Ultrazvočni Deacetilacija chitin do chitosan
Ultrazvočni chitosan proizvodnja
Chitosan se pridobiva z N-deacetilacijo chitin. V konvencionalnih deacetilacijo, hitina je namočeno v vodnih alkalijskih topil (običajno 40 do 50% (w/w) NaOH). Proces namakanja zahteva visoke temperature 100 do 120 º c je zelo zamudno, medtem ko je donos hitosan, pridobljenega na namakanje korak, nizek. Uporaba visoke moči Ultrazvočna stopnjuje proces deacetilacije hitina bistveno in povzroči visok donos nizko molekulsko maso hitosan v hitro zdravljenje pri nižjih temperaturah. Ultrazvočni deacetilacija rezultati v vrhunsko kakovost hitosan, ki se uporablja kot živilo in Pharma sestavina, kot gnojilo in v mnogih drugih industrijskih aplikacij.
Ultrazvočni zdravljenje povzroči izjemno stopnjo acetilacije (da) hitina znižuje stopnjo acetilacije hitina od da ≥ 90 do hitosan z da ≤ 10.
Številne raziskovalne študije potrjujejo učinkovitost ultrazvočne hitina deacetilation na chitosan. Weiss J. et al. (2008) je ugotovila, da ultrazvoka izboljšuje pretvorbo hitina do hitosan drastično. Ultrazvočni zdravljenje hitina prihaja z znatnim prihranek časa zmanjšanje potrebnega časa procesa od 12-24 ur do nekaj ur. Poleg tega je potrebno manj topila za popolno pretvorbo, ki znižuje vpliv na okolje, da bi morali zavreči in zavreči neporabljeno ali nereagiralo topilo, t.j. koncentrirano NaOH.
Deacetilacija hitina za hitosan se spodbuja z ultrazvočno razbijanje
UIP4000hdT – 4kW moč ultrazvočni sistem
Delo načelo ultrazvočne chitosan zdravljenje
Vrhoven-sila, pritličen-pogostost ultrasonication (∼ 20-26kHz) zagnati krik in vik akustičen kavitacija v tekoč ter gnojar. Vrhoven-sila ultrazvok spodbuja pretvorbo hitina v hitosan kot topilo (npr. NaOH) fragmentes in prodre trdnih hitina delcev, s čimer se poveča površina in izboljšanje masovnega prenosa med trdno in tekočo fazo. Poleg tega visoke strižne sile ultrazvočne kavitacije ustvarjajo proste radikale, ki povečujejo reaktivnost reagenta (tj. NaOH) med hidrolizo. Kot netermična predelava tehnika, ultrazvoka preprečuje toplotno degradacijo, ki proizvajajo visoke kakovosti chitosan. Ultrazvočni skrajšajo čas predelave, potrebne za pridobivanje hitina iz rakov, kot tudi donos hitina (in tako kasneje chitosan) višje čistosti v primerjavi s tradicionalnimi pogoji predelave. Za proizvodnjo hitina in chitosan, ultrazvok tako ima potencial za zniževanje proizvodnih stroškov, skrajšati čas obdelave, omogočajo boljši nadzor nad proizvodnim procesom in zmanjšanje okoljskega vpliva procesnih odpadkov.
- Višji chitosan donos
- Vrhunska kakovost
- Skrajšani čas
- Temperatura spodnjega procesa
- Povečana učinkovitost
- enostavno & varno delovanje
- okolju prijazna
Ultrazvočni chitin Decetylation za chitosan – Protokol
1) pripravite chitin:
Uporaba rakovice lupine kot vir materiala, rakovice lupine je treba temeljito oprati, da se odstranijo vse topne organske in drži nečistoč, vključno s tlemi in beljakovinami. Nato mora biti material lupine popolnoma posušen (npr. pri 60 ° C za 24h v pečici). Posušene lupine se nato zmleti (npr. z uporabo kladiva), deproteinizirane v alkalnem mediju (npr. NaOH na conc. od 0,125 do 5,0 M) in demineralizirana v kislini (npr. Razredčena klorovodikova kislina).
2) ultrazvočni Deacetilacija
Če želite zagnati tipično ultrazvočno deacetilacijo reakcijo, beta-chitin delci (0,125 mm < D < 0.250 mm) so suspendirani v 40% (w/w) vodna NaOH v razmerju beta-chitin/NaOH vodna raztopina 1/10 (g mL-1) se suspenzija prenese v stekleno čašo z dvojno steno in je in sonificiran z uporabo Hielscher UP400St ultrazvočni homogenizator. Naslednji parametri (prim. fiamingo et al. 2016) so stalno pri opravljanju ultrazvočni hitina deacetilacijo reakcija: (i) Ultrazvočna sonda (sonotrode Hielscher S24d22D, premer konice = 22 mm); (ii) način za sonifikacijo impulzov (IP = 0,5 sec); (iii) Ultrazvočna intenzivnost površine
(I = 52,6 W cm-2), (IV) temperatura reakcije (60 º C ± 1 º C), (v) reakcijski čas (50 min), (vi) razmerje beta-chitin teža/prostornina 40% (m/m) vodni natrijev hidroksid (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (vii) prostornina suspenzije beta-chitin (50mL).
Prvi reakcijski izkupiček za 50min pod stalnim magnetnim mešanjem in se nato prekine s hitro ohlajanjem suspenzije na 0 º C. Nato se doda Razredčena klorovodikova kislina za doseganje pH 8,5 in vzorec CHs1 je izoliran s filtracijo, obširno opran z deionizirano vodo in posušen pri pogojih okolja. Ko se isti ultrazvočni deacetilacija ponovi kot drugi korak k CHs1, proizvaja vzorec CHs2.
Optično branje elektronskih mikroskopskih slik (sem) v povečavi 100 × a) gladius, b) ultrazvok obdelan gladius, c) β-chitin, d) ultrazvok-zdravljenih β-chitin, in e) hitosan (vir: Preto et al. 2017)
Fiamingo et al. je ugotovila, da ultrazvočni deacetilacija beta-chitin učinkovito proizvaja visoko molekulsko maso hitosan z nizko stopnjo acetilacije niti z dodatki niti inertne atmosfere niti dolgo reakcijske čase. Čeprav se ultrazvočni deacetilacijski reakcija izvaja pod blažji pogoji – tj. temperatura nizke reakcije v primerjavi z večino termokemičnih deacetilacij. Ultrazvočni deacetilacija beta-chitin omogoča pripravo naključno deacetiliranega hitosan, ki imajo spremenljivo stopnjo acetilacije (4% ≤ da ≤ 37%), visoke teže povprečna molekulska masa (900.000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) in nizka disperziteta (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) z izvajanjem treh zaporednih reakcij (50 min/korak) pri 60 º C.
Visoke moči ultrazvočni procesorji iz laboratorija v pilotno in industrijsko lestvico.
Visoko zmogljivih ultrazvočnih sistemov za chitosan proizvodnje
Razdrobljenost hitina in prevaro hitina za hitosan zahteva močne in zanesljive ultrazvočne opreme, ki lahko prinesejo visoke amplitude, ponuja natančno možnost nadzora nad parametri procesa in se lahko upravlja 24/7 pod težka obremenitev in v zahtevnih okoljih. Hielscher Ultrazvočna paleta izdelkov dobite in vaše zahteve procesa, zajetih. Hielscher ultrasonicators so visoko zmogljivih sistemov, ki so lahko opremljeni z dodatki, kot so sonotrodes, ojačevalci, reaktorji ali pretočne celice, da se ujemajo vaše potrebe procesa na optimalen način.
Z digitalnim prikazom barve, možnost za prednastavitev ultrazvoka teče, avtomatsko zapisovanje podatkov na integrirano kartico SD, daljinsko upravljanje brskalnika in še veliko več funkcij, najvišji proces nadzora in prijaznost do uporabnika so zagotovljene. Seznanjene z robustnostjo in težka nosilnost, Hielscher ultrazvočni sistemi so vaš zanesljiv delovni konj v proizvodnji.
Chitin razdrobljenost in deacetilacija zahteva močan ultrazvok za pridobitev ciljno pretvorbo in končni hitosan izdelek visoke kakovosti. Še posebej za razdrobljenost hitina kosmičev, visoke amplitude in povišane pritiske so ključnega pomena. Hielscher Ultrazvočna’ industrijski ultrazvočni procesorji enostavno dostaviti zelo visoko amplitudi. Amplitudi do 200 μm se lahko neprekinjeno izvajajo v 24/7 operaciji. Za še višje amplitude, prilagojene ultrazvočne sonotrodes so na voljo. Moč zmogljivosti Hielscher ultrazvočni sistemi omogočajo učinkovito in hitro deacetilacijo v varnem in uporabniku prijazen proces.
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:
| serija Volume | Pretok | Priporočena naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| ni podatkov | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| ni podatkov | večja | gruča UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!
Literatura / Reference
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): chitosan temelji Bionanocomposite filmov, pripravljenih s tehniko emulzije za konzerviranje hrane. Materiali 2019, 12 (3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk j., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Obsežno deacetilated visoke molekulske mase hitosan iz multistep ultrazvok-podprto deacetilacijo beta-chitin. Ultrazvočna Sonokemija 32, 2016. 79 – 85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonokemično podprto pretvorbo chitin v chitosan, USDA Nacionalni raziskovalni pobudi glavni preiskovalci srečanje, New Orleans, LA, junij 28th.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K. zivanovic, S., Weiss, J. (2008): vpliv temperature med deacetilacijo hitina v hitosan z visoko intenzivnostjo ultrazvoka kot predobdelava, letno srečanje inštituta za prehranske tehnologe, New Orleans, La, 30. junij, 95-18.
- Kjartansson, G., kristbergsson, K., zivanovic, S., Weiss, J. (2008): vpliv visoko intenzivnega ultrazvoka za pospešitev pretvorbe hitina v chitosan, letno srečanje inštituta za živilske tehnologi, New Orleans, La, junij 30th, 95-17.
- Preto MF, Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri MC, Abessa D.M.S., Romero AF, Bordon I.C. (2017): gladius in njegovi derivati kot potencialni biosorbents za morsko dizelsko olje. Raziskave o okoljski znanosti in onesnaževanju (2017) 24:22932 – 22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Metoda za zgornjo pripravo hitosan nanodelcev in nanovlaken. Ogljikovi hidrati polimeri 117, 2015. 731 – 738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Učinkovito zmanjšanje hitosan molekulske mase z visoko intenzivnostjo ultrazvok: osnovni mehanizem in učinek obdelave parametrov. Revija za kmetijsko in živilsko kemijo 56 (13): 5112-5119.
- Matej M.; Goswami P.; Paritosh K.; Andreja M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Odpadki iz morskih sadežev: vir za pripravo komercialno zaposljivih chitin/chitosan materialov. Bioresources in Bioprocessing 6/8, 2019.
Dejstva je treba vedeti
Kako ultrazvočni chitin Deactylation delo?
Ko je visoka moč, nizkofrekvenčni ultrazvok (npr. 20-26kHz) je vezana na tekočino ali gnojevko, izmenično Visokotlačni/Nizkotlačni ciklov se uporabljajo za tekočino ustvarjanje stiskanje in rarefaction. Med temi izmenično Visokotlačni/Nizkotlačni ciklov, so ustvarjeni majhni vakuumski mehurčki, ki rastejo v več tlačnih ciklov. Na točki, ko vakuumski mehurčki ne morejo absorbirati več energije, so collaps nasilno. Med tem mehurček Implozija, lokalno zelo intenzivne razmere se pojavijo: visoke temperature do 5000K, pritiski do 2000atm, zelo visoke stopnje ogrevanja/hlajenja in tlačne razlike pojavijo. Ker je mehurček kolaps dinamika hitrejši od mase in prenosa toplote, je energija v zrušiti votlini omejena na zelo majhno cono, imenovane tudi "vroče spot". Implozija za kavitacija mehurček tudi rezultate v microturbulences, tekoči curki do 280m/s hitrosti in posledičnih strižnih sil. Ta pojav je znan kot ultrazvočni ali akustični kavitacija.
Kapljice in delci v sonificiramo tekočino, ki so pod vplivom teh kavitacijski sil in ko pospešeni delci trčenju med seboj, so dobili razbili z interdelcev trčenja. Akustična kavitacija je delovno načelo ultrazvočno rezkanje, razprševanje, emulgiranje in Ultrazvočna kemija.
Za hitina deacetilacijo, visoko intenzivnost ultrazvok poveča na površini z aktiviranjem površine in spodbujanje masovnega prenosa med delci in reagent.
hitosan
Chitosan je modificiran, Kationski, nestrupen polimer ogljikovih hidratov s kompleksno kemijsko strukturo, ki jo tvorijo β-(1, 4) glukozamin enote kot glavno sestavino (>80%) in N-acetil glukozamin enot (<20%), naključno porazdeljeni vzdolž verige. Chitosan izhaja iz hitina skozi kemično ali encimsko deacetilacijo. Stopnja deacetilacije (da) določa vsebino prostih amino skupin v strukturi in se uporablja za razlikovanje med hitina in chitosan. Chitosan kaže dobro topnost v zmernih topilih, kot je razredčena ocetna kislina in ponuja več prostih aminskih skupin kot aktivna mesta. To je hitosan prednost pred hitina v številnih kemičnih reakcij.
Chitosan se vrednoti za odlično biokompatibilnost in biorazgradljivost, NETOKSIČNOST, dobro protimikrobno aktivnost (proti bakterijam in glivam), neprepustnost kisika in lastnosti filmske tvorbe. V nasprotju z chitin, hitosan je prednost, da so v vodi topen in s tem lažje ravnanje in uporabo v formulacijah.
Kot drugi najbolj obilno polisaharid po celulozi, veliko obilje hitina omogoča poceni in trajnostno surovino.
Chitosan proizvodnja
Chitosan se proizvaja v dveh korakih procesa. V prvem koraku, surovina, kot so rakov lupine (tj. kozice, rakovice, jastog), je deproteinized, demineralizirana in prečiščena pridobiti chitin. V drugem koraku se hitina zdravi z močno osnovo (npr. NaOH), da bi odstranili acetil stranske verige, da bi dobili chitosan. Proces konvencionalnega hitosan proizvodnje je znano, da je zelo zamudno in stroškovno intenzivno.
hitina
Chitin (C8.H13O5NN je hetero-verižni polimer β-1, 4-N-acetilglukozamina in je razvrščen v α-, β-in γ-chitin. Biti derivat glukoze, hitina je glavna sestavina eksoskelonov členonožcev, kot so raki in žuželke, radulae školjk, glavonožcev in lestvice rib in lissamphibians in jih je mogoče najti v celičnih stenah v glivah, preveč. Struktura hitina je primerljiva s celulozo, ki tvorijo kristalinične nanofibrils ali Whiskers. Celuloza je najbolj bogat polisaharid na svetu, čemur sledi hitina kot drugi najbolj bogat polisaharid.
Glukozamin
Glukozamin (C6H13NE5) je amino sladkor in pomemben predhodnik biokemične sinteze glikokoziliranih beljakovin in lipidov. Glukozamin je seveda obilno spojina, ki je del strukture obeh polisaharidov, chitosan, in chitin, zaradi česar glukozamin eden od najbolj obilne monosaccharides. Večina komercialno razpoložljive glukozamin se proizvaja s hidrolizo rakov eksoskelonov, to je rakovice in jastog lupine.
Glukozamin se uporablja predvsem kot prehransko dopolnilo, kjer se uporablja v obliki glukozamin sulfata, glukozaminijevega klorida ali N-acetil glukozamina. Glukozamin sulfat dopolnila se dajejo peroralno za zdravljenje boleče stanje, ki ga povzroča vnetje, razčlenitev in morebitno izgubo hrustanca (osteoartritis).