne różnice ciśnień. Te sonomechaniczne siły rozbijają struktury komórkowe, takie jak chitynowe ściany komórkowe grzybów, promują transfer masy pomiędzy biomateriałem grzyba a rozpuszczalnikiem i prowadzą do bardzo wysokiej wydajności ekstraktu w szybkim procesie. Dodatkowo, sonikacja sprzyja sterylizacji ekstraktów poprzez zabijanie bakterii i mikrobów. Inaktywacja mikroorganizmów przez sonikację jest wynikiem niszczących sił kawitacyjnych działających na błonę komórkową, produkcji wolnych rodników i miejscowego ogrzewania.

Zasada działania depolimeryzacji i deacetylacji za pomocą ultradźwięków

Łańcuchy polimerowe są wychwytywane w generowanym ultradźwiękowo polu ścinającym wokół pęcherzyka kawitacyjnego, a segmenty łańcucha cewki polimerowej w pobliżu zapadającej się wnęki poruszają się z większą prędkością niż te znajdujące się dalej. Naprężenia są następnie wytwarzane na łańcuchu polimerowym z powodu względnego ruchu segmentów polimeru i rozpuszczalników, które są wystarczające do spowodowania rozszczepienia. Proces ten jest zatem podobny do innych efektów ścinania w roztworach polimerów ~2° i daje bardzo podobne wyniki. (por. Price et al., 1994)

chityna

Chityna jest polimerem N-acetyloglukozaminy (poli-(β-(1-4)-N-acetylo-D-glukozamina), jest naturalnie występującym polisacharydem powszechnie występującym w egzoszkielecie bezkręgowców, takich jak skorupiaki i owady, wewnętrznym szkielecie kałamarnicy i mątwy, a także w ścianach komórkowych grzybów. Wbudowana w strukturę ścian komórkowych grzybów, chityna jest odpowiedzialna za kształt i sztywność ściany komórkowej grzyba. W wielu zastosowaniach chityna jest przekształcana w jej deacetylowaną pochodną, znaną jako chitozan, w procesie depolimeryzacji.
chitozan jest najbardziej rozpowszechnioną i najcenniejszą pochodną chityny. Jest to wielkocząsteczkowy polisacharyd połączony b-1,4 glikozydem, zbudowany z N-acetylo-glukozaminy i glukozaminy.
Chitozan można otrzymać na drodze chemicznej lub enzymatycznej n-deacetylacja. W chemicznie napędzanym procesie deacetylacji, grupa acetylowa (R-NHCOCH3) jest rozszczepiany przez silne zasady w wysokich temperaturach. Alternatywnie, chitozan może być syntetyzowany poprzez enzymatyczną deacetylację. Jednak na skalę produkcji przemysłowej preferowaną techniką jest deacetylacja chemiczna, ponieważ deacetylacja enzymatyczna jest znacznie mniej wydajna ze względu na wysoki koszt enzymów deacetylazy i niską wydajność chitozanu. Ultradźwięki stosuje się w celu zintensyfikowania degradacji chemicznej wiązania (1→4)-/β (depolimeryzacja) i deacetylacji chityny w celu uzyskania wysokiej jakości chitozanu.
Kiedy sonikacja jest stosowana jako obróbka wstępna do enzymatycznej deacetylacji, wydajność i jakość chitozanu również ulega poprawie.


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.


Chętnie porozmawiamy o Państwa procesie.

Skontaktujmy się.