Prodhimi i kitinës dhe kitosanit nga kërpudhat

Ultratingulli është një metodë shumë efikase për lirimin e kitinës dhe kitozanit nga burime kërpudhore si kërpudhat. Kitina dhe kitozani duhet të deacetilohen në përpunimin e rrjedhës së poshtme në mënyrë që të përftohet një biopolimer me cilësi të lartë. Deacetilimi i asistuar me ultratinguj është një teknikë shumë efikase, e thjeshtë dhe e shpejtë, e cila rezulton në kitozanë me cilësi të lartë me peshë të lartë molekulare dhe biodisponibilitet superior.

Chitin dhe Chitosan nga Mushrooms

Kërpudhat ushqimore dhe medicinale si Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi ose reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (kërpudha me butona), Hericium erinaceus (kriva e luanit), Cordyceps sinensis (grindoja frutore), pula e drurit), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, bishti i gjelit) dhe shumë lloje të tjera të kërpudhave përdoren gjerësisht si ushqim dhe për nxjerrjen e përbërjeve bioaktive. Këto kërpudha si dhe mbetjet e përpunimit (mbeturinat e kërpudhave) mund të përdoren për të prodhuar kitozan. Ultratingulli jo vetëm që promovon lirimin e kitinës nga struktura e murit qelizor të kërpudhave, por gjithashtu drejton shndërrimin e chitionit në kitozan të vlefshëm nëpërmjet depolimerizimit tejzanor.

Deacetilimi ultrasonik i kitinës deri në chitosan

Deacetilimi i kitinës në kitosan promovohet me anë të zërit

Kërkesë informacioni





Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ultratingulli përdoret për nxjerrjen e kitinës nga kërpudhat. Për më tepër, ekografia promovon deacetilimin e kitinës për të marrë kitozan.

Ultratingulli është një metodë e shpejtë dhe e butë ekstraktimi për të prodhuar ekstrakt kërpudhash me cilësi të lartë. Në video, një UP400St përdoret për nxjerrjen e polisaharideve nga kërpudhat e ngrënshme.

Nxjerrja e kërpudhave të ftohta duke përdorur UP400St me sondë 22 mm

chitin, i cili është një polimer N-acetilglucosamine (poli-(β-(1-4)-N-acetil-D-glucosamine), është një polisaharid natyral që gjendet gjerësisht në ekzoskeletin e jovertebrorëve si krustacet dhe insektet, skeletin e brendshëm e kallamarëve dhe sepjeve si dhe në muret qelizore të kërpudhave. E përfshirë në strukturën e mureve qelizore të kërpudhave, kitina është përgjegjëse për formën dhe ngurtësinë e murit qelizor të kërpudhave. Për shumë aplikime, kitina shndërrohet në derivatin e saj të deacetiluar, i njohur si kitosan nëpërmjet një procesi depolimerizimi.
chitosan është derivati më i zakonshëm dhe më i vlefshëm i kitinës. Është një polisaharid me peshë të lartë molekulare i lidhur nga b-1,4 glikozid, i përbërë nga N-acetil-glukozamina dhe glukozamina.
Kitozani mund të merret përmes kimikateve ose enzimave n-deacetilimi. Në procesin e deacetilimit të drejtuar kimikisht, grupi acetil (R-NHCOCH3) shkëputet nga alkali i fortë në temperatura të larta. Përndryshe, kitozani mund të sintetizohet nëpërmjet deacetilimit enzimatik. Megjithatë, në shkallën e prodhimit industrial deacetilimi kimik është teknika e preferuar, pasi deacetilimi enzimatik është dukshëm më pak efikas për shkak të kostos së lartë të enzimeve të deacetilazës dhe rendimenteve të ulëta të kitozanit. Ultratingulli përdoret për të intensifikuar degradimin kimik të lidhjes (1→4)-/β (depolimerizimi) dhe efekti i deacetilimit të kitinës për të marrë kitozan me cilësi të lartë. Kur sonikacioni aplikohet si para-trajtim për deacetilimin enzimatik, rendimenti dhe cilësia e kitozanit përmirësohen gjithashtu.

Prodhimi Industrial Kitosan nga Kërpudha me Ultratinguj

Prodhimi komercial i kitinës dhe kitozanit bazohet kryesisht në mbetjet e industrive detare (p.sh. peshkimi, vjelja e guaskës etj.). Burime të ndryshme të lëndës së parë rezultojnë në cilësi të ndryshme të kitinës dhe kitozanit, si rezultat i luhatjeve të prodhimit dhe cilësisë për shkak të variacioneve sezonale të peshkimit. Për më tepër, kitozani që rrjedh nga burimet kërpudhore ofron veti të raportuara superiore si gjatësia homogjene e polimerit dhe tretshmëri më e madhe kur krahasohet me kitozanin nga burimet detare. (krh. Ghormade et al., 2017) Për të furnizuar chitosan uniforme, nxjerrja e kitinës nga speciet mykotike është bërë një prodhim alternativ i qëndrueshëm. Prodhimi i kitinës dhe citiozanit nga kërpudhat mund të arrihet lehtësisht dhe i besueshëm duke përdorur teknologjinë e nxjerrjes dhe deacetilimit me ultratinguj. Sonicizimi intensiv prish strukturat qelizore për të çliruar kitinën dhe nxit transferimin e masës në tretës ujorë për rendimente superiore të kitinës dhe efikasitet të nxjerrjes. Deacetilimi i mëpasshëm me ultratinguj e konverton kitinën në kitozan të vlefshëm. Të dyja, nxjerrja tejzanor e kitinës dhe deacetilimi në kitosan mund të shkallëzohen në mënyrë lineare në çdo nivel prodhimi tregtar.

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

Sonication intensifikon prodhimin e kitozanit mykotik dhe e bën prodhimin më efikas dhe ekonomik.
(foto dhe studim: © Zhu et al., 2019)

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

ultrasonicator UP400St për nxjerrjen e kërpudhave: Sonicizimi jep rendiment të lartë të komponimeve bioaktive si polisaharidet kitin dhe kitozan

Sintezë shumë efikase e chitosanit nëpërmjet sonication

Për të kapërcyer të metat (d.m.th., efikasiteti i ulët, kostoja e lartë e energjisë, koha e gjatë e përpunimit, tretësit toksikë) të deacitimit tradicional kimik dhe enzimatik të kitinës, ultratingulli me intensitet të lartë është integruar në përpunimin e kitinës dhe kitozanit. Sonicizimi me intensitet të lartë dhe efektet rezultuese të kavitacionit akustik çojnë në një prerje të shpejtë të zinxhirëve të polimerit dhe reduktojnë polidispersitetin, duke nxitur kështu sintezën e kitozanit. Për më tepër, forcat e prerjes tejzanor intensifikojnë transferimin e masës në tretësirë në mënyrë që reagimi kimik, hidrolitik ose enzimatik të përmirësohet.

Deacetilimi dhe depolimerizimi kimik me ndihmën e ultrazërit

Meqenëse kitina është një biopolimer jo reaktiv dhe i patretshëm, ajo duhet t'i nënshtrohet hapave të procesit të demineralizimit, deproteinizimit dhe depolimerizimit/deacetilimit në mënyrë që të përftohet kitozani i tretshëm dhe i bioaksesueshëm. Këto hapa të procesit përfshijnë trajtime me acide të forta si HCl dhe baza të forta si NaOH dhe KOH. Meqenëse këto hapa të zakonshëm të procesit janë joefikas, të ngadaltë dhe kërkojnë energji të larta, intensifikimi i procesit me anë të sonikacionit përmirëson ndjeshëm prodhimin e kitozanit. Aplikimi i ultrazërit të fuqisë rrit rendimentin dhe cilësinë e kitozanit, zvogëlon procesin nga ditë në disa orë, lejon tretës më të butë dhe e bën të gjithë procesin më efikas në energji.

Deproteinizimi i përmirësuar në mënyrë tejzanor i kitinës

Vallejo-Dominguez et al. (2021) zbuluan në hetimin e tyre për deproteinizimin e kitinës se "aplikimi i ultrazërit për prodhimin e biopolimerëve reduktoi përmbajtjen e proteinave si dhe madhësinë e grimcave të kitinës. Kitozani i shkallës së lartë të deacetilimit dhe peshës molekulare të mesme u prodhua përmes asistencës me ultratinguj.

Hidroliza tejzanor për depolimerizimin e kitinës

Për hidrolizën kimike, ose acidet ose alkalet përdoren për të deacetiluar kitinën, megjithatë deacetilimi alkal (p.sh., hidroksidi i natriumit NaOH) përdoret më gjerësisht. Hidroliza e acidit është një metodë alternative ndaj deacetilimit kimik tradicional, ku solucionet e acidit organik përdoren për të depolimerizuar kitinën dhe kitozanin. Metoda e hidrolizës së acidit përdoret kryesisht kur pesha molekulare e kitinës dhe kitozanit duhet të jetë homogjene. Ky proces konvencional i hidrolizës njihet si i ngadalshëm dhe me energji dhe kosto intensive. Kërkesat për acide të forta, temperaturat dhe presionet e larta janë faktorë që e kthejnë procesin hidrolitik të kitozanit në një procedurë shumë të shtrenjtë dhe që kërkon shumë kohë. Acidet e përdorura kërkojnë procese në rrjedhën e poshtme si neutralizimi dhe shkripëzimi.
Me integrimin e ultrazërit me fuqi të lartë në procesin e hidrolizës, kërkesat për temperaturë dhe presion për ndarjen hidrolitike të kitinës dhe kitozanit mund të ulen ndjeshëm. Për më tepër, sonikimi lejon përqendrime më të ulëta të acidit ose përdorimin e acideve më të buta. Kjo e bën procesin më të qëndrueshëm, efikas, me kosto efektive dhe më miqësor ndaj mjedisit.

Deacetilimi kimik i asistuar me ultratinguj

Shpërbërja kimike dhe deakteilimi i kitinës dhe kitozanit arrihet kryesisht duke trajtuar kitinën ose kitozanin me acide minerale (p.sh. acid klorhidrik HCl), nitrit natriumi (NaNO2), ose peroksid hidrogjeni (H2O2). Ultratingulli përmirëson shkallën e deacetilimit duke shkurtuar kështu kohën e reagimit të kërkuar për të marrë shkallën e synuar të deacetilimit. Kjo do të thotë se sonication redukton kohën e nevojshme të përpunimit prej 12-24 orë në disa orë. Për më tepër, sonikimi lejon përqendrime kimike dukshëm më të ulëta, për shembull 40% (w/w) hidroksid natriumi duke përdorur sonication ndërsa 65% (w/w) kërkohen pa përdorimin e ultrazërit.

Deacetilimi tejzanor-enzimatik

Përderisa deacetilimi enzimatik është një formë përpunimi e butë, beninje për mjedisin, efikasiteti dhe kostot e tij janë joekonomike. Për shkak të izolimit kompleks, intensiv të punës dhe të shtrenjtë në rrjedhën e poshtme dhe pastrimit të enzimave nga produkti përfundimtar, deacetilimi enzimatik i kitinës nuk zbatohet në prodhimin komercial, por përdoret vetëm në laboratorin e kërkimit shkencor.
Trajtimi paraprak me ultratinguj përpara deacelitimit enzimatik copëton molekulat e kitinës duke zgjeruar kështu sipërfaqen dhe duke bërë më shumë sipërfaqe të disponueshme për enzimat. Sonicizimi me performancë të lartë ndihmon në përmirësimin e deacetilimit enzimatik dhe e bën procesin më ekonomik.

Rezultatet e Kërkimit për Kitin tejzanor dhe Deacetilimin Kitosan

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Zhu et al. (2018) konkludojnë në studimin e tyre se deacetilimi tejzanor ka rezultuar të jetë një zbulim thelbësor, duke shndërruar β-kitinën në kitozan me 83-94% deacetilim në temperatura të reduktuara të reagimit. Figura majtas tregon një imazh SEM të kitozanit të deacetiluar me ultratinguj (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (foto dhe studim: © Zhu et al., 2018)
Në protokollin e tyre, tretësira NaOH (20 w/v %) u përgatit duke tretur thekon NaOH në ujë DI. Zgjidhja e alkalit u shtua më pas në sedimentin GLSP (0.5 g) në një raport të ngurtë-lëng 1:20 (g: mL) në një tub centrifuge. Kitozani iu shtua NaCl (40 mL, 0.2 M) dhe acidit acetik (0.1 M) në një raport vëllimi tretësirë 1:1. Pezullimi iu nënshtrua më pas ultrazërit në një temperaturë të butë prej 25°C për 60 minuta duke përdorur një ultrasonikë të tipit sondë (250W, 20 kHz). (krh Zhu et al., 2018)
Pandit etj. (2021) zbuloi se shkalla e degradimit për solucionet e kitozanit ndikohet rrallë nga përqendrimet e acidit të përdorur për të tretur polimerin dhe varet kryesisht nga temperatura, intensiteti i valëve ultratinguj dhe forca jonike e medias së përdorur për të shpërndarë polimerin. (krh. Pandit et al., 2021)

Në një studim tjetër, Zhu et al. (2019) përdori pluhurat e spores Ganoderma lucidum si lëndë e parë kërpudhore dhe hetoi deacetilimin me ndihmën e ultrazërit dhe efektet e parametrave të përpunimit si koha e sonikimit, raporti i ngurtë ndaj lëngut, përqendrimi i NaOH dhe fuqia e rrezatimit në shkallën e deacetilimit (DD) e kitosanit. Vlera më e lartë e DD është marrë në parametrat e mëposhtëm tejzanor: 20 min sonikacion në 80W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Morfologjia e sipërfaqes, grupet kimike, stabiliteti termik dhe kristaliniteti i kitozanit të marrë në mënyrë ultrasonike u ekzaminuan duke përdorur SEM, FTIR, TG dhe XRD. Ekipi hulumtues raporton një rritje të konsiderueshme të shkallës së deacetilimit (DD), viskozitetit dinamik ([η]) dhe peshës molekulare (Mv¯) të kitozanit të prodhuar me ultratinguj. Rezultatet nënvizuan teknikën e deacetilimit me ultratinguj të kërpudhave, një metodë shumë e fuqishme e prodhimit të kitosanit, e cila është e përshtatshme për aplikime biomjekësore. (krh. Zhu et al., 2019)

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

Imazhet SEM të kitinave dhe kitosaneve nga dy lloje kërpudhash: a) Kitin nga L. vellereus; b) Kitin nga P. ribis; c) Chitosan nga L.vellereus; d) kitozan nga P. ribis.
foto dhe studim: © Erdoğan et al., 2017

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

Reaktor tejzanor me Sonda e ultrazërit 2000 W (sonotrode) për nxjerrjen e kitinës nga kërpudhat dhe depolimerizimin/deacetilimin pasues

Kërkesë informacioni





Cilësi superiore Chitosan me Deacetilim tejzanor

Proceset e nxjerrjes dhe depolimerizimit të kitinës/kitozanit, të drejtuara nga ultratingulli, janë saktësisht të kontrollueshme dhe parametrat e procesit tejzanor mund të përshtaten me lëndët e para dhe cilësinë e synuar të produktit përfundimtar (p.sh. pesha molekulare, shkalla e deacetilimit). Kjo lejon përshtatjen e procesit të ultrazërit me faktorët e jashtëm dhe vendosjen e parametrave optimalë për rezultat dhe efikasitet më të lartë.
Kitozani i deacetiluar me ultratinguj tregon biodisponibilitet dhe biokompatibilitet të shkëlqyer. Kur biopolimerët e kitozanit të përgatitur në mënyrë ultrasonike krahasohen me kitozanin e përftuar termikisht për sa i përket vetive biomjekësore, kitozani i prodhuar në mënyrë ultrasonike shfaq qëndrueshmëri të përmirësuar ndjeshëm të fibroblastit (qeliza L929) dhe aktivitet antibakterial të përmirësuar si për Escherichia coli (E. coli) ashtu edhe për Staphylococcus aureus (S. aureus).
(krh. Zhu et al., 2018)

Si funksionon nxjerrja tejzanor dhe deacetilimi i kitinës?

Kur valët e ultrazërit të fuqisë bashkohen në një lëng ose llum (p.sh. një suspension i përbërë nga kitin në një tretës), valët ultrasonike udhëtojnë nëpër lëng duke shkaktuar cikle të alternuara presioni të lartë / presion të ulët. Gjatë cikleve me presion të ulët krijohen flluska të vogla vakumi (të ashtuquajturat flluska të kavitacionit), të cilat rriten gjatë disa cikleve të presionit. Në një madhësi të caktuar, kur flluskat nuk mund të thithin më shumë energji, ato shpërthejnë dhunshëm gjatë një cikli me presion të lartë. Shpërthimi i flluskës karakterizohet nga forca intensive kavitacionale (ose sonomekanike). Këto kushte sonomekanike ndodhin lokalisht në pikën e nxehtë kavitacionale dhe karakterizohen nga temperatura dhe presione shumë të larta deri në 4000K dhe 1000atm, respektivisht; si dhe diferencat përkatëse të temperaturës dhe presionit të lartë. Për më tepër, gjenerohen mikroturbulenca dhe rrjedha të lëngshme me shpejtësi deri në 100 m/s. Nxjerrja me ultratinguj e kitinës dhe kitozanit nga kërpudhat dhe krustacet, si dhe depolimerizimi dhe deacetilimi i kitinës shkaktohen kryesisht nga efektet sonomekanike: agjitacioni dhe turbulencat prishin qelizat dhe nxisin transferimin e masës dhe gjithashtu mund të shkurtojnë zinxhirët e polimerit në kombinim me tretës acidë ose alkaline.
Parimi i punës së nxjerrjes së kitinës përmes ultrazërit: Nxjerrja me ultratinguj thyen në mënyrë efikase strukturën qelizore të kërpudhave dhe liron përbërjet ndërqelizore nga muri qelizor dhe brendësia e qelizës (d.m.th., polisakaridet si kitina dhe kitozani dhe fitokemikale të tjera bioaktive) në tretës. Ekstraktimi me ultratinguj bazohet në parimin e punës së kavitacionit akustik. Efektet e kavitacionit tejzanor/akustik janë forcat me prerje të lartë, turbulencat dhe diferencat e presionit intensiv. Këto forca sonomekanike thyejnë strukturat qelizore të tilla si muret qelizore të kërpudhave kitinoze, nxisin transferimin e masës midis biomaterialit të kërpudhave dhe tretësit dhe rezultojnë në rendimente shumë të larta të ekstraktit brenda një procesi të shpejtë. Për më tepër, sonikacioni nxit sterilizimin e ekstrakteve duke vrarë bakteret dhe mikrobet. Inaktivizimi mikrobik nga sonikimi është rezultat i forcave kavitacionale shkatërruese në membranën qelizore, prodhimit të radikaleve të lira dhe ngrohjes së lokalizuar.
Parimi i punës i depolimerizimit dhe deacetilimit nëpërmjet ultrazërit: Zinxhirët e polimerit janë kapur në fushën e prerjes rreth një flluskë dhe segmentet e zinxhirit të spirales polimer pranë një zgavër në kolaps do të lëvizin me një shpejtësi më të lartë se ato më larg. Më pas, sforcimet prodhohen në zinxhirin e polimerit për shkak të lëvizjes relative të segmenteve të polimerit dhe tretësve dhe këto janë të mjaftueshme për të shkaktuar ndarje. Kështu, procesi është i ngjashëm me efektet e tjera prerëse në tretësirat e polimerit ~2° dhe jep rezultate shumë të ngjashme. (krh. Price et al., 1994)

Kërkesë informacioni





Pajisje tejzanor me performancë të lartë për përpunimin e kitinës kërpudhore dhe kitosanit

Deacetilimi ultrasonik i chition për chitosan

Imazhet e mikroskopisë së elektroneve (SEM) të skanimit në një zmadhim prej 100 × të a) gladius, b) gladius të trajtuar me ultratinguj, c) β-chitin, d) β-chitin të trajtuar me ultratinguj, dhe e) chitosan (burimi: Preto et al. . 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiFragmentimi i kitinës dhe decetilimi i kitinës në kitosan kërkon pajisje të fuqishme dhe të besueshme tejzanor që mund të japin amplituda të larta, ofrojnë kontrollueshmëri të saktë mbi parametrat e procesit dhe mund të operohen 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese. Gama e produkteve të Hielscher Ultrasonics i përmbush këto kërkesa në mënyrë të besueshme. Përveç performancës së jashtëzakonshme të ultrazërit, ultrasonikët Hielscher mburren me efikasitet të lartë të energjisë, gjë që është një avantazh i rëndësishëm ekonomik – veçanërisht kur përdoret në prodhim komercial në shkallë të gjerë.
Ultrasonikët Hielscher janë sisteme me performancë të lartë që mund të pajisen me pajisje të tilla si sonotrode, përforcues, reaktorë ose qeliza rrjedhëse në mënyrë që të përputhen me nevojat tuaja të procesit në një mënyrë optimale. Me ekranin dixhital me ngjyra, sigurohet opsioni për të paracaktuar ekzekutimet e tingullit, regjistrimi automatik i të dhënave në një kartë SD të integruar, kontrolli në distancë i shfletuesit dhe shumë veçori të tjera, kontrolli më i lartë i procesit dhe lehtësia e përdorimit. Të kombinuara me qëndrueshmërinë dhe kapacitetin e rëndë të ngarkesës, sistemet tejzanor Hielscher janë kali juaj i besueshëm i punës në prodhim. Fragmentimi dhe deacetilimi i kitinës kërkon ultratinguj të fuqishëm për të marrë konvertimin e synuar dhe një produkt përfundimtar të kitozanit me cilësi të lartë. Veçanërisht për fragmentimin e thekoneve të kitinës dhe hapat e depolimerizimit/deacetilimit, amplituda të larta dhe presione të ngritura janë vendimtare. Procesorët industrialë ultrasonikë të Hielscher Ultrasonics ofrojnë lehtësisht amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të funksionojë vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara. Kapaciteti i fuqisë së sistemeve tejzanor Hielscher mundëson deacetilim efikas dhe të shpejtë në një proces të sigurt dhe miqësor për përdoruesit.
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë:

Vëllimi i Serisë Shkalla e rrjedhjes Devices rekomanduara
1 deri 500mL 10 deri 200mL / min UP100H
10 deri në 2000 ml 20 deri 400mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 deri në 20L 0.2 deri në 4L / min UIP2000hdT
10 deri në 100L 2 deri në 10L / min UIP4000hdT
na 10 deri në 100L / min UIP16000
na më e madhe grup i UIP16000

Na kontaktoni! / Pyet Na!

Pyesni për më shumë informacion

Ju lutemi përdorni formularin më poshtë për të kërkuar informacione shtesë në lidhje me procesorët tejzanor, aplikacionet dhe çmimin. Ne do të jemi të lumtur të diskutojmë procesin tuaj me ju dhe t'ju ofrojmë një sistem tejzanor që plotëson kërkesat tuaja!









Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


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

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikacioneve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.



Literatura / Referencat


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 prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratormadhësia industriale.