Chitina si Chitosan Productie din ciuperci

Ultrasonication este o metodă extrem de eficientă pentru a elibera chitină și chitosan din surse fungice, cum ar fi ciupercile. Chitina și chitosanul trebuie să fie deacetylated în prelucrarea în flux în jos pentru a obține un biopolimer de înaltă calitate. Deacetilarea asistată ultrasonically este o tehnică extrem de eficientă, simplă și rapidă, care duce la chitosani de înaltă calitate cu greutate moleculară mare și biodisponibilitate superioară.

Chitina si Chitosan din ciuperci

Ciuperci comestibile și medicinale, cum ar fi Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi sau reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (ciuperci buton), Hericium erinaceus (coama leului), Cordyceps sinensis (ciuperca omidă), Grifola frondosa (găină-de-lemn), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, coada de curcan) și multe alte specii de ciuperci sunt utilizate pe scară largă ca hrană și pentru extracția compușilor bioactivi. Aceste ciuperci, precum și reziduuri de prelucrare (deșeuri de ciuperci) pot fi folosite pentru a produce chitosan. Ultrasonication nu numai că promovează eliberarea de chitină din structura peretelui celular fungic, dar, de asemenea, conduce conversia chition în chitosan valoros prin depolimerizare cu ultrasunete.

Deacetilation cu ultrasunete de chitin la chitosan

Deacetilation de chitină la chitosan este promovat de Sonicare

Cerere de informatie





Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ultrasonication este folosit pentru a extrage chitina din ciuperci. În plus, ultrasunetele promovează deacetilarea chitinei pentru a obține chitosan.

Ultrasonication este o metodă de extracție rapidă și ușoară pentru a produce extract de ciuperci de înaltă calitate. În videoclip, un UP400St este utilizat pentru extracția polizaharidelor din ciuperci comestibile.

Extractie de ciuperci reci folosind UP400St cu sondă de 22mm

chitină, care este un polimer N-acetilglucosamină (poli-(β-(1-4)-N-acetil-D-glucozamină), este o polizaharidă naturală care se găsește pe scară largă în exoscheletul nevertebratelor, cum ar fi crustaceele și insectele, scheletul interior al calmarului și sepiei, precum și pereții celulari ai ciupercilor. Încorporată în structura pereților celulelor de ciuperci, chitina este responsabilă pentru forma și rigiditatea peretelui celular fungic. Pentru multe aplicații, chitina este convertită în derivatul său deacetylated, cunoscut sub numele de chitosan printr-un proces de depolimerizare.
Chitosan este cel mai comun și cel mai valoros derivat al chitinei. Este o polizaharidă cu greutate moleculară mare legată de glicozida b-1,4, compusă din N-acetil-glucozamină și glucozamină.
Chitosan poate fi derivat prin chimice sau enzimatice N-deacetilarea. În procesul de deacetilare condus chimic, grupul acetil (R-NHCOCH3) este despicat de alcaline puternice la temperaturi ridicate. Alternativ, chitosan poate fi sintetizat prin deacetilare enzimatică. Cu toate acestea, la scara producției industriale, deacetilarea chimică este tehnica preferată, deoarece deacetilarea enzimatică este semnificativ mai puțin eficientă datorită costului ridicat al enzimelor deacetilază și a randamentelor scăzute de chitosan obținute. Ultrasonication este utilizat pentru a intensifica degradarea chimică a (1→4)-/β-linkage (depolimerizare) și efect deacetilarea chitinei pentru a obține chitosan de înaltă calitate. Când sonicare este aplicat ca pre-tratament pentru deacetilarea enzimatică, randamentul chitosan și calitatea este îmbunătățită, de asemenea.

Producția industrială de chitosan din ciuperci cu ultrasunete

Producția comercială de chitină și chitosan se bazează în principal pe deșeurile din industriile marine (de exemplu, pescuitul, recoltarea peștelui de coajă etc.). Diferitele surse de materie primă au ca rezultat calități diferite de chitină și chitosan, rezultând fluctuații de producție și de calitate datorate variațiilor sezoniere de pescuit. În plus, chitosan derivat din surse fungice oferă proprietăți relatărilor superioare cum ar fi lungimea omogenă a polimerului și solubilitate mai mare în comparație cu chitosan din surse marine. (cf. Ghormade et al., 2017) Pentru a furniza chitosan uniform, extracția chitinei din speciile fungice a devenit o producție alternativă stabilă. Producția de chitină și citiosan din ciuperci poate fi realizată cu ușurință și fiabilă folosind tehnologia de extracție și deacetilare cu ultrasunete. Sonicare intensă perturbă structurile celulare pentru a elibera chitina și promovează transferul de masă în solvenți apoși pentru randamente superioare de chitină și eficiența de extracție. Deacetilarea cu ultrasunete ulterioară transformă chitina în chitosan valoros. Ambele, extracția cu ultrasunete chitină și deacetilarea la chitosan pot fi scalate liniar la orice nivel de producție comercială.

Ultrasonic extraction and deacetylation  of fungal chitin give high-quality chitosan.

Sonicare intensifică producția de chitosan fungic și face producția mai eficientă și mai economică.
(imagine și studiu: © Zhu et al., 2019)

Ultrasonic chitin extraction from mushrooms with the UP400ST probe-type ultrasonicator (400W, 24kHz)

ultrasonicator UP400St pentru extracția ciupercilor: Sonicare dă randamente ridicate de compuși bioactivi, cum ar fi polizaharidele chitină și chitosan

Sinteza Chitosan extrem de eficientă prin Sonicare

Pentru a depăși dezavantajele (de exemplu, eficiență scăzută, cost ridicat de energie, timp lung de procesare, solvenți toxici) ale deacetlytion tradiționale chimice și enzimatice chitină, ultrasunete de mare intensitate a fost integrat în chitină și chitosan de prelucrare. Sonicare de mare intensitate și efectele rezultate ale cavitație acustică duce la o scisiune rapidă a lanțurilor polimerice și de a reduce polidispersity, promovând astfel sinteza chitosan. În plus, forțele de forfecare cu ultrasunete intensifică transferul de masă în soluție, astfel încât reacția chimică, hidrolitică sau enzimatică sunt îmbunătățite.

Ultrasonically-asistată chimice Deacetylation și Depolymerization

Deoarece chitina este un biopolimer non-reactiv și insolubil, acesta trebuie să treacă prin etapele procesului de demineralizare, deproteinizare și depolimerizare / deacetilare pentru a obține chitosan solubil și bioacesibil. Acești pași de proces implică tratamente cu acizi puternici, cum ar fi HCl și baze puternice, cum ar fi NaOH și KOH. Deoarece aceste etape de proces convenționale sunt ineficiente, lente, și necesită energii mari, intensificarea procesului prin sonicare îmbunătățește producția de chitosan în mod semnificativ. Aplicarea puterii cu ultrasunete crește randamentele și calitatea chitosanului, reduce procesul de la zile la câteva ore, permite solvenți mai blânzi și face întregul proces mai eficient din punct de vedere energetic.

Ultrasonically îmbunătățită Deproteinization de Chitina

Vallejo-Dominguez et al. (2021) a constatat în ancheta lor de deproteinizare cu chitină că "aplicarea ultrasunetelor pentru producerea de biopolimeri a redus conținutul de proteine, precum și dimensiunea particulelor de chitină. Chitosan de grad ridicat de deacetilare și greutate moleculară medie a fost produs prin asistență cu ultrasunete.

Hidroliză cu ultrasunete pentru depolimerizarea chitinei

Pentru hidroliza chimică, fie acizii, fie alcaliile sunt utilizate pentru a deacetila chitina, cu toate acestea deacetilarea alcalină (de exemplu, hidroxidul de sodiu NaOH) este utilizată pe scară mai largă. Hidroliza acidă este o metodă alternativa la deacetilarea chimica traditionala, unde se folosesc solutii de acid organic pentru depolimerizarea chitinei si chitosanului. Metoda hidrolizei acide este utilizată în cea mai mare parte atunci când masa moleculară a chitinei și chitosanului trebuie să fie omogenă. Acest proces convențional de hidroliză este cunoscut sub numele de lent și intensiv din punct de vedere energetic și al costurilor. Necesarul de acizi puternici, temperaturile ridicate și presiunile sunt factori care transformă procesul hidrolitic de chitosan într-o procedură foarte costisitoare și consumatoare de timp. Acizii utilizați necesită procese în aval, cum ar fi neutralizarea și desaltarea.
Odată cu integrarea ultrasunetelor de mare putere în procesul de hidroliză, cerințele de temperatură și presiune pentru scindarea hidrolitică a chitinei și chitosanului pot fi reduse semnificativ. În plus, Sonicare permite concentrații mai mici de acid sau utilizarea de acizi mai blande. Acest lucru face ca procesul să fie mai durabil, mai eficient, mai eficient din punctul de vedere al costurilor și mai ecologic.

Ultrasonically-asistată chimice Deacetylation

Dezintegrarea chimică și deacteilarea chitinei și chitosanului se realizează în principal prin tratarea chitinei sau chitosanului cu acizi minerali (de exemplu, acid clorhidric HCl), nitrit de sodiu (NaNO2), sau peroxid de hidrogen (H2O2). Ecografia îmbunătățește rata de deacetilare, scurtând astfel timpul de reacție necesar pentru a obține gradul țintă de deacetilare. Acest lucru înseamnă sonicare reduce timpul necesar de procesare de 12-24 ore la câteva ore. În plus, sonicare permite concentrații chimice semnificativ mai mici, de exemplu 40% (w / g) hidroxid de sodiu folosind sonicare în timp ce 65% (w / w) sunt necesare fără utilizarea ultrasunetelor.

Deacetilarea cu ultrasunete-enzimatică

În timp ce deacetilarea enzimatică este o formă de prelucrare ușoară, benignă din punct de vedere ecologic, eficiența și costurile sale sunt neeconomice. Datorită izolării și purificării complexe, intense a forței de muncă și costisitoare în aval a enzimelor din produsul final, deacetilarea enzimatică a chitinei nu este implementată în producția comercială, ci este utilizată numai în laboratorul de cercetare științifică.
Pre-tratament cu ultrasunete înainte de fragmente de deceletare enzimatică molecule de chitină, lărgind astfel suprafața și făcând mai multă suprafață disponibilă pentru enzime. Sonicare de înaltă performanță ajută la îmbunătățirea deacetilării enzimatice și face procesul mai economic.

Rezultatele cercetării pentru chitină cu ultrasunete și deacetilarea Chitosan

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018) concluzionează în studiul lor că deacetilarea cu ultrasunete sa dovedit a fi o descoperire crucială, transformând β-chitină în chitosan cu deacetilare 83-94% la temperaturi de reacție reduse. Imaginea din stânga arată o imagine SEM de chitosan ultrasonically deacetylated (90 W, 15 min, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: mL) (imagine și studiu: © Zhu et al., 2018)
În protocolul lor, soluția NaOH (20 g/v %) a fost preparată prin dizolvarea fulgilor de NaOH în apă DI. Soluția alcalină a fost apoi adăugată în sedimentul GLSP (0,5 g) la un raport solid-lichid de 1:20 (g: ml) într-un tub de centrifugare. Chitosan a fost adăugat la NaCl (40 ml, 0,2 M) și acid acetic (0,1 M) la un raport de volum de soluție 1:1. Suspensia a fost apoi supusă ultrasunetelor la o temperatură ușoară de 25 ° C timp de 60 min folosind un ultrasonicator de tip sondă (250W, 20kHz). (cf Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) a constatat că rata de degradare pentru soluțiile de chitosan este rareori afectată de concentrațiile de acid utilizate pentru solubilizarea polimerului și depinde în mare măsură de temperatura, intensitatea undelor cu ultrasunete și rezistența ionică a mediilor utilizate pentru dizolvarea polimerului. (cf. Pandit et al., 2021)

Într-un alt studiu, Zhu et al. (2019) a folosit Ganoderma lucidum spore pulberi ca materie primă fungică și a investigat deacetilarea ultrasonically asistată și efectele parametrilor de procesare, cum ar fi timpul sonicare, raportul solid-lichid, concentrația NaOH și puterea de iradiere asupra gradului de deacetilare (DD) de chitosan. Cea mai mare valoare DD a fost obținută la următorii parametri cu ultrasunete: 20 min sonicare la 80W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Morfologia suprafeței, grupurile chimice, stabilitatea termică și cristalinitatea chitosanului obținut cu ultrasunete au fost examinate folosind SEM, FTIR, TG și XRD. Echipa de cercetare raportează o îmbunătățire semnificativă a gradului de deacetilare (DD), vâscozitate dinamică ([η]) și a greutății moleculare (Mv ̄) a chitosanului produs cu ultrasunete. Rezultatele au subliniat tehnica de deacetilare cu ultrasunete a ciupercilor o metodă de producție foarte puternică pentru chitosan, care este potrivită pentru aplicații biomedicale. (cf. Zhu et al., 2019)

Chitins and chitosans from mushroom can be efficiently extracted using probe-type ultrasonication.

Imagini SEM cu chitină și chitosani din două specii de ciuperci: a) Chitină din L. vellereus; b) Chitina din P. ribis; c) Chitosan din L.vellereus; d) chitosan din P. ribis.
imagine și studiu: © Erdoğan et al., 2017

Industrial ultrasonic tank reactor with high-performance ultrasonic probe for chitin deacetylation

Reactor cu ultrasunete cu Sondă cu ultrasunete 2000W (sonotrode) pentru extracția chitinei din ciuperci și depolimerizarea/ deacetilarea ulterioară

Cerere de informatie





Calitate superioara Chitosan cu deacetilare cu ultrasunete

Procesele ultrasonically-conduse de extracție chitină / chitosan și depolimerizare sunt controlabile cu precizie și parametrii de proces cu ultrasunete pot fi ajustate la materiile prime și calitatea produsului final vizate (de exemplu, greutate moleculară, gradul de deacetilare). Acest lucru permite adaptarea procesului cu ultrasunete la factorii externi și stabilirea parametrilor optimi pentru un rezultat superior și eficiență.
Chitosan ultrasonically deacetylated prezinta biodisponibilitate excelenta si biocompatibilitate. Când biopolimerii de chitosan preparate ultrasonically sunt comparate cu chitosan derivat termic în ceea ce privește proprietățile biomedicale, chitosan produs cu ultrasunete prezintă semnificativ îmbunătățit fibroblast (celula L929) viabilitatea și activitatea antibacteriană îmbunătățită atât pentru Escherichia coli (E. coli) și Staphylococcus aureus (S. aureus).
(cf. Zhu et al., 2018)

Cum funcționează extracția cu ultrasunete și deacetilarea chitinei?

Când undele cu ultrasunete de putere sunt cupluri într-un lichid sau dejecții lichide (de exemplu, o suspensie constând din chitină într-un solvent), undele ultrasonice călătoresc prin lichid provocând alternând cicluri de înaltă presiune / joasă presiune. În timpul ciclurilor de joasă presiune, se creează bule de vid minute (așa-numitele bule de cavitație), care cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune. La o anumită dimensiune, când bulele nu pot absorbi mai multă energie, ele fac implozie violentă în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Implozia cu bule se caracterizează prin forțe cavitaționale intense (sau sonomecanice). Aceste condiții sonomecanice apar local în punctul fierbinte cavitațional și se caracterizează prin temperaturi și presiuni foarte ridicate de până la 4000K și, respectiv, 1000atm; precum și diferențele corespunzătoare de temperatură și presiune ridicată. Sunt generate micro-turbulențe și fluxuri lichide cu viteze de până la 100m/s. Extracția cu ultrasunete a chitinei și chitosanului din ciuperci și crustacee, precum și depolimerizarea și deacetilarea chitinei sunt cauzate în principal de efectele sonomecanice: agitația și turbulențele perturbă celulele și promovează transferul de masă și pot, de asemenea, să taie lanțurile polimerice în combinație cu solvenți acidi sau alcalini.
Principiul de lucru al extracției chitinei prin ultrasonication: Extracția cu ultrasunete rupe eficient structura celulară a ciupercilor și eliberează compușii intracelulari din peretele celular și interiorul celular (adică polizaharide, cum ar fi chitina și chitosanul și alte fitochimicale bioactive) în solvent. Extracția cu ultrasunete se bazează pe principiul de lucru al cavitației acustice. Efectele cavitației cu ultrasunete / acustice sunt forțe de forfecare ridicate, turbulențe și diferențiale de presiune intensă. Aceste forțe sonomecanice sparg structurile celulare, cum ar fi pereții celulelor de ciuperci chitinoase, promovează transferul de masă între biomaterialul ciupercilor și solventul și duc la randamente foarte mari ale extractului într-un proces rapid. În plus, Sonicare promovează sterilizarea extractelor prin uciderea bacteriilor și microbilor. Inactivarea microbiană prin sonicare este un rezultat al forțelor cavitaționale distructive la membrana celulară, producția de radicali liberi, și încălzirea localizată.
Principiul de lucru al depolimerizării și deacetilării prin ultrasonication: Lanțurile polimerice sunt prinse în câmpul de forfecare în jurul unui balon, iar segmentele de lanț ale bobinei polimerice din apropierea unei cavități care se prăbușește se vor mișca cu o viteză mai mare decât cele mai îndepărtate. Solicitările sunt apoi produse pe lanțul polimeric datorită mișcării relative a segmentelor polimerice și a solvenților și acestea sunt suficiente pentru a provoca scindarea. Procesul este astfel similar cu alte efecte de forfecare în soluțiile polimerice ~ 2° și dă rezultate foarte similare. (cf. Price et al., 1994)

Cerere de informatie





Echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru chitină fungică și prelucrare Chitosan

Deacetilation cu ultrasunete de chition la chitosan

Scanarea microscopie electronică (SEM) imagini într-o mărire de 100 × a) Gladius, b) cu ultrasunete-tratate Gladius, c) β-Chitin, d) cu ultrasunete tratate β-Chitin, și e) chitosan (Sursa: Preto et al. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiFragmentarea chitinei și decetilarea chitinei la chitosan necesită echipamente cu ultrasunete puternice și fiabile care pot oferi amplitudini mari, oferă controlabilitate precisă asupra parametrilor de proces și pot fi operate 24/7 sub sarcină grea și în medii solicitante. Hielscher Ultrasonics' gama de produse îndeplinește aceste cerințe în mod fiabil. Pe lângă performanțele remarcabile cu ultrasunete, ultrasonicators Hielscher se mândresc cu eficiență energetică ridicată, care este un avantaj economic semnificativ – în special atunci când sunt utilizate în producția comercială la scară largă.
Hielscher ultrasonicators sunt sisteme de înaltă performanță, care pot fi echipate cu accesorii, cum ar fi sonotrodes, boostere, reactoare sau celule de flux, în scopul de a se potrivi nevoilor de proces într-un mod optim. Cu afișaj color digital, opțiunea de a preseta sonicare ruleaza, înregistrarea automată a datelor pe un card SD integrat, controlul browser-ului de la distanță și multe alte caracteristici, cel mai înalt control al procesului și ușurința în utilizare sunt asigurate. Asociat cu robustețea și capacitatea portantă grea, sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt calul de lucru de încredere în producție. 
Fragmentarea chitinei și deacetilarea necesită ultrasunete puternice pentru a obține conversia țintită și un produs final chitosan de înaltă calitate. În special pentru fragmentarea fulgilor de chitină și etapele de depolimerizare / deacetilare, amplitudinile ridicate și presiunile ridicate sunt cruciale. Hielscher Ultrasonics' procesoare cu ultrasunete industriale livra cu ușurință amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200 μm pot fi rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Capacitatea de putere a sistemelor cu ultrasunete Hielscher permite deacetilarea eficientă și rapidă într-un proces sigur și ușor de utilizat.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.