Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrazvuková Deacetylácia Chitin na chitosan

CHITOSAN je Biopolymér odvodený z chitin, ktorý má mnoho aplikácií v Pharma, potravinárstve, poľnohospodárstve a priemysle. Ultrazvuková Deacetylácia chitín na chitosan zintenzívňuje liečbu významne – vedúce k efektívnemu a rýchlemu procesu s vysokým výnosom chitosan vynikajúcej kvality.

Ultrazvuková výroba chitosan

Chitosan sa získava N-deacetyláciou chitin. V konvenčnej deacetylácii je chitín namočený vo vodných alkalických rozpúšťadlách (typicky 40 až 50% (w/w) NaOH). Proces namáčanie vyžaduje vysoké teploty 100 až 120 º C je veľmi časovo náročné, zatiaľ čo výnos z chitosan získaný na namáčanie krok je nízky. Aplikácia High-Power ultrazvukom zintenzívňuje proces deacetylácie chitín významne a vedie k vysokému výnosu nízkomolekulárnej hmotnosti chitosan v rýchlej liečbe pri nižšej teplote. Ultrazvukový deacetylation výsledky v vynikajúcej kvalite-chitosan, ktorý sa používa ako potraviny a Pharma zložka, ako hnojivo a v mnohých iných priemyselných aplikáciách.
Ultrazvukový liečba má za následok výnimočný stupeň acetylácia (da) chitín zníženie stupňa acetylácia chitín z da ≥ 90 na chitosan s da ≤ 10.
Mnohé výskumné štúdie potvrdzujú účinnosť ultrazvukových chitín deacetylation na Chitosan. Weiss J. et al. (2008) zistil, že sonikácia zlepšuje konverziu chitín na chitosan drasticky. Ultrazvukový liečba chitín prichádza s významným úspora času zníženie požadovaného procesu čas od 12-24 hodín do niekoľkých hodín. Okrem toho je potrebné menej rozpúšťadiel na dosiahnutie úplnej premeny, čo znižuje dopad na životné prostredie, aby sa museli zlikvidovať a zneškodňovať vyhorené alebo nereagujúce rozpúšťadlo, t. j. koncentrovaný NaOH.

Ultrazvuková Deacetylácia Chitin na chitosan

Deacetylation chitín na CHITOSAN je podporovaná ultrazvukom

High-performace ultrasonicator UIP4000hdT pre priemyselné aplikácie

UIP4000hdT – 4kW výkon Ultrazvukový systém

Žiadosť o informácie





Pracovný princíp Ultrazvukový chitosan liečba

Vysokovýkonné, nízkofrekvenčné ultrazvukom (∼ 20-26kHz) vytvára akustickú kavitáciu v kvapalinách a hnoji. Vysokovýkonný ultrazvuk podporuje premenu chitinu na chitosan ako rozpúšťadlo (napr. NaOH) fragmentes a preniká do pevných častíc chitinu, čím sa zväčšuje povrchová plocha a zlepší sa prenos hmoty medzi pevnou a kvapalnou fázou. Okrem toho vysoké šmykové sily ultrazvukovej kavitácie vytvárajú voľné radikály, ktoré zvyšujú reaktivitu činidla (t.j. NaOH) počas hydrolýzy. Ako technika netepelného spracovania, ultrazvukom zabraňuje tepelnej degradácii produkujúce vysoko kvalitné Chitosan. Ultrazvukové skrátenie doby spracovania potrebné na extrakciu chitín z kôrovcov, ako aj výnos chitín (a teda následne chitosan) vyššej čistoty v porovnaní s tradičnými podmienkami spracovania. Pre výrobu chitín a chitosan, ultrazvukom tak má potenciál na zníženie výrobných nákladov, skrátenie doby spracovania, umožniť lepšiu kontrolu výrobného procesu a znížiť vplyv na životné prostredie procesného odpadu.

Výhody ultrazvukovej produkcie chitosan

  • Vyšší výnos chitosan
  • Prvotriedna kvalita
  • Skrátime
  • Nižšia teplota procesu
  • Zvýšenie efektivity
  • Jednoduché & bezpečná prevádzka
  • Šetrné k životnému prostrediu

Ultrazvukový Chitin Decetylation na chitosan – Protokol

1) pripravte chitin:
Použitie Krabie škrupiny ako východiskový materiál, krabie škrupiny by mali byť dôkladne umyť, aby sa odstránili všetky rozpustné Organics a priľne nečistôt, vrátane pôdy a bielkovín. Potom musí byť materiál škrupiny úplne vysušený (napr. 60 º C pre 24h v rúre). Sušené škrupiny sú potom mleté (napr. pomocou kladiva), deproteinizované v alkalickom médiu (napr. NaOH pri conc. z 0,125 na 5,0 M), a demineralizované v kyseline (napr. zriedená kyselina chlorovodíková).
2) Ultrazvukový Deacetylation
Ak chcete spustiť typické ultrazvukové deacetylation reakcie, beta-chitin častice (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.), pozastavenie je prevedené na Double-murované sklo kadičky a je a sonicated pomocou Hielscher UP400St Ultrazvukový homogenizer. Nasledujúce parametre (porovnaj fiamingo et al. 2016) sú udržiavané konštantné pri vykonávaní ultrazvukovej chitín deacetylation reakcie: (i) ultrazvuková sonda (sonotrode Hielscher S24d22D, priemer hrotu = 22 mm); II) režim impulzov sonikácie (IP = 0,5 sec); III) ultrazvuková intenzita povrchu
(I = 52,6 W cm-2 minúty), (IV) Reakčná teplota (60 º C ± 1 º C), (v) reakčná doba (50 min), (VI) pomer beta-chitín hmotnosť/objem 40% (w/w) vodný hydroxid sodný (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1.); (VII) objem suspenzie beta-chitin (50mL).
Prvá reakcia prebieha na 50min pod konštantným magnetickým miešaním a potom sa preruší rýchlym ochladením suspenzie na 0 º C. Potom sa pridá zriedená kyselina chlorovodíková na dosiahnutie pH 8,5 a vzorka CHs1 sa izoluje filtráciou, extenzívne sa premyje deionizovanou vodou a vysušuje sa za okolitých podmienok. Keď sa rovnaké ultrazvukové deacetylation sa opakuje ako druhý krok k CHs1, produkuje vzorka CHs2.

Ultrazvukový deacetylation z chition na chitosan

Skenovanie elektrónovej mikroskopie (SEM) obrázky v zväčšenie 100 × a) Gladius, b) ultrazvuk-liečených Gladius, c) β-chitin, d) ultrazvuk-liečených β-chitin, a e) chitosan (Zdroj: preto et al. 2017)

Fiamingo et al. zistil, že Ultrazvukový deacetylation beta-chitin účinne produkuje vysokú molekulovú hmotnosť chitosan s nízkym stupňom acetylácia ani pomocou prísad, ani inertnej atmosféry, ani dlhé reakcie krát. Napriek tomu, že Ultrazvukový deacetylation reakcia sa vykonáva za miernejšie podmienky – t. j. nízka Reakčná teplota v porovnaní s väčšinou termochemických deacetylations. Ultrazvukový deacetylation beta-chitin umožňuje prípravu náhodne deacetylované chitosan vlastniť variabilný stupeň acetylácia (4% ≤ da ≤ 37%), vysoká hmotnosť priemerná molekulová hmotnosť (900 000 g mol-1. ≤ MW ≤ 1 200 000 g mol-1. ) a nízka dispervosť (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) vykonaním troch po sebe idúcich reakcií (50 min/Step) pri 60 º C.

Hielscher ultrazvukom vyrába high-výkon ultrasonicators pre sonochemical aplikácie.

Vysoko výkonové ultrazvukové procesory z laboratória do pilotného a priemyselného rozsahu.

Vysokovýkonné ultrazvukové systémy pre výrobu chitosan

UIP4000hdT-4 kilowattov Výkonný Ultrazvukový systém pre extrakciu a malaxxation extra panenského olivového olejaFragmentácia chitín a decetylation chitín na chitosan vyžaduje výkonné a spoľahlivé ultrazvukové zariadenia, ktoré môžu dodať vysoké amplitúdy, ponúka presnú kontrolovateľnosť nad parametre procesu a môžu byť prevádzkované 24/7 za ťažkých zaťažení a v náročných prostrediach. Hielscher Ultrasonics produktový rad vás a vaše požiadavky na proces vzťahuje. Hielscher ultrasonicators sú vysoko výkonné systémy, ktoré môžu byť vybavené príslušenstvom, ako sú sonotród, boostery, reaktorov alebo prietokové bunky, aby zodpovedali vašim potrebám procesu optimálnym spôsobom.
S digitálnym farebným displejom, možnosť prednastavených sonikácie beží, automatické zaznamenávanie dát na integrovanej SD kartu, diaľkové ovládanie prehliadača a mnoho ďalších funkcií, najvyššia kontrola procesov a užívateľsky prívetivosť sú zabezpečené. Spárované s robustnosťou a ťažkou nosnosť, Hielscher ultrazvukové systémy sú vaše spoľahlivé pracovné kone vo výrobe.
Chitin fragmentácia a deacetylation vyžaduje silný ultrazvuk získať cielenú konverziu a konečný produkt chitosan vysokej kvality. Zvlášť pre fragmentáciu chitín vločky, vysoké amplitúdy a zvýšené tlaky sú rozhodujúce. Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory ľahko dodávajú veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200 μm sa môžu nepretržite spúšťať v 24/7 prevádzke. Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Výkonové kapacity Hielscher ultrazvukové systémy umožňujú efektívne a rýchle deacetylation v bezpečnom a užívateľsky príjemný proces.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Ak chcete požiadať o dodatočné informácie o homogenizácii ultrazvukom, použite nižšie uvedený formulár. Radi Vám ponúkame ultrazvukový systém spĺňajúci Vaše požiadavky.









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Literatúra / Referencie

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita: R.N.:, bargan A., Vasile C. (2019): Chitosan-založené Bionanocomposite filmy pripravené emulziou technikou pre konzerváciu potravín. Materiály 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., De Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Extenzívne deacetylované vysoká molekulová hmotnosť chitosan z viacstupňovom Ultrazvuk-pomáhal deacetylation beta-chitin. Ultrasonics sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonochemicky-Asistovaná Konverzia Chitin na chitosan, USDA národná výskumná iniciatíva hlavné vyšetrovatelia stretnutia, New Orleans, LA, jún 28th.
  • Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): vplyv teploty počas deacetylácie chitín na chitosan s vysokou intenzitou ultrazvuku ako predbežná úprava, výročné zasadnutie inštitútu potravinárskych technológovia, New Orleans, La, Jún 30th, 95-18.
  • Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): vplyv High-intenzita ultrazvuk urýchliť konverziu chitín na chitosan, výročné zasadnutie inštitútu potravinárskych technológovia, New Orleans, La, jún 30th, 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 a jeho deriváty ako potenciálne biosorbents pre morský naftový olej. Výskum v oblasti životného prostredia a znečistenia (2017) 24:22932 – 22939.
  • Wijesena: R.N.:, Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Metóda pre zhora nadol príprava chitosan nanočastíc a nanovlákien. Polysacharidy 117, 2015. 731 – 738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Efektívne zníženie molekulovej hmotnosti chitosan pomocou ultrazvuku s vysokou intenzitou: základný mechanizmus a účinok parametrov spracovania. Časopis poľnohospodárstva a potravinárskej chémie 56 (13): 5112-5119.
  • Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Odpad z morských plodov: zdroj pre prípravu komerčne zamestnateľných chitín/chitosan materiálov. Bioresources a Bioprocessing 6/8, 2019.


Fakty stojí za to vedieť

Ako ultrazvukové Chitin Deactylation prácu?

Keď je vysoký výkon, nízkofrekvenčný ultrazvuk (napr. 20-26kHz) spojený do kvapaliny alebo kalu, striedavé vysokotlakové/nízkotlakové cykly sa aplikujú na kvapalinu vytvárajúce kompresiu a rarefaction. Počas týchto striedavých vysokotlakových/nízkotlakových cyklov sa vytvárajú malé vákuové bubliny, ktoré rastú v priebehu niekoľkých tlakových cyklov. V okamihu, keď vákuové bubliny nemôžu absorbovať viac energie, oni zrútenie násilne. Počas tejto bubliny implosion, lokálne veľmi intenzívne podmienky sa vyskytujú: vysoké teploty až 5000K, tlaky až 2000atm, veľmi vysoké vykurovanie/chladenie sadzby a tlakové diferenciály nastať. Vzhľadom k tomu, bublina kolaps dynamika je rýchlejší ako hmotnosť a prenos tepla, energia v rúhaní dutiny je obmedzená na veľmi malé zóny, tiež volal "hot spot". Imploze kavitácie bublina tiež vedie k mikroturbulencie, tekuté trysky až 280m/s rýchlosťou a Výsledné šmykovej sily. Tento jav je známy ako ultrazvukové alebo akustické kavitácie.
Kvapôčky a častice v sonicated kvapaliny sú zasiahnuté tie cavitational sily a keď zrýchlené častice zrazí so sebou, dostanú rozbil interparticle kolíziách kolízie. Akustická Kavitácia je pracovný princíp ultrazvukového frézovanie, rozptyľuje, emulsifikácia a sonochemistry.
Pre chitín deacetylation, High-intenzita ultrazvuku zvyšuje v povrchovej plochy aktiváciou povrchu a podporovať prenos hmoty medzi časticami a reagencie.

Chitosan

CHITOSAN je modifikovaný, katiónový, netoxický uhľohydrátový polymér so zložitou chemickou štruktúrou vytvoreným β-(1,4) glukosamín jednotkami ako jeho hlavná zložka (> 80%) a N-acetyl-glukozamínové jednotky (<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.

Výroba chitosan

Chitosan sa vyrába v dvojfázovom procese. V prvom kroku, suroviny, ako sú kôrovce škrupiny (tj krevety, krab, homár), je deproteinized, demineralizované a vyčistené na získanie chitín. V druhom kroku sa chitín lieči silnou základňou (napr. NaOH) na odstránenie acetyl bočných reťazcov s cieľom získať Chitosan. Proces konvenčnej produkcie CHITOSAN je známe, že je veľmi časovo náročné a nákladovo náročné.

chitín

Chitin (C8H13O5NN je jednoreťazový polymér β-1,4-N-acetylglukozamínu a je zaradený do α-, β-a γ-chitínu. Byť derivát glukózy, chitín je hlavnou zložkou exoskeletov článkonožcov, ako sú kôrovce a hmyz, radulae mäkkýšov, cefalopod zobáky, a váhy rýb a lissamphibians a možno nájsť v bunkových stenách húb, taky. Štruktúra chitín je porovnateľná s celulózou, tvoriť kryštalické nanofibrils alebo fóby. Celulóza je najviac bohatá polysacharidu na svete, nasleduje chitín ako druhý najhojnejší polysacharidu.

Glukosamín

Glukozamín (C6H13nie5) je amino cukor a dôležitým predchodcom v biochemickej syntéze glykozytených bielkovín a lipidov. Glukosamín je prirodzene bohatá zlúčenina, ktorá je súčasťou štruktúry oboch polysacharidov, chitosan, a chitín, čo robí glukosamín jeden z najhojnejších monosacharidov. Väčšina komerčne dostupných glukosamín je produkovaný hydrolýzou kôrovcov exoskeletons, tj krabov a homára škrupiny.
Glukosamín sa používa hlavne ako doplnok stravy, kde sa používa vo formách glukosamín sulfátu, glukosamín hydrochlorid alebo N-acetyl glukozamín. Glukosamín sulfát doplnky sú podávané perorálne liečiť bolestivý stav spôsobený zápalom, členenie a prípadné straty chrupavky (osteoartróza).