Chitinning xitosanga ultratovushli deasetilatsiyasi
Ultrasonik xitosan ishlab chiqarish
Xitozan xitinning N-deatsetillanishi natijasida olinadi. An'anaviy deatsetilatsiyada xitin suvli gidroksidi erituvchilarga (odatda 40 dan 50% gacha (navbat / og'irlik) NaOH) namlanadi. Namlash jarayoni 100 dan 120ºC gacha bo'lgan yuqori haroratni talab qiladi, bu juda ko'p vaqt talab qiladi, shu bilan birga har bir namlash bosqichida olingan xitosan unumdorligi past bo'ladi. Yuqori quvvatli ultratovushni qo'llash xitinning deasetilatsiya jarayonini sezilarli darajada kuchaytiradi va past haroratda tez ishlov berishda past molekulyar og'irlikdagi xitosanning yuqori hosildorligiga olib keladi. Ultrasonik deasetilatsiya natijasida oziq-ovqat va farmatsevtika tarkibiy qismi sifatida, o'g'it sifatida va boshqa ko'plab sanoat ilovalarida ishlatiladigan yuqori sifatli xitosan paydo bo'ladi.
Ultrasonik davolash natijasida xitinning asetillanish darajasi (DA) DA≥90 dan DA≤10 bilan xitozanga asetillanish darajasini pasaytiradi.
Ko'pgina tadqiqot tadqiqotlari ultratovushli xitin deasetilatsiyasining xitosanga samaradorligini tasdiqlaydi. Weiss J. va boshqalar. (2008) sonikatsiya xitinning xitosanga aylanishini sezilarli darajada yaxshilashini aniqladi. Chitinni ultratovush bilan davolash vaqtni sezilarli darajada tejaydi, zarur jarayon vaqtini 12-24 soatdan bir necha soatgacha qisqartiradi. Bundan tashqari, to'liq konversiyaga erishish uchun kamroq erituvchi talab qilinadi, bu esa sarflangan yoki reaksiyaga kirishmagan erituvchini, ya'ni konsentrlangan NaOHni tashlash va utilizatsiya qilishning atrof-muhitga ta'sirini kamaytiradi.
Xitinning xitozanga deatsetillanishi sonikatsiya orqali ta'minlanadi
UIP4000hdT – 4 kVt quvvatga ega ultratovush tizimi
Ultrasonik xitozan bilan davolashning ishlash printsipi
Yuqori quvvatli, past chastotali ultratovushli (~ 20-26 kHz) suyuqlik va bulamalarda akustik kavitatsiya hosil qiladi. Yuqori quvvatli ultratovush xitinning xitozanga aylanishiga yordam beradi, chunki erituvchi (masalan, NaOH) parchalanadi va qattiq xitin zarrachalariga kirib boradi, shu bilan sirt maydonini kengaytiradi va qattiq va suyuq fazalar o'rtasidagi massa almashinuvini yaxshilaydi. Bundan tashqari, ultratovushli kavitatsiyaning yuqori kesish kuchlari gidroliz paytida reagentning (ya'ni NaOH) reaktivligini oshiradigan erkin radikallarni hosil qiladi. Termal bo'lmagan ishlov berish usuli sifatida sonikatsiya yuqori sifatli xitosan ishlab chiqaradigan termal degradatsiyani oldini oladi. Ultrasonik qisqichbaqasimonlardan xitinni ajratib olish uchun zarur bo'lgan ishlov berish vaqtlarini qisqartiradi, shuningdek, an'anaviy qayta ishlash sharoitlariga nisbatan yuqori tozalikdagi xitin (va shunday qilib, xitosan) hosil qiladi. Xitin va xitosan ishlab chiqarish uchun ultratovushlar ishlab chiqarish tannarxini pasaytirish, qayta ishlash vaqtini qisqartirish, ishlab chiqarish jarayonini yaxshiroq nazorat qilish va texnologik chiqindilarning atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish imkonini beradi.
- Chitosanning yuqori mahsuldorligi
- Yuqori sifat
- Qisqartirilgan vaqt
- Pastroq jarayon harorati
- Samaradorlikni oshirish
- Oson & xavfsiz ishlash
- ekologik toza
Chitosanga ultratovushli xitin desetilatsiyasi – protokol
1) Chitinni tayyorlang:
Qisqichbaqa qobig'ini manba sifatida ishlatib, har qanday eriydigan organik moddalarni va tuproq va oqsillarni o'z ichiga olgan yopishtiruvchi aralashmalarni olib tashlash uchun ularni yaxshilab yuvish kerak. Shundan so'ng, qobiq materiali to'liq quritilishi kerak (masalan, pechda 24 soat davomida 60ºC da). Keyin quritilgan qobiqlar maydalanadi (masalan, bolg'acha tegirmon yordamida), ishqoriy muhitda proteinsizlanadi (masalan, 0,125 dan 5,0 M gacha bo'lgan konsentratsiyada NaOH) va kislotada (masalan, suyultirilgan xlorid kislotasi) demineralizatsiya qilinadi.
2) Ultrasonik deatsetilatsiya
Odatiy ultratovushli deasetilatsiya reaktsiyasini o'tkazish uchun beta-xitin zarralari (0,125 mm) < D < 0.250 mm) 1/10 (g ml) beta-xitin/NaOH suvli eritmasi nisbatida 40% (w/w) suvli NaOHda suspenziya qilinadi.-1), suspenziya ikki devorli shisha stakanga o'tkaziladi va Hielscher yordamida sonikatsiya qilinadi. UP400St ultratovushli gomogenizator. Quyidagi parametrlar (qarang. Fiamingo va boshq. 2016) ultratovushli xitin deasetilatsiya reaktsiyasini o'tkazishda doimiy saqlanadi: (i) ultratovushli prob (sonotrode Hielscher S24d22D, uchi diametri = 22 mm); (ii) sonication puls rejimi (IP = 0,5 sek); (iii) ultratovushli sirt intensivligi
(I = 52,6 Vt sm-2), (iv) reaksiya harorati (60ºC ±1ºC), (v) reaksiya vaqti (50 min), (vi) beta-xitin nisbati vazni/hajmi 40% (w/w) suvli natriy gidroksid (BCHt/NaOH = 1) /10 g ml-1); (vii) beta-xitin suspenziyasining hajmi (50 ml).
Birinchi reaktsiya doimiy magnit aralashtirishda 50 daqiqa davom etadi va keyin suspenziyani 0ºC ga tez sovutish orqali to'xtatiladi. Keyin pH 8,5 ga erishish uchun suyultirilgan xlorid kislota qo'shiladi va CHs1 namunasi filtrlash yo'li bilan ajratiladi, deionizatsiyalangan suv bilan yaxshilab yuviladi va atrof-muhit sharoitida quritiladi. Xuddi shu ultratovushli deasetilatsiya CHs1 ga ikkinchi qadam sifatida takrorlanganda, u CHs2 namunasini hosil qiladi.
Skanerli elektron mikroskop (SEM) tasvirlari 100 × kattalashtirishda a) gladius, b) ultratovush bilan ishlov berilgan gladius, c) b-xitin, d) ultratovush bilan ishlov berilgan b-xitin va e) xitozan (manba: Preto va boshqalar. 2017)
Fiamingo va boshqalar. beta-xitinning ultratovushli deasetilatsiyasi yuqori molekulyar og'irlikdagi xitosanni past darajadagi asetilatsiyaga ega, na qo'shimchalar, na inert atmosfera, na uzoq reaktsiya vaqtlari yordamida samarali ishlab chiqarishini aniqladi. Ultrasonik deasetilatsiya reaktsiyasi engilroq sharoitlarda amalga oshirilsa ham – ya'ni ko'pchilik termokimyoviy deasetilatsiyalarga nisbatan past reaksiya harorati. Beta-xitinning ultratovush deatsetilatsiyasi o'zgaruvchan darajadagi asetillanish darajasiga (4% ≤ DA ≤ 37%), yuqori og'irlikdagi o'rtacha molekulyar og'irligiga (900 000 g mol) ega bo'lgan tasodifiy deatsetillangan xitosanni tayyorlashga imkon beradi.-1 ≤ Mw ≤ 1 200 000 g mol-1 ) va past disperslik (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) 60ºC da ketma-ket uchta reaksiyani (50 min/qadam) bajarish orqali.
Laboratoriyadan tortib to tajriba va sanoat miqyosida yuqori quvvatli ultratovushli protsessorlar.
Chitosan ishlab chiqarish uchun yuqori samarali ultratovush tizimlari
Xitinning parchalanishi va xitinning xitosanga desetilatsiyasi kuchli va ishonchli ultratovush uskunasini talab qiladi, ular yuqori amplitudalarni ta'minlaydi, jarayon parametrlari ustidan aniq nazoratni ta'minlaydi va og'ir yuk va talabchan muhitda 24/7 ishlashi mumkin. Hielscher Ultrasonics mahsulot assortimenti sizni va jarayon talablaringizni qamrab oladi. Hielscher ultrasonikatorlari sizning jarayoningiz ehtiyojlarini optimal tarzda qondirish uchun sonotrodlar, kuchaytirgichlar, reaktorlar yoki oqim hujayralari kabi aksessuarlar bilan jihozlanishi mumkin bo'lgan yuqori samarali tizimlardir.
Raqamli rangli displey yordamida sonikatsiya ishlarini oldindan o'rnatish imkoniyati, o'rnatilgan SD-kartada avtomatik ma'lumotlarni yozib olish, brauzerni masofadan boshqarish va boshqa ko'plab xususiyatlar, eng yuqori jarayonni boshqarish va foydalanuvchilarga qulaylik ta'minlanadi. Chidamlilik va og'ir yuk ko'tarish qobiliyati bilan birlashtirilgan Hielscher ultratovush tizimlari ishlab chiqarishdagi ishonchli ish otingizdir.
Chitinning parchalanishi va deasetilatsiyasi maqsadli konversiyani va yuqori sifatli yakuniy xitosan mahsulotini olish uchun kuchli ultratovushni talab qiladi. Ayniqsa, xitin parchalarining parchalanishi uchun yuqori amplitudalar va yuqori bosimlar juda muhimdir. Hielscher ultratovush’ sanoat ultratovushli protsessorlar juda yuqori amplitudalarni osongina etkazib beradi. 200µm gacha bo'lgan amplitudalar 24/7 ishda uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Hielscher ultratovush tizimlarining quvvat quvvati xavfsiz va foydalanuvchilarga qulay jarayonda samarali va tez deasetilatsiyaga imkon beradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Adabiyot/Adabiyotlar
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Oziq-ovqatlarni saqlash uchun emulsiya texnikasi tomonidan tayyorlangan xitozanga asoslangan bionokompozit plyonkalar. Materiallar 2019, 12(3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto Sent David L., Campana-Filho SP (2016): Ko'p bosqichli ultratovush yordamida beta-xitin deasetilatsiyasidan keng tarqalgan deasetillangan yuqori molekulyar og'irlikdagi xitosan. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79-85.
- Kjartansson, G., Vu, T., Zivanovich, S., Vays, J. (2008): Chitinning sonokimyoviy yordami bilan Chitosanga konversiyasi, USDA Milliy tadqiqot tashabbusi bosh tergovchilar yig'ilishi, Nyu-Orlean, LA, 28-iyun.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitinni yuqori intensiv ultratovush yordamida xitosanga oldindan davolash sifatida deasetilatsiyalash paytida haroratning ta'siri, Oziq-ovqat texnologlari institutining yillik yig'ilishi , Nyu-Orlean, LA, 30-iyun, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chitinning chitosanga aylanishini tezlashtirish uchun yuqori intensiv ultratovushning ta'siri, Oziq-ovqat texnologlari institutining yillik yig'ilishi, Yangi Orlean, LA, 30-iyun, 95-17.
- Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius va uning hosilalari dengiz dizel moyi uchun potentsial biosorbentlar sifatida. Atrof-muhit fanlari va ifloslanish tadqiqotlari (2017) 24:22932–22939.
- Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga GAJ, de Silva KMN (2015): Chitosan nanozarralari va nanotolalarni yuqoridan pastga tayyorlash usuli. Karbongidrat polimerlari 117, 2015. 731-738.
- Wu, T., Zivanovich, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). Yuqori intensiv ultratovush yordamida xitosan molekulyar og'irligini samarali kamaytirish: asosiy mexanizm va ishlov berish parametrlarining ta'siri. Qishloq xo'jaligi va oziq-ovqat kimyosi jurnali 56 (13): 5112-5119.
- Yadav M.; Gosvami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Parik N.; Vivekanand V. (2019): Dengiz mahsulotlari chiqindilari: tijorat maqsadlarida foydalanish mumkin bo'lgan xitin / xitosan materiallarini tayyorlash uchun manba. Bioresurslar va bioprocessing 6/8, 2019 yil.
Bilishga arziydigan faktlar
Ultrasonik xitin deaktilatsiyasi qanday ishlaydi?
Yuqori quvvatli, past chastotali ultratovush (masalan, 20-26 kHz) suyuqlik yoki atala ichiga ulanganda, suyuqlikka yuqori bosimli / past bosimli aylanishlar qo'llaniladi, bu siqilish va kamayishni hosil qiladi. Ushbu o'zgaruvchan yuqori bosim / past bosim davrlarida kichik vakuum pufakchalari hosil bo'ladi, ular bir necha bosim davrlarida o'sadi. Vakuum pufakchalari ko'proq energiyani o'zlashtira olmasa, ular kuchli qulab tushadi. Ushbu qabariq portlashi paytida mahalliy darajada juda kuchli sharoitlar yuzaga keladi: 5000K gacha bo'lgan yuqori haroratlar, 2000 atmgacha bo'lgan bosim, juda yuqori isitish / sovutish tezligi va bosim farqlari. Pufakchaning qulashi dinamikasi massa va issiqlik o'tkazuvchanligiga qaraganda tezroq bo'lgani uchun, qulab tushadigan bo'shliqdagi energiya juda kichik zonada, shuningdek, "issiq nuqta" deb ataladi. Kavitatsiya pufakchasining portlashi natijasida mikroturbulentlar, 280 m/s gacha tezlikda suyuqlik oqimi va natijada kesish kuchlari paydo bo'ladi. Ushbu hodisa ultratovush yoki akustik kavitatsiya deb ataladi.
Soniklangan suyuqlikdagi tomchilar va zarralar o'sha kavitatsion kuchlar bilan to'qnashadi va tezlashtirilgan zarralar bir-biri bilan to'qnashganda, ular zarrachalar to'qnashuvi natijasida parchalanadi. Akustik kavitatsiya ultratovushli frezalash, tarqatish, emulsifikatsiya va sonokimyoning ishlash printsipidir.
Chitin deasetilatsiyasi uchun sirtni faollashtirish va zarrachalar va reagent o'rtasida massa o'tkazuvchanligini oshirish orqali sirt maydonida yuqori intensivlikdagi ultratovush kuchayadi.
xitozan
Xitosan o'zgartirilgan, kationik, toksik bo'lmagan uglevod polimeri bo'lib, uning asosiy komponenti sifatida b-(1,4) glyukozamin birliklari tomonidan hosil qilingan murakkab kimyoviy tuzilishga ega (>80%) va N-asetil glyukozamin birliklari (<20%), zanjir bo'ylab tasodifiy taqsimlangan. Chitosan kimyoviy yoki fermentativ deasetilatsiya orqali xitindan olinadi. Deatsetillanish darajasi (DA) strukturadagi erkin aminokislotalarning tarkibini aniqlaydi va xitin va xitozanni ajratish uchun ishlatiladi. Chitosan suyultirilgan sirka kislotasi kabi o'rtacha erituvchilarda yaxshi eruvchanligini ko'rsatadi va faol maydonlar sifatida bir nechta erkin amin guruhlarini taklif qiladi. Bu ko'plab kimyoviy reaktsiyalarda xitosanni xitinga nisbatan afzalroq qiladi.
Chitosan o'zining mukammal biologik muvofiqligi va biologik parchalanishi, toksik emasligi, yaxshi mikroblarga qarshi faolligi (bakteriyalar va zamburug'larga qarshi), kislorod o'tkazmasligi va plyonka hosil qilish xususiyatlari bilan baholanadi. Xitindan farqli o'laroq, xitosan suvda eriydi va shuning uchun uni qayta ishlash va formulalarda ishlatish osonroq bo'ladi.
Tsellyulozadan keyin ikkinchi eng keng tarqalgan polisakkarid sifatida xitinning ko'pligi uni arzon va barqaror xom ashyoga aylantiradi.
Chitosan ishlab chiqarish
Chitosan ikki bosqichli jarayonda ishlab chiqariladi. Birinchi bosqichda qisqichbaqasimonlar qobig'i (ya'ni, qisqichbaqa, qisqichbaqa, omar) kabi xom ashyo proteinsizlanadi, demineralizatsiya qilinadi va xitin olish uchun tozalanadi. Ikkinchi bosqichda xitin kuchli asos (masalan, NaOH) bilan ishlov berib, xitozan olish uchun asetil yon zanjirlarini olib tashlaydi. An'anaviy xitosan ishlab chiqarish jarayoni juda ko'p vaqt va xarajatlarni talab qilishi ma'lum.
xitin
Chitin (C8H13O5N)N b-1,4-N-asetilglyukozaminning toʻgʻri zanjirli polimeri boʻlib, a-, b- va g-xitinlarga boʻlinadi. Glyukoza hosilasi bo'lgan xitin qisqichbaqasimonlar va hasharotlar, mollyuskalarning radulalari, bosh oyoqli tumshug'i, baliq va lissamfibiyalarning tarozilari kabi artropodlarning ekzoskeletlarining asosiy tarkibiy qismi bo'lib, zamburug'larning hujayra devorlarida ham mavjud. Xitinning tuzilishi tsellyuloza bilan taqqoslanadi, kristalli nanofibrillar yoki mo'ylovlar hosil qiladi. Tsellyuloza dunyodagi eng ko'p polisaxarid bo'lib, ikkinchi eng ko'p polisaxarid sifatida xitin turadi.
glyukozamin
Glyukozamin (C6H13YO'Q5) aminokislotali shakar va glikozillangan oqsillar va lipidlarning biokimyoviy sintezida muhim kashshof hisoblanadi. Glyukozamin tabiiy ravishda polisakkaridlar, xitozan va xitinning tarkibiga kiruvchi ko'p miqdorda birikma bo'lib, glyukozaminni eng ko'p monosaxaridlardan biriga aylantiradi. Savdoda mavjud bo'lgan glyukozaminning ko'p qismi qisqichbaqasimonlar ekzoskeletlari, ya'ni qisqichbaqa va omar qobig'ining gidrolizi natijasida hosil bo'ladi.
Glyukozamin asosan glyukozamin sulfat, glyukozamin gidroxlorid yoki N-asetil glyukozamin shaklida qo'llaniladigan xun takviyesi sifatida ishlatiladi. Glyukozamin sulfat qo'shimchalari yallig'lanish, parchalanish va xaftaga tushishi (osteoartrit) natijasida kelib chiqqan og'riqli holatni davolash uchun og'iz orqali yuboriladi.