Qoʻziqorinlardan xitin va xitozan ishlab chiqarish
Ultratovush bilan ishlov berish qoʻziqorinlar kabi zamburugʻ manbalaridan xitin va xitozanni ajratib chiqarishning yuqori samarali usulidir. Yuqori sifatli biopolimer olish uchun xitin va xitozan keyingi ishlov berish bosqichlarida depolimerlanishi va deatsetillanishi kerak. Ultratovush yordamida depolimerlash va deatsetillash juda samarali, oddiy va tezkor usul boʻlib, natijada molekulyar massasi yuqori va biologik oʻzlashtiriluvchanligi yaxshiroq boʻlgan yuqori sifatli xitozanlar olinadi.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali qoʻziqorinlardan olinadigan xitin va xitozan
Lentinus edodes (shiitake), Ganoderma lucidum (Lingzhi yoki reishi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (shampinyon), Hericium erinaceus (sher yoli), Cordyceps sinensis (qurt zamburugʻi), Grifola frondosa (oʻrmon tovugʻi), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, kurka dumi) kabi isteʼmol qilinadigan va dorivor qoʻziqorinlar hamda koʻplab boshqa zamburugʻ turlari oziq-ovqat sifatida va biofaol birikmalarni ekstraksiya qilish uchun keng qoʻllanadi. Ushbu qoʻziqorinlar, shuningdek, ularga ishlov berish qoldiqlari (qoʻziqorin chiqindilari) xitozan ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish nafaqat zamburugʻ hujayra devori tuzilmasidan xitinning ajralib chiqishini kuchaytiradi, balki ultratovush yordamida depolimerlash va deatsetillash orqali xitinning qimmatli xitozanga aylanishini ham taʼminlaydi.
Ultratovush bilan ishlov berish xitinni depolimerlash va deatsetillash orqali xitozanga aylantirishni kuchaytiradi
Ultratovush bilan ishlov berish qoʻziqorinlardan xitinni ekstraksiya qilish uchun qoʻllanadi. Bundan tashqari, ultratovush yuqori sifatli xitozan olish uchun xitinning depolimerlanishi va deatsetillanishini kuchaytiradi.
Zondli ultratovush tizimi yordamida intensiv ultratovush bilan ishlov berish xitinning depolimerlanishi va deatsetillanishini kuchaytirib, xitozan hosil boʻlishiga olib keladigan usuldir. Xitin qisqichbaqasimonlar va hasharotlarning tashqi skeletlarida hamda ayrim zamburugʻlarning hujayra devorlarida uchraydigan tabiiy polisaxariddir. Xitozan xitin molekulasidan atsetil guruhlarini olib tashlash orqali xitindan olinadi.
Zamburugʻ xitinini xitozanga aylantirishning ultratovushli usuli
Xitindan xitozan ishlab chiqarish uchun intensiv ultratovush bilan ishlov berilganda, xitin suspenziyasiga odatda 20 kHz dan 30 kHz gacha boʻlgan diapazondagi yuqori intensivlikdagi, past chastotali ultratovush toʻlqinlari bilan ishlov beriladi. Jarayon kuchli akustik kavitatsiyani hosil qiladi; bu suyuqlikda mikroskopik vakuum pufakchalarining paydo boʻlishi, oʻsishi va qulashi demakdir. Kavitatsiya pufakchalarni oʻrab turgan suyuqlikda mahalliy ravishda nihoyatda kuchli siljish kuchlarini, yuqori haroratlarni (bir necha ming Selsiy darajasigacha) va bosimlarni (bir necha yuz atmosferagacha) hosil qiladi. Bu ekstremal sharoitlar xitin polimerining parchalanishiga va undan keyingi deatsetillanishiga yordam beradi.
Ikki qoʻziqorin turidan olingan xitinlar va xitozanlarning SEM tasvirlari: a) L. vellereus dan olingan xitin; b) P. ribis dan olingan xitin; c) L.vellereus dan olingan xitozan; d) P. ribis dan olingan xitozan.
tasvir va tadqiqot: © Erdoğan et al., 2017
Xitinni ultratovush yordamida depolimerlash
Xitinning depolimerlanishi mikrooqimlar va suyuqlik oqimchalari kabi mexanik kuchlarning birgalikdagi taʼsiri, shuningdek, kavitatsiya vaqtida hosil boʻladigan erkin radikallar va boshqa reaktiv zarrachalar taʼsirida ultratovush orqali boshlangan kimyoviy reaksiyalar tufayli yuz beradi. Kavitatsiya vaqtida hosil boʻladigan yuqori bosimli toʻlqinlar xitin zanjirlarida siljish kuchlanishini yuzaga keltirib, polimerning kichikroq fragmentlarga boʻlinishiga olib keladi.
Xitinni ultratovush yordamida deatsetillash
Depolimerlashdan tashqari, intensiv ultratovush bilan ishlov berish xitinning deatsetillanishini ham kuchaytiradi. Deatsetillash xitin molekulasidan atsetil guruhlarini olib tashlashni oʻz ichiga oladi va xitozan hosil boʻlishiga olib keladi. Kuchli ultratovush energiyasi, ayniqsa kavitatsiya vaqtida hosil boʻladigan yuqori haroratlar va bosimlar, deatsetillash reaksiyasini tezlashtiradi. Kavitatsiya yaratadigan reaktiv sharoitlar xitindagi atsetil bogʻlanishlarini uzishga yordam berib, sirka kislotasining ajralib chiqishi va xitinning xitozanga aylanishiga olib keladi.
Umuman olganda, intensiv ultratovush bilan ishlov berish xitin polimerini parchalash va uning xitozanga aylanishini osonlashtirish uchun zarur mexanik va kimyoviy energiyani taʼminlab, depolimerlash hamda deatsetillash jarayonlarini kuchaytiradi. Ushbu usul xitindan xitozan ishlab chiqarishning tezkor va samarali yoʻlini taklif etadi; xitozan farmatsevtika, qishloq xoʻjaligi va biotibbiyot muhandisligi kabi turli sohalarda koʻplab qoʻllanishlarga ega.
Kuchli ultratovush yordamida qoʻziqorindan sanoat miqyosida xitozan ishlab chiqarish
Tijoriy xitin va xitozan ishlab chiqarish asosan dengiz sanoati chiqindilariga (yaʼni baliq ovlash, chigʻanoqli dengiz jonivorlarini yigʻish va boshqalarga) tayanadi. Xomashyoning turli manbalari turlicha sifatdagi xitin va xitozan olishga olib keladi, bu esa baliq ovlashdagi mavsumiy oʻzgarishlar tufayli ishlab chiqarish va sifatning oʻzgarib turishiga sabab boʻladi. Bundan tashqari, maʼlumotlarga koʻra, zamburugʻ manbalaridan olingan xitozan dengiz manbalaridan olingan xitozanga nisbatan bir xil polimer uzunligi va yuqoriroq eruvchanlik kabi yaxshiroq xossalarga ega. (qarang: Ghormade et al., 2017) Bir xil xususiyatli xitozan yetkazib berish uchun zamburugʻ turlaridan xitinni ekstraksiya qilish barqaror muqobil ishlab chiqarish usuliga aylandi. Ultratovushli ekstraksiya va deatsetillash texnologiyasi yordamida zamburugʻlardan xitin va xitozan ishlab chiqarishni oson va ishonchli amalga oshirish mumkin. Intensiv ultratovush bilan ishlov berish xitinni ajratib chiqarish uchun hujayra tuzilmalarini parchalaydi va suvli erituvchilarda massa almashinuvini kuchaytirib, xitin chiqimi va ekstraksiya samaradorligini oshiradi. Keyingi ultratovushli deatsetillash xitinni qimmatli xitozanga aylantiradi. Xitinni ultratovush yordamida ekstraksiya qilish ham, uni deatsetillash orqali xitozanga aylantirish ham har qanday tijoriy ishlab chiqarish darajasigacha chiziqli ravishda masshtablanishi mumkin.
Ultratovush bilan ishlov berish zamburugʻ xitozanini ishlab chiqarishni jadallashtiradi va ishlab chiqarishni yanada samarali hamda tejamkor qiladi.
(tasvir va tadqiqot: © Zhu et al., 2019)
UP400St ultratovush qurilmasi qoʻziqorinlarni ekstraksiya qilish uchun: ultratovush bilan ishlov berish xitin va xitozan polisaxaridlari kabi biofaol birikmalarning yuqori chiqimini taʼminlaydi
Xitin va xitozanni ultratovush yordamida deatsetillash boʻyicha tadqiqot natijalari
Zhu et al. (2018) oʻz tadqiqotlarida pasaytirilgan reaksiya haroratlarida β-xitinni 83–94% deatsetillanish darajasiga ega xitozanga aylantiradigan ultratovushli deatsetillash muhim yutuq ekanligi tasdiqlangan, degan xulosaga kelgan. Chapdagi rasmda ultratovush yordamida deatsetillangan xitozanning SEM tasviri koʻrsatilgan (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (tasvir va tadqiqot: © Zhu et al., 2018)
Ularning protokolida NaOH eritmasi (20 w/v %) NaOH tangachalarini deionizatsiyalangan suvda eritish orqali tayyorlangan. Soʻng ishqor eritmasi sentrifuga probirkasidagi GLSP choʻkmasiga (0,5 g) qattiq modda va suyuqlikning 1:20 (g: mL) nisbatida qoʻshilgan. Xitozan eritmalar hajmining 1:1 nisbatida NaCl (40 mL, 0,2 M) va sirka kislotasiga (0,1 M) qoʻshilgan. Keyin suspenziyaga zondli ultratovush qurilmasi (250W, 20kHz) yordamida 25°C li moʻtadil haroratda 60 min davomida ultratovush bilan ishlov berilgan. (qarang: Zhu et al., 2018)
Pandit et al. (2021) xitozan eritmalarining parchalanish tezligiga polimerni eritish uchun ishlatiladigan kislota konsentratsiyalari kamdan-kam taʼsir qilishini va bu tezlik asosan haroratga, ultratovush toʻlqinlarining intensivligiga hamda polimerni eritishda ishlatiladigan muhitning ion kuchiga bogʻliqligini aniqlagan. (qarang: Pandit et al., 2021)
Boshqa bir tadqiqotda Zhu et al. (2019) zamburugʻ xomashyosi sifatida Ganoderma lucidum spora kukunlaridan foydalangan va ultratovush yordamida deatsetillashni hamda ultratovush bilan ishlov berish vaqti, qattiq modda va suyuqlik nisbati, NaOH konsentratsiyasi va nurlantirish quvvati kabi ishlov berish parametrlarining xitozanning deatsetillanish darajasiga (DD) taʼsirini oʻrgangan. Eng yuqori DD qiymati quyidagi ultratovush parametrlarida olingan: 80W da 20 min ultratovush bilan ishlov berish, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). Ultratovush yordamida olingan xitozanning sirt morfologiyasi, kimyoviy guruhlari, termik barqarorligi va kristallik darajasi SEM, FTIR, TG va XRD yordamida tekshirilgan. Tadqiqot guruhi ultratovush yordamida ishlab chiqarilgan xitozanning deatsetillanish darajasi (DD), dinamik qovushqoqligi ([η]) va molekulyar massasi (Mv¯) sezilarli darajada oshganini bildirgan. Natijalar zamburugʻlarni ultratovush yordamida deatsetillash usuli biotibbiy qoʻllanishlar uchun mos boʻlgan xitozan ishlab chiqarishning juda samarali usuli ekanligini koʻrsatgan. (qarang: Zhu et al., 2019)
Ultratovush yordamida depolimerlash va deatsetillash orqali yaxshiroq sifatli xitozan
Ultratovush yordamida amalga oshiriladigan xitin / xitozanni ekstraksiya qilish va depolimerlash jarayonlarini aniq boshqarish mumkin, ultratovush jarayoni parametrlarini esa xomashyo va yakuniy mahsulotning maqsadli sifatiga (masalan, molekulyar massa, deatsetillanish darajasi) moslashtirish mumkin. Bu ultratovush jarayonini tashqi omillarga moslashtirish va yaxshiroq natija hamda samaradorlik uchun optimal parametrlarni belgilash imkonini beradi.
Ultratovush yordamida deatsetillangan xitozan aʼlo biologik oʻzlashtiriluvchanlik va biologik moslikni namoyon qiladi. Ultratovush yordamida tayyorlangan xitozan biopolimerlari biotibbiy xossalari boʻyicha termik usulda olingan xitozan bilan taqqoslanganda, ultratovush yordamida ishlab chiqarilgan xitozan fibroblastlar (L929 hujayrasi) yashovchanligining sezilarli yaxshilanishini hamda Escherichia coli (E. coli) va Staphylococcus aureus (S. aureus) ning har ikkalasiga qarshi antibakterial faollikning kuchayishini namoyon qiladi.
(qarang: Zhu et al., 2018)
100× kattalashtirishda olingan skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM) tasvirlari: a) gladius, b) ultratovush bilan ishlov berilgan gladius, c) β-xitin, d) ultratovush bilan ishlov berilgan β-xitin va e) xitozan (manba: Preto et al. 2017)
Xitin va xitozanga ishlov berish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush uskunalari
Xitinni fragmentlarga ajratish va uni deatsetillash orqali xitozanga aylantirish yuqori amplitudalarni taʼminlay oladigan, jarayon parametrlarini aniq boshqarish imkonini beradigan hamda katta yuklama ostida va murakkab sharoitlarda 24/7 ishlatilishi mumkin boʻlgan kuchli va ishonchli ultratovush uskunalarini talab qiladi. Hielscher Ultrasonics mahsulotlar assortimenti ushbu talablarni ishonchli qondiradi. Ultratovushning ajoyib samaradorligidan tashqari, Hielscher ultratovush qurilmalari yuqori energiya samaradorligi bilan ajralib turadi, bu esa sezilarli iqtisodiy afzallikdir – ayniqsa tijoriy yirik miqyosdagi ishlab chiqarishda qoʻllanganda.
Hielscher ultratovush qurilmalari jarayoningiz ehtiyojlariga optimal tarzda mos kelishi uchun sonotrodlar, kuchaytirgichlar, reaktorlar yoki oqim hujayralari kabi aksessuarlar bilan jihozlanishi mumkin boʻlgan yuqori unumdorlikdagi tizimlardir.
Raqamli rangli displey, ultratovush bilan ishlov berish sikllarini oldindan belgilash imkoniyati, oʻrnatilgan SD kartaga maʼlumotlarni avtomatik yozish, brauzer orqali masofadan boshqarish va boshqa koʻplab funksiyalar tufayli Hielscher ultratovush qurilmalari jarayonni eng yuqori darajada boshqarish va foydalanish qulayligini taʼminlaydi. Mustahkamlik va katta yuklamaga bardosh berish qobiliyati bilan birga, Hielscher ultratovush tizimlari ishlab chiqarishdagi ishonchli ishchi uskunangizdir.
Xitinni fragmentlarga ajratish va deatsetillash maqsadli konversiya hamda yuqori sifatli yakuniy xitozan mahsulotini olish uchun kuchli ultratovushni talab qiladi. Ayniqsa xitin tangachalarini fragmentlarga ajratish va depolimerlash / deatsetillash bosqichlari uchun yuqori amplitudalar va oshirilgan bosimlar hal qiluvchi ahamiyatga ega. Hielscher Ultrasonics sanoat ultratovush protsessorlari juda yuqori amplitudalarni oson taʼminlaydi. 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda 24/7 rejimida uzluksiz ishlash mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun buyurtma asosida tayyorlanadigan ultratovush sonotrodlari mavjud. Hielscher ultratovush tizimlarining quvvat imkoniyatlari xavfsiz va foydalanish uchun qulay jarayonda samarali hamda tezkor depolimerlash va deatsetillashni amalga oshirish imkonini beradi.
Ultratovushli reaktor 2000W ultratovush zondi UIP2000hdT bilan qoʻziqorinlardan xitinni ekstraksiya qilish va keyinchalik depolimerlash / deatsetillash uchun
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Ultratovush bilan ishlov berish orqali yaxshilangan sinergik xitin ishlovi
Xitinni anʼanaviy kimyoviy va fermentativ deatsetillashning kamchiliklarini (yaʼni past samaradorlik, yuqori energiya xarajatlari, uzoq ishlov berish vaqti, zaharli erituvchilar) bartaraf etish uchun xitin va xitozanga ishlov berish jarayonlariga yuqori intensivlikdagi ultratovush kiritilgan. Yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berish va buning natijasida yuzaga keladigan akustik kavitatsiya taʼsirlari polimer zanjirlarining tez uzilishiga olib keladi va polidisperslikni kamaytiradi, shu orqali xitozan sintezini kuchaytiradi. Bundan tashqari, ultratovushli siljish kuchlari eritmadagi massa almashinuvini jadallashtirib, kimyoviy, gidrolitik yoki fermentativ reaksiyalarni kuchaytiradi. Xitinga ultratovush bilan ishlov berishni kimyoviy usullar, gidroliz yoki fermentativ jarayonlar kabi mavjud xitinga ishlov berish usullari bilan birlashtirish mumkin.
Ultratovush yordamida kimyoviy deatsetillash va depolimerlash
Xitin reaksiyaga kirishmaydigan va erimaydigan biopolimer boʻlgani uchun, eruvchan va biologik oʻzlashtirish uchun mavjud xitozan olish maqsadida u deminerallash, oqsillardan tozalash va depolimerlash / deatsetillash bosqichlaridan oʻtishi kerak. Ushbu jarayon bosqichlari HCl kabi kuchli kislotalar hamda NaOH va KOH kabi kuchli asoslar bilan ishlov berishni oʻz ichiga oladi. Bu anʼanaviy jarayon bosqichlari samarasiz, sekin va koʻp energiya talab qilgani sababli, ultratovush bilan ishlov berish orqali jarayonni jadallashtirish xitozan ishlab chiqarishni sezilarli yaxshilaydi. Kuchli ultratovushni qoʻllash xitozan chiqimi va sifatini oshiradi, jarayon davomiyligini bir necha kundan bir necha soatgacha qisqartiradi, yumshoqroq erituvchilardan foydalanish imkonini beradi va butun jarayonning energiya samaradorligini oshiradi.
Xitinni oqsillardan tozalashni ultratovush yordamida yaxshilash
Vallejo-Dominguez et al. (2021) xitinni oqsillardan tozalash boʻyicha tadqiqotlarida quyidagilarni aniqlagan: «biopolimerlar ishlab chiqarish uchun ultratovushni qoʻllash xitindagi oqsil miqdorini hamda xitin zarrachalarining oʻlchamini kamaytirdi. Ultratovush yordamida yuqori deatsetillanish darajasi va oʻrtacha molekulyar massaga ega xitozan ishlab chiqarildi.»
Xitinni depolimerlash uchun ultratovushli gidroliz
Kimyoviy gidrolizda xitinni deatsetillash uchun kislotalar yoki ishqorlardan foydalaniladi, biroq ishqor bilan deatsetillash (masalan, natriy gidroksid NaOH bilan) kengroq qoʻllanadi. Kislotali gidroliz anʼanaviy kimyoviy deatsetillashga muqobil usul boʻlib, unda xitin va xitozanni depolimerlash uchun organik kislota eritmalari ishlatiladi. Kislotali gidroliz usuli asosan xitin va xitozanning molekulyar massasi bir xil boʻlishi kerak boʻlganda qoʻllanadi. Ushbu anʼanaviy gidroliz jarayoni sekin, koʻp energiya va xarajat talab qiladigan jarayon sifatida maʼlum. Kuchli kislotalar, yuqori haroratlar va bosimlarga ehtiyoj xitozan olishning gidrolitik jarayonini juda qimmat va koʻp vaqt talab qiladigan usulga aylantiradigan omillardir. Ishlatilgan kislotalar neytrallash va tuzsizlantirish kabi keyingi jarayonlarni talab qiladi.
Gidroliz jarayoniga yuqori quvvatli ultratovushni kiritish orqali xitin va xitozanning gidrolitik parchalanishi uchun zarur harorat va bosim talablarini sezilarli pasaytirish mumkin. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish kislotalarning pastroq konsentratsiyalaridan yoki yumshoqroq kislotalardan foydalanish imkonini beradi. Bu jarayonni yanada barqaror, samarali, iqtisodiy jihatdan tejamkor va ekologik jihatdan qulayroq qiladi.
Ultratovush yordamida kimyoviy deatsetillash
Xitin va xitozanni kimyoviy parchalash va deatsetillash asosan xitin yoki xitozanga mineral kislotalar (masalan, xlorid kislota HCl), natriy nitrit (NaNO2) yoki vodorod peroksid (H2O2) bilan ishlov berish orqali amalga oshiriladi. Ultratovush deatsetillash tezligini oshiradi va shu orqali maqsadli deatsetillanish darajasiga erishish uchun zarur reaksiya vaqtini qisqartiradi. Bu ultratovush bilan ishlov berish zarur ishlov berish vaqtini 12–24 soatdan bir necha soatgacha qisqartirishini anglatadi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish kimyoviy moddalarning sezilarli darajada pastroq konsentratsiyalaridan foydalanish imkonini beradi; masalan, ultratovush bilan ishlov berilganda 40% (w/w) natriy gidroksid ishlatiladi, ultratovush qoʻllanmaganda esa 65% (w/w) talab qilinadi.
Ultratovushli-fermentativ deatsetillash
Fermentativ deatsetillash yumshoq va atrof-muhitga zararsiz ishlov berish usuli boʻlsa-da, uning samaradorligi va xarajatlari iqtisodiy jihatdan maqbul emas. Yakuniy mahsulotdan fermentlarni keyinchalik ajratib olish va tozalash murakkab, koʻp mehnat talab qiladigan va qimmat jarayon boʻlgani sababli, xitinni fermentativ deatsetillash tijoriy ishlab chiqarishda qoʻllanmaydi, balki faqat ilmiy tadqiqot laboratoriyalarida ishlatiladi.
Fermentativ deatsetillashdan oldin ultratovush bilan dastlabki ishlov berish xitin molekulalarini fragmentlarga ajratib, sirt maydonini kengaytiradi va fermentlar taʼsir qilishi mumkin boʻlgan sirtni koʻpaytiradi. Yuqori unumdorlikdagi ultratovush bilan ishlov berish fermentativ deatsetillashni yaxshilashga yordam beradi va jarayonni yanada tejamkor qiladi.
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya qilish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- Ospina Álvarez S.P., Ramírez Cadavid D.A., Escobar Sierra D.M., Ossa Orozco C.P., Rojas Vahos D.F., Zapata Ocampo P., Atehortúa L. (2014): Comparison of extraction methods of chitin from Ganoderma lucidum mushroom obtained in submerged culture. Biomed Research International 2014.
- Valu M.V., Soare L.C., Sutan N.A., Ducu C., Moga S., Hritcu L., Boiangiu R.S., Carradori S. (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods, Dec 18;9(12), 2020.
- Erdoğan, Sevil & Kaya, Murat & Akata, Ilgaz (2017): Chitin extraction and chitosan production from cell wall of two mushroom species (Lactarius vellereus and Phyllophora ribis). AIP Conference Proceedings 2017.
- Zhu, L., Chen, X., Wu, Z., Wang, G., Ahmad, Z., & Chang, M. (2019): Optimization conversion of chitosan from Ganoderma lucidum spore powder using ultrasound‐assisted deacetylation: Influence of processing parameters. Journal of Food Processing and Preservation 2019.
- Li-Fang Zhu, Jing-Song Li, John Mai, Ming-Wei Chang (2019): Ultrasound-assisted synthesis of chitosan from fungal precursors for biomedical applications. Chemical Engineering Journal, Volume 357, 2019. 498-507.
- Zhu, Lifang; Yao, Zhi-Cheng; Ahmad, Zeeshan; Li, Jing-Song; Chang, Ming-Wei (2018): Synthesis and Evaluation of Herbal Chitosan from Ganoderma Lucidum Spore Powder for Biomedical Applications. Scientific Reports 8, 2018.
- G.J. Price, P.J. West, P.F. Smith (1994): Control of polymer structure using power ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 1, Issue 1, 1994. S51-S57.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Xitinni ultratovush yordamida ekstraksiya qilish va deatsetillash qanday ishlaydi?
Kuchli ultratovush toʻlqinlari suyuqlik yoki quyuq suspenziyaga (masalan, erituvchidagi xitindan iborat suspenziyaga) uzatilganda, ultratovush toʻlqinlari suyuqlik boʻylab tarqalib, navbatma-navbat yuqori bosim / past bosim sikllarini hosil qiladi. Past bosim sikllari vaqtida juda mayda vakuum pufakchalari (kavitatsiya pufakchalari deb ataladigan pufakchalar) hosil boʻlib, bir necha bosim sikli davomida oʻsadi. Pufakchalar maʼlum oʻlchamga yetib, boshqa energiya yuta olmay qolganda, yuqori bosim sikli vaqtida shiddat bilan ichkariga qulaydi. Pufakchalarning ichkariga qulashi kuchli kavitatsion (sonomexanik deb ataladigan) kuchlar bilan tavsiflanadi. Ushbu sonomexanik sharoitlar kavitatsion qaynoq nuqtada mahalliy ravishda yuzaga keladi va mos ravishda 4000K gacha boʻlgan juda yuqori haroratlar hamda 1000atm gacha boʻlgan bosimlar, shuningdek, ularga mos katta harorat va bosim farqlari bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, mikroturbulentliklar va tezligi 100m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimlari hosil boʻladi. Zamburugʻlar va qisqichbaqasimonlardan xitin va xitozanni ultratovush yordamida ekstraksiya qilish, shuningdek, xitinni depolimerlash va deatsetillash asosan sonomexanik taʼsirlar tufayli yuz beradi: aralashtirish va turbulentliklar hujayralarni parchalaydi va massa almashinuvini kuchaytiradi, shuningdek, kislotali yoki ishqoriy erituvchilar bilan birgalikda polimer zanjirlarini ham uzishi mumkin.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali xitinni ekstraksiya qilishning ishlash tamoyili
Ultratovushli ekstraksiya qoʻziqorinlarning hujayra tuzilmasini samarali parchalaydi va hujayra devori hamda hujayra ichidagi hujayra ichki birikmalarini (yaʼni xitin va xitozan kabi polisaxaridlar va boshqa biofaol fitokimyoviy moddalarni) erituvchiga ajratib chiqaradi. Ultratovushli ekstraksiya akustik kavitatsiyaning ishlash tamoyiliga asoslanadi. Ultratovushli / akustik kavitatsiya taʼsirlari kuchli siljish kuchlari, turbulentliklar va katta bosim farqlaridan iborat. Ushbu sonomexanik kuchlar qoʻziqorinlarning xitinli hujayra devorlari kabi hujayra tuzilmalarini parchalaydi, zamburugʻ biomateriali va erituvchi oʻrtasidagi massa almashinuvini kuchaytiradi va tezkor jarayonda juda yuqori ekstrakt chiqimiga olib keladi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish bakteriyalar va mikroblarni oʻldirish orqali ekstraktlarning sterilizatsiyasini kuchaytiradi. Ultratovush bilan ishlov berish orqali mikroblarning inaktivatsiyasi hujayra membranasiga taʼsir qiluvchi vayronkor kavitatsion kuchlar, erkin radikallar hosil boʻlishi va mahalliy qizish natijasidir.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali depolimerlash va deatsetillashning ishlash tamoyili
Polimer zanjirlari kavitatsiya pufakchasi atrofida ultratovush hosil qilgan siljish maydoniga tushadi va polimer oʻramining qulayotgan boʻshliqqa yaqin zanjir segmentlari undan uzoqroq joylashgan segmentlarga qaraganda yuqoriroq tezlikda harakatlanadi. Soʻng polimer segmentlari va erituvchilarning nisbiy harakati tufayli polimer zanjirida kuchlanishlar paydo boʻladi va ular zanjirning uzilishiga sabab boʻlish uchun yetarli boʻladi. Shunday qilib, jarayon polimer eritmalaridagi boshqa siljish taʼsirlariga ~2° oʻxshaydi va juda oʻxshash natijalar beradi. (qarang: Price et al., 1994)
Xitin
Xitin N-atsetilglukozamin polimeri (poli-(β-(1–4)-N-atsetil-D-glukozamin) boʻlib, qisqichbaqasimonlar va hasharotlar kabi umurtqasizlarning tashqi skeletida, kalmar va karakatitsalarning ichki skeletida hamda zamburugʻlarning hujayra devorlarida keng uchraydigan tabiiy polisaxariddir. Qoʻziqorin hujayra devorlari tuzilmasining tarkibiy qismi boʻlgan xitin zamburugʻ hujayra devorining shakli va qattiqligini taʼminlaydi. Koʻplab qoʻllanishlar uchun xitin depolimerlash jarayoni orqali xitozan deb ataladigan deatsetillangan hosilasiga aylantiriladi.
Xitozan xitinning eng keng tarqalgan va eng qimmatli hosilasidir. U N-atsetil-glukozamin va glukozamindan tashkil topgan, b-1,4 glikozid bogʻi bilan bogʻlangan yuqori molekulyar massali polisaxariddir.
Xitozan kimyoviy yoki fermentativ N-deatsetillash orqali olinishi mumkin. Kimyoviy deatsetillash jarayonida atsetil guruhi (R-NHCOCH3) yuqori haroratlarda kuchli ishqor yordamida uzib tashlanadi. Muqobil ravishda, xitozan fermentativ deatsetillash orqali sintez qilinishi mumkin. Biroq sanoat miqyosidagi ishlab chiqarishda kimyoviy deatsetillash afzal usul hisoblanadi, chunki deatsetilaza fermentlarining yuqori narxi va olinadigan xitozan chiqimining pastligi tufayli fermentativ deatsetillashning samaradorligi sezilarli darajada pastroq. Ultratovush bilan ishlov berish (1→4)-/β-bogʻning kimyoviy parchalanishini (depolimerlashni) jadallashtirish va yuqori sifatli xitozan olish uchun xitinning deatsetillanishini amalga oshirish maqsadida qoʻllanadi.
Ultratovush bilan ishlov berish fermentativ deatsetillashdan oldingi dastlabki ishlov sifatida qoʻllanganda ham xitozan chiqimi va sifati yaxshilanadi.
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdorlikdagi ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya oʻlchamidan sanoat oʻlchamigacha ishlab chiqaradi.