Chitin và Chitosan Sản xuất từ nấm
Ultrasonication là một phương pháp hiệu quả cao để giải phóng chitin và chitosan từ các nguồn nấm như nấm. Chitin và chitosan phải được khử polyme và khử acetyl hóa trong quá trình xử lý hạ nguồn để thu được một polyme sinh học chất lượng cao. Ultrasonically hỗ trợ depolymerization và deacetyl hóa là một kỹ thuật hiệu quả cao, đơn giản và nhanh chóng, mà kết quả trong chitosans chất lượng cao với trọng lượng phân tử cao và khả dụng sinh học vượt trội.
Chitin và Chitosan có nguồn gốc từ nấm thông qua siêu âm
Nấm ăn được và dược liệu như Lentinus edodes (nấm hương), Ganoderma lucidum (Linh Chi hoặc Linh Chi), Inonotus obliquus (chaga), Agaricus bisporus (nấm nút), Hericium erinaceus (bờm sư tử), Cordyceps sinensis (nấm sâu bướm), Grifola frondosa (gà mái gỗ), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, turkeytail) và nhiều loài nấm khác được sử dụng rộng rãi làm thực phẩm và chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học. Những loại nấm này cũng như dư lượng chế biến (chất thải nấm) có thể được sử dụng để sản xuất chitosan. Ultrasonication không chỉ thúc đẩy việc phát hành chitin từ cấu trúc thành tế bào nấm, mà còn thúc đẩy việc chuyển đổi chitin thành chitosan có giá trị thông qua siêu âm hỗ trợ depolymerization và deacetylation.
Depolymerization và deacetyl hóa của chitin để chitosan được thúc đẩy bởi sonication
Ultrasonication được sử dụng để chiết xuất chitin từ nấm. Hơn nữa, siêu âm thúc đẩy quá trình khử trùng hợp và khử acetyl hóa chitin để thu được chitosan chất lượng cao.
Siêu âm cường độ cao sử dụng hệ thống siêu âm kiểu thăm dò là một kỹ thuật được sử dụng để thúc đẩy quá trình khử trùng hợp và khử acetyl hóa chitin, dẫn đến sự hình thành chitosan. Chitin là một polysacarit tự nhiên được tìm thấy trong bộ xương ngoài của động vật giáp xác, côn trùng và thành tế bào của một số loại nấm. Chitosan có nguồn gốc từ chitin bằng cách loại bỏ các nhóm acetyl khỏi phân tử chitin.
Thủ tục siêu âm cho nấm Chitin để Chitosan chuyển đổi
Khi ultrasonication cường độ cao được áp dụng để sản xuất chitosan từ chitin, một hệ thống treo chitin được sonicated với cường độ cao, sóng siêu âm tần số thấp, thường trong phạm vi 20 kHz đến 30 kHz. Quá trình này tạo ra sự xâm thực âm thanh dữ dội, trong đó đề cập đến sự hình thành, tăng trưởng và sụp đổ của các bong bóng chân không siêu nhỏ trong chất lỏng. Cavitation tạo ra lực cắt cực cao cục bộ, nhiệt độ cao (lên đến vài nghìn độ C) và áp suất (lên đến vài trăm atm) trong chất lỏng xung quanh bong bóng xâm thực. Những điều kiện khắc nghiệt này góp phần vào sự phân hủy polymer chitin và quá trình khử acetyl sau đó.
Hình ảnh SEM của chitins và chitosans từ hai loài nấm: a) Chitin từ L. vellereus; b) Chitin từ P. ribis; c) Chitosan từ L.vellereus; d) chitosan từ P. ribis.
hình ảnh và nghiên cứu: © Erdoğan và cộng sự, 2017
Siêu âm khử trùng của Chitin
Sự khử trùng hợp của chitin xảy ra thông qua các tác động kết hợp của các lực cơ học, chẳng hạn như microstream và phun chất lỏng, cũng như bởi các phản ứng hóa học bắt đầu siêu âm gây ra bởi các gốc tự do và các loài phản ứng khác được hình thành trong quá trình xâm thực. Các sóng áp suất cao được tạo ra trong quá trình xâm thực làm cho các chuỗi chitin trải qua ứng suất cắt, dẫn đến việc cắt polymer thành các mảnh nhỏ hơn.
Siêu âm Deacetyl hóa của Chitin
Ngoài việc khử polyme, ultrasonication cường độ cao cũng thúc đẩy sự deacetyl hóa của chitin. Deacetyl hóa liên quan đến việc loại bỏ các nhóm acetyl khỏi phân tử chitin, dẫn đến sự hình thành chitosan. Năng lượng siêu âm cường độ cao, đặc biệt là nhiệt độ cao và áp suất được tạo ra trong quá trình xâm thực, đẩy nhanh phản ứng khử acetyl hóa. Các điều kiện phản ứng được tạo ra bởi cavitation giúp phá vỡ các liên kết acetyl trong chitin, dẫn đến việc giải phóng axit axetic và chuyển đổi chitin thành chitosan.
Nhìn chung, ultrasonication cường độ cao tăng cường cả hai quá trình depolymerization và deacetyl hóa bằng cách cung cấp năng lượng cơ học và hóa học cần thiết để phá vỡ polymer chitin và tạo điều kiện cho việc chuyển đổi sang chitosan. Kỹ thuật này cung cấp một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để sản xuất chitosan từ chitin, với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm dược phẩm, nông nghiệp và kỹ thuật y sinh.
Sản xuất Chitosan công nghiệp từ nấm với siêu âm điện
Sản xuất chitin và chitosan thương mại chủ yếu dựa trên chất thải của các ngành công nghiệp hàng hải (tức là đánh bắt cá, thu hoạch cá có vỏ, v.v.). Các nguồn nguyên liệu thô khác nhau dẫn đến chất lượng chitin và chitosan khác nhau, dẫn đến biến động sản xuất và chất lượng do sự thay đổi đánh bắt theo mùa. Hơn nữa, chitosan có nguồn gốc từ các nguồn nấm cung cấp các đặc tính vượt trội như chiều dài polymer đồng nhất và độ hòa tan lớn hơn khi so sánh với chitosan từ các nguồn biển. (cf. Ghormade và cộng sự, 2017) Để cung cấp chitosan đồng nhất, việc chiết xuất chitin từ các loài nấm đã trở thành một sản phẩm thay thế ổn định. Sản xuất chitin và citiosan từ nấm có thể dễ dàng và đáng tin cậy đạt được bằng cách sử dụng công nghệ khai thác siêu âm và khử acetylation. Sonication cường độ cao phá vỡ cấu trúc tế bào để giải phóng chitin và thúc đẩy chuyển khối lượng trong dung môi nước cho năng suất chitin vượt trội và hiệu quả chiết xuất. Khử acetyl siêu âm tiếp theo chuyển đổi chitin thành chitosan có giá trị. Cả hai, khai thác chitin siêu âm và deacetylation để chitosan có thể được thu nhỏ tuyến tính đến bất kỳ mức sản xuất thương mại.
Sonication tăng cường sản xuất nấm chitosan và làm cho việc sản xuất hiệu quả và kinh tế hơn.
(hình ảnh và nghiên cứu: © Zhu et al., 2019)
UP400ST siêu âm Để chiết xuất nấm: Sonication cho năng suất cao của các hợp chất hoạt tính sinh học như polysacarit chitin và chitosan
Kết quả nghiên cứu siêu âm Chitin và Chitosan Deacetyl
Zhu et al. (2018) kết luận trong nghiên cứu của họ rằng khử acetyl siêu âm đã được chứng minh là một bước đột phá quan trọng, chuyển đổi β-chitin thành chitosan với 83-94% deacetyl hóa ở nhiệt độ phản ứng giảm. Hình ảnh bên trái cho thấy hình ảnh SEM của chitosan khử acetyl siêu âm (90 W, 15 phút, 20 w / v% NaOH, 1:15 (g: mL) (hình ảnh và nghiên cứu: © Zhu et al., 2018)
Trong giao thức của họ, dung dịch NaOH (20 w / v%) được điều chế bằng cách hòa tan các mảnh NaOH trong nước DI. Dung dịch kiềm sau đó được thêm vào trầm tích GLSP (0,5 g) với tỷ lệ rắn-lỏng 1:20 (g: mL) vào ống ly tâm. Chitosan được thêm vào NaCl (40 ml, 0,2 M) và axit axetic (0,1 M) với tỷ lệ thể tích dung dịch 1: 1. Việc đình chỉ sau đó được siêu âm ở nhiệt độ nhẹ 25 ° C trong 60 phút bằng cách sử dụng máy siêu âm loại đầu dò (250W, 20kHz). (cf Zhu và cộng sự, 2018)
Pandit et al. (2021) phát hiện ra rằng tốc độ phân hủy đối với dung dịch chitosan hiếm khi bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit được sử dụng để hòa tan polymer và phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ, cường độ sóng siêu âm và cường độ ion của môi trường được sử dụng để hòa tan polymer. (xem Pandit và cộng sự, 2021)
Trong một nghiên cứu khác, Zhu et al. (2019) đã sử dụng bột bào tử Ganoderma lucidum làm nguyên liệu nấm và điều tra quá trình khử acetyl hỗ trợ siêu âm và ảnh hưởng của các thông số xử lý như thời gian sonication, tỷ lệ rắn-to-lỏng, nồng độ NaOH và công suất chiếu xạ trên mức độ deacetyl hóa (DD) của chitosan. Giá trị DD cao nhất thu được ở các thông số siêu âm sau: 20 phút sonication ở 80W, 10% (g: ml) NaOH, 1:25 (g: ml). Hình thái bề mặt, nhóm hóa học, độ ổn định nhiệt và độ kết tinh của chitosan thu được bằng siêu âm đã được kiểm tra bằng cách sử dụng SEM, FTIR, TG và XRD. Nhóm nghiên cứu báo cáo một sự tăng cường đáng kể về mức độ khử acetyl hóa (DD), độ nhớt động ([η]) và trọng lượng phân tử (Mv ̄) của chitosan được sản xuất siêu âm. Kết quả nhấn mạnh kỹ thuật khử acetyl hóa siêu âm của nấm, một phương pháp sản xuất rất mạnh cho chitosan, phù hợp cho các ứng dụng y sinh. (cf. Zhu và cộng sự, 2019)
Chất lượng Chitosan vượt trội với siêu âm Depolymerization và Deacetyl hóa
Các quá trình điều khiển siêu âm của chitin / chitosan khai thác và depolymerization được kiểm soát chính xác và các thông số quá trình siêu âm có thể được điều chỉnh theo nguyên liệu thô và chất lượng sản phẩm cuối cùng được nhắm mục tiêu (ví dụ, trọng lượng phân tử, mức độ deacetyl hóa). Điều này cho phép điều chỉnh quá trình siêu âm với các yếu tố bên ngoài và thiết lập các thông số tối ưu cho kết quả và hiệu quả vượt trội.
Chitosan khử acetylated ultrasonically cho thấy khả dụng sinh học tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học. Khi chitosan biopolyme được chuẩn bị siêu âm được so sánh với chitosan có nguồn gốc nhiệt liên quan đến tính chất y sinh, chitosan sản xuất siêu âm thể hiện khả năng tồn tại của nguyên bào sợi (tế bào L929) được cải thiện đáng kể và tăng cường hoạt động kháng khuẩn cho cả Escherichia coli (E. coli) và Staphylococcus aureus (S. aureus).
(cf. Zhu và cộng sự, 2018)
Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) ở độ phóng đại 100× của a) hoa lay ơn, b) hoa lay ơn được xử lý bằng siêu âm, c) β-chitin, d) β-chitin được xử lý bằng siêu âm và e) chitosan (nguồn: Preto et al. 2017)
Thiết bị siêu âm hiệu suất cao để chế biến Chitin và Chitosan
Sự phân mảnh của chitin và decetyl hóa chitin thành chitosan đòi hỏi thiết bị siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy có thể cung cấp biên độ cao, cung cấp khả năng kiểm soát chính xác các thông số quá trình và có thể được vận hành 24/7 dưới tải nặng và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Phạm vi sản phẩm Hielscher Ultrasonics đáp ứng các yêu cầu này một cách đáng tin cậy. Bên cạnh hiệu suất siêu âm vượt trội, Hielscher ultrasonicators tự hào về hiệu quả năng lượng cao, đó là một lợi thế kinh tế đáng kể – đặc biệt là khi được sử dụng trong sản xuất thương mại quy mô lớn.
Hielscher ultrasonicators là hệ thống hiệu suất cao có thể được trang bị các phụ kiện như sonotrodes, tên lửa đẩy, lò phản ứng hoặc tế bào dòng chảy để phù hợp với nhu cầu quá trình của bạn một cách tối ưu. Với màn hình màu kỹ thuật số, tùy chọn để cài đặt trước sonication chạy, ghi dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp, điều khiển trình duyệt từ xa và nhiều tính năng khác, Hielscher ultrasonicators đảm bảo kiểm soát quá trình cao nhất và thân thiện với người dùng. Kết hợp với sự mạnh mẽ và khả năng chịu tải nặng, hệ thống siêu âm Hielscher là con ngựa làm việc đáng tin cậy của bạn trong sản xuất.
Sự phân mảnh chitin và deacetyl hóa đòi hỏi siêu âm mạnh mẽ để có được sự chuyển đổi mục tiêu và một sản phẩm chitosan cuối cùng có chất lượng cao. Đặc biệt đối với sự phân mảnh của các mảnh chitin và các bước khử trùng / khử acetyl hóa, biên độ cao và áp suất cao là rất quan trọng. Hielscher Ultrasonics bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp dễ dàng cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Công suất năng lượng của hệ thống siêu âm Hielscher cho phép khử trùng hợp và khử acetyl hiệu quả và nhanh chóng trong một quá trình an toàn và thân thiện với người dùng.
Lò phản ứng siêu âm với Đầu dò siêu âm 2000W UIP2000hdT để chiết xuất chitin từ nấm và khử trùng / khử acetyl hóa sau đó
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Điều trị Chitin hiệp đồng được cải thiện bằng siêu âm
Để khắc phục những hạn chế (tức là hiệu quả thấp, chi phí năng lượng cao, thời gian xử lý lâu, dung môi độc hại) của quá trình khử axit chitin hóa học và enzyme truyền thống, siêu âm cường độ cao đã được tích hợp vào chế biến chitin và chitosan. Sonication cường độ cao và các hiệu ứng kết quả của cavitation âm thanh dẫn đến sự cắt kéo nhanh chóng của chuỗi polymer và làm giảm tính đa phân tán, do đó thúc đẩy quá trình tổng hợp chitosan. Hơn nữa, lực cắt siêu âm tăng cường chuyển khối lượng trong dung dịch để phản ứng hóa học, thủy phân hoặc enzyme được tăng cường. Điều trị chitin siêu âm có thể được kết hợp với các kỹ thuật xử lý chitin đã có sẵn như phương pháp hóa học, thủy phân hoặc các thủ tục enzyme.
Ultrasonically hỗ trợ hóa học deacetylation và depolymerization
Vì chitin là một polyme sinh học không phản ứng và không hòa tan, nó phải trải qua các bước quá trình khử khoáng, khử protein và khử trùng / khử acetyl hóa để thu được chitosan hòa tan và sinh học. Các bước quy trình này liên quan đến việc điều trị bằng các axit mạnh như HCl và các bazơ mạnh như NaOH và KOH. Vì các bước quy trình thông thường này không hiệu quả, chậm và đòi hỏi năng lượng cao, quá trình tăng cường bằng sonication cải thiện đáng kể sản xuất chitosan. Việc áp dụng siêu âm điện làm tăng năng suất và chất lượng chitosan, giảm quá trình từ vài ngày xuống còn vài giờ, cho phép dung môi nhẹ hơn và làm cho toàn bộ quá trình tiết kiệm năng lượng hơn.
Ultrasonically cải thiện deproteinization của Chitin
Vallejo-Dominguez et al. (2021) đã tìm thấy trong cuộc điều tra của họ về quá trình khử protein chitin rằng “Ứng dụng siêu âm để sản xuất polyme sinh học làm giảm hàm lượng protein cũng như kích thước hạt của chitin. Chitosan có mức độ khử acetyl hóa cao và trọng lượng phân tử trung bình được sản xuất thông qua hỗ trợ siêu âm.”
Thủy phân siêu âm cho khử trùng hợp Chitin
Để thủy phân hóa học, axit hoặc kiềm được sử dụng để khử acetylate chitin, tuy nhiên quá trình khử acetyl hóa kiềm (ví dụ, natri hydroxit NaOH) được sử dụng rộng rãi hơn. Thủy phân axit là một phương pháp thay thế cho quá trình khử acetyl hóa học truyền thống, trong đó các dung dịch axit hữu cơ được sử dụng để khử trùng hợp chitin và chitosan. Phương pháp thủy phân axit chủ yếu được sử dụng khi trọng lượng phân tử của chitin và chitosan phải đồng nhất. Quá trình thủy phân thông thường này được gọi là chậm và tốn nhiều năng lượng và chi phí. Yêu cầu của axit mạnh, nhiệt độ và áp suất cao là những yếu tố biến quá trình chitosan thủy phân thành một quy trình rất tốn kém và tốn thời gian. Các axit được sử dụng đòi hỏi các quá trình hạ lưu như trung hòa và khử muối.
Với việc tích hợp siêu âm công suất cao vào quá trình thủy phân, các yêu cầu về nhiệt độ và áp suất đối với sự phân tách thủy phân của chitin và chitosan có thể được giảm đáng kể. Hơn nữa, sonication cho phép nồng độ axit thấp hơn hoặc sử dụng axit nhẹ hơn. Điều này làm cho quá trình bền vững hơn, hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn.
Ultrasonically hỗ trợ hóa học deacetylation
Sự phân hủy hóa học và deacteyl hóa chitin và chitosan chủ yếu đạt được bằng cách xử lý chitin hoặc chitosan bằng axit khoáng (ví dụ: axit clohydric HCl), natri nitrit (NaNO2), hoặc hydro peroxide (H2O2). Siêu âm cải thiện tốc độ khử acetyl hóa do đó rút ngắn thời gian phản ứng cần thiết để đạt được mức độ khử acetyl hóa mục tiêu. Điều này có nghĩa là sonication làm giảm thời gian xử lý cần thiết từ 12-24 giờ xuống còn vài giờ. Hơn nữa, sonication cho phép nồng độ hóa học thấp hơn đáng kể, ví dụ 40% (w / w) natri hydroxit sử dụng sonication trong khi 65% (w / w) được yêu cầu mà không cần sử dụng siêu âm.
Siêu âm-Enzym Deacetylation
Trong khi khử acetyl hóa enzyme là một hình thức xử lý nhẹ, lành tính với môi trường, hiệu quả và chi phí của nó là không kinh tế. Do sự cô lập và tinh chế phức tạp, tốn nhiều công sức và tốn kém từ sản phẩm cuối cùng, quá trình khử acetyl hóa chitin enzyme không được thực hiện trong sản xuất thương mại mà chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học.
Siêu âm tiền xử lý trước khi enzym deacetlytation mảnh phân tử chitin do đó mở rộng diện tích bề mặt và làm cho bề mặt có sẵn cho các enzyme. Sonication hiệu suất cao giúp cải thiện quá trình khử acetyl hóa enzyme và làm cho quá trình kinh tế hơn.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Sự thật đáng biết
Làm thế nào để khai thác siêu âm và deacetylation của chitin làm việc?
Khi sóng siêu âm công suất là các cặp thành chất lỏng hoặc bùn (ví dụ, huyền phù bao gồm chitin trong dung môi), sóng siêu âm truyền qua chất lỏng gây ra chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp xen kẽ. Trong chu kỳ áp suất thấp, bong bóng chân không phút (được gọi là bong bóng xâm thực) được tạo ra, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất. Ở một kích thước nhất định, khi các bong bóng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn, chúng nổ tung dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Vụ nổ bong bóng được đặc trưng bởi các lực xâm thực mạnh (được gọi là sonomechanical). Những điều kiện sonomechanical này xảy ra cục bộ ở điểm nóng xâm thực và được đặc trưng bởi nhiệt độ và áp suất rất cao lên đến 4000K và 1000atm, tương ứng; cũng như chênh lệch nhiệt độ và áp suất cao tương ứng. Furtehrmore, nhiễu loạn vi mô và dòng chất lỏng với vận tốc lên đến 100m / s được tạo ra. Khai thác siêu âm chitin và chitosan từ nấm và động vật giáp xác cũng như khử trùng chitin và deacetyl hóa chủ yếu là do tác động cơ sonobase: sự khuấy động và nhiễu loạn phá vỡ các tế bào và thúc đẩy chuyển khối lượng và cũng có thể cắt chuỗi polymer kết hợp với dung môi axit hoặc kiềm.
Nguyên tắc làm việc của Chitin khai thác thông qua ultrasonication
Khai thác siêu âm có hiệu quả phá vỡ cấu trúc tế bào của nấm và giải phóng các hợp chất nội bào từ thành tế bào và bên trong tế bào (tức là, polysacarit như chitin và chitosan và các chất phytochemical hoạt tính sinh học khác) vào dung môi. Khai thác siêu âm dựa trên nguyên tắc làm việc của cavitation âm thanh. Các hiệu ứng của siêu âm / cavitation âm thanh là lực cắt cao, nhiễu loạn và chênh lệch áp suất dữ dội. Những lực sonomechanical này phá vỡ các cấu trúc tế bào như thành tế bào nấm chitinous, thúc đẩy chuyển khối lượng giữa vật liệu sinh học nấm và dung môi và dẫn đến năng suất chiết xuất rất cao trong một quá trình nhanh chóng. Ngoài ra, sonication thúc đẩy khử trùng chiết xuất bằng cách tiêu diệt vi khuẩn và vi khuẩn. Bất hoạt vi sinh vật bằng sonication là kết quả của các lực xâm thực phá hủy màng tế bào, sản xuất các gốc tự do và sưởi ấm cục bộ.
Nguyên tắc làm việc của Depolymerization và Deacetylation thông qua ultrasonication
Các chuỗi polymer bị bắt trong trường cắt được tạo ra bằng siêu âm xung quanh bong bóng xâm thực và các đoạn chuỗi của cuộn dây polymer gần khoang sụp đổ sẽ di chuyển với vận tốc cao hơn so với các chuỗi ở xa. Ứng suất sau đó được tạo ra trên chuỗi polymer do chuyển động tương đối của các phân đoạn polymer và dung môi và chúng đủ để gây ra sự phân tách. Do đó, quá trình này tương tự như các hiệu ứng cắt khác trong dung dịch polymer ~ 2 ° và cho kết quả rất giống nhau. (xem Price và cộng sự, 1994)
chitin
Chitin là một polymer N-acetylglucosamine (poly-(β-(1-4)-N-acetyl-D-glucosamine), là một polysaccharide tự nhiên được tìm thấy rộng rãi trong bộ xương ngoài của động vật không xương sống như động vật giáp xác và côn trùng, bộ xương bên trong của mực và mực nang cũng như thành tế bào của nấm. Được nhúng vào cấu trúc của thành tế bào nấm, chitin chịu trách nhiệm về hình dạng và độ cứng của thành tế bào nấm. Đối với nhiều ứng dụng, chitin được chuyển đổi thành dẫn xuất deacetyl hóa của nó, được gọi là chitosan thông qua quá trình khử trùng hợp.
Chitosan là dẫn xuất phổ biến nhất và có giá trị nhất của chitin. Nó là một polysacarit trọng lượng phân tử cao được liên kết bởi b-1,4 glycoside, bao gồm từ N-acetyl-glucosamine và glucosamine.
Chitosan có thể được bắt nguồn thông qua hóa học hoặc enzyme N-khử acetyl hóa. Trong quá trình khử acetyl hóa học, nhóm acetyl (R-NHCOCH3) bị tách ra bởi kiềm mạnh ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, chitosan có thể được tổng hợp thông qua quá trình khử acetyl hóa enzyme. Tuy nhiên, ở quy mô sản xuất công nghiệp, khử acetyl hóa học là kỹ thuật được ưa thích, vì quá trình khử acetyl hóa enzyme kém hiệu quả hơn đáng kể do chi phí cao của các enzyme deacetylase và năng suất chitosan thấp thu được. Ultrasonication được sử dụng để tăng cường sự xuống cấp hóa học của (1→4) - / β-linkage (depolymerization) và thực hiện deacetyl hóa chitin để có được chitosan chất lượng cao.
Khi sonication được áp dụng như tiền xử lý cho quá trình khử acetyl hóa enzyme, năng suất và chất lượng chitosan cũng được cải thiện.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.