Công nghệ siêu âm Hielscher

Siêu âm Deacetylation của chitin đến chitosan

Chitosan là một biopolymer có nguồn gốc từ chitin có nhiều ứng dụng trong dược phẩm, lương thực, nông nghiệp và công nghiệp. Siêu âm deacetylation của chitin để chitosan tăng cường việc điều trị đáng kể – dẫn đến một quá trình hiệu quả và nhanh chóng với năng suất cao chitosan chất lượng vượt trội.

Siêu âm chitosan sản xuất

Chitosan thu được bằng N-deacetylation của chitin. Trong deacetylation thông thường, chitin được ngâm trong dung môi kiềm dung dịch nước (thường là 40 đến 50% (w/w) NaOH). Quá trình ngâm đòi hỏi nhiệt độ cao của 100 đến 120 º C là rất tốn thời gian, trong khi năng suất của chitosan thu được mỗi bước ngâm thấp. Việc áp dụng Ultrasonics công suất cao tăng cường quá trình deacetylation của chitin đáng kể và kết quả trong một năng suất cao của chitosan trọng lượng phân tử thấp trong một điều trị nhanh chóng ở nhiệt độ thấp hơn. Siêu âm deacetylation kết quả trong chất lượng cao chitosan được sử dụng như thực phẩm và các thành phần Pharma, như phân bón và trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
Kết quả điều trị bằng siêu âm trong một mức độ tuyệt vời của acetyl hóa (da) của chitin giảm mức độ của acetyl hóa chitin từ da ≥ 90 đến chitosan với da ≤ 10.
Nhiều nghiên cứu xác nhận hiệu quả của siêu âm chitin deacetylation để chitosan. Weiss J. et al. (2008) thấy rằng sonication cải thiện sự chuyển đổi của chitin để chitosan mạnh. Việc điều trị bằng siêu âm của chitin đi kèm với tiết kiệm thời gian đáng kể giảm thời gian quy trình cần thiết từ 12-24 giờ đến một vài giờ. Hơn nữa, ít dung môi là cần thiết để đạt được một chuyển đổi đầy đủ, làm giảm tác động môi trường của việc phải loại bỏ và bỏ các dung môi đã qua sử dụng hoặc không phản ứng, tức là tập trung NaOH.

Siêu âm Deacetylation của chitin đến chitosan

Deacetylation của chitin để chitosan được thúc đẩy bởi sonication

Cao Performace ultrasonicator UIP4000hdT cho các ứng dụng công nghiệp

UIP4000hdT – Hệ thống siêu âm công suất 4kW

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Nguyên tắc làm việc điều trị siêu âm chitosan

Công suất cao, ultrasonication tần số thấp (∼ 20-26kHz) tạo ra cavitation âm thanh trong chất lỏng và slurries. Siêu âm công suất cao thúc đẩy việc chuyển đổi chitin thành chitosan như dung môi (ví dụ, NaOH) phân mảnh và thâm nhập vào các hạt chitin rắn, do đó mở rộng diện tích bề mặt và cải thiện việc chuyển khối lượng giữa pha rắn và lỏng. Hơn nữa, lực cắt cao của siêu âm cavitation tạo ra các gốc tự do làm tăng phản ứng của thuốc thử (tức là NaOH) trong quá trình thủy phân. Là một kỹ thuật xử lý không nhiệt, sonication ngăn chặn sự suy thoái nhiệt sản xuất chitosan chất lượng cao. Siêu âm rút ngắn thời gian xử lý cần thiết để trích xuất chitin từ động vật giáp xác cũng như năng suất chitin (và do đó sau đó chitosan) độ tinh khiết cao hơn so với điều kiện chế biến truyền thống. Để sản xuất chitin và chitosan, siêu âm do đó có khả năng giảm chi phí sản xuất, giảm thời gian xử lý, cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất và giảm tác động môi trường của quá trình xử lý chất thải.

Ưu điểm của sản xuất siêu âm chitosan

  • Năng suất chitosan cao hơn
  • Chất lượng cao
  • Giảm thời gian
  • Nhiệt độ xử lý thấp hơn
  • Tăng hiệu quả
  • Dễ dàng & hoạt động an toàn
  • môi trường thân thiện

Siêu âm chitin Decetylation để chitosan – Protocol

1) chuẩn bị chitin:
Sử dụng vỏ cua làm nguyên liệu nguồn, vỏ cua nên được rửa kỹ để loại bỏ bất kỳ chất hữu cơ hòa tan nào và tôn trọng các tạp chất bao gồm đất và protein. Sau đó, vật liệu vỏ phải được sấy khô hoàn toàn (ví dụ: 60 º C cho 24h trong lò nướng). Các vỏ khô sau đó được nghiền (ví dụ như bằng cách sử dụng một Hammer Mill), deproteinizirovannyj trong một môi trường kiềm (ví dụ, NaOH tại một conc. của 0,125 đến 5,0 M), và khử khoáng trong axit (ví dụ, pha loãng axít clohiđric).
2) siêu âm Deacetylation
Để chạy một phản ứng khử acetylation siêu âm điển hình, các hạt beta-chitin (0,125 mm < d < 0.250 mm) are suspended in 40% (w/w) aqueous NaOH at a ratio beta-chitin/NaOH aqueous solution of 1/10(g mL-1), Hệ thống treo được chuyển sang một cốc thủy tinh tường đôi và được sonicated bằng cách sử dụng một Hielscher UP400St siêu âm homogenizer. Các thông số sau (CF. Fiamingo et al. 2016) được giữ liên tục khi thực hiện một phản ứng siêu âm chitin deacetylation: (i) thăm dò siêu âm (sonotrode Hielscher S24d22D, đường kính tip = 22 mm); (II) chế độ xung sonication (IP = 0,5 giây); (III) cường độ bề mặt siêu âm
(I = 52,6 W cm-2), (IV) nhiệt độ phản ứng (60 º C ± 1 º C), (v) thời gian phản ứng (50 phút), (vi) tỷ lệ Beta-chitin trọng lượng/khối lượng 40% (w/w) natri hiđrôxít hydroxit (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (VII) lượng beta-chitin đình chỉ (50mL).
Các phản ứng tiền thu đầu tiên cho 50min dưới khuấy từ liên tục và sau đó bị gián đoạn bằng cách nhanh chóng làm mát hệ thống treo đến 0 º C. Sau đó pha loãng axít clohiđric được thêm vào để đạt độ pH 8,5 và mẫu CHs1 được phân lập bằng cách lọc, rửa sạch rộng rãi với nước khử ion và sấy khô ở điều kiện môi trường xung quanh. Khi deacetylation siêu âm tương tự được lặp lại như là một bước thứ hai để CHs1, nó tạo ra mẫu CHs2.

Siêu âm deacetylation của chition để chitosan

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) hình ảnh trong một phóng đại của 100 × một) Gladius, b) siêu âm được xử lý Gladius, c) β-chitin, d) siêu âm xử lý β-chitin, và e) chitosan (nguồn: Preto et al. 2017)

Fiamingo et al. thấy rằng các siêu âm deacetylation của Beta-chitin hiệu quả tạo ra trọng lượng phân tử cao chitosan với một mức độ thấp của acetyl hóa không sử dụng các chất phụ gia cũng không khí trơ hoặc thời gian phản ứng lâu. Mặc dù phản ứng siêu âm deacetylation được thực hiện dưới điều kiện nhẹ hơn – tức là nhiệt độ phản ứng thấp khi so sánh với hầu hết các deacetylations nhiệt hóa. Các siêu âm deacetylation của Beta-chitin cho phép việc chuẩn bị của chitosan dezazetiliruetsa ngẫu nhiên có mức độ thay đổi của acetyl hóa (4% ≤ da ≤ 37%), trọng lượng cao trọng lượng phân tử trung bình (900.000 g Mol-1 ≤ MW ≤ 1.200.000 g Mol-1 ) và phân tán thấp (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) bằng việc thực hiện ba phản ứng liên tục (50 phút/bước) ở 60 º C.

Hielscher Ultrasonics sản xuất ultrasonicators hiệu suất cao cho các ứng dụng sonochemical.

Bộ vi xử lý siêu âm công suất cao từ phòng thí nghiệm đến thí điểm và quy mô công nghiệp.

Hệ thống siêu âm hiệu suất cao cho sản xuất chitosan

UIP4000hdT-4 kilowatts hệ thống siêu âm mạnh mẽ cho việc khai thác và malaxxation dầu ôliu thêm VirginSự phân mảnh của chitin và decetyl hóa của chitin để 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 trong các thông số quá trình và có thể được vận hành 24/7 dưới tải nặng và trong môi trường đòi hỏi. Hielscher Ultrasonics phạm vi sản phẩm bạn và yêu cầu quy trình của bạn được bảo hiểm. 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 các tế bào dòng chảy để phù hợp với nhu cầu quy trình của bạn một cách tối ưu.
Với màn hình màu kỹ thuật số, tùy chọn cài sẵn sonication chạy, ghi dữ liệu tự động trên một thẻ SD tích hợp, điều khiển trình duyệt từ xa và nhiều tính năng hơn, kiểm soát quá trình cao nhất và thân thiện với người dùng được đảm bảo. Kết hợp với 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 và deacetylation chitin đòi hỏi siêu âm mạnh mẽ để có được chuyển đổi nhắm mục tiêu và một sản phẩm cuối cùng chitosan chất lượng cao. Đặc biệt đối với sự phân mảnh của các mảnh chitin, biên độ cao và áp suất lớn là rất quan trọng. Hielscher Ultrasonics’ bộ xử lý siêu âm công nghiệp dễ dàng cung cấp biên độ rất cao. Amplitudes lên đến 200 μm có thể liên tục chạy trong 24/7 hoạt động. Đối với biên độ cao hơn thậm chí, tùy chỉnh siêu âm sonotrodes có sẵn. Công suất điện của hệ thống siêu âm Hielscher cho phép deacetylation hiệu quả và nhanh chóng trong một quá trình an toàn và thân thiện với người dùng.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây, nếu bạn muốn yêu cầu thêm thông tin về đồng nhất bằng siêu âm. Chúng tôi sẽ vui lòng cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn.










Văn học / Tài liệu tham khảo

  • Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): bộ phim của chitosan dựa trên Bionanocomposite được chuẩn bị bằng kỹ thuật nhũ tương để bảo quản thực phẩm. Vật liệu 2019, 12 (3), 373.
  • Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St David L., Campana-Filho S.P. (2016): Rộng rãi dezazetiliruetsa trọng lượng phân tử chitosan từ siêu âm multistep-sự hỗ trợ deacetylation của Beta-chitin. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79 – 85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Sonohóa học hỗ trợ chuyển đổi của chitin để chitosan, USDA quốc gia nghiên cứu sáng kiến các điều tra họp chính, New Orleans, LA, ngày 28 tháng 6.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): ảnh hưởng của nhiệt độ trong thời gian deacetylation của chitin để chitosan với siêu âm cường độ cao như một pre-Treatment, hội nghị thường niên của viện thực phẩm Technologists, New Orleans, LA, Ngày 30 tháng 6, 95-18.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): ảnh hưởng của siêu âm cường độ cao để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi của chitin để chitosan, hội nghị thường niên của viện thực phẩm Technologists, New Orleans, LA, 30 tháng 6, 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 và các dẫn xuất của nó như biosorbents tiềm năng cho dầu diesel biển. Khoa học môi trường và nghiên cứu ô nhiễm (2017) 24:22932 – 22939.
  • Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): Một phương pháp để chuẩn bị đầu xuống của các hạt nano chitosan và sợi Nano. Polyme carbohydrate 117, 2015. 731 – 738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). Giảm trọng lượng phân tử chitosan hiệu quả bằng siêu âm cường độ cao: cơ chế cơ bản và tác dụng của các thông số chế biến. Tạp chí hóa học nông nghiệp và thực phẩm 56 (13): 5112-5119.
  • Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): Hải sản thải: một nguồn để chuẩn bị vật liệu thương mại employable chitin/chitosan. Bioresources và Bioprocessing 6/8, 2019.


Sự kiện đáng biết

Làm thế nào để siêu âm chitin Deactylation work?

Khi siêu âm tần số thấp, công suất cao (ví dụ: 20-26kHz) được kết hợp thành một chất lỏng hoặc bùn, chu kỳ áp suất cao/áp suất thấp xen kẽ được áp dụng cho việc tạo ra chất lỏng nén và rarefaction. Trong những chu trình áp suất cao/áp suất thấp xen kẽ, bong bóng chân không nhỏ được tạo ra, mà phát triển qua một số chu kỳ áp lực. Tại điểm, khi bong bóng chân không không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn, chúng collaps khốc liệt. Trong quá trình nổ bong bóng này, các điều kiện rất dữ dội xảy ra: nhiệt độ cao lên đến 5000K, áp suất lên đến 2000atm, tỷ lệ sưởi/làm mát rất cao và chênh lệch áp suất xảy ra. Kể từ khi động lực sụp đổ bong bóng nhanh hơn khối lượng và truyền nhiệt, năng lượng trong khoang bị sụp đổ được giới hạn ở một khu vực rất nhỏ, còn được gọi là "điểm nóng". Sự nổ của bong bóng cavitation cũng kết quả trong các vi nhiễu, máy bay phản lực chất lỏng lên đến 280m/s vận tốc và kết quả là lực cắt. Hiện tượng này được gọi là siêu âm hoặc cavitation âm thanh.
Các giọt và các hạt trong chất lỏng sonicated được impinged bởi những cavitational lực lượng và khi các hạt tăng tốc va chạm với nhau, họ nhận được tan vỡ bởi va chạm giữa các hạt. Cavitation âm thanh là nguyên tắc làm việc của siêu âm phay, phân tán, nhũ tương và sonochemistry.
Đối với deacetylation chitin, siêu âm cường độ cao tăng lên trong diện tích bề mặt bằng cách kích hoạt bề mặt và thúc đẩy sự chuyển giao khối lượng giữa các hạt và thuốc thử.

chitosan

Chitosan là một polymer cacbohydrat, không độc hại, có cấu trúc hóa học phức tạp được hình thành bởi các đơn vị Glucosamine β-(1, 4) là thành phần chính của nó (> 80%) và N-axetyl Glucosamine đơn vị (<20%), randomly distributed along the chain. Chitosan is derived from chitin through chemical or enzymatic deacetylation. The degree of deacetylation (DA) determines the content of free amino groups in the structure and is used to distinguish between chitin and chitosan. Chitosan shows good solubility in moderate solvents such as diluted acetic acid and offers several free amine groups as active sites. This makes chitosan advantageous over chitin in many chemical reactions. Chitosan is valued for its excellent biocompatibility and biodegradability, non-toxicity, good antimicrobial activity (against bacteria and fungi), oxygen impermeability and film forming properties. In contrast to chitin, chitosan has the advantage of being water-soluble and thereby easier to handle and use in formulations. As the second most abundant polysaccharide following cellulose, the huge abundance of chitin makes it a cheap and sustainable raw material.

Sản xuất chitosan

Chitosan được sản xuất trong một quá trình hai bước. Trong bước đầu tiên, các nguyên liệu, chẳng hạn như giáp xác shells (ví dụ như tôm, cua, tôm hùm), là deproteinized, khử khoáng và tinh khiết để có được chitin. Trong bước thứ hai, chitin được điều trị bằng một cơ sở mạnh (ví dụ, NaOH) để loại bỏ các chuỗi bên axetyl để có được chitosan. Quá trình sản xuất chitosan thông thường được biết là rất tốn thời gian và chi phí chuyên sâu.

chitin

Chitin (C8H13các5NN là một polymer chuỗi thẳng của β-1, 4-N-acetylglucosamine và được phân loại thành α-, β-và γ-chitin. Là phái sinh của glucose, chitin là một thành phần chính của các Exoskeletons của động vật chân đốt, chẳng hạn như động vật giáp xác và côn trùng, các radulae của nhuyễn thể, bài beaks, và các vảy của cá và Lissamphibia và có thể được tìm thấy trong các tế bào trong các bức tường của nấm, quá. Cấu trúc của chitin được so sánh với cellulose, tạo thành các nanofibrils tinh thể hoặc râu. Cellulose là polysaccharide phong phú nhất của thế giới, tiếp theo là chitin như polysaccharide phong phú thứ hai.

Glucosamine

Glucosamine (C6H13Không5) là một đường amin và là một tiền chất quan trọng trong sự tổng hợp sinh hóa của protein glycosylated và lipid. Glucosamine tự nhiên là một hợp chất phong phú là một phần của cấu trúc của cả hai polysaccharides, chitosan, và chitin, mà làm cho Glucosamine một trong monosaccharides phong phú nhất. Hầu hết các Glucosamine thương mại có sẵn được sản xuất bởi thủy phân giáp xác Exoskeletons, tức là cua và vỏ tôm hùm.
Glucosamine được sử dụng chủ yếu như chế độ ăn uống bổ sung, nơi nó được sử dụng trong các hình thức của Glucosamine sulfate, Glucosamine hydrochloride hoặc N-axetyl Glucosamine. Glucosamine sulfate bổ sung được quản lý bằng đường uống để điều trị một tình trạng đau đớn gây ra bởi các viêm, sự cố và mất kết luận của sụn (viêm xương khớp).