મશરૂમ્સમાંથી ચિટિન અને ચિટોસન ઉત્પાદન

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 ડિપોલિમરાઇઝ્ડ અને ડિસેટાઇલેટેડ હોવું આવશ્યક છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન એ અત્યંત અસરકારક, સરળ અને ઝડપી તકનીક છે, જે ઉચ્ચ પરમાણુ વજન અને શ્રેષ્ઠ જૈવઉપલબ્ધતા સાથે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ચિટોસન્સમાં પરિણમે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા મશરૂમ-ડેરિવ્ડ 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 (લાયન્સ માને), કોર્ડીસેપ્સ સિનેન્સિસ (ફ્રિન્સેન્સિસ) હેન-ઓફ-ધ-વુડ), ટ્રેમેટીસ 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 અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત ડિપોલિમરાઈઝેશન અને ડીસીટીલેશન દ્વારા કીટિનનું મૂલ્યવાન ચિટોસનમાં રૂપાંતર પણ કરે છે.

ડીપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન ઓફ chitin to chitosan sonication દ્વારા પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે

પ્રોબ-ટાઇપ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ એક તકનીક છે જેનો ઉપયોગ કાઇટિનના ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિસીટીલેશનને પ્રોત્સાહન આપવા માટે થાય છે, જે ચિટોસનની રચના તરફ દોરી જાય છે. ચિટિન એ કુદરતી રીતે બનતું પોલિસેકરાઇડ છે જે ક્રસ્ટેશિયન, જંતુઓ અને અમુક ફૂગની કોષની દિવાલોના એક્સોસ્કેલેટન્સમાં જોવા મળે છે. ચિટોસન એ ચિટિન પરમાણુમાંથી એસિટિલ જૂથોને દૂર કરીને ચિટિનમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

ફંગલ ચિટિનથી ચિટોસન રૂપાંતર માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા

જ્યારે ચીટિનમાંથી ચિટોસનના ઉત્પાદન માટે તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ચીટિન સસ્પેન્શન ઉચ્ચ-તીવ્રતા, ઓછી-આવર્તન અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો સાથે સોનિકેટ થાય છે, સામાન્ય રીતે 20 kHz થી 30 kHz ની રેન્જમાં. પ્રક્રિયા તીવ્ર એકોસ્ટિક પોલાણ પેદા કરે છે, જે પ્રવાહીમાં માઇક્રોસ્કોપિક વેક્યૂમ બબલ્સની રચના, વૃદ્ધિ અને પતનનો સંદર્ભ આપે છે. પોલાણ પોલાણ પરપોટાની આસપાસના પ્રવાહીમાં સ્થાનિક અત્યંત ઉચ્ચ-શીયર ફોર્સ, ઉચ્ચ તાપમાન (કેટલાક હજાર ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી) અને દબાણ (કેટલાક સો વાતાવરણ સુધી) પેદા કરે છે. આ આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ ચિટિન પોલિમરના ભંગાણ અને તેના પછીના ડિસીટીલેશનમાં ફાળો આપે છે.
 

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

ચિટિનનું અલ્ટ્રાસોનિક ડિપોલિમરાઇઝેશન

કાઈટિનનું ડિપોલિમરાઈઝેશન યાંત્રિક દળોની સંયુક્ત અસરો દ્વારા થાય છે, જેમ કે માઇક્રોસ્ટ્રીમિંગ અને લિક્વિડ જેટિંગ, તેમજ પોલાણ દરમિયાન રચાયેલી મુક્ત રેડિકલ અને અન્ય પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓ દ્વારા પ્રેરિત અલ્ટ્રાસોનિકલી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા થાય છે. પોલાણ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા ઉચ્ચ-દબાણના તરંગોથી ચિટિન સાંકળો શીયર સ્ટ્રેસમાંથી પસાર થાય છે, પરિણામે પોલિમરને નાના ટુકડાઓમાં વિભાજીત કરવામાં આવે છે.

ચિટિનનું અલ્ટ્રાસોનિક ડીસીટીલેશન

ડિપોલિમરાઇઝેશન ઉપરાંત, તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન પણ કાઇટિનના ડિસીટીલેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે. ડીસીટીલેશનમાં ચિટિન પરમાણુમાંથી એસિટિલ જૂથોને દૂર કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જે ચિટોસનની રચના તરફ દોરી જાય છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક ઉર્જા, ખાસ કરીને ઉચ્ચ તાપમાન અને પોલાણ દરમિયાન પેદા થતા દબાણ, ડીસીટીલેશન પ્રતિક્રિયાને વેગ આપે છે. પોલાણ દ્વારા બનાવેલ પ્રતિક્રિયાશીલ પરિસ્થિતિઓ કાઈટિનમાં એસિટિલ જોડાણોને તોડવામાં મદદ કરે છે, પરિણામે એસિટિક એસિડ મુક્ત થાય છે અને કાઈટિનનું ચિટોસનમાં રૂપાંતર થાય છે.
એકંદરે, તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન ચિટિન પોલિમરને તોડવા માટે જરૂરી યાંત્રિક અને રાસાયણિક ઉર્જા પ્રદાન કરીને અને ચિટોસનમાં રૂપાંતરણને સરળ બનાવીને ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન બંને પ્રક્રિયાઓને વધારે છે. ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, કૃષિ અને બાયોમેડિકલ એન્જિનિયરિંગ સહિતના વિવિધ ઉદ્યોગોમાં અસંખ્ય એપ્લિકેશનો સાથે આ ટેકનિક ચિટિનમાંથી ચિટોસનના ઉત્પાદન માટે ઝડપી અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે.

પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સાથે મશરૂમમાંથી ઔદ્યોગિક ચિટોસન ઉત્પાદન

વાણિજ્યિક ચીટિન અને ચિટોસન ઉત્પાદન મુખ્યત્વે દરિયાઈ ઉદ્યોગોના કચરા (એટલે કે માછીમારી, શેલ ફિશ હાર્વેસ્ટિંગ વગેરે) પર આધારિત છે. 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 ચાઇટિન 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 સ્તર સુધી 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)

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 સોલ્યુશનને 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 કાઇટોસન સોલ્યુશન માટે અધોગતિનો દર ભાગ્યે જ પ્રભાવિત થાય છે અને મોટાભાગે તાપમાન, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોની તીવ્રતા અને પોલિમરને ઓગળવા માટે વપરાતા માધ્યમની આયનીય શક્તિ પર આધાર રાખે 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 પરિમાણોની અસરો જેમ કે સોનીકેશન સમય, ઘન-થી-પ્રવાહી ગુણોત્તર, NaOH સાંદ્રતા અને ડીસીટીલેશન (DD) ની ડિગ્રી પર ઇરેડિયેશન પાવરની તપાસ કરી. ચિટોસનનું. સૌથી વધુ DD મૂલ્ય નીચેના અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણો પર મેળવવામાં આવ્યું હતું: 80W પર 20 મિનિટ sonication, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). SEM, FTIR, TG, અને XRD નો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિકલી મેળવેલ ચિટોસનની સપાટીની આકારશાસ્ત્ર, 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 ચિટોસન માટે અત્યંત બળવાન ઉત્પાદન પદ્ધતિ રેખાંકિત કરી, જે બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય છે. (cf. ઝુ એટ અલ., 2019)

અલ્ટ્રાસોનિક ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન સાથે શ્રેષ્ઠ ચિટોસન ગુણવત્તા

ચિટિન / ચિટોસન નિષ્કર્ષણ અને ડિપોલિમરાઇઝેશનની અલ્ટ્રાસોનિકલી-સંચાલિત પ્રક્રિયાઓ ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણોને કાચા માલ 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 પ્રોપર્ટીઝના સંદર્ભમાં થર્મલી વ્યુત્પન્ન ચિટોસન સાથે સરખાવવામાં આવે છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિકલી ઉત્પાદિત ચિટોસન નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ (L929 સેલ) કાર્યક્ષમતા અને ઉન્નત એન્ટીબેક્ટેરિયલ પ્રવૃત્તિ બંને એસ્ચેરીચીયા કોલી (E. colicus a Staphylousc) ને દર્શાવે છે.
(cf. ઝુ એટ અલ., 2018)
 

ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી (SEM) ઈમેજીસને 100×ના મેગ્નિફિકેશનમાં સ્કેન કરવી 2017)

ચિટિન અને ચિટોસન પ્રોસેસિંગ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો

ચિટિનનું વિભાજન અને ચિટોસનમાં કાઈટિનના ડિસીટીલેશન માટે શક્તિશાળી અને ભરોસાપાત્ર અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની જરૂર છે જે ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર પહોંચાડી શકે, પ્રક્રિયાના પરિમાણો પર ચોક્કસ નિયંત્રણક્ષમતા પ્રદાન કરે અને ભારે ભાર હેઠળ અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 ચલાવી શકાય. Hielscher Ultrasonics ઉત્પાદન શ્રેણી આ જરૂરિયાતોને 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 સિસ્ટમ્સ 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 સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ, રિમોટ બ્રાઉઝર કંટ્રોલ અને ઘણી વધુ સુવિધાઓ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ઉચ્ચતમ પ્રક્રિયા નિયંત્રણ અને વપરાશકર્તા-મિત્રતાની ખાતરી આપે છે. મજબૂતાઈ અને ભારે લોડ-બેરિંગ ક્ષમતા સાથે જોડી, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ ઉત્પાદનમાં તમારા વિશ્વસનીય કાર્ય ઘોડા છે. ચિટિન 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 Ultrasonics 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 ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડીસીટીલેશન માટે પરવાનગી આપે છે.
 

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા સિનર્જિસ્ટિક ચિટિન સારવારમાં સુધારો

પારંપરિક રાસાયણિક અને એન્ઝાઈમેટિક ચિટિન 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 તીવ્રતાના સોનિકેશન અને એકોસ્ટિક પોલાણની પરિણામી અસરો પોલિમર સાંકળોના ઝડપી વિચ્છેદન તરફ દોરી જાય છે અને પોલીડિસ્પર્સિટી 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. અલ્ટ્રાસોનિક ચિટિન સારવારને પહેલેથી જ અસ્તિત્વમાં છે તે ચિટિન પ્રોસેસિંગ તકનીકો જેમ કે રાસાયણિક પદ્ધતિઓ, હાઇડ્રોલિસિસ અથવા એન્ઝાઇમેટિક પ્રક્રિયાઓ સાથે જોડી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ કેમિકલ ડિસીટીલેશન અને ડિપોલિમરાઇઝેશન

ચિટિન બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ અને અદ્રાવ્ય બાયોપોલિમર હોવાથી, તેને દ્રાવ્ય અને જૈવ-સુલભ ચિટોસન મેળવવા માટે ડિમિનરલાઈઝેશન, ડિપ્રોટીનાઈઝેશન અને ડિપોલિમરાઈઝેશન/ડીસીટીલેશનના પ્રક્રિયાના તબક્કામાંથી પસાર થવું જોઈએ. 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 ડીપ્રોટીનાઇઝેશન ઓફ કાઈટિન

વાલેજો-ડોમિન્ગ્યુઝ એટ અલ. (2021) તેમની ચિટિન ડિપ્રોટીનાઇઝેશનની તપાસમાં જાણવા મળ્યું કે “બાયોપોલિમર્સના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગથી પ્રોટીન સામગ્રી તેમજ કાઈટિનના કણોનું કદ ઘટ્યું. 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 કરવામાં આવે છે, જો કે આલ્કલી ડીસીટીલેશન (દા.ત., સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ NaOH) વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. એસિડ હાઇડ્રોલિસિસ એ પરંપરાગત રાસાયણિક ડિસીટીલેશનની વૈકલ્પિક પદ્ધતિ છે, જ્યાં કાર્બનિક એસિડ સોલ્યુશનનો 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 રેટને સુધારે છે જેથી ડીસીટીલેશનની લક્ષિત 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, sonication 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.