અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ મશરૂમ્સ જેવા ફૂગના સ્ત્રોતોમાંથી ચિટિન અને ચિટોસનને મુક્ત કરવાની અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા બાયોપોલિમર મેળવવા માટે ડાઉન-સ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગમાં ચિટિન અને ચિટોસનને ડીસીટીલેટેડ કરવું આવશ્યક છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ ડીસીટીલેશન એ અત્યંત અસરકારક, સરળ અને ઝડપી તકનીક છે, જે ઉચ્ચ પરમાણુ વજન અને શ્રેષ્ઠ જૈવઉપલબ્ધતા સાથે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ચિટોસન્સમાં પરિણમે છે.

મશરૂમ્સમાંથી ચિટિન અને ચિટોસન

ખાદ્ય અને ઔષધીય મશરૂમ્સ જેમ કે લેન્ટિનસ એડોડ્સ (શિતાકે), ગેનોડર્મા લ્યુસિડમ (લિંગઝી અથવા રીશી), ઇનોનોટસ ઓબ્લિકસ (ચાગા), એગેરિકસ બિસ્પોરસ (બટન મશરૂમ્સ), હેરિસિયમ એરિનેસિયસ (સિંહની માને), કોર્ડીસેપ્સ સિનેન્સેન્સિસ (ફ્યુનેન્સિસ) હેન-ઓફ-ધ-વુડ), ટ્રેમેટેસ વર્સિકલર (કોરીયોલસ વર્સિકલર, પોલીપોરસ વર્સીકલર, ટર્કીટેલ) અને અન્ય ઘણી ફૂગની પ્રજાતિઓનો વ્યાપકપણે ખોરાક તરીકે અને જૈવ સક્રિય સંયોજનોના નિષ્કર્ષણ માટે ઉપયોગ થાય છે. આ મશરૂમ્સ તેમજ પ્રોસેસિંગ અવશેષો (મશરૂમ કચરો) નો ઉપયોગ ચિટોસન બનાવવા માટે થઈ શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન માત્ર ફૂગના કોષની દિવાલની રચનામાંથી કાઈટિનના પ્રકાશનને પ્રોત્સાહન આપે છે, પરંતુ અલ્ટ્રાસોનિક ડિપોલિમરાઈઝેશન દ્વારા ચીશનને મૂલ્યવાન ચિટોસનમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ચાઇટિનથી ચાઇટોસનના ડિસિટિલેશનને સોનિફિકેશન દ્વારા પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે

ચિટિન, જે એન-એસિટિલગ્લુકોસામાઇન પોલિમર છે (પોલી-(β-(1–4)-N-એસિટિલ-ડી-ગ્લુકોસામાઇન), એક કુદરતી રીતે બનતું પોલિસેકરાઇડ છે જે ક્રસ્ટેસિયન અને જંતુઓ, આંતરિક હાડપિંજર જેવા અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓના એક્સોસ્કેલેટનમાં વ્યાપકપણે જોવા મળે છે. સ્ક્વિડ અને કટલફિશ તેમજ ફૂગની કોષની દિવાલો. મશરૂમ કોષની દિવાલોની રચનામાં જડિત, કાઈટિન ફૂગના કોષની દિવાલના આકાર અને કઠોરતા માટે જવાબદાર છે. ઘણી એપ્લિકેશનો માટે, કાઈટિન તેના ડીસીટીલેટેડ ડેરિવેટિવમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જેને કહેવાય છે. ડિપોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયા દ્વારા ચિટોસન.
ચિટોસન ચિટિનનું સૌથી સામાન્ય અને સૌથી મૂલ્યવાન વ્યુત્પન્ન છે. તે એન-એસિટિલ-ગ્લુકોસામાઇન અને ગ્લુકોસામાઇનમાંથી બનેલું બી-1,4 ગ્લાયકોસાઇડ દ્વારા જોડાયેલું ઉચ્ચ પરમાણુ વજન પોલિસેકરાઇડ છે.
ચિટોસન રાસાયણિક અથવા એન્ઝાઇમેટિક દ્વારા મેળવી શકાય છે એ- ડીસીટીલેશન. રાસાયણિક રીતે સંચાલિત ડીસીટીલેશન પ્રક્રિયામાં, એસિટિલ જૂથ (R-NHCOCH₃) ઊંચા તાપમાને મજબૂત આલ્કલી દ્વારા ફાટી જાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, એન્ઝાઇમેટિક ડીસીટીલેશન દ્વારા ચિટોસનનું સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. જો કે, ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સ્કેલ પર રાસાયણિક ડીસીટીલેશન એ પ્રાધાન્યવાળી તકનીક છે, કારણ કે એન્ઝાઇમેટિક ડીસીટીલેશન ડીસીટીલેઝ એન્ઝાઇમની ઊંચી કિંમત અને ઓછી ચિટોસન ઉપજને કારણે નોંધપાત્ર રીતે ઓછી કાર્યક્ષમ છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ (1→4)-/β-લિંકેજ (ડિપોલિમરાઇઝેશન) ના રાસાયણિક અધોગતિને વધુ તીવ્ર બનાવવા અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ચિટોસન મેળવવા માટે કાઇટિનના ડિસીટીલેશનને અસર કરવા માટે થાય છે. જ્યારે સોનિકેશન એન્ઝાઈમેટિક ડિસીટીલેશન માટે પૂર્વ-સારવાર તરીકે લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ચિટોસન ઉપજ અને ગુણવત્તામાં પણ સુધારો થાય છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સાથે મશરૂમમાંથી ઔદ્યોગિક ચિટોસન ઉત્પાદન

વાણિજ્યિક ચીટિન અને ચિટોસન ઉત્પાદન મુખ્યત્વે દરિયાઈ ઉદ્યોગોના કચરા પર આધારિત છે (જેમ કે માછીમારી, શેલ ફિશ હાર્વેસ્ટિંગ વગેરે). કાચા માલના વિવિધ સ્ત્રોતો વિવિધ ચિટિન અને ચિટોસન ગુણોમાં પરિણમે છે, જે મોસમી માછીમારીની વિવિધતાને કારણે ઉત્પાદન અને ગુણવત્તામાં વધઘટના પરિણામે થાય છે. તદુપરાંત, ફૂગના સ્ત્રોતોમાંથી મેળવેલા ચિટોસન કથિત રીતે એકરૂપ પોલિમર લંબાઈ અને દરિયાઈ સ્ત્રોતોમાંથી ચિટોસન સાથે સરખામણી કરવામાં આવે ત્યારે વધુ દ્રાવ્યતા જેવા શ્રેષ્ઠ ગુણધર્મો પ્રદાન કરે છે. (cf. Ghormade et al., 2017) એકસમાન ચિટોસન સપ્લાય કરવા માટે, ફૂગની પ્રજાતિઓમાંથી ચિટિનનું નિષ્કર્ષણ એક સ્થિર વૈકલ્પિક ઉત્પાદન બની ગયું છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ અને ડીસીટીલેશન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ફૂગમાંથી ચિટિન અને સીટીઓસન ઉત્પાદન સરળતાથી અને વિશ્વસનીય રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. તીવ્ર સોનિકેશન કાઈટિનને છોડવા માટે કોષની રચનાને વિક્ષેપિત કરે છે અને શ્રેષ્ઠ ચિટિન ઉપજ અને નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતા માટે જલીય દ્રાવકોમાં સામૂહિક ટ્રાન્સફરને પ્રોત્સાહન આપે છે. અનુગામી અલ્ટ્રાસોનિક ડીસીટીલેશન કાઈટિનને મૂલ્યવાન ચિટોસનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. બંને, અલ્ટ્રાસોનિક કાઈટિન નિષ્કર્ષણ અને ચિટોસનને ડીસીટીલેશન કોઈપણ વ્યાપારી ઉત્પાદન સ્તરે રેખીય રીતે માપી શકાય છે.

સોનિકેશન ફંગલ ચિટોસનના ઉત્પાદનને વધુ તીવ્ર બનાવે છે અને ઉત્પાદનને વધુ કાર્યક્ષમ અને આર્થિક બનાવે છે.
(ચિત્ર અને અભ્યાસ: © ઝુ એટ અલ., 2019)

સોનિકેશન દ્વારા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમ ચિટોસન સંશ્લેષણ

પારંપરિક રાસાયણિક અને એન્ઝાઈમેટિક કાઈટિન ડીસીટીલીશનની ખામીઓ (એટલે કે, ઓછી કાર્યક્ષમતા, ઉચ્ચ ઉર્જા ખર્ચ, લાંબો પ્રોસેસિંગ સમય, ઝેરી સોલવન્ટ) દૂર કરવા માટે, ઉચ્ચ-તીવ્રતાના અલ્ટ્રાસાઉન્ડને ચિટિન અને ચિટોસન પ્રક્રિયામાં એકીકૃત કરવામાં આવ્યું છે. ઉચ્ચ તીવ્રતાનું સોનિકેશન અને એકોસ્ટિક પોલાણની પરિણામી અસરો પોલિમર સાંકળોના ઝડપી વિચ્છેદન તરફ દોરી જાય છે અને પોલિડિસ્પર્સિટી ઘટાડે છે, જેનાથી ચિટોસનના સંશ્લેષણને પ્રોત્સાહન મળે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક શીયર ફોર્સ સોલ્યુશનમાં સામૂહિક સ્થાનાંતરણને વધુ તીવ્ર બનાવે છે જેથી રાસાયણિક, હાઇડ્રોલિટીક અથવા એન્ઝાઇમેટિક પ્રતિક્રિયામાં વધારો થાય.

અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ કેમિકલ ડીસીટીલેશન અને ડિપોલિમરાઇઝેશન

ચિટિન બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ અને અદ્રાવ્ય બાયોપોલિમર હોવાથી, તેને દ્રાવ્ય અને જૈવ-સુલભ ચિટોસન મેળવવા માટે ડિમિનરલાઇઝેશન, ડિપ્રોટીનાઇઝેશન અને ડિપોલિમરાઇઝેશન / ડીસીટીલેશનની પ્રક્રિયાના તબક્કામાંથી પસાર થવું આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયાના પગલાઓમાં HCl જેવા મજબૂત એસિડ અને NaOH અને KOH જેવા મજબૂત પાયા સાથેની સારવારનો સમાવેશ થાય છે. આ પરંપરાગત પ્રક્રિયાના પગલાં બિનકાર્યક્ષમ, ધીમા અને ઉચ્ચ ઊર્જાની માંગ હોવાથી, સોનિકેશન દ્વારા પ્રક્રિયાની તીવ્રતા ચિટોસન ઉત્પાદનમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. પાવર-અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ ચિટોસનની ઉપજ અને ગુણવત્તામાં વધારો કરે છે, પ્રક્રિયાને દિવસોથી થોડા કલાકો સુધી ઘટાડે છે, હળવા સોલવન્ટ માટે પરવાનગી આપે છે અને સમગ્ર પ્રક્રિયાને વધુ ઊર્જા-કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકલી સુધારેલ કાઈટિનનું ડિપ્રોટીનાઇઝેશન

વાલેજો-ડોમિન્ગ્યુઝ એટ અલ. (2021) ચિટિન ડિપ્રોટીનાઇઝેશનની તેમની તપાસમાં જાણવા મળ્યું કે "બાયોપોલિમર્સના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગથી પ્રોટીનની સામગ્રી તેમજ કાઇટિનના કણોનું કદ ઘટ્યું છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સહાય દ્વારા ઉચ્ચ ડીસીટીલેશન ડિગ્રી અને મધ્યમ પરમાણુ વજનના ચિટોસનનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું હતું.

ચિટિન ડિપોલિમરાઇઝેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોલિસિસ

રાસાયણિક જલવિચ્છેદન માટે, એસિડ અથવા આલ્કલીનો ઉપયોગ કાઈટિનને ડીસીટીલેટ કરવા માટે થાય છે, જો કે આલ્કલી ડીસીટીલેશન (દા.ત., સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઇડ NaOH) વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. એસિડ હાઇડ્રોલિસિસ એ પરંપરાગત રાસાયણિક ડિસીટીલેશનની વૈકલ્પિક પદ્ધતિ છે, જ્યાં કાર્બનિક એસિડ સોલ્યુશન્સનો ઉપયોગ ચિટિન અને ચિટોસનને ડિપોલિમરાઇઝ કરવા માટે થાય છે. એસિડ હાઇડ્રોલિસિસની પદ્ધતિનો ઉપયોગ મોટે ભાગે ત્યારે થાય છે જ્યારે ચિટિન અને ચિટોસનનું પરમાણુ વજન એકરૂપ હોવું જોઈએ. આ પરંપરાગત હાઇડ્રોલિસિસ પ્રક્રિયાને ધીમી અને ઊર્જા- અને ખર્ચ-સઘન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. મજબૂત એસિડની જરૂરિયાત, ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણ એ એવા પરિબળો છે જે હાઇડ્રોલિટીક ચિટોસન પ્રક્રિયાને ખૂબ ખર્ચાળ અને સમય માંગી લે તેવી પ્રક્રિયામાં ફેરવે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા એસિડને ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રક્રિયાઓ જેવી કે તટસ્થતા અને ડિસલ્ટીંગની જરૂર પડે છે.
હાઇડ્રોલિસિસ પ્રક્રિયામાં હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડના એકીકરણ સાથે, ચિટિન અને ચિટોસનના હાઇડ્રોલિટીક ક્લીવેજ માટે તાપમાન અને દબાણની જરૂરિયાતો નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે. વધુમાં, sonication ઓછી એસિડ સાંદ્રતા અથવા હળવા એસિડના ઉપયોગ માટે પરવાનગી આપે છે. આ પ્રક્રિયાને વધુ ટકાઉ, કાર્યક્ષમ, ખર્ચ-અસરકારક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ કેમિકલ ડીસીટીલેશન

ચિટિન અને ચિટોસનનું રાસાયણિક વિઘટન અને ડિએક્ટિલેશન મુખ્યત્વે ખનિજ એસિડ્સ (દા.ત., હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ HCl), સોડિયમ નાઇટ્રાઇટ (NaNO) સાથે ચિટિન અથવા ચિટોસનની સારવાર દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.₂), અથવા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (એચ₂ઓ₂). અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ડીસીટીલેશન દરને સુધારે છે જેથી ડીસીટીલેશનની લક્ષ્યાંકિત ડિગ્રી મેળવવા માટે જરૂરી પ્રતિક્રિયા સમય ઘટાડે છે. આનો અર્થ એ છે કે સોનિકેશન 12-24 કલાકના જરૂરી પ્રોસેસિંગ સમયને થોડા કલાકો સુધી ઘટાડે છે. વધુમાં, સોનિકેશન નોંધપાત્ર રીતે ઓછી રાસાયણિક સાંદ્રતા માટે પરવાનગી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે 40% (w/w) સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ જ્યારે 65% (w/w) અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગ વિના જરૂરી છે.

અલ્ટ્રાસોનિક-એન્ઝાઇમેટિક ડીસીટીલેશન

જ્યારે એન્ઝાઈમેટિક ડીસીટીલેશન એ હળવું, પર્યાવરણીય રીતે સૌમ્ય પ્રોસેસિંગ સ્વરૂપ છે, તેની કાર્યક્ષમતા અને ખર્ચ બિનઆર્થિક છે. જટિલ, શ્રમ-તીવ્ર અને ખર્ચાળ ડાઉનસ્ટ્રીમ આઇસોલેશન અને અંતિમ ઉત્પાદનમાંથી ઉત્સેચકોના શુદ્ધિકરણને લીધે, એન્ઝાઇમેટિક ચિટિન ડીસીટીલેશન વ્યવસાયિક ઉત્પાદનમાં લાગુ કરવામાં આવતું નથી, પરંતુ તેનો ઉપયોગ માત્ર વૈજ્ઞાનિક સંશોધન પ્રયોગશાળામાં થાય છે.
એન્ઝાઈમેટિક ડીસેટલાઈટેશન પહેલા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રી-ટ્રીટમેન્ટ ચિટિન પરમાણુઓને વિભાજિત કરે છે જેથી સપાટીના વિસ્તારને વિસ્તૃત કરે છે અને ઉત્સેચકો માટે વધુ સપાટી ઉપલબ્ધ બનાવે છે. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સોનિકેશન એન્ઝાઇમેટિક ડિસીટીલેશનને સુધારવામાં મદદ કરે છે અને પ્રક્રિયાને વધુ આર્થિક બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ચિટિન અને ચિટોસન ડીસીટીલેશન માટે સંશોધન પરિણામો

ઝુ એટ અલ. (2018) તેમના અભ્યાસમાં નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ડીસીટીલેશન એ એક નિર્ણાયક સફળતા સાબિત થઈ છે, જે β-કાઈટિનને 83-94% ડીસીટીલેશન સાથે ચીટોસનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ડાબી બાજુનું ચિત્ર અલ્ટ્રાસોનિકલી ડીસીટીલેટેડ ચિટોસન (90 W, 15 મિનિટ, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) ની SEM છબી દર્શાવે છે. (ચિત્ર અને અભ્યાસ: © ઝુ એટ અલ., 2018)
તેમના પ્રોટોકોલમાં, DI પાણીમાં NaOH ફ્લેક્સ ઓગાળીને NaOH સોલ્યુશન (20 w/v %) તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. ત્યારબાદ આલ્કલી દ્રાવણને સેન્ટ્રીફ્યુજ ટ્યુબમાં 1:20 (g: mL) ના ઘન-પ્રવાહી ગુણોત્તરમાં GLSP કાંપ (0.5 ગ્રામ) માં ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. Chitosan ને NaCl (40 mL, 0.2 M) અને એસિટિક એસિડ (0.1 M) માં 1:1 સોલ્યુશન વોલ્યુમ રેશિયોમાં ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. પછી સસ્પેન્શનને પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેટર (250W, 20kHz) નો ઉપયોગ કરીને 60 મિનિટ માટે 25°C ના હળવા તાપમાને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કરવામાં આવ્યું હતું. (cf ઝુ એટ અલ., 2018)
પંડિત વગેરે. (2021) એ જાણવા મળ્યું છે કે પોલિમરને દ્રાવ્ય કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા એસિડની સાંદ્રતા દ્વારા ચિટોસન સોલ્યુશન માટે અધોગતિનો દર ભાગ્યે જ પ્રભાવિત થાય છે અને તે મોટાભાગે તાપમાન, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોની તીવ્રતા અને પોલિમરને ઓગળવા માટે વપરાતા માધ્યમની આયનીય શક્તિ પર આધારિત છે. (cf. પંડિત એટ અલ., 2021)

અન્ય અભ્યાસમાં, ઝુ એટ અલ. (2019) ફંગલ કાચા માલ તરીકે ગેનોડર્મા લ્યુસિડમ બીજકણ પાઉડરનો ઉપયોગ કર્યો અને અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત ડીસીટીલેશન અને પ્રોસેસિંગ પરિમાણો જેમ કે સોનીકેશન સમય, ઘન-થી-પ્રવાહી ગુણોત્તર, NaOH સાંદ્રતા અને ડીસીટીલેશન (DD) ની ડિગ્રી પર ઇરેડિયેશન પાવરની અસરોની તપાસ કરી. ચિટોસનનું. સૌથી વધુ DD મૂલ્ય નીચેના અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણો પર મેળવવામાં આવ્યું હતું: 80W પર 20 min sonication, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). SEM, FTIR, TG, અને XRD નો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિકલી મેળવેલ ચિટોસનની સપાટીની આકારવિજ્ઞાન, રાસાયણિક જૂથો, થર્મલ સ્થિરતા અને સ્ફટિકીયતાની તપાસ કરવામાં આવી હતી. સંશોધન ટીમ અલ્ટ્રાસોનિકલી ઉત્પાદિત ચિટોસનના ડીસીટીલેશન (DD), ડાયનેમિક સ્નિગ્ધતા ([η]) અને મોલેક્યુલર વેઇટ (Mv¯) ની ડિગ્રીમાં નોંધપાત્ર વૃદ્ધિનો અહેવાલ આપે છે. પરિણામોએ ફૂગની અલ્ટ્રાસોનિક ડીસીટીલેશન ટેકનિકને રેખાંકિત કરી છે જે ચિટોસન માટે અત્યંત શક્તિશાળી ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે, જે બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય છે. (cf. ઝુ એટ અલ., 2019)

બે મશરૂમ પ્રજાતિઓમાંથી ચિટિન અને ચિટોસન્સની SEM છબીઓ: એ) એલ. વેલેરેયસમાંથી ચિટિન; બી) પી. રિબીસમાંથી ચિટિન; c) L.vellereus માંથી Chitosan; ડી) પી. રિબીસમાંથી ચિટોસન.
ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Erdoğan et al., 2017

અલ્ટ્રાસોનિક ડીસીટીલેશન સાથે શ્રેષ્ઠ ચિટોસન ગુણવત્તા

ચિટિન / ચિટોસન નિષ્કર્ષણ અને ડિપોલિમરાઇઝેશનની અલ્ટ્રાસોનિકલી-સંચાલિત પ્રક્રિયાઓ ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણો કાચી સામગ્રી અને લક્ષિત અંતિમ ઉત્પાદન ગુણવત્તા (દા.ત., પરમાણુ વજન, ડીસીટીલેશનની ડિગ્રી) સાથે ગોઠવી શકાય છે. આ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રક્રિયાને બાહ્ય પરિબળો સાથે અનુકૂલિત કરવા અને શ્રેષ્ઠ પરિણામ અને કાર્યક્ષમતા માટે શ્રેષ્ઠ પરિમાણો સેટ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
અલ્ટ્રાસોનિકલી ડીસીટીલેટેડ ચિટોસન ઉત્તમ જૈવઉપલબ્ધતા અને જૈવ સુસંગતતા દર્શાવે છે. જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરાયેલા ચિટોસન બાયોપોલિમર્સને બાયોમેડિકલ ગુણધર્મો અંગે થર્મલી રીતે મેળવેલા ચિટોસન સાથે સરખાવવામાં આવે છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિકલી ઉત્પાદિત ચિટોસન એસ્ચેરીચીયા કોલી (ઇ. કોલીકસ) અને સ્ટેફાયલોસ એ બંને માટે નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ (L929 સેલ) કાર્યક્ષમતા અને ઉન્નત એન્ટીબેક્ટેરિયલ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે.
(cf. ઝુ એટ અલ., 2018)

અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ અને ચિટિનનું ડીસીટીલેશન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?

જ્યારે પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં જોડાય છે (દા.ત., દ્રાવકમાં ચિટિનનો સમાવેશ કરતું સસ્પેન્શન), અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે જે વૈકલ્પિક ઉચ્ચ-દબાણ / ઓછા-દબાણ ચક્રનું કારણ બને છે. ઓછા દબાણના ચક્ર દરમિયાન, મિનિટ વેક્યૂમ બબલ્સ (કહેવાતા પોલાણ પરપોટા) બનાવવામાં આવે છે, જે ઘણા દબાણ ચક્રમાં વધે છે. ચોક્કસ કદ પર, જ્યારે પરપોટા વધુ ઉર્જા શોષી શકતા નથી, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ દબાણ ચક્ર દરમિયાન હિંસક રીતે ફૂટે છે. બબલ ઇમ્પ્લોશન તીવ્ર કેવિટેશનલ (અથવા સોનોમેકેનિકલ) દળો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આ સોનોમેકેનિકલ પરિસ્થિતિઓ સ્થાનિક રીતે કેવિટેશનલ હોટ-સ્પોટમાં થાય છે અને તે ખૂબ ઊંચા તાપમાન અને અનુક્રમે 4000K અને 1000atm સુધીના દબાણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે; તેમજ અનુરૂપ ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણના તફાવતો. વધુમાં, 100m/s સુધીના વેગ સાથે માઇક્રો-ટર્બ્યુલન્સ અને પ્રવાહી પ્રવાહો ઉત્પન્ન થાય છે. ફૂગ અને ક્રસ્ટેશિયન્સમાંથી ચિટિન અને ચિટોસનનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ તેમજ ચિટિન ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન મુખ્યત્વે સોનોમેકનિકલ અસરોને કારણે થાય છે: આંદોલન અને અશાંતિ કોષોને વિક્ષેપિત કરે છે અને સામૂહિક સ્થાનાંતરણને પ્રોત્સાહન આપે છે અને એસિડિક અથવા આલ્કલાઇન સોલવન્ટ્સ સાથે સંયોજનમાં પોલિમર સાંકળો પણ કાપી શકે છે.
અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા ચિટિન નિષ્કર્ષણના કાર્યકારી સિદ્ધાંત: અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ અસરકારક રીતે મશરૂમ્સના કોષ માળખાને તોડે છે અને કોષની દિવાલ અને કોષના આંતરિક ભાગમાંથી આંતરકોશીય સંયોજનો (એટલે કે, ચિટિન અને ચિટોસન અને અન્ય બાયોએક્ટિવ ફાયટોકેમિકલ્સ) દ્રાવકમાં મુક્ત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ એકોસ્ટિક પોલાણના કાર્યકારી સિદ્ધાંત પર આધારિત છે. અલ્ટ્રાસોનિક / એકોસ્ટિક પોલાણની અસરો ઉચ્ચ-શીયર ફોર્સ, ટર્બ્યુલન્સ અને તીવ્ર દબાણ તફાવત છે. આ સોનોમેકેનિકલ દળો સેલ્યુલર માળખાને તોડે છે જેમ કે ચિટિનસ મશરૂમની કોષની દિવાલો, ફૂગ બાયોમટીરિયલ અને દ્રાવક વચ્ચે સામૂહિક ટ્રાન્સફરને પ્રોત્સાહન આપે છે અને ઝડપી પ્રક્રિયામાં ખૂબ જ ઉચ્ચ અર્ક ઉપજમાં પરિણમે છે. વધુમાં, સોનિકેશન બેક્ટેરિયા અને સૂક્ષ્મજીવાણુઓને મારીને અર્કના વંધ્યીકરણને પ્રોત્સાહન આપે છે. સોનિકેશન દ્વારા માઇક્રોબાયલ નિષ્ક્રિયતા એ સેલ મેમ્બ્રેન માટે વિનાશક પોલાણ બળ, મુક્ત રેડિકલનું ઉત્પાદન અને સ્થાનિક ગરમીનું પરિણામ છે.
અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશનના કાર્યકારી સિદ્ધાંત: પોલિમર સાંકળો પરપોટાની આજુબાજુના શીયર ફીલ્ડમાં પકડવામાં આવે છે અને પોલિમર કોઇલની સાંકળના સેગમેન્ટ્સ તૂટી પડતા પોલાણની નજીકના ભાગો વધુ દૂર હોય તેના કરતા વધુ વેગથી આગળ વધે છે. પોલિમર સેગમેન્ટ્સ અને સોલવન્ટ્સની સંબંધિત ગતિને કારણે પોલિમર સાંકળ પર તણાવ ઉત્પન્ન થાય છે અને તે ક્લીવેજ થવા માટે પૂરતા છે. આ પ્રક્રિયા આમ પોલિમર સોલ્યુશન ~2°માં અન્ય શીયરિંગ અસરો જેવી જ છે અને ખૂબ જ સમાન પરિણામો આપે છે. (સીએફ. પ્રાઇસ એટ અલ., 1994)

ફંગલ ચિટિન અને ચિટોસન પ્રોસેસિંગ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો

એક) ગ્લેડિયસ, બી) અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-ટ્રીટડ ગ્લેડિયસ, સી) β-ચિટિન, ડી) અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-ટ્રીટડ β-ચિટિન, અને ઇ) ચિતોસન (સ્ત્રોત: પ્રેટો એટ અલ) . 2017)

કાઈટિનનું વિભાજન અને ચિટોસનમાં કાઈટિનના ડિસીટીલેશન માટે શક્તિશાળી અને ભરોસાપાત્ર અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની જરૂર પડે છે જે ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર આપી શકે, પ્રક્રિયાના પરિમાણો પર ચોક્કસ નિયંત્રણક્ષમતા પ્રદાન કરે અને ભારે ભાર હેઠળ અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 ચલાવી શકાય. Hielscher Ultrasonics' ઉત્પાદન શ્રેણી આ આવશ્યકતાઓને વિશ્વસનીય રીતે પૂર્ણ કરે છે. ઉત્કૃષ્ટ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કામગીરી ઉપરાંત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ઉચ્ચ ઉર્જા કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે, જે એક નોંધપાત્ર આર્થિક લાભ છે. – ખાસ કરીને જ્યારે વ્યાપારી મોટા પાયે ઉત્પાદન પર કાર્યરત હોય.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ એ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન પ્રણાલીઓ છે જે તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતોને શ્રેષ્ઠ રીતે મેચ કરવા માટે સોનોટ્રોડ્સ, બૂસ્ટર, રિએક્ટર અથવા ફ્લો સેલ જેવી એક્સેસરીઝથી સજ્જ કરી શકાય છે. ડિજિટલ કલર ડિસ્પ્લે સાથે, પ્રીસેટ સોનિકેશન રન કરવાનો વિકલ્પ, એકીકૃત SD કાર્ડ પર ઓટોમેટિક ડેટા રેકોર્ડિંગ, રિમોટ બ્રાઉઝર કંટ્રોલ અને બીજી ઘણી સુવિધાઓ, ઉચ્ચતમ પ્રક્રિયા નિયંત્રણ અને વપરાશકર્તા-મિત્રતા સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. મજબૂતાઈ અને ભારે લોડ-બેરિંગ ક્ષમતા સાથે જોડાયેલ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ ઉત્પાદનમાં તમારા વિશ્વસનીય કાર્ય ઘોડા છે. કાઈટિન ફ્રેગમેન્ટેશન અને ડીસીટીલેશનને લક્ષ્યાંકિત રૂપાંતરણ અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાનું અંતિમ ચિટોસન ઉત્પાદન મેળવવા માટે શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડની જરૂર છે. ખાસ કરીને કાઈટિન ફ્લેક્સના ફ્રેગમેન્ટેશન અને ડિપોલિમરાઈઝેશન / ડીસીટીલેશન સ્ટેપ્સ માટે, ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર અને એલિવેટેડ દબાણ નિર્ણાયક છે. Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ સરળતાથી ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડે છે. 24/7 ઓપરેશનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સતત ચલાવી શકાય છે. ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, કસ્ટમાઇઝ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સની પાવર ક્ષમતા સલામત અને વપરાશકર્તા મૈત્રીપૂર્ણ પ્રક્રિયામાં કાર્યક્ષમ અને ઝડપી ડિસીટીલેશન માટે પરવાનગી આપે છે.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનાનેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતા વિશે સંકેત આપે છે: