કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાન બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન
અલ્ટ્રાસોનિક કાઇટોસાન ઉત્પાદન
કાઇટિનના N-ડિએસિટિલેશન દ્વારા કાઇટોસાન મેળવવામાં આવે છે. પરંપરાગત ડિએસિટિલેશનમાં, કાઇટિનને જલીય આલ્કલી દ્રાવકોમાં (સામાન્ય રીતે 40 થી 50% (w/w) NaOH) પલાળવામાં આવે છે. પલાળવાની પ્રક્રિયામાં 100 થી 120ºC જેટલા ઊંચા તાપમાનની જરૂર પડે છે અને ઘણો સમય લાગે છે, જ્યારે પલાળવાના દરેક તબક્કામાં મળતા કાઇટોસાનની ઉપજ ઓછી હોય છે. ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કાઇટિનની ડિએસિટિલેશન પ્રક્રિયાને નોંધપાત્ર રીતે તીવ્ર બનાવે છે અને નીચા તાપમાને ઝડપી ઉપચાર દ્વારા ઓછા અણુભારવાળા કાઇટોસાનની ઊંચી ઉપજ આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનથી ઉત્કૃષ્ટ ગુણવત્તાવાળું કાઇટોસાન મળે છે, જેનો ઉપયોગ ખાદ્ય અને ઔષધીય ઘટક તરીકે, ખાતર તરીકે અને અન્ય અનેક ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં થાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચારથી કાઇટિનના એસિટિલેશનની અસાધારણ માત્રા (DA) પ્રાપ્ત થાય છે, જેમાં કાઇટિનના એસિટિલેશનની માત્રા DA≥90 થી ઘટીને કાઇટોસાનમાં DA≤10 થાય છે.
અનેક સંશોધન અભ્યાસો કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર કરવા માટેના અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનની અસરકારકતાની પુષ્ટિ કરે છે. Weiss J. et al. (2008) એ શોધ્યું કે સોનિકેશન કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર અત્યંત વધારે છે. કાઇટિનના અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચારથી જરૂરી પ્રક્રિયા સમય 12–24 કલાકથી ઘટીને થોડા કલાકો થાય છે, જેથી સમયની નોંધપાત્ર બચત થાય છે. વધુમાં, સંપૂર્ણ રૂપાંતર મેળવવા માટે ઓછા દ્રાવકની જરૂર પડે છે, જે વપરાઈ ગયેલા અથવા પ્રતિક્રિયા ન પામેલા દ્રાવકને, એટલે કે સાંદ્ર NaOH ને, કાઢી નાખવા અને તેનો નિકાલ કરવાની પર્યાવરણીય અસર ઘટાડે છે.
સોનિકેશન દ્વારા કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં ડિએસિટિલેશન પ્રોત્સાહિત થાય છે
UIP4000hdT – 4kW શક્તિ ધરાવતી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલી
અલ્ટ્રાસોનિક કાઇટોસાન ઉપચારનો કાર્યસિદ્ધાંત
ઉચ્ચ શક્તિવાળું, ઓછી આવર્તનવાળું અલ્ટ્રાસોનિકેશન (∼20–26kHz) પ્રવાહીઓ અને સ્લરીઓમાં ધ્વનિક કેવિટેશન સર્જે છે. ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતર પ્રોત્સાહિત કરે છે, કારણ કે દ્રાવક (દા.ત., NaOH) ઘન કાઇટિન કણોને ખંડિત કરે છે અને તેમાં પ્રવેશે છે, જેથી સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધે છે અને ઘન તથા પ્રવાહી પ્રાવસ્થા વચ્ચે દ્રવ્યનું સ્થાનાંતરણ સુધરે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનનાં ઊંચાં કાતરબળો મુક્ત મૂલકો સર્જે છે, જે જળવિઘટન દરમિયાન અભિકર્મકની (એટલે કે NaOH ની) પ્રતિક્રિયાશીલતા વધારે છે. બિનતાપીય પ્રક્રિયા તકનીક તરીકે, સોનિકેશન તાપીય અવક્ષય અટકાવીને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું કાઇટોસાન ઉત્પન્ન કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કવચધારી પ્રાણીઓમાંથી કાઇટિન કાઢવા માટે જરૂરી પ્રક્રિયા સમય ઘટાડે છે અને પરંપરાગત પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓની સરખામણીમાં વધુ શુદ્ધ કાઇટિન (અને તેથી ત્યારબાદ કાઇટોસાન) પણ આપે છે. આમ, કાઇટિન અને કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડવાની, પ્રક્રિયા સમય ઘટાડવાની, ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પર વધુ સારું નિયંત્રણ મેળવવાની અને પ્રક્રિયાના કચરાની પર્યાવરણીય અસર ઘટાડવાની સંભાવના ધરાવે છે.
- કાઇટોસાનની વધુ ઉપજ
- ઉત્કૃષ્ટ ગુણવત્તા
- ઓછો સમય
- પ્રક્રિયાનું નીચું તાપમાન
- વધેલી કાર્યક્ષમતા
- સરળ અને સલામત સંચાલન
- પર્યાવરણને અનુકૂળ
કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાન બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન – કાર્યવિધિ
1) કાઇટિન તૈયાર કરો:
કરચલાનાં કવચનો સ્રોત સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરતી વખતે, કોઈપણ દ્રાવ્ય કાર્બનિક પદાર્થો અને માટી તથા પ્રોટીન સહિત ચોંટેલી અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે કરચલાનાં કવચને સારી રીતે ધોવાં જોઈએ. ત્યારબાદ, કવચની સામગ્રીને સંપૂર્ણપણે સૂકવવી આવશ્યક છે (દા.ત., ઓવનમાં 60ºC પર 24h સુધી). ત્યારપછી સૂકવેલાં કવચને પીસવામાં આવે છે (દા.ત., હેમર મિલનો ઉપયોગ કરીને), આલ્કલીય માધ્યમમાં પ્રોટીન દૂર કરવામાં આવે છે (દા.ત., 0.125 થી 5.0 M સાંદ્રતાવાળા NaOH માં), અને અમ્લમાં ખનિજો દૂર કરવામાં આવે છે (દા.ત., મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક અમ્લમાં).
2) અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન
સામાન્ય અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશન પ્રતિક્રિયા કરવા માટે, બીટા-કાઇટિનના કણોને (0.125 mm < d < 0.250 mm) 40% (w/w) જલીય NaOH માં બીટા-કાઇટિન/NaOH જલીય દ્રાવણના નીચેના ગુણોત્તરે નિલંબિત કરવામાં આવે છે: 1/10(g mL-1), સસ્પેન્શનને બેવડી દીવાલવાળા કાચના બીકરમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે અને Hielscher UP400St અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરનો ઉપયોગ કરીને તેનું સોનિકેશન કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કાઇટિન ડિએસિટિલેશનની પ્રતિક્રિયા કરતી વખતે નીચેના પરિમાણો (જુઓ Fiamingo et al. 2016) અચળ રાખવામાં આવે છે: (i) અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ (સોનોટ્રોડ Hielscher S24d22D, ટિપનો વ્યાસ = 22 mm); (ii) સોનિકેશન પલ્સ મોડ (IP = 0.5sec); (iii) અલ્ટ્રાસોનિક સપાટીની તીવ્રતા
(I = 52.6 W cm-2), (iv) પ્રતિક્રિયાનું તાપમાન (60ºC ±1ºC), (v) પ્રતિક્રિયાનો સમય (50 min), (vi) બીટા-કાઇટિનના વજન અને 40% (w/w) જલીય સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના કદનો ગુણોત્તર (BCHt/NaOH = 1/10 g mL-1); (vii) બીટા-કાઇટિન સસ્પેન્શનનું કદ (50mL).
પ્રથમ પ્રતિક્રિયા સતત ચુંબકીય હલન હેઠળ 50min સુધી ચાલે છે અને પછી સસ્પેન્શનને ઝડપથી 0ºC સુધી ઠંડું કરીને તેને અટકાવવામાં આવે છે. ત્યારબાદ pH 8.5 મેળવવા માટે મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ ઉમેરવામાં આવે છે અને ગાળણ દ્વારા CHs1 નમૂનાને અલગ કરવામાં આવે છે, વિઆયનીકૃત પાણીથી ખૂબ સારી રીતે ધોવામાં આવે છે અને આસપાસની પરિસ્થિતિઓમાં સૂકવવામાં આવે છે. જ્યારે CHs1 પર બીજા તબક્કા તરીકે એ જ અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનનું પુનરાવર્તન કરવામાં આવે છે, ત્યારે CHs2 નમૂનો ઉત્પન્ન થાય છે.
a) ગ્લેડિયસ, b) અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉપચારિત ગ્લેડિયસ, c) β-કાઇટિન, d) અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉપચારિત β-કાઇટિન અને e) કાઇટોસાનની 100× આવર્ધન પરની સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) છબીઓ (સ્રોત: Preto et al. 2017)
Fiamingo et al. એ શોધ્યું કે બીટા-કાઇટિનના અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનથી ઉમેરણો, નિષ્ક્રિય વાતાવરણ કે લાંબા પ્રતિક્રિયા સમયનો ઉપયોગ કર્યા વિના, એસિટિલેશનની ઓછી માત્રા ધરાવતું ઉચ્ચ આણ્વિક વજનનું કાઇટોસાન કાર્યક્ષમ રીતે ઉત્પન્ન થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનની પ્રતિક્રિયા વધુ સૌમ્ય પરિસ્થિતિઓમાં – એટલે કે મોટાભાગની ઉષ્મારાસાયણિક ડિએસિટિલેશન પ્રક્રિયાઓની સરખામણીમાં પ્રતિક્રિયાના નીચા તાપમાને – કરવામાં આવતી હોવા છતાં આવું થાય છે. બીટા-કાઇટિનના અલ્ટ્રાસોનિક ડિએસિટિલેશનથી યાદૃચ્છિક રીતે ડિએસિટિલેટ થયેલું કાઇટોસાન તૈયાર કરી શકાય છે, જેમાં એસિટિલેશનની પરિવર્તનશીલ માત્રા (4% ≤ DA ≤ 37%), ઉચ્ચ ભાર-સરેરાશ આણ્વિક વજન (9,00,000 g mol-1 ≤ Mw ≤ 12,00,000 g mol-1 ) અને ઓછી વિખરાવિતા (1.3 ≤ Ð ≤ 1.4) હોય છે; આ માટે 60ºC પર સતત ત્રણ પ્રતિક્રિયાઓ (50 min/તબક્કો) કરવામાં આવે છે.
પ્રયોગશાળાથી પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક પાયે ઉપયોગ માટેના ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો.
કાઇટોસાનના ઉત્પાદન માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો
કાઇટિનના ખંડન અને કાઇટિનમાંથી કાઇટોસાન બનાવવા માટેના ડિએસિટિલેશન માટે શક્તિશાળી અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની જરૂર પડે છે, જે ઉચ્ચ કંપવિસ્તાર આપી શકે, પ્રક્રિયાના પરિમાણો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે અને ભારે ભાર હેઠળ તથા પડકારજનક વાતાવરણમાં 24/7 ચલાવી શકાય. Hielscher Ultrasonics ની ઉત્પાદન શ્રેણી તમારી અને તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતોને પૂરી કરે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી સિસ્ટમો છે, જેમને તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતોને શ્રેષ્ઠ રીતે અનુરૂપ બનાવવા માટે સોનોટ્રોડ, બૂસ્ટર, રિએક્ટર અથવા ફ્લો સેલ જેવી સહાયક સામગ્રીઓથી સજ્જ કરી શકાય છે.
ડિજિટલ રંગીન ડિસ્પ્લે, સોનિકેશનના ચક્રોને અગાઉથી સેટ કરવાનો વિકલ્પ, સંકલિત SD કાર્ડ પર સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ, બ્રાઉઝર દ્વારા દૂરસ્થ નિયંત્રણ અને બીજી ઘણી સુવિધાઓથી પ્રક્રિયા પર સર્વોચ્ચ નિયંત્રણ અને ઉપયોગમાં સર્વોચ્ચ સરળતા સુનિશ્ચિત થાય છે. મજબૂતાઈ અને ભારે ભાર સહન કરવાની ક્ષમતા સાથે, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો ઉત્પાદનમાં તમારા વિશ્વસનીય કાર્યસાથી છે.
લક્ષિત રૂપાંતરણ અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું અંતિમ કાઇટોસાન ઉત્પાદન મેળવવા માટે કાઇટિનના ખંડન અને ડિએસિટિલેશનમાં શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડની જરૂર પડે છે. ખાસ કરીને કાઇટિનના પાતળા ટુકડાઓના ખંડન માટે ઉચ્ચ કંપવિસ્તાર અને વધારેલું દબાણ નિર્ણાયક છે. Hielscher Ultrasonics ના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો સરળતાથી ખૂબ ઊંચા કંપવિસ્તાર પ્રદાન કરે છે. 200µm સુધીના કંપવિસ્તાર પર 24/7 સતત કામગીરી કરી શકાય છે. આનાથી પણ ઊંચા કંપવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમોની શક્તિ ક્ષમતા સલામત અને ઉપયોગમાં સરળ પ્રક્રિયામાં કાર્યક્ષમ અને ઝડપી ડિએસિટિલેશન શક્ય બનાવે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું કદ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
સાહિત્ય/સંદર્ભો
- Butnaru E., Stoleru E., Brebu M.A., Darie-Nita R.N., Bargan A., Vasile C. (2019): ખાદ્ય પદાર્થોની જાળવણી માટે ઇમલ્શન તકનીક દ્વારા તૈયાર કરેલી કાઇટોસાન આધારિત જૈવ નેનોકમ્પોઝિટ ફિલ્મો. Materials 2019, 12(3), 373.
- Fiamingo A., de Moura Delezuk J.A., Trombotto St. David L., Campana-Filho S.P. (2016): બીટા-કાઇટિનના બહુચરણીય અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સહાયિત ડીએસિટિલેશનથી મેળવેલું વ્યાપકપણે ડીએસિટિલેટ થયેલું ઉચ્ચ આણ્વિક વજન ધરાવતું કાઇટોસાન. Ultrasonics Sonochemistry 32, 2016. 79–85.
- Kjartansson, G., Wu, T., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): સોનોકેમિકલ સહાયથી કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરણ, USDA રાષ્ટ્રીય સંશોધન પહેલના મુખ્ય સંશોધકોની બેઠક, New Orleans, LA, June 28th.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K. Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): પૂર્વ ઉપચાર તરીકે ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં ડીએસિટિલેશન કરતી વખતે તાપમાનનો પ્રભાવ, ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ફૂડ ટેક્નોલોજિસ્ટ્સની વાર્ષિક બેઠક, New Orleans, LA, June 30th, 95-18.
- Kjartansson, G., Kristbergsson, K., Zivanovic, S., Weiss, J. (2008): કાઇટિનનું કાઇટોસાનમાં રૂપાંતરણ ઝડપી બનાવવા માટે ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો પ્રભાવ, ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ફૂડ ટેક્નોલોજિસ્ટ્સની વાર્ષિક બેઠક, New Orleans, LA, June 30th, 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): દરિયાઈ ડીઝલ તેલ માટે સંભવિત જૈવ અધિશોષકો તરીકે ગ્લેડિયસ અને તેના વ્યુત્પન્નો. Environmental Science and Pollution Research (2017) 24:22932–22939.
- Wijesena R.N., Tissera N., Kannangara Y.Y., Lin Y., Amaratunga G.A.J., de Silva K.M.N. (2015): ટોપ-ડાઉન અભિગમ દ્વારા કાઇટોસાનના નેનોકણો અને નેનોતંતુઓ તૈયાર કરવાની પદ્ધતિ. Carbohydrate Polymers 117, 2015. 731–738.
- Wu, T., Zivanovic, S., Hayes, D.G., Weiss, J. (2008). ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા કાઇટોસાનના આણ્વિક વજનમાં કાર્યક્ષમ ઘટાડો: અંતર્નિહિત કાર્યવિધિ અને પ્રક્રિયાના પરિમાણોની અસર. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56(13):5112-5119.
- Yadav M.; Goswami P.; Paritosh K.; Kumar M.; Pareek N.; Vivekanand V. (2019): સમુદ્રી ખાદ્ય પદાર્થોનો કચરો: વ્યાવસાયિક રીતે ઉપયોગમાં લઈ શકાય તેવી કાઇટિન/કાઇટોસાન સામગ્રી તૈયાર કરવા માટેનો સ્રોત. Bioresources and Bioprocessing 6/8, 2019.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
કાઇટિનનું અલ્ટ્રાસોનિક ડીએસિટિલેશન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?
જ્યારે ઉચ્ચ શક્તિવાળા, ઓછી આવૃત્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડને (દા.ત., 20-26kHz) પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં સંચારિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રવાહી પર વારાફરતી ઉચ્ચ દબાણ / નીચા દબાણનાં ચક્રો લાગુ પડે છે, જેનાથી સંકોચન અને વિરલન સર્જાય છે. આ વારાફરતી ઉચ્ચ દબાણ / નીચા દબાણનાં ચક્રો દરમિયાન નાના નિર્વાત પરપોટા ઉત્પન્ન થાય છે, જે દબાણનાં અનેક ચક્રો દરમિયાન મોટા થાય છે. જ્યારે આ નિર્વાત પરપોટા વધુ ઊર્જા શોષી શકતા નથી, ત્યારે તેઓ પ્રચંડ રીતે અંદરની તરફ ધસી પડીને તૂટી જાય છે. પરપોટાના આ અંતઃસ્ફોટ દરમિયાન સ્થાનિક સ્તરે અત્યંત તીવ્ર પરિસ્થિતિઓ સર્જાય છે: 5000K સુધીનું ઊંચું તાપમાન, 2000atm સુધીનું દબાણ, ગરમ થવાના/ઠંડા થવાના અત્યંત ઊંચા દર અને દબાણના તફાવતો ઉદ્ભવે છે. પરપોટાના તૂટી પડવાની ગતિશીલ પ્રક્રિયા દ્રવ્ય અને ઉષ્માના સ્થાનાંતરણ કરતાં વધુ ઝડપી હોવાથી, તૂટી પડતી પોલાણમાં રહેલી ઊર્જા ખૂબ જ નાના વિસ્તારમાં સીમિત રહે છે, જેને “હોટ સ્પોટ” પણ કહેવામાં આવે છે. કેવિટેશન પરપોટાના અંતઃસ્ફોટથી સૂક્ષ્મ વિક્ષુબ્ધ પ્રવાહો, 280m/s સુધીની ગતિવાળા પ્રવાહી જેટ અને તેના પરિણામે કર્તન બળો પણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ ઘટનાને અલ્ટ્રાસોનિક અથવા ધ્વનિક કેવિટેશન કહેવામાં આવે છે.
સોનિકેશન કરેલા પ્રવાહીમાં રહેલાં ટીપાં અને કણો પર આ કેવિટેશન બળો પ્રહાર કરે છે અને જ્યારે પ્રવેગિત કણો એકબીજા સાથે અથડાય છે, ત્યારે કણો વચ્ચેની અથડામણથી તેઓના ટુકડા થઈ જાય છે. ધ્વનિક કેવિટેશન એ અલ્ટ્રાસોનિક પેષણ, વિક્ષેપણ, ઇમલ્સિફિકેશન અને સોનોકેમિસ્ટ્રીનો કાર્યસિદ્ધાંત છે.
કાઇટિનના ડીએસિટિલેશન માટે, ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સપાટીને સક્રિય કરીને અને કણો તથા અભિકારક વચ્ચે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને પ્રોત્સાહન આપીને સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધારે છે.
કાઇટોસાન
કાઇટોસાન એક સંશોધિત, ધનાયનિક, બિનઝેરી કાર્બોહાઇડ્રેટ પોલિમર છે, જેનું જટિલ રાસાયણિક બંધારણ મુખ્ય ઘટક તરીકે β-(1,4) ગ્લુકોસામાઇન એકમો (>80%) અને N-એસિટાઇલ ગ્લુકોસામાઇન એકમો (<20%) દ્વારા બનેલું છે; આ એકમો શૃંખલામાં યાદૃચ્છિક રીતે વિતરિત હોય છે. કાઇટિનના રાસાયણિક અથવા ઉત્સેચકીય ડિએસિટાઇલેશન દ્વારા કાઇટોસાન મેળવવામાં આવે છે. ડિએસિટાઇલેશનની માત્રા (DA) બંધારણમાં મુક્ત એમિનો સમૂહોનું પ્રમાણ નક્કી કરે છે અને તેનો ઉપયોગ કાઇટિન અને કાઇટોસાન વચ્ચે ભેદ પાડવા માટે થાય છે. કાઇટોસાન મંદ એસિટિક એસિડ જેવા મધ્યમ દ્રાવકોમાં સારી દ્રાવ્યતા દર્શાવે છે અને સક્રિય સ્થાનો તરીકે અનેક મુક્ત એમાઇન સમૂહો પૂરા પાડે છે. આને કારણે ઘણી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં કાઇટિનની સરખામણીમાં કાઇટોસાન લાભદાયક બને છે.
કાઇટોસાન તેની ઉત્તમ જૈવસુસંગતતા અને જૈવવિઘટનક્ષમતા, બિનઝેરીપણું, સારી સૂક્ષ્મજીવવિરોધી પ્રવૃત્તિ (બેક્ટેરિયા અને ફૂગ સામે), ઑક્સિજન માટેની અપારગમ્યતા અને પાતળી પરત બનાવવાના ગુણધર્મો માટે મૂલ્યવાન ગણાય છે. કાઇટિનની સરખામણીમાં કાઇટોસાનને પાણીમાં દ્રાવ્ય હોવાનો લાભ છે, જેથી તેને સંભાળવું અને ફોર્મ્યુલેશનોમાં વાપરવું વધુ સરળ બને છે.
સેલ્યુલોઝ પછી બીજા ક્રમે સૌથી વિપુલ પ્રમાણમાં મળતું પોલિસેકેરાઇડ હોવાથી, કાઇટિનની પ્રચુર ઉપલબ્ધતા તેને સસ્તો અને ટકાઉ કાચો માલ બનાવે છે.
કાઇટોસાનનું ઉત્પાદન
કાઇટોસાનનું ઉત્પાદન બે તબક્કાની પ્રક્રિયામાં થાય છે. પ્રથમ તબક્કામાં કાઇટિન મેળવવા માટે કવચધારી પ્રાણીઓનાં કવચ (એટલે કે ઝીંગા, કરચલા, લોબસ્ટરનાં કવચ) જેવા કાચા માલમાંથી પ્રોટીન અને ખનિજો દૂર કરીને તેનું શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે. બીજા તબક્કામાં કાઇટોસાન મેળવવા માટે એસિટાઇલ પાર્શ્વશૃંખલાઓ દૂર કરવા કાઇટિનને પ્રબળ બેઝ (દા.ત., NaOH) વડે ઉપચારિત કરવામાં આવે છે. કાઇટોસાનના પરંપરાગત ઉત્પાદનની પ્રક્રિયા ખૂબ સમય લેતી અને ખર્ચાળ હોવાનું જાણીતું છે.
કાઇટિન
કાઇટિન (C8H13O5N)n એ β-1,4-N-એસિટાઇલગ્લુકોસામાઇનનું સીધી શૃંખલાવાળું પોલિમર છે અને તેને α-, β- અને γ-કાઇટિનમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. ગ્લુકોઝનું વ્યુત્પન્ન હોવાથી, કાઇટિન કવચધારી પ્રાણીઓ અને જંતુઓ જેવા સંધિપાદ પ્રાણીઓનાં બાહ્યકંકાલો, મૃદુકાય પ્રાણીઓની રેડ્યુલા, શીર્ષપાદ પ્રાણીઓની ચાંચ તથા માછલીઓ અને લિસેમ્ફિબિયનોનાં ભીંગડાંનો મુખ્ય ઘટક છે અને તે ફૂગની કોષભિત્તિઓમાં પણ મળી આવે છે. કાઇટિનનું બંધારણ સેલ્યુલોઝ સાથે તુલનાત્મક છે અને તે સ્ફટિકીય નેનોફાઇબ્રિલ્સ અથવા સૂક્ષ્મ સોયાકાર તંતુઓ બનાવે છે. સેલ્યુલોઝ વિશ્વમાં સૌથી વિપુલ પ્રમાણમાં મળતું પોલિસેકેરાઇડ છે, ત્યારબાદ કાઇટિન બીજા ક્રમે સૌથી વિપુલ પ્રમાણમાં મળતું પોલિસેકેરાઇડ છે.
ગ્લુકોસામાઇન
ગ્લુકોસામાઇન (C6H13NO5) એક એમિનો શર્કરા છે અને ગ્લાયકોસિલેટેડ પ્રોટીન તથા લિપિડના જૈવરાસાયણિક સંશ્લેષણમાં એક મહત્વપૂર્ણ પૂર્વગામી સંયોજન છે. ગ્લુકોસામાઇન કુદરતી રીતે વિપુલ પ્રમાણમાં મળતું સંયોજન છે, જે કાઇટોસાન અને કાઇટિન બંને પોલિસેકેરાઇડના બંધારણનો ભાગ છે, જેથી ગ્લુકોસામાઇન સૌથી વિપુલ પ્રમાણમાં મળતાં મોનોસેકેરાઇડમાંનું એક બને છે. વ્યાવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ મોટા ભાગના ગ્લુકોસામાઇનનું ઉત્પાદન કવચધારી પ્રાણીઓનાં બાહ્યકંકાલો, એટલે કે કરચલા અને લોબસ્ટરનાં કવચના જલવિઘટન દ્વારા કરવામાં આવે છે.
ગ્લુકોસામાઇનનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે આહારપૂરક તરીકે થાય છે, જેમાં તેને ગ્લુકોસામાઇન સલ્ફેટ, ગ્લુકોસામાઇન હાઇડ્રોક્લોરાઇડ અથવા N-એસિટાઇલ ગ્લુકોસામાઇનના સ્વરૂપમાં વાપરવામાં આવે છે. કોમલાસ્થિમાં સોજો, વિઘટન અને અંતે તેના નાશથી થતી પીડાદાયક સ્થિતિ (ઓસ્ટિઓઆર્થ્રાઇટિસ)ની સારવાર માટે ગ્લુકોસામાઇન સલ્ફેટ પૂરકો મૌખિક રીતે આપવામાં આવે છે.