Hielscher Siêu âm
Chúng tôi sẽ vui mừng thảo luận về quá trình của bạn.
Gọi cho chúng tôi: +49 3328 437-420
Gửi thư cho chúng tôi: info@hielscher.com

Siêu âm deacetylation của chitin để chitosan

Chitosan là một polyme sinh học có nguồn gốc từ chitin có nhiều ứng dụng trong dược phẩm, thực phẩm, nông nghiệp và công nghiệp. Siêu âm khử axetyl hóa chitin thành chitosan tăng cường điều trị đáng kể – dẫn đến một quy trình hiệu quả và nhanh chóng với năng suất chitosan cao với chất lượng vượt trội.

Sản xuất Chitosan siêu âm

Chitosan thu được bằng cách khử acetyl hóa N của chitin. Trong quá trình khử acetyl hóa thông thường, chitin được ngâm trong dung môi kiềm nước (thường là 40 đến 50% (w / w) NaOH). Quá trình ngâm đòi hỏi nhiệt độ cao từ 100 đến 120ºC rất tốn thời gian, trong khi năng suất chitosan thu được trên mỗi bước ngâm thấp. Việc áp dụng siêu âm công suất cao tăng cường quá trình deacetyl hóa 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. Khử acetyl siêu âm kết quả trong chitosan chất lượng cao được sử dụng làm thành phần thực phẩm và dược phẩm, làm phân bón và trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
Xử lý siêu âm dẫn đến mức độ acetyl hóa đặc biệt (DA) của chitin làm giảm mức độ acetyl hóa chitin từ DA≥90 xuống chitosan với DA≤10.
Nhiều nghiên cứu xác nhận hiệu quả của quá trình khử axetyl chitin siêu âm thành chitosan. Weiss J. et al. (2008) phát hiện ra rằng sonication cải thiện đáng kể sự chuyển đổi của chitin sang chitosan. Việc xử lý chitin bằng sóng siêu âm giúp tiết kiệm thời gian đáng kể, giảm thời gian xử lý cần thiết từ 12-24 giờ xuống còn vài giờ. Hơn nữa, cần ít dung môi hơn để đạt được sự chuyển đổi hoàn toàn, điều này làm giảm tác động môi trường của việc phải loại bỏ và vứt bỏ dung môi đã qua sử dụng hoặc chưa phản ứng, tức là NaOH đậm đặc.

Siêu âm deacetylation của chitin để chitosan

Quá trình khử acetyl của chitin thành chitosan được thúc đẩy bằng cách siêu âm

Máy siêu âm hiệu suất cao 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 lý hoạt động của điều trị Chitosan siêu âm

Siêu âm công suất cao, tần số thấp (∼20-26kHz) tạo ra sự xâm thực âm thanh trong chất lỏng và bùn. Siêu âm công suất cao thúc đẩy quá trình chuyển đổi chitin thành chitosan khi 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 sự truyền khối lượng giữa pha rắn và lỏng. Hơn nữa, lực cắt cao của xâm thực siêu âm tạo ra các gốc tự do làm tăng khả năng phản ứng của thuốc thử (tức là NaOH) trong quá trình thủy phân. Là một kỹ thuật xử lý không nhiệt, siêu âm ngăn ngừa sự suy giảm nhiệt tạo ra chitosan chất lượng cao. Siêu âm rút ngắn thời gian xử lý cần thiết để chiết xuất chitin từ động vật giáp xác cũng như tạo ra chitin (và do đó sau đó là chitosan) có độ tinh khiết cao hơn so với các điều kiện chế biến truyền thống. Đối với 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 chất thải quá trình.

Ưu điểm của sản xuất Chitosan siêu âm

  • Năng suất Chitosan cao hơn
  • Chất lượng vượt trội
  • Giảm thời gian
  • Nhiệt độ quy trình thấp hơn
  • Tăng hiệu quả
  • dễ & Vận hành an toàn
  • Thân thiện với môi trường

Siêu âm Chitin Decetyl hóa thành 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 các tạp chất bám dính bao gồm đất và protein. Sau đó, vật liệu vỏ phải được làm khô hoàn toàn (ví dụ: ở 60ºC trong 24 giờ trong lò). Các vỏ khô sau đó được nghiền (ví dụ: sử dụng máy nghiền búa), khử protein trong môi trường kiềm (ví dụ: NaOH ở độ đậm từ 0,125 đến 5,0 M) và khử khoáng trong axit (ví dụ: axit clohydric loãng).
2) Siêu âm khử acetyl hóa
Để chạy phản ứng khử acetyl hóa siêu âm điển hình, các hạt beta-chitin (0,125 mm < D < 0.250 mm) lơ lửng trong NaOH nước 40% (w / w) với tỷ lệ dung dịch nước beta-chitin / NaOH là 1/10 (g mL-1), hệ thống treo được chuyển sang cốc thủy tinh hai vách và được siêu âm bằng cách sử dụng Hielscher UP400ST máy đồng nhất siêu âm. Các thông số sau (xem Fiamingo et al. 2016) được giữ không đổi khi thực hiện phản ứng khử acetyl hóa chitin siêu âm: (i) đầu dò siêu âm (sonotrode Hielscher S24d22D, đường kính đầu = 22 mm); (ii) chế độ xung siêu âm (IP = 0,5 giây); (iii) cường độ bề mặt siêu âm
(I = 52.6 W cm-2), (iv) nhiệt độ phản ứng (60ºC ±1ºC), (v) thời gian phản ứng (50 phút), (vi) tỷ lệ beta-chitin trọng lượng / thể tích 40% (w / w) natri hydroxit nước (BCHt / NaOH = 1/10 g mL-1); (vii) thể tích hỗn dịch beta-chitin (50mL).
Phản ứng đầu tiên diễn ra trong 50 phút dưới khuấy từ liên tục và sau đó bị gián đoạn bằng cách làm nguội nhanh huyền phù đến 0ºC. Sau đó, axit clohydric loãng được thêm vào để đạt được pH 8,5 và CHs1 mẫu được phân lập bằng cách lọc, rửa rộng rãi bằng nước khử ion và sấy khô ở điều kiện môi trường xung quanh. Khi quá trình khử acetyl siêu âm tương tự được lặp lại như bước thứ hai đối với CHs1, nó sẽ tạo ra CHs2 mẫu.

Siêu âm khử acetyl hóa chition thành chitosan

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)

Fiamingo và cộng sự phát hiện ra rằng quá trình khử acetyl siêu âm của beta-chitin tạo ra chitosan trọng lượng phân tử cao một cách hiệu quả với mức độ acetyl hóa thấp, không sử dụng các chất phụ gia cũng như bầu không khí trơ cũng như thời gian phản ứng dài. Mặc dù phản ứng khử acetyl hóa siêu âm được thực hiện trong điều kiện nhẹ hơn – tức là nhiệt độ phản ứng thấp khi so sánh với hầu hết các deacetylation nhiệt hóa. Việc khử acetyl hóa siêu âm beta-chitin cho phép điều chế chitosan khử acetyl hóa ngẫu nhiên có mức độ acetyl hóa thay đổi (4% ≤ DA ≤ 37%), trọng lượng cao trọng lượng phân tử trung bình (900.000 g mol-1 ≤ triệuW ≤ 1.200.000 g mol-1 ) và độ phân tán thấp (1,3 ≤ Ð ≤ 1,4) bằng cách thực hiện ba phản ứng liên tiếp (50 phút / bước) ở 60ºC.

Hielscher Ultrasonics sản xuất máy siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng siêu âm.

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 để sản xuất Chitosan

UIP4000hdT - Hệ thống siêu âm mạnh mẽ 4 kilowatt để chiết xuất và tạo ra dầu ô liu nguyên chấtSự 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 đối với các thông số quy trình và có thể hoạt động 24/7 dưới tải nặng và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Dòng sản phẩm Hielscher Ultrasonics đáp ứng cho bạn và các yêu cầu quy trình của bạn. Máy siêu âm Hielscher là hệ thống hiệu suất cao có thể được trang bị các phụ kiện như siêu âm, bộ tăng áp, lò phản ứng hoặc 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 chạy âm thanh cài sẵn, ghi dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp, điều khiển trình duyệt từ xa và nhiều tính năng khác, kiểm soát quy trình cao nhất và thân thiện với người dùng được đảm bảo. 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.
Quá trình phân mảnh và khử acetyl hóa chitin đòi hỏi siêu âm mạnh mẽ để có được sự chuyển đổi mục tiêu và sản phẩm chitosan cuối cùng có chất lượng cao. Đặc biệt đối với sự phân mảnh của các mảnh chitin, biên độ cao và áp suất cao là rất quan trọng. Siêu âm Hielscher’ Bộ 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 nữa, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Công suất của hệ thống siêu âm Hielscher cho phép khử acetyl hóa hiệu quả và nhanh chóng trong một quy trình an toàn và thân thiện với người dùng.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

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!

Hỏi thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây, nếu bạn muốn yêu cầu thêm thông tin về đồng nhất siêu âm. Chúng tôi sẽ vui mừng 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 MA, Darie-Nita RN, Bargan A., Vasile C. (2019): Màng bionanocomposite dựa trên Chitosan được điều chế bằng kỹ thuật nhũ tương để bảo quản thực phẩm. Tài liệu 2019, 12(3), 373.
  • Fiamingo A., de Moura Delezuk JA, Trombotto St. David L., Campana-Filho SP (2016): Chitosan trọng lượng phân tử cao được khử axetyl hóa rộng rãi từ quá trình khử axetyl hóa beta-chitin có sự hỗ trợ của siêu âm nhiều bước. Siêu âm Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
  • Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Chuyển đổi Chitin sang Chitosan có sự hỗ trợ của siêu âm, Cuộc họp các nhà điều tra chính của Sáng kiến Nghiên cứu Quốc gia USDA, New Orleans, LA, ngày 28 tháng 6.
  • Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình khử acetyl hóa chitin thành chitosan với siêu âm cường độ cao như một tiền xử lý, Hội nghị thường niên của Viện Công nghệ Thực phẩm, 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 chitin thành chitosan, Hội nghị thường niên của Viện Công nghệ Thực phẩm, New Orleans, LA, ngày 30 tháng 6, 95-17.
  • Preto MF, Campana-Filho SP, Fiamingo A., Cosentino IC, Tessari-Zampieri MC, Abessa DMS, Romero AF, Bordon IC (2017): Gladius và các dẫn xuất của nó như là chất hấp thụ sinh học tiềm năng cho dầu diesel hàng hải. Khoa học Môi trường và Nghiên cứu Ô nhiễm (2017) 24: 22932–22939.
  • Wijesena RN, Tissera N., Kannangara YY, Lin Y., Amaratunga AJ, de Silva KMN (2015): Phương pháp chuẩn bị từ trên xuống các hạt nano chitosan và sợi nano. Polyme carbohydrate 117, 2015. 731–738.
  • Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, DG, Weiss, J. (2008). Giảm hiệu quả trọng lượng phân tử chitosan bằng siêu âm cường độ cao: Cơ chế cơ bản và ảnh hưởng của các thông số xử lý. 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): Chất thải thủy sản: nguồn chuẩn bị vật liệu chitin/chitosan có thể sử dụng thương mại. Tài nguyên sinh học và chế biến sinh học 6/8, 2019.


Sự thật đáng biết

Quá trình khử axit Chitin siêu âm hoạt động như thế nào?

Khi siêu âm công suất cao, tần số thấp (ví dụ: 20-26kHz) được ghép vào chất lỏng hoặc bùn, các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp xen kẽ được áp dụng cho chất lỏng tạo ra nén và khan hiếm. Trong các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp xen kẽ này, các bong bóng chân không nhỏ được tạo ra, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất. Tại thời điểm, khi bong bóng chân không không thể hấp thụ thêm năng lượng, chúng sẽ sụp đổ dữ dội. Trong quá trình nổ bong bóng này, các điều kiện rất dữ dội cục bộ xảy ra: nhiệt độ cao lên đến 5000K, áp suất lên đến 2000atm, tốc độ sưởi ấm / làm mát rất cao và chênh lệch áp suất xảy ra. Vì động lực sụp đổ bong bóng nhanh hơn khối lượng và truyền nhiệt, năng lượng trong khoang sụp đổ bị giới hạn trong một vùng rất nhỏ, còn được gọi là "điểm nóng". Sự nổ của bong bóng xâm thực cũng dẫn đến các nhiễu loạn nhỏ, tia chất lỏng với vận tốc lên đến 280m / s và dẫn đến lực cắt. Hiện tượng này được gọi là xâm thực siêu âm hoặc âm thanh.
Các giọt và hạt trong chất lỏng siêu âm bị tác động bởi các lực xâm thực đó và khi các hạt gia tốc va chạm với nhau, chúng sẽ bị vỡ vụn bởi va chạm giữa các hạt. Xâm thực âm thanh là nguyên lý hoạt động của phay, phân tán, nhũ hóa và siêu âm.
Đối với quá trình khử acetyl hóa chitin, siêu âm cường độ cao tăng diện tích bề mặt bằng cách kích hoạt bề mặt và thúc đẩy sự truyền khối lượng giữa các hạt và thuốc thử.

Chitosan

Chitosan là một polyme carbohydrate biến tính, cation không độc hại với cấu trúc hóa học phức tạp được hình thành bởi β-(1,4) đơn vị glucosamine làm thành phần chính của nó (>80%) và đơn vị N-acetyl glucosamine (<20%), phân bố ngẫu nhiên dọc theo chuỗi. Chitosan có nguồn gốc từ chitin thông qua quá trình khử acetyl hóa học hoặc enzyme. Mức độ khử acetyl hóa (DA) xác định hàm lượng của các nhóm amin tự do trong cấu trúc và được sử dụng để phân biệt giữa chitin và chitosan. Chitosan cho thấy độ hòa tan tốt trong các dung môi vừa phải như axit axetic pha loãng và cung cấp một số nhóm amin tự do làm vị trí hoạt động. Điều này làm cho chitosan có lợi thế hơn chitin trong nhiều phản ứng hóa học.
Chitosan được đánh giá cao vì khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học tuyệt vời, không độc hại, hoạt tính kháng khuẩn tốt (chống lại vi khuẩn và nấm), tính chống thấm oxy và đặc tính tạo màng. Trái ngược với chitin, chitosan có ưu điểm là hòa tan trong nước và do đó dễ xử lý và sử dụng hơn trong các công thức.
Là polysaccharide dồi dào thứ hai sau cellulose, sự phong phú khổng lồ của chitin khiến nó trở thành một nguyên liệu thô rẻ và bền vững.

Sản xuất Chitosan

Chitosan được sản xuất theo quy trình hai bước. Trong bước đầu tiên, nguyên liệu thô, chẳng hạn như vỏ giáp xác (ví dụ: tôm, cua, tôm hùm), được khử protein, khử khoáng và tinh chế để thu được chitin. Trong bước thứ hai, chitin được xử lý bằng một bazơ mạnh (ví dụ: NaOH) để loại bỏ các chuỗi bên acetyl để thu được chitosan. Quá trình sản xuất chitosan thông thường được biết là rất tốn thời gian và chi phí.

chitin

Chitin (C8H13O5N)N là một polyme chuỗi thẳng của β-1,4-N-acetylglucosamine và được phân loại thành α-, β- và γ-chitin. Là dẫn xuất của glucose, chitin là một thành phần chính của bộ xương ngoài của động vật chân đốt, chẳng hạn như động vật giáp xác và côn trùng, radulae của động vật thân mềm, mỏ chân đầu, vảy của cá và động vật lưỡng cư và cũng có thể được tìm thấy trong thành tế bào của nấm. Cấu trúc của chitin có thể so sánh với cellulose, tạo thành các sợi nano tinh thể hoặc râu. Cellulose là polysaccharide dồi dào nhất trên thế giới, tiếp theo là chitin là polysaccharide dồi dào thứ hai.

Glucosamine

Glucosamine (C6H13KHÔNG5) là một loại đường amin và là tiền chất quan trọng trong quá trình tổng hợp sinh hóa các protein và lipid glycosyl hóa. Glucosamine tự nhiên là một hợp chất dồi dào là một phần của cấu trúc của cả polysaccharide, chitosan và chitin, làm cho glucosamine trở thành một trong những monosaccharid dồi dào nhất. Hầu hết glucosamine có sẵn trên thị trường được sản xuất bởi quá trình thủy phân bộ xương ngoài của động vật giáp xác, tức là vỏ cua và tôm hùm.
Glucosamine chủ yếu được sử dụng làm thực phẩm chức năng, nơi nó được sử dụng ở dạng glucosamine sulfate, glucosamine hydrochloride hoặc N-acetyl glucosamine. Bổ sung glucosamine sulfate được dùng bằng đường uống để điều trị tình trạng đau đớn do viêm, suy sụp và cuối cùng là mất sụn (viêm xương khớp).

Chúng tôi sẽ vui mừng thảo luận về quá trình của bạn.

Let's get in contact.