મશરૂમમાંથી કાઇટિન અને કાઇટોસાનનું ઉત્પાદન

મશરૂમ જેવા ફૂગજન્ય સ્રોતોમાંથી કાઇટિન અને કાઇટોસાન મુક્ત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું બાયોપોલિમર મેળવવા માટે અનુવર્તી પ્રક્રિયામાં કાઇટિન અને કાઇટોસાનનું ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન કરવું આવશ્યક છે. અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન અત્યંત અસરકારક, સરળ અને ઝડપી તકનીક છે, જેનાથી ઉચ્ચ આણ્વિક વજન અને શ્રેષ્ઠ જૈવઉપલબ્ધતા ધરાવતા ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા કાઇટોસાન મળે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા મશરૂમમાંથી મેળવેલ કાઇટિન અને કાઇટોસાન

Lentinus edodes (શીતાકે), Ganoderma lucidum (લિંગઝી અથવા રેઇશી), Inonotus obliquus (ચાગા), Agaricus bisporus (બટન મશરૂમ), Hericium erinaceus (લાયન્સ મેન), Cordyceps sinensis (કેટરપિલર ફૂગ), Grifola frondosa (હેન-ઓફ-ધ-વુડ), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, ટર્કીટેઇલ) જેવા ખાદ્ય અને ઔષધીય મશરૂમ તથા ફૂગની અન્ય ઘણી પ્રજાતિઓનો ખોરાક તરીકે અને જૈવસક્રિય સંયોજનોના નિષ્કર્ષણ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. આ મશરૂમ તેમજ પ્રક્રિયાના અવશેષો (મશરૂમનો કચરો)નો ઉપયોગ કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે કરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન ફૂગની કોષભિત્તિની રચનામાંથી કાઇટિનને મુક્ત થવામાં પ્રોત્સાહન આપવા ઉપરાંત, અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન દ્વારા કાઇટિનનું મૂલ્યવાન કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર પણ આગળ ધપાવે છે.

સોનિકેશન દ્વારા કાઇટિનનું ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન કરીને તેને કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાને પ્રોત્સાહન મળે છે

પ્રોબ-પ્રકારની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવતું તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન કાઇટિનના ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશનને પ્રોત્સાહન આપવા માટે વપરાતી તકનીક છે, જેના પરિણામે કાઇટોસાન બને છે. કાઇટિન કુદરતી રીતે જોવા મળતું પોલિસેકેરાઇડ છે, જે કવચધારી પ્રાણીઓ અને જંતુઓના બાહ્યકંકાલમાં તથા અમુક ફૂગની કોષભિત્તિઓમાં મળે છે. કાઇટિનના અણુમાંથી એસિટિલ સમૂહોને દૂર કરીને કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાન મેળવવામાં આવે છે.

ફૂગજન્ય કાઇટિનને કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરિત કરવા માટેની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા

કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે, કાઇટિનના નિલંબનને ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા, ઓછી આવૃત્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો દ્વારા સોનિકેશન આપવામાં આવે છે, જે સામાન્ય રીતે 20 kHz થી 30 kHz ની શ્રેણીમાં હોય છે. આ પ્રક્રિયા તીવ્ર ધ્વનિક કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે, જેનો અર્થ પ્રવાહીમાં સૂક્ષ્મ નિર્વાત પરપોટાની રચના, વૃદ્ધિ અને ધ્વંસ થવો એવો થાય છે. કેવિટેશન પરપોટાની આસપાસના પ્રવાહીમાં સ્થાનિક સ્તરે અત્યંત ઊંચાં શિયર બળો, ઊંચું તાપમાન (કેટલાક હજાર ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી) અને દબાણ (કેટલાક સો વાતાવરણ સુધી) ઉત્પન્ન કરે છે. આ અતિશય પરિસ્થિતિઓ કાઇટિન પોલિમરના વિઘટન અને ત્યારબાદના ડિએસિટિલેશનમાં ફાળો આપે છે.
 

મશરૂમની બે પ્રજાતિઓમાંથી મેળવેલા કાઇટિન અને કાઇટોસાનની SEM છબીઓ: a) L. vellereus માંથી કાઇટિન; b) P. ribis માંથી કાઇટિન; c) L.vellereus માંથી કાઇટોસાન; d) P. ribis માંથી કાઇટોસાન.
ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Erdoğan et al., 2017

કાઇટિનનું અલ્ટ્રાસોનિક ડિપોલિમરાઇઝેશન

કાઇટિનનું ડિપોલિમરાઇઝેશન માઇક્રોસ્ટ્રીમિંગ અને પ્રવાહી જેટિંગ જેવા યાંત્રિક બળોની સંયુક્ત અસરો દ્વારા તેમજ કેવિટેશન દરમિયાન રચાતા મુક્ત મૂળકો અને અન્ય પ્રતિક્રિયાશીલ કણો દ્વારા પ્રેરિત, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે શરૂ થતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા થાય છે. કેવિટેશન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા ઉચ્ચ દબાણવાળા તરંગોને કારણે કાઇટિનની શૃંખલાઓ પર શિયર તણાવ લાગે છે, જેના પરિણામે પોલિમર નાના ટુકડાઓમાં વિભાજિત થાય છે.

કાઇટિનનું અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન

ડિપોલિમરાઇઝેશન ઉપરાંત, તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન કાઇટિનના ડિએસિટિલેશનને પણ પ્રોત્સાહન આપે છે. ડિએસિટિલેશનમાં કાઇટિનના અણુમાંથી એસિટિલ સમૂહો દૂર કરવામાં આવે છે, જેના પરિણામે કાઇટોસાન બને છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા, ખાસ કરીને કેવિટેશન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતાં ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ, ડિએસિટિલેશન પ્રતિક્રિયાને વેગ આપે છે. કેવિટેશનથી સર્જાતી પ્રતિક્રિયાશીલ પરિસ્થિતિઓ કાઇટિનમાંના એસિટિલ બંધોને તોડવામાં મદદ કરે છે, જેના પરિણામે એસિટિક એસિડ મુક્ત થાય છે અને કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર થાય છે.
એકંદરે, તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન કાઇટિન પોલિમરને તોડવા અને તેનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર સરળ બનાવવા માટે જરૂરી યાંત્રિક અને રાસાયણિક ઊર્જા પૂરી પાડીને ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન બંને પ્રક્રિયાઓને વધારે છે. આ તકનીક કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે ઝડપી અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે, જેનો ઔષધનિર્માણ, કૃષિ અને બાયોમેડિકલ ઇજનેરી સહિતના વિવિધ ઉદ્યોગોમાં અનેક ઉપયોગો થાય છે.

શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વડે મશરૂમમાંથી કાઇટોસાનનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન

કાઇટિન અને કાઇટોસાનનું વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન મુખ્યત્વે દરિયાઈ ઉદ્યોગોના કચરા પર આધારિત છે (એટલે કે માછીમારી, કવચધારી જળચરોનું એકત્રીકરણ વગેરે). કાચા માલના જુદા જુદા સ્રોતોને કારણે કાઇટિન અને કાઇટોસાનની ગુણવત્તા જુદી જુદી હોય છે, અને માછીમારીમાં ઋતુગત ફેરફારોને કારણે ઉત્પાદન અને ગુણવત્તામાં વધઘટ થાય છે. વધુમાં, અહેવાલો અનુસાર, દરિયાઈ સ્રોતોમાંથી મેળવેલા કાઇટોસાનની સરખામણીમાં ફૂગના સ્રોતોમાંથી મેળવેલું કાઇટોસાન સમાન પોલિમર લંબાઈ અને વધુ દ્રાવ્યતા જેવા ચડિયાતા ગુણધર્મો ધરાવે છે. (cf. Ghormade et al., 2017) એકસરખી ગુણવત્તાવાળું કાઇટોસાન પૂરું પાડવા માટે, ફૂગની પ્રજાતિઓમાંથી કાઇટિનનું નિષ્કર્ષણ એક સ્થિર વૈકલ્પિક ઉત્પાદન પદ્ધતિ બની ગયું છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ અને ડિએસિટિલેશન તકનીકનો ઉપયોગ કરીને ફૂગમાંથી કાઇટિન અને કાઇટોસાનનું ઉત્પાદન સરળતાથી અને વિશ્વસનીય રીતે કરી શકાય છે. તીવ્ર સોનિકેશન કાઇટિનને મુક્ત કરવા માટે કોષીય રચનાઓને તોડે છે અને કાઇટિનની વધુ સારી ઉપજ તથા નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતા માટે જલીય દ્રાવકોમાં દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને પ્રોત્સાહન આપે છે. ત્યારબાદનું અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન કાઇટિનને મૂલ્યવાન કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કાઇટિન નિષ્કર્ષણ અને તેનું કાઇટોસાનમાં ડિએસિટિલેશન, બંનેનું પ્રમાણ કોઈપણ વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન સ્તર સુધી રેખીય રીતે વધારી શકાય છે.

સોનિકેશન ફૂગમાંથી કાઇટોસાનના ઉત્પાદનને તીવ્ર બનાવે છે અને ઉત્પાદનને વધુ કાર્યક્ષમ તથા આર્થિક બનાવે છે.
(ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Zhu et al., 2019)

કાઇટિન અને કાઇટોસાનના અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનનાં સંશોધન પરિણામો

Zhu et al. (2018) તેમના અભ્યાસમાં નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન એક નિર્ણાયક સફળતા સાબિત થયું છે, જે ઓછાં પ્રતિક્રિયા તાપમાને β-કાઇટિનને 83–94% ડિએસિટિલેશન સાથે કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ડાબી બાજુનું ચિત્ર અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ડિએસિટિલેશન કરેલા કાઇટોસાનની SEM છબી દર્શાવે છે (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Zhu et al., 2018)
તેમની પ્રયોગવિધિમાં, DI પાણીમાં NaOH ની પતરીઓ ઓગાળીને NaOH દ્રાવણ (20 w/v %) તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. ત્યારબાદ સેન્ટ્રિફ્યુજ ટ્યુબમાં રહેલા GLSP અવસાદ (0.5 g) માં 1:20 (g: mL) ના ઘન–પ્રવાહી ગુણોત્તરે આ આલ્કલી દ્રાવણ ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. NaCl (40 mL, 0.2 M) અને એસિટિક એસિડ (0.1 M) ના દ્રાવણોના 1:1 કદના ગુણોત્તરવાળા મિશ્રણમાં કાઇટોસાન ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. ત્યારબાદ પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર (250W, 20kHz) નો ઉપયોગ કરીને આ નિલંબનને 25°C ના હળવા તાપમાને 60 min સુધી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ આપવામાં આવ્યો હતો. (cf Zhu et al., 2018)
 
Pandit et al. (2021) એ શોધ્યું કે કાઇટોસાન દ્રાવણોના વિઘટનના દર પર પોલિમરને દ્રાવ્ય બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા એસિડની સાંદ્રતાની ભાગ્યે જ અસર થાય છે અને તે મુખ્યત્વે તાપમાન, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોની તીવ્રતા અને પોલિમરને ઓગાળવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા માધ્યમોની આયનિક પ્રબળતા પર આધાર રાખે છે. (cf. Pandit et al., 2021)
 
અન્ય એક અભ્યાસમાં, Zhu et al. (2019) એ ફૂગમાંથી મેળવેલા કાચા માલ તરીકે Ganoderma lucidum ના બીજાણુઓના ચૂર્ણનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતા ડિએસિટિલેશનનો તેમજ સોનિકેશન સમય, ઘન–પ્રવાહી ગુણોત્તર, NaOH ની સાંદ્રતા અને વિકિરણ શક્તિ જેવા પ્રક્રિયા પરિમાણોની કાઇટોસાનના ડિએસિટિલેશનના અંશ (DD) પર થતી અસરોનો અભ્યાસ કર્યો હતો. નીચેના અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણો પર સૌથી ઊંચું DD મૂલ્ય પ્રાપ્ત થયું હતું: 80W પર 20 min સોનિકેશન, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml). અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા મેળવેલા કાઇટોસાનની સપાટીની આકારરચના, રાસાયણિક સમૂહો, તાપીય સ્થિરતા અને સ્ફટિકીયતાની SEM, FTIR, TG અને XRD નો ઉપયોગ કરીને તપાસ કરવામાં આવી હતી. સંશોધન ટીમે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા ઉત્પાદિત કાઇટોસાનના ડિએસિટિલેશનના અંશ (DD), ગતિશીલ સ્નિગ્ધતા ([η]) અને આણ્વિક વજન (Mv¯) માં નોંધપાત્ર વૃદ્ધિ નોંધાવી છે. પરિણામોએ દર્શાવ્યું કે ફૂગના અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનની તકનીક કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે અત્યંત અસરકારક પદ્ધતિ છે, જે જૈવતબીબી ઉપયોગો માટે યોગ્ય છે. (cf. Zhu et al., 2019)

અલ્ટ્રાસોનિક ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન દ્વારા કાઇટોસાનની શ્રેષ્ઠ ગુણવત્તા

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા સંચાલિત કાઇટિન / કાઇટોસાનના નિષ્કર્ષણ અને ડિપોલિમરાઇઝેશનની પ્રક્રિયાઓનું ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રણ કરી શકાય છે અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણોને કાચા માલ અને અંતિમ ઉત્પાદનની લક્ષિત ગુણવત્તા (દા.ત., આણ્વિક વજન, ડિએસિટિલેશનનો અંશ) અનુસાર ગોઠવી શકાય છે. આથી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રક્રિયાને બાહ્ય પરિબળો અનુસાર અનુકૂળ બનાવી શકાય છે અને શ્રેષ્ઠ પરિણામ તથા કાર્યક્ષમતા માટે શ્રેષ્ઠતમ પરિમાણો નિર્ધારિત કરી શકાય છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા ડિએસિટિલેશન કરાયેલું કાઇટોસાન ઉત્તમ જૈવઉપલબ્ધતા અને જૈવસુસંગતતા દર્શાવે છે. જૈવતબીબી ગુણધર્મોના સંદર્ભમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા તૈયાર કરાયેલા કાઇટોસાન બાયોપોલિમરોની તાપીય પદ્ધતિથી મેળવેલા કાઇટોસાન સાથે તુલના કરવામાં આવે ત્યારે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા ઉત્પાદિત કાઇટોસાન ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ (L929 કોષ) ની જીવંત રહેવાની ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો અને Escherichia coli (E. coli) તથા Staphylococcus aureus (S. aureus) બંને સામે વધેલી પ્રતિજીવાણુ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે.
(cf. Zhu et al., 2018)
 

100× વિસ્તૃતીકરણ પર સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) ની છબીઓ: a) ગ્લેડિયસ, b) અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉપચારિત ગ્લેડિયસ, c) β-કાઇટિન, d) અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉપચારિત β-કાઇટિન અને e) કાઇટોસાન (સ્રોત: Preto et al. 2017)

કાઇટિન અને કાઇટોસાનની પ્રક્રિયા માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો

કાઇટિનના વિખંડન અને કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર કરવા માટેના ડિએસિટિલેશન માટે શક્તિશાળી અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો જરૂરી છે, જે ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર આપી શકે, પ્રક્રિયાનાં પરિમાણો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ પૂરું પાડે અને ભારે ભાર હેઠળ તથા પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 ચલાવી શકાય. Hielscher Ultrasonicsની ઉત્પાદન શ્રેણી આ જરૂરિયાતોને વિશ્વસનીય રીતે પૂરી કરે છે. ઉત્કૃષ્ટ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કામગીરી ઉપરાંત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો ઉચ્ચ ઊર્જા કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે, જે નોંધપાત્ર આર્થિક લાભ આપે છે – ખાસ કરીને મોટા પાયે વ્યાવસાયિક ઉત્પાદનમાં ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી પ્રણાલીઓ છે, જેને તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો સાથે શ્રેષ્ઠ રીતે સુસંગત બનાવવા માટે સોનોટ્રોડ, બૂસ્ટર, રિએક્ટર અથવા ફ્લો સેલ જેવી સહાયક સામગ્રીથી સજ્જ કરી શકાય છે. ડિજિટલ રંગીન ડિસ્પ્લે, સોનિકેશન ચક્રો અગાઉથી નિર્ધારિત કરવાનો વિકલ્પ, સંકલિત SD કાર્ડ પર સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ, બ્રાઉઝર દ્વારા દૂરસ્થ નિયંત્રણ અને બીજી અનેક સુવિધાઓ સાથે, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો સર્વોચ્ચ પ્રક્રિયા નિયંત્રણ અને ઉપયોગમાં સરળતા સુનિશ્ચિત કરે છે. મજબૂતાઈ અને ભારે ભાર સહન કરવાની ક્ષમતા ધરાવતી Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ ઉત્પાદનમાં તમારા વિશ્વસનીય કાર્યસાથી છે. કાઇટિનના વિખંડન અને ડિએસિટિલેશન દ્વારા લક્ષિત રૂપાંતર તથા ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું અંતિમ કાઇટોસાન ઉત્પાદન મેળવવા માટે શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ જરૂરી છે. ખાસ કરીને કાઇટિનના પતરી જેવા ટુકડાઓના વિખંડન અને ડિપોલિમરાઇઝેશન / ડિએસિટિલેશનનાં પગલાં માટે ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર અને વધારેલું દબાણ નિર્ણાયક છે. Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર સરળતાથી પૂરા પાડે છે. 24/7 કામગીરીમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સાથે સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ વધુ ઊંચા કંપનવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓની શક્તિ ક્ષમતા સુરક્ષિત અને ઉપયોગમાં સરળ પ્રક્રિયામાં કાર્યક્ષમ તથા ઝડપી ડિપોલિમરાઇઝેશન અને ડિએસિટિલેશન શક્ય બનાવે છે.
 

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા સુધારેલી સહક્રિયાત્મક કાઇટિન ઉપચાર પ્રક્રિયા

કાઇટિનના પરંપરાગત રાસાયણિક અને એન્ઝાઇમ આધારિત ડિએસિટિલેશનની ખામીઓ (એટલે કે, ઓછી કાર્યક્ષમતા, ઊર્જાનો ઊંચો ખર્ચ, પ્રક્રિયામાં લાગતો લાંબો સમય, ઝેરી દ્રાવકો) દૂર કરવા માટે, કાઇટિન અને કાઇટોસાનની પ્રક્રિયામાં ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડને સંકલિત કરવામાં આવ્યું છે. ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળું સોનિકેશન અને તેના પરિણામે થતી ધ્વનિક કેવિટેશનની અસરો પોલિમર શૃંખલાઓનું ઝડપી વિચ્છેદન કરે છે અને બહુપરીક્ષેપિતા ઘટાડે છે, જેનાથી કાઇટોસાનના સંશ્લેષણને પ્રોત્સાહન મળે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક કર્તન બળો દ્રાવણમાં દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને તીવ્ર બનાવે છે, જેથી રાસાયણિક, જલવિઘટન અથવા એન્ઝાઇમ આધારિત પ્રતિક્રિયાઓ વધુ અસરકારક બને છે. અલ્ટ્રાસોનિક કાઇટિન ઉપચારને રાસાયણિક પદ્ધતિઓ, જલવિઘટન અથવા એન્ઝાઇમ આધારિત પ્રક્રિયાઓ જેવી પહેલેથી અસ્તિત્વમાં રહેલી કાઇટિન પ્રક્રિયા તકનીકો સાથે જોડી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી રાસાયણિક ડિએસિટિલેશન અને ડિપોલિમરાઇઝેશન

કાઇટિન બિનપ્રતિક્રિયાશીલ અને અદ્રાવ્ય બાયોપોલિમર હોવાથી, દ્રાવ્ય અને જૈવસુલભ કાઇટોસાન મેળવવા માટે તેને ખનિજ દૂર કરવા, પ્રોટીન દૂર કરવા અને ડિપોલિમરાઇઝેશન / ડિએસિટિલેશનનાં પ્રક્રિયાત્મક પગલાંમાંથી પસાર કરવું આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયાત્મક પગલાંમાં HCl જેવા પ્રબળ અમ્લો અને NaOH તથા KOH જેવા પ્રબળ ક્ષારો વડે ઉપચાર કરવામાં આવે છે. આ પરંપરાગત પ્રક્રિયાત્મક પગલાં બિનકાર્યક્ષમ અને ધીમા હોવાથી તથા ઘણી ઊર્જા માગતાં હોવાથી, સોનિકેશન દ્વારા પ્રક્રિયાને તીવ્ર બનાવવાથી કાઇટોસાનના ઉત્પાદનમાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે. પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કાઇટોસાનની ઉપજ અને ગુણવત્તા વધારે છે, પ્રક્રિયાનો સમય દિવસોમાંથી ઘટાડીને થોડા કલાકો કરે છે, ઓછી તીવ્રતાવાળા દ્રાવકોનો ઉપયોગ શક્ય બનાવે છે અને સમગ્ર પ્રક્રિયાને વધુ ઊર્જા કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા કાઇટિનમાંથી પ્રોટીન દૂર કરવાની સુધારેલી પ્રક્રિયા

Vallejo-Dominguez et al. (2021)એ કાઇટિનમાંથી પ્રોટીન દૂર કરવા અંગેના તેમના સંશોધનમાં શોધ્યું કે “બાયોપોલિમરના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગથી કાઇટિનમાં પ્રોટીનનું પ્રમાણ તેમજ તેના કણોનું કદ ઘટ્યું હતું. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી ઉચ્ચ ડિએસિટિલેશન અંશ અને મધ્યમ અણુભાર ધરાવતું કાઇટોસાન ઉત્પન્ન થયું હતું.”

કાઇટિનના ડિપોલિમરાઇઝેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક જળવિભાજન

રાસાયણિક જળવિભાજન માટે કાઇટિનનું ડિએસિટિલેશન કરવા અમ્લો અથવા આલ્કલીઓનો ઉપયોગ થાય છે, જોકે આલ્કલી વડે ડિએસિટિલેશન (દા.ત., સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ NaOH) વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. અમ્લીય જળવિભાજન પરંપરાગત રાસાયણિક ડિએસિટિલેશનની વૈકલ્પિક પદ્ધતિ છે, જેમાં કાઇટિન અને કાઇટોસાનના ડિપોલિમરાઇઝેશન માટે કાર્બનિક અમ્લોના દ્રાવણોનો ઉપયોગ થાય છે. અમ્લીય જળવિભાજનની પદ્ધતિનો ઉપયોગ મોટે ભાગે ત્યારે થાય છે જ્યારે કાઇટિન અને કાઇટોસાનનો અણુભાર એકસમાન હોવો જરૂરી હોય છે. આ પરંપરાગત જળવિભાજન પ્રક્રિયા ધીમી તેમજ ઊર્જા અને ખર્ચની દૃષ્ટિએ સઘન હોવાનું જાણીતું છે. પ્રબળ અમ્લો, ઊંચા તાપમાન અને દબાણની જરૂરિયાત એવા પરિબળો છે જે કાઇટોસાનની જળવિભાજન પ્રક્રિયાને અત્યંત ખર્ચાળ અને સમય માંગી લેતી પ્રક્રિયા બનાવે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા અમ્લોને કારણે તટસ્થીકરણ અને ક્ષાર દૂર કરવા જેવી અનુવર્તી પ્રક્રિયાઓ જરૂરી બને છે.
જળવિભાજન પ્રક્રિયામાં ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડના સંકલનથી કાઇટિન અને કાઇટોસાનના જળવિભાજન દ્વારા બંધવિચ્છેદ માટે જરૂરી તાપમાન અને દબાણ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે. વધુમાં, સોનિકેશનથી અમ્લની ઓછી સાંદ્રતા અથવા વધુ સૌમ્ય અમ્લોનો ઉપયોગ શક્ય બને છે. આ પ્રક્રિયાને વધુ ટકાઉ, કાર્યક્ષમ, ખર્ચની દૃષ્ટિએ અસરકારક અને પર્યાવરણને વધુ અનુકૂળ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી રાસાયણિક ડિએસિટિલેશન

કાઇટિન અને કાઇટોસાનનું રાસાયણિક વિઘટન અને ડિએસિટિલેશન મુખ્યત્વે કાઇટિન અથવા કાઇટોસાનને ખનિજ અમ્લો (દા.ત., હાઇડ્રોક્લોરિક અમ્લ HCl), સોડિયમ નાઇટ્રાઇટ (NaNO₂), અથવા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H₂O₂) સાથે ઉપચારિત કરીને કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ડિએસિટિલેશનનો દર સુધારે છે અને તેથી ડિએસિટિલેશનનો લક્ષિત અંશ મેળવવા માટે જરૂરી પ્રતિક્રિયા સમય ઘટાડે છે. આનો અર્થ એ છે કે સોનિકેશન જરૂરી પ્રક્રિયા સમયને 12–24 કલાકથી ઘટાડીને થોડા કલાકો કરે છે. વધુમાં, સોનિકેશનથી રસાયણોની નોંધપાત્ર રીતે ઓછી સાંદ્રતાનો ઉપયોગ શક્ય બને છે, ઉદાહરણ તરીકે સોનિકેશન સાથે 40% (w/w) સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ થાય છે, જ્યારે અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગ વિના 65% (w/w) જરૂરી હોય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક–ઉત્સેચકીય ડિએસિટિલેશન

ઉત્સેચકીય ડિએસિટિલેશન પ્રક્રિયાનું સૌમ્ય અને પર્યાવરણને હાનિ ન પહોંચાડતું સ્વરૂપ હોવા છતાં, તેની કાર્યક્ષમતા અને ખર્ચની દૃષ્ટિએ તે આર્થિક રીતે પોસાય તેવું નથી. અંતિમ ઉત્પાદનમાંથી ઉત્સેચકોને અલગ કરવા અને શુદ્ધ કરવા માટેની જટિલ, વધુ શ્રમ માંગી લેતી અને ખર્ચાળ અનુવર્તી પ્રક્રિયાઓને કારણે, ઉત્સેચકીય કાઇટિન ડિએસિટિલેશનનો વ્યાવસાયિક ઉત્પાદનમાં અમલ થતો નથી, પરંતુ તેનો ઉપયોગ માત્ર વૈજ્ઞાનિક સંશોધન પ્રયોગશાળામાં થાય છે.
ઉત્સેચકીય ડિએસિટિલેશન પહેલાં અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વઉપચાર કાઇટિનના અણુઓને ખંડિત કરે છે, જેનાથી સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધે છે અને ઉત્સેચકો માટે વધુ સપાટી ઉપલબ્ધ બને છે. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળું સોનિકેશન ઉત્સેચકીય ડિએસિટિલેશન સુધારવામાં મદદ કરે છે અને પ્રક્રિયાને વધુ કિફાયતી બનાવે છે.