Chitosan Için Chitin Ultrasonik Deasetilasyonu
Ultrasonik Chitosan Üretimi
Chitosan, kitinin N-deasetilasyon ile elde edilir. Konvansiyonel deasetilasyonda, kitin sulu alkali çözücülerle ıslatılır (genellikle @-50 (w/w) NaOH). Islatma işlemi 100 ila 120ºC yüksek sıcaklıklar gerektirir çok zaman alıcı iken, ıslatma adımı başına elde edilen chitosan verimi düşüktür. Yüksek güçlü ultrasonik uygulama önemli ölçüde chitin deasetilasyon sürecini yoğunlaştırır ve düşük sıcaklıkta hızlı bir tedavi düşük molekül ağırlıklı chitosan yüksek verim ile sonuçlanır. Ultrasonik deasetilasyon, gıda ve ilaç maddesi olarak kullanılan üstün kaliteli chitosan, gübre ve diğer birçok endüstriyel uygulamalarda sonuçlanır.
Ultrasonik tedavi, da≥90'dan DA≤10 ile chitosan'a kadar asetilasyon kitin derecesini düşüren olağanüstü derecede asetilasyon (DA) ile sonuçlanır.
Birçok araştırma çalışmaları chitosan ultrasonik kitin deacetylation etkinliğini onaylamak. Weiss J. ve ark. (2008) sonication büyük ölçüde chitosan için chitin dönüşüm geliştirir bulundu. Chitin ultrasonik tedavi birkaç saat için 12-24 saat gerekli işlem süresini azaltarak önemli zaman tasarrufu ile birlikte gelir. Ayrıca, harcanan veya tepkiverilmemiş çözücü, yani konsantre NaOH atmak ve bertaraf etmek zorunda çevresel etkisini düşürür tam bir dönüşüm elde etmek için daha az çözücü gereklidir.
Chitosan için chitin Deacetylation sonication tarafından teşvik edilir
Uıp4000hdt – 4kW güç ultrasonik sistem
Ultrasonik Chitosan Tedavisi Çalışma Prensibi
Yüksek güçlü, düşük frekanslı ultrasonication (20-26kHz) sıvı ve bulamaç akustik kavitasyon oluşturur. Yüksek güçlü ultrason, kitinin kitosan'a dönüştürülmesini çözücü (örneğin, NaOH) olarak parçalar ve katı kromin parçacıklarına nüfuz ederek yüzey alanını genişleterek katı ve sıvı faz arasındaki kütle transferini geliştirir. Ayrıca, ultrasonik kavitasyon yüksek kesme kuvvetleri hidroliz sırasında reaktif reaktivitesini artırmak serbest radikaller oluşturmak (yani NaOH). Termal olmayan bir işleme tekniği olarak, sonication yüksek kaliteli chitosan üreten termal bozulmaönler. Ultrasonik kısaltmak işleme süreleri kabuklulardan chitin ayıklamak için gerekli yanı sıra geleneksel işleme koşullarına göre daha yüksek saflıkta chitin verim (ve böylece daha sonra chitosan). Chitin ve chitosan üretimi için, ultrason böylece üretim maliyetini düşürmek, işlem süresini azaltmak, üretim sürecinin daha iyi kontrol için izin ve proses atık çevresel etkisini azaltmak potansiyeline sahiptir.
- Yüksek Chitosan Verimi
- Üstün kalite
- Azaltılmış Zaman
- Daha Düşük Proses Sıcaklığı
- Artan Verimlilik
- Kolay & Güvenli operasyon
- Çevre dostu
Chitosan ultrasonik Chitin Decetylation için – Protokol
1) Chitin hazırlamak:
Kaynak madde olarak yengeç kabukları kullanarak, yengeç kabukları iyice toprak ve protein de dahil olmak üzere herhangi bir çözünür organik ve yapışma kirleri kaldırmak için yıkanmalıdır. Daha sonra, kabuk malzemesi tamamen kurutulmalıdır (örn. 60ºC'de bir fırında 24 saat boyunca). Kurutulmuş kabuklar daha sonra öğütülmüş (örn. çekiç değirmeni kullanmak), alkali bir ortamda deproteinize edilir (örn. 0,125 ila 5,0 M'lik bir eksikte NaOH) ve asitte demineralize edilir (örn. hidroklorik asit seyreltilir).
2) Ultrasonik Deasetilasyon
Tipik bir ultrasonik deasetilyon reaksiyonu çalıştırmak için, beta-kitin parçacıkları (0.125 mm < D < 0.250 mm) 1/10 oranında beta-chitin/NaOH sulu çözeltisi @ (w/w) sulu NaOH'da askıya alınır (g mL-1), süspansiyon bir çift duvarlı cam kabına aktarılır ve bir Hielscher kullanılarak sonicated UP400St ultrasonik homogenizer. Aşağıdaki parametreler (cf. Fiamingo ve ark. 2016) ultrasonik kitin deasetilasyon reaksiyonu gerçekleştirirken sabit tutulur: (i) ultrasonik prob (sonotrode Hielscher S24d22D, uç çapı = 22 mm); (ii) sonication darbe modu (IP = 0.5sec); (iii) ultrasonik yüzey yoğunluğu
(I = 52,6 W cm-2), (iv) reaksiyon sıcaklığı (60ºC ±1ºC), (v) reaksiyon süresi (50 dk), (vi) oranı beta-kitin ağırlık/hacim @ (w/w) sulu sodyum hidroksit (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (vii) beta-chitin süspansiyon hacmi (50mL).
İlk reaksiyon sabit manyetik karıştırma altında 50min için devam eder ve daha sonra hızlı bir şekilde 0ºC süspansiyon soğutma tarafından kesilir. Daha sonra seyreltik hidroklorik asit pH 8.5 ulaşmak için eklenir ve örnek CHs1 filtrasyon ile izole edilir, yoğun deiyonize su ile yıkanır ve ortam koşullarında kurutulur. Aynı ultrasonik deacetylation CHs1 için ikinci bir adım olarak tekrarlandığında, örnek CHs2 üretir.
100× büyütmede elektron mikroskobu (SEM) görüntülerinin taranması) gladius, b) ultrasonla tedavi edilen gladius, c) β-chitin, d) ultrasonla tedavi edilen β-chitin ve e) chitosan (kaynak: Preto et al. 2017)
Fiamingo ve ark. beta-chitin ultrasonik deasetilasyonu verimli ne katkı maddeleri ne de inert atmosfer ne de uzun reaksiyon süreleri kullanarak asetilasyon düşük derecede yüksek molekül ağırlıklı chitosan üretir bulundu. Ultrasonik deasetilasyon reaksiyonu daha hafif koşullarda gerçekleştirilse de – yani çoğu termokimyasal deacetylations ile karşılaştırıldığında düşük reaksiyon sıcaklığı. Beta-chitin ultrasonik deasetilasyonu rasgele deasetilat chitosan asetilasi değişken derecesine sahip hazırlanması sağlar (4% ≤ DA ≤ 37%), yüksek ağırlık ortalama molekül ağırlığı (900.000 g mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) ve düşük dağılım (1.3 ≤ Ð ≤ 1.4) 60ºC'de art arda üç reaksiyon (50 dk/adım) gerçekleştirerek.
Laboratuvardan pilot ve endüstriyel ölçekte yüksek güç ultrasonik işlemciler.
Chitosan Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonik Sistemler
Şitosan için chitin parçalanması ve chitosan için chitin yavaşlaması yüksek genlikler sunabilir güçlü ve güvenilir ultrasonik ekipman gerektirir, süreç parametreleri üzerinde hassas kontrol sağlar ve ağır yük altında 7/24 çalıştırılabilir ve zorlu ortamlarda. Hielscher Ultrasonics ürün yelpazesi ve süreç gereksinimleri kaplı olsun. Hielscher ultrasonicators en uygun şekilde süreç ihtiyaçlarını karşılamak için sonotrodes, güçlendiriciler, reaktörler veya akış hücreleri gibi aksesuarlar ile donatılmış olabilir yüksek performanslı sistemlerdir.
Dijital renkli ekran ile, önceden ayarlanmış sonication çalışır seçeneği, entegre bir SD kart otomatik veri kaydı, uzaktan tarayıcı kontrolü ve daha birçok özellik, en yüksek işlem kontrolü ve kullanıcı dostu sağlanır. Sağlamlık ve ağır yük taşıma kapasitesi ile eşleştirilmiş, Hielscher ultrasonik sistemleri üretimde güvenilir iş atı vardır.
Chitin parçalanma ve deasetilasyon hedeflenen dönüşüm ve yüksek kaliteli son bir chitosan ürün elde etmek için güçlü ultrason gerektirir. Özellikle chitin gevreği parçalanması için, yüksek genlikler ve yüksek basınçlar çok önemlidir. Hielscher Ultrasonik’ endüstriyel ultrasonik işlemciler kolayca çok yüksek genlikleri teslim. 200 μm'ye kadar genlikler 7/24 çalışmada sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodes mevcuttur. Hielscher ultrasonik sistemlerin güç kapasitesi güvenli ve kullanıcı dostu bir süreç içinde verimli ve hızlı deasetilasyon için izin verir.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | Uıp4000hdt |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
Edebiyat referansları
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): Gıda Koruma Için Emülsiyon Tekniği tarafından hazırlanan Chitosan Tabanlı Biyonanokompozit Filmler. Malzemeler 2019, 12(3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): Beta-chitin multistep ultrason destekli deasetilasyonu ndan yoğun olarak deacetylated yüksek molekül ağırlığı chitosan. Ultrasonik Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitin'in Chitosan'a Sonochemically destekli Dönüşümü, USDA Ulusal Araştırma Girişimi Baş Müfettişler Toplantısı, New Orleans, LA, 28 Haziran.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitin'in chitosan'a kötülanması sırasında sıcaklığın etkisi yüksek yoğunluklu ultrason tedavisi olarak, Gıda Teknologları Enstitüsü Yıllık Toplantısı, New Orleans, LA, 30 Haziran, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitin'in chitosan'a dönüşümunu hızlandırmak için yüksek yoğunluklu ultrasonun etkisi, Gıda Teknologları Enstitüsü Yıllık Toplantısı, New Orleans, LA, 30 Haziran, 95-17.
- Preto M.F., Campana-Filho S.P., Fiamingo A., Cosentino I.C., Tessari-Zampieri M.C., Abessa D.M.S., Romero A.F., Bordon I.C. (2017): Gladius ve deniz dizel yağı için potansiyel biosorbents olarak türevleri. Çevre Bilimi ve Kirlilik Araştırması (2017) 24:22932-22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Chitosan nano tanecikleri ve nanofibers yukarıdan aşağıya hazırlanması için bir yöntem. Karbonhidrat Polimerleri 117, 2015. 731–738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Yüksek yoğunluklu ultrason ile chitosan moleküler ağırlığının etkin azaltılması: Altta yatan mekanizma ve işlem parametrelerinin etkisi. Tarım ve Gıda Kimyası Dergisi 56(13):5112-5119.
- Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Deniz ürünleri atıkları: ticari olarak istihdam edilebilir chitin/chitosan malzemelerinin hazırlanması için bir kaynaktır. Biyokaynaklar ve Biyoişleme 6/8, 2019.
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Ultrasonik Chitin Deactylation Nasıl Çalışır?
Yüksek güçlü, düşük frekanslı ultrason (örneğin, 20-26kHz) bir sıvı veya bulamaç içine birleştiğinde, alternatif yüksek basınç / düşük basınç döngüleri sıvı sıkıştırma ve nadir oluşturma uygulanır. Bu alternatif yüksek basınç / düşük basınç döngüleri sırasında, küçük vakum kabarcıkları oluşturulur, hangi çeşitli basınç döngüleri üzerinde büyümek. Bu noktada, vakum kabarcıkları daha fazla enerji absorbe edemez, onlar şiddetle çöküyor. Bu kabarcık patlaması sırasında, yerel olarak çok yoğun koşullar oluşur: 5000K'ya kadar yüksek sıcaklıklar, 2000atm'e kadar basınçlar, çok yüksek ısıtma/soğutma hızları ve basınç farkları meydana gelir. Kabarcık çökme dinamikleri kütle ve ısı transferi daha hızlı olduğundan, çöken boşluğunda enerji de "sıcak nokta" olarak adlandırılan çok küçük bir bölge ile sınırlıdır. Kavitasyon balonunun patlaması aynı zamanda mikrotürbülanslara, 280 m/s hıza kadar sıvı jetlere ve bunun sonucunda kesme kuvvetlerine neden olabilir. Bu fenomen ultrasonik veya akustik kavitasyon olarak bilinir.
Sonicated sıvı damlacıklar ve parçacıklar bu kavitasyonel kuvvetler tarafından engellenir ve hızlandırılmış parçacıklar birbirleriyle çarpıştığında, onlar interparçacık çarpışma tarafından paramparça olsun. Akustik kavitasyon ultrasonik frezeleme, dispersiyon, emülsifikasyon ve sonochemistry çalışma prensibidir.
Chitin deasetilasyon için, yüzeyi aktive ederek ve parçacıklar ve reaktif arasındaki kütle transferini teşvik ederek yüzey alanında yüksek yoğunluklu ultrason artar.
Kitosan
Chitosan, β-(1,4) glukozamin birimlerinin ana bileşeni olarak oluşturduğu karmaşık bir kimyasal yapıya sahip modifiye edilmiş, katyonik, toksik olmayan karbonhidrat polimeridir.>80%) ve N-asetil glukozamin üniteleri (< 'si, rastgele zincir boyunca dağıtılmış. Chitosan kimyasal veya enzimatik deasetilasyon yoluyla kitin türetilmiştir. Deasetilasyon derecesi (DA) yapıdaki serbest amino grupların içeriğini belirler ve kitin ve kitosan ayırt etmek için kullanılır. Chitosan seyreltilmiş asetik asit gibi orta çözücülerde iyi çözünürlük gösterir ve aktif siteler olarak birkaç serbest amin grubu sunar. Bu birçok kimyasal reaksiyonlarda kitin üzerinde chitosan avantajlı hale getirir.
Chitosan mükemmel biyouyumluluk ve biyolojik bozunabilirlik, toksisite dışı, iyi antimikrobiyal aktivite (bakteri ve mantarlara karşı), oksijen geçirimsizliği ve film şekillendirme özellikleri ile değerlenir. Chitosan, şiminin aksine suda çözünür olma avantajına sahiptir ve böylece formülasyonlarda kullanımı ve kullanımı daha kolaydır.
Selüloz dan sonra ikinci en bol polisakkarit olarak, kitin büyük bolluk ucuz ve sürdürülebilir hammadde yapar.
Chitosan Üretim
Chitosan iki aşamalı bir süreç içinde üretilmektedir. İlk adımda kabuklu kabukları (karides, yengeç, ıstakoz) gibi hammadde deproteinize edilir, mineralize edilir ve kitin elde etmek için saflaştırılır. İkinci adımda, kitin chitosan elde etmek için asetil yan zincirleri kaldırmak için güçlü bir baz (örneğin, NaOH) ile tedavi edilir. Konvansiyonel kitosan üretim sürecinin çok zaman alıcı ve maliyet yoğun olduğu bilinmektedir.
Kitin
Chitin (C8'H13O5N)N- β-1,4-N-asetilglukozaminin düz zincirli polimeridir ve α-, β ve γ-kitin olarak sınıflandırılır. Glikoz türevi olan kitin, kabuklular ve böcekler, yumuşakçalar, sefalopod gagaları ve balık ve lissamphibians ölçekleri gibi eklembacaklıların dış iskeletlerinin ana bileşenidir ve mantarlarda hücre duvarlarında da bulunabilir. Kitin yapısı selüloz ile karşılaştırılabilir, kristal nanofibriller veya bıyık oluşturan. Selüloz dünyanın en bol polisakkarit, ikinci en bol polisakkarit olarak kitin izledi.
Glukozamin
Glukozamin (C6'H13YOK HAYIR5) bir amino şeker ve glikozile protein ve lipidlerin biyokimyasal sentezinde önemli bir öncüsüdür. Glukozamin doğal olarak hem polisakkaritlerin, chitosan ve kitin yapısının bir parçası olan bol bir bileşiktir, hangi glukozamin en bol monosakkaritler biri yapar. Ticari olarak mevcut olan glukozaminin çoğu kabuklu dış iskeletlerin hidrolizi, yani yengeç ve ıstakoz kabukları tarafından üretilir.
Glukozamin ağırlıklı olarak glukozamin sülfat, glukozamin hidroklorür veya N-asetil glukozamin formlarında kullanılan diyet takviyesi olarak kullanılır. Glukozamin sülfat takviyeleri inflamasyon, arıza ve kıkırdak nihai kaybı (osteoartrit) neden olduğu ağrılı bir durumu tedavi etmek için sözlü olarak uygulanır.