Виробництво хітину і хітозану з грибів

Ультразвук є високоефективним методом звільнення хітину і хітозану з грибкових джерел, таких як гриби. Хітин і хітозан необхідно деацетилювати при обробці вниз-потоку, щоб отримати якісний біополімер. Ультразвукова деацетилювання є високоефективною, простою та швидкою технікою, що призводить до високоякісних хітозанів з високою молекулярною масою та чудовою біодоступністю.

Хітин і Хітозан з грибів

Їстівні та лікарські гриби, такі як Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi або reishi), Inonotus obliquus (чага), Agaricus bisporus (гриби кнопки), Hericium erinaceus (левова грива), Кордицепс синезінса (гусеничний грибок), Grifola frondosa (курка-оф-дерева), Trametes versicolor (Коріолюс версилокор, Поліпорус лишайник, індичка) і багато інших видів грибків широко використовуються як корм і для вилучення біологічно активних сполук. Ці гриби, а також переробка залишків (грибних відходів) можуть бути використані для виробництва хітозану. Ультразвук не тільки сприяє звільненню хітину від структури стінки грибкових клітин, але також стимулює перетворення чіци в цінний хітозан за допомогою ультразвукової деполімеризації.

Ультразвукова деацетилація хітоу до хітозану

Деацетилація хітоу до хітозан сприяє ультразвуком

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ultrasonic extractor UIP4000hdT for extraction en deacetylation of chitin from mushrooms

Ультразвук використовується для вилучення хітину з грибів. Крім того, ультразвук сприяє деацетилювання хітину з метою отримання хітозану.

Ультразвук - це швидкий і м'який метод вилучення для отримання високоякісного екстракту грибів. У відео UP400St використовується для вилучення полісахаридів з їстівних грибів.

Видобуток холодного гриба з використанням UP400St з зондом 22mm

хітин, який є N-ацетилглюкозамін полімер (poly-(β-(1-4)-N-ацетил-D-глюкозамін), є природним полісахаридом, широко зустрічається в екзоскелеті безхребетних, таких як ракоподібні і комахи, внутрішній скелет кальмарів і каракатиць, а також клітинні стінки грибів. Вбудований в структуру стінок грибних клітин, хітин відповідає за форму і жорсткість стінки грибкових клітин. Для багатьох застосувань хітин перетворюється на деацетилований похідний, відомий як хітозан через процес деполімеризації.
хітозану є найбільш поширеним і найціннішим похідним хітину. Це високомолекулярний полісахарид, пов'язаний з b-1,4 глікозидом, що складається з N-ацетил-глюкозаміну і глюкозаміну.
Хітозан може бути отриманий за допомогою хімічних або ферментативних н-деацетилювання. У хімічно керованому процесі деацетилювання ацетильна група (R-NHCOCH)3) відоклітається сильним лугом при високих температурах. Крім того, хітозан може бути синтезований за допомогою ферментативної деацетилювання. Однак в масштабах промислового виробництва хімічна деацетилювання є кращою технікою, так як ферментативна деацетилювання значно менш ефективна через високу вартість ферментів деацетилази і низькі отримані врожаї хітозану. Ультразвук використовується для посилення хімічної деградації (1→4) - / β-зв'язку (деполімеризація) і ефект деацетилювання хітину для отримання високоякісного хітозану. При застосуванні ультразвуку в якості попередньої обробки ферментативного деацетилювання також поліпшується врожайність і якість хітозану.

Промислове виробництво хітозану з гриба з ультразвуком

Комерційне виробництво хітину і хітозану в основному базується на відходах морської промисловості (наприклад, рибальство, заготівля молюсків і т.д.). Різні джерела сировини призводять до різних хітинових і хітозанових якостей, в результаті чого виробництво і коливання якості обумовлені сезонними коливаннями риболовлі. Крім того, хітозан, отриманий з грибкових джерел, пропонує, як повідомляється, чудові властивості, такі як однорідна довжина полімеру і більша розчинність в порівнянні з хітозаном з морських джерел. (пор. Гормаде та ін., 2017) Для того, щоб постачати рівномірний хітозан, видобуток хітину з грибкових видів став стабільним альтернативним виробництвом. Виробництво хітину і цитіосана з грибів може бути легко і надійно досягнуто за допомогою ультразвукової екстракції та технології деацетилювання. Інтенсивна ультразвукова звуження порушує клітинні структури для вивільнення хітину і сприяє масовому перенесенню у водних розчинниках для чудових врожаїв хітину та ефективності екстракції. Подальше ультразвукове деацетилювання перетворює хітин в цінний хітозан. Як ультразвукова екстракція хітину, так і деацетилювання до хітозану можуть бути лінійно масштабовані до будь-якого комерційного рівня виробництва.

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

Ультразвукова інтенсифікація посилює вироблення грибкового хітозану і робить виробництво більш ефективним і економічним.
(фото та дослідження: © Чжу та ін., 2019)

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

ультраакулятор UP400St для видобутку грибів: Ультразвукова суміш дає високі врожаї біологічно активних сполук, таких як полісахариди хітин і хітозан

Високоефективний синтез хітозану за допомогою ультразвукової обробки

З метою подолання недоліків (тобто низької ефективності, високої вартості енергії, тривалого часу обробки, токсичних розчинників) традиційного хімічного та ферментативного деацетивації хітину, ультразвук високої інтенсивності був інтегрований в обробку хітину та хітозану. Висока інтенсивність ультразвукової обробки і отриманий ефект акустичної кавітації призводять до швидкого очищення полімерних ланцюгів і знижують полідисперсність, тим самим сприяючи синтезу хітозану. Крім того, ультразвукові сили зсуву посилюють масову передачу в розчині, так що хімічна, гідролітичну або ферментативну реакцію посилюється.

Ультразвукова хімічна деацетилювання та деполімеризація

Оскільки хітин є нереактивним і нерозчинним біополімером, він повинен пройти технологічні етапи демінералізації, депротеїнізації та деполімеризації / деацетилювання з метою отримання розчинного і біоацесійного хітозану. Ці етапи процесу включають лікування сильними кислотами, такими як HCl, і сильними основами, такими як NaOH і KOH. Оскільки ці звичайні кроки процесу неефективні, повільні і вимагають високих енергій, інтенсифікація процесу ультразвуком значно покращує виробництво хітозану. Застосування силового ультразвуку підвищує врожайність і якість хітозану, скорочує процес з днів до декількох годин, дозволяє давати більш м'які розчинники, робить весь процес більш енергоефективним.

Ультразвуково покращена депротеїнізація хітину

Вальєхо-Домінгес та ін. Хітозан високого ступеня деацетилювання і середньої молекулярної маси був отриманий за допомогою ультразвукової допомоги.

Ультразвуковий гідроліз для деполімеризації хітину

Для хімічного гідролізу для деацетилатату хітину використовуються або кислоти, або луги, однак більш широко використовується лужне деацетилювання лугу (наприклад, гідроксид натрію NaOH). Кислотний гідроліз є змінним методом традиційного хімічного деацетилювання, де розчини органічної кислоти використовуються для деполімеризації хітину і хітозану. Метод кислотного гідролізу в основному використовується, коли молекулярна маса хітину і хітозану повинна бути однорідною. Цей звичайний процес гідролізу відомий як повільний і енерго- і економічно інтенсивний. Потреба в сильних кислотах, високих температурах і тиску є факторами, які перетворюють гідролітичний процес хітозану в дуже дорогу і трудомістку процедуру. Використовувані кислоти вимагають процесів, таких як нейтралізація і опріснення.
При інтеграції ультразвуку високої потужності в процес гідролізу вимоги до температури і тиску для гідролітичного розщеплення хітину і хітозану можуть бути значно знижені. Крім того, ультразвуком дозволяє знизити концентрацію кислоти або використовувати більш м'які кислоти. Це робить процес більш стійким, ефективним, економічно ефективним і екологічним.

Ультразвукова хімічна деацетилювання

Хімічна дезінтеграція і деактилювання хітину і хітозану в основному досягається шляхом обробки хітину або хітозану мінеральними кислотами (наприклад, соляною кислотою HCl), нітритом натрію (NaNO).2), або перекис водню (H2О.2). Ультразвук покращує швидкість деацетилювання, тим самим скорочуючи час реакції, необхідний для отримання цільового ступеня деацетилювання. Це означає, що ультразвуком скорочується необхідний час обробки від 12-24 годин до декількох годин. Крім того, ультразвукова речовина дозволяє значно знизити хімічні концентрації, наприклад, 40% (вт / вт) гідроксиду натрію з використанням ультразвукової обробки, в той час як 65% (ж / ж) необхідні без використання ультразвуку.

Ультразвуково-ферментативна деацетилювання

Хоча ферментативна деацетилювання є м'якою, екологічно доброякісною формою обробки, її ефективність і витрати є неекономічними. Завдяки складній, трудомісткій і дорогій ізоляції і очищенню ферментів від кінцевого продукту ферментативна деацетилювання хітину не реалізується в комерційному виробництві, а використовується тільки в науково-дослідній лабораторії.
Ультразвукова попередня обробка перед ферментативним деацетлітацією фрагментів молекул хітину тим самим збільшує площу поверхні і робить більше поверхні доступною для ферментів. Високопродуктивна ультразвукова обробка допомагає поліпшити ферментативну деацетилювання і робить процес більш економічним.

Результати досліджень для ультразвукового хітину та деацетилювання хітозану

Sonochemically deacetylated chitin results in high-quality chitosan.Чжу та ін. (2018) роблять висновок у своєму дослідженні, що ультразвукова деацетилювання виявилася вирішальним проривом, перетворюючи β-хітин в хітозан з деацетилюванням 83-94% при знижених температурах реакції. На зображенні ліворуч показано зображення SEM ультразвукового деацетилованого хітозану (90 Вт, 15 хв, 20 вт / в% NaOH, 1:15 (g: mL) (фото і дослідження: © Чжу та ін., 2018)
У своєму протоколі розчин NaOH (20 вт/в %) був підготовлений шляхом розчинення пластівців NaOH у воді DI. Потім лужний розчин був доданий в осад GLSP (0,5 г) при твердо-рідкому співвідношенні 1:20 (г: мл) в центрифугу трубки. Хітозан був доданий в NaCl (40 мл, 0,2 М) і оцтову кислоту (0,1 М) при співвідношенні об'єму розчину 1:1. Потім суспензія піддавалися ультразвуку при помірній температурі 25 °C протягом 60 хв за допомогою ультразвукового апарата зондового типу (250 Вт, 20 кГц). (пор Чжу та ін., 2018)
Pandit et al. (2021) виявив, що швидкість деградації розчинів хітозану рідко залежить від концентрацій кислоти, що використовується для розчинення полімеру, і багато в чому залежить від температури, інтенсивності ультразвукових хвиль та іонної сили середовища, що використовується для розчинення полімеру. (пор. Пандіт та ін., 2021)

В іншому дослідженні Чжу та ін. (2019) використовували порошки рогів Ganoderma lucidum як грибкову сировину та досліджували ультразвукове деацетилювання та вплив параметрів обробки, таких як час ультразвукової обробки, співвідношення твердого тіла до рідини, концентрація NaOH та потужність опромінення на ступінь деацетилювання (DD) хітозану. Найвище значення ДД було отримано за такими ультразвуковими параметрами: 20 хв ультразвукової обробки при 80 Вт, 10% (г:мл) NaOH, 1:25 (г:мл). Морфологія поверхні, хімічні групи, термічна стабільність і кристалічність ультразвуково отриманого хітозану були вивчені за допомогою SEM, FTIR, TG і XRD. Дослідницька група повідомляє про значне підвищення ступеня деацетилювання (DD), динамічної в'язкості ([η]) і молекулярної маси (Mv ̄) ультразвукового хітозана. Результати підкреслили ультразвукову техніку деацетилювання грибів дуже потужним методом виробництва хітозану, який підходить для біомедичних застосувань. (див. Чжу та ін., 2019)

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

SEM зображення хітинів і хітосанів з двох видів грибів: а) Хітина з L. vellereus; б) Хітін з П. рибіс; в) Хітозан від Л.веллерея; г) хітозан від П. рібіс.
фото і дослідження: © Ердоган та ін., 2017

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

Ультразвуковий реактор з Ультразвуковий зонд 2000 Вт (сонотрод) для екстракції хітину з грибів і подальшої деполімеризації / деацетилювання

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Чудова якість хітозану з ультразвуковим деацетилюванням

Ультразвукові процеси екстракції та деполімеризації хітину / хітозану точно контролюються, а параметри ультразвукового процесу можуть бути скориговані під сировину та цільову якість кінцевого продукту (наприклад, молекулярна вага, ступінь деацетилювання). Це дозволяє адаптувати процес ультразвуку до зовнішніх факторів і встановити оптимальні параметри для вищого результату і ефективності.
Ультразвуково деацетилований хітозан показує відмінну біодоступність і біосумісність. Коли ультразвуково підготовлені біополімери хітозану порівнюються з термічно отриманим хітозаном щодо біомедичних властивостей, ультразвуковий хітозан демонструє значно поліпшену життєздатність фібробластів (L929 cell) та підвищену антибактеріальну активність як для кишкової палички (E. coli), так і для золотистого стафілокока (S. aureus).
(пор. Чжу та ін., 2018)

Як працює ультразвукова екстракція та деацетилювання хітину?

Коли ультразвукові хвилі потужності зближуються в рідину або суспензію (наприклад, суспензія, що складається з хітину в розчиннику), ультразвукові хвилі проходять через рідину, викликаючи чергування циклів високого тиску / низького тиску. Під час циклів низького тиску створюються хвилинні вакуумні бульбашки (так звані кавітаційні бульбашки), які ростуть протягом декількох циклів тиску. При певному розмірі, коли бульбашки не можуть поглинати більше енергії, вони сильно провокують під час циклу високого тиску. Імплозія міхура характеризується інтенсивними кавітаційними (або сономеханічними) силами. Ці сономеханічні умови виникають локально в кавітаційній гарячій точці і характеризуються дуже високими температурами і тиском до 4000К і 1000атм відповідно; а також відповідні диференціали високої температури і тиску. Утворюються Фуртермор, мікро-турбулентності і рідкі потоки зі швидкостями до 100 м/с. Ультразвукова екстракція хітину і хітозану з грибів і ракоподібних, а також деполімеризація хітину і деацетилювання в основному викликані сономеханічними ефектами: збудження і турбулентність порушують клітини і сприяють масовому перенесенню, а також можуть різати полімерні ланцюги в поєднанні з кислими або лужними розчинниками.
Принцип роботи екстракції хітину за допомогою ультразвуку: Ультразвукова екстракція ефективно порушує клітинну структуру грибів і вивільняє внутрішньоклітинні сполуки з клітинної стінки та внутрішньої частини клітини (тобто полісахариди, такі як хітин і хітозан та інші біологічно активні фітохімічні речовини) в розчинник. Ультразвукова екстракція заснована на робочому принципі акустичної кавітації. Вплив ультразвукової / акустичної кавітації - це сили високого зсуву, турбулентності та диференціалу інтенсивного тиску. Ці сономеханічні сили руйнують клітинні структури, такі як стінки хітинових грибних клітин, сприяють масовому перенесенню між біоматеріалом гриба і розчинником і призводять до дуже високих врожаїв екстрактів в рамках швидкого процесу. Крім того, ультразвуком сприяє стерилізації екстрактів, вбиваючи бактерії і мікроби. Мікробна інактивація ультразвуком є результатом руйнівних кавітаційних сил клітинної мембрани, вироблення вільних радикалів і локалізованого нагрівання.
Принцип роботи деполімеризації та деацетилювання за допомогою ультразвуку: Полімерні ланцюги потрапляють в зсувне поле навколо бульбашки, а сегменти ланцюга полімерної котушки біля зруйнованої порожнини будуть рухатися з більш високою швидкістю, ніж ті, що знаходяться далі. Потім напруги виробляються на полімерному ланцюгу через відносний рух полімерних сегментів і розчинників, і їх достатньо, щоб викликати розщеплення. Таким чином, процес схожий на інші ефекти зсуву в полімерних розчинах ~ 2 ° і дає дуже схожі результати. (пор. Ціна та ін., 1994)

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Високопродуктивне ультразвукове обладнання для переробки грибкового хітину та хітозану

Ультразвукова деацетилація в хітозан

Сканування електронно-мікроскопії (SEM) зображень у збільшенні 100 × a) Gladius, b) УЗД-оброблені Gladius, c) β-хіцин, d) УЗД-оброблені β-хіцин, і е) хітозан (джерело: Прету та ін. 2017)

4kW ultrasonicator for industrial chitin / chitosan processing from crustacean and fungiФрагментація хітину та децетилювання хітину до хітозану вимагає потужного та надійного ультразвукового обладнання, яке може доставити високі амплітуди, забезпечує точну керованість параметрів процесу та може працювати 24/7 при сильному навантаженні та у вимогливих середовищах. Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics надійно відповідає цим вимогам. Крім видатних ультразвукових характеристик, ультразвукові апарати Hielscher можуть похвалитися високою енергетичною ефективністю, що є значною економічною перевагою. – особливо при виробництві на комерційному великомасштабному виробництві.
Ультразвукові апарати Hielscher - це високопродуктивні системи, які можуть бути оснащені аксесуарами, такими як сонотроди, прискорювачі, реактори або проточні комірки, щоб оптимально відповідати потребам вашого процесу. У поєднанні з надійністю і важкою вантажопідйомністю, ультразвукові системи Hielscher є вашим надійним робочим конем у виробництві. 
Фрагментація хітину і деацетилювання вимагає потужного ультразвуку для отримання цільового перетворення і кінцевого продукту хітозану високої якості. Особливо для фрагментації пластівців хітину і деполімеризації / деацетилювання кроків, високі амплітуди і підвищений тиск мають вирішальне значення. Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ультразвук легко забезпечують дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можуть безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Потужність ультразвукових систем Hielscher дозволяє ефективно і швидко деацетилювання в безпечному і зручному процесі.
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
Від 1 до 500мл Від 10 до 200мл / хв UP100H
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, щоб запросити додаткову інформацію про ультразвукові процесори, програми та ціни. Ми будемо раді обговорити ваш процес з вами і запропонувати вам ультразвукову систему, що відповідає вашим вимогам!









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


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

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.



Література/довідники


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 Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.