मशरूम से चिटिन और चिटोसन उत्पादन
अल्ट्रासोनिकेशन मशरूम जैसे कवक स्रोतों से चिटिन और चिटोसन को छोड़ने के लिए एक अत्यधिक कुशल तरीका है। उच्च गुणवत्ता वाले बायोपॉलिमर प्राप्त करने के लिए चिटिन और चिटोसन को डाउन-स्ट्रीम प्रसंस्करण में डीपोलीमराइज़ और डीसेटिलेटेड किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त डिपोलीमराइजेशन और डेसिटिलेशन एक अत्यधिक प्रभावोत्पादक, सरल और तेज़ तकनीक है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च आणविक भार और बेहतर जैवउपलब्धता के साथ उच्च गुणवत्ता वाले चिटोसन होते हैं।
अल्ट्रासोनिकेशन के माध्यम से मशरूम-व्युत्पन्न चिटिन और चिटोसन
खाद्य और औषधीय मशरूम जैसे लेंटिनस एडोड्स (शीटकेक), गणोडर्मा ल्यूसिडम (लिंगज़ी या रीशी), इनोनोटस ओब्लिकस (चागा), एगारिकस बिस्पोरस (बटन मशरूम), हेरिकियम एरिनेसियस (शेर माने), कॉर्डिसेप्स साइनेंसिस (कैटरपिलर कवक), ग्रिफोला फ्रोंडोसा (हेन-ऑफ-द-वुड), ट्रैमेट्स वर्सीकलर (कोरिओलस वर्सीकोलर, पॉलीपोरस वर्सीकलर, टर्कीटेल) और कई अन्य कवक प्रजातियां व्यापक रूप से भोजन के रूप में और बायोएक्टिव यौगिकों के निष्कर्षण के लिए उपयोग की जाती हैं। इन मशरूम के साथ-साथ प्रसंस्करण अवशिष्ट (मशरूम अपशिष्ट) का उपयोग चिटोसन के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिकेशन न केवल फंगल सेल दीवार संरचना से चिटिन की रिहाई को बढ़ावा देता है, बल्कि अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त डिपोलिमराइजेशन और डेसिटिलेशन के माध्यम से मूल्यवान चिटोसन में चिटिन के रूपांतरण को भी चलाता है।
चिटिन से चिटोसन के डिपोलीमराइजेशन और डेसिटिलीकरण को सोनिकेशन द्वारा बढ़ावा दिया जाता है
अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग मशरूम से चिटिन निकालने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, अल्ट्रासाउंड उच्च गुणवत्ता वाले चिटोसन प्राप्त करने के लिए चिटिन के डिपोलीमराइजेशन और डेसिटिलीकरण को बढ़ावा देता है।
एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिक प्रणाली का उपयोग करके तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन एक तकनीक है जिसका उपयोग चिटिन के डिपोलीमराइजेशन और डेसिटिलीकरण को बढ़ावा देने के लिए किया जाता है, जिससे चिटोसन का निर्माण होता है। चिटिन एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला पॉलीसेकेराइड है जो क्रस्टेशियंस, कीड़ों और कुछ कवक की कोशिका भित्ति के एक्सोस्केलेटन में पाया जाता है। चिटिन अणु से एसिटाइल समूहों को हटाकर चिटिन से चिटोसन प्राप्त किया जाता है।
फंगल चिटिन से चिटोसन रूपांतरण के लिए अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया
जब चिटिन से चिटोसन के उत्पादन के लिए तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन लागू किया जाता है, तो एक चिटिन निलंबन उच्च-तीव्रता, कम आवृत्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों के साथ सोनिकेट किया जाता है, आमतौर पर 20 kHz से 30 kHz की सीमा में। प्रक्रिया तीव्र ध्वनिक गुहिकायन उत्पन्न करती है, जो तरल में सूक्ष्म वैक्यूम बुलबुले के गठन, विकास और पतन को संदर्भित करती है। कैविटेशन कैविटेशन बुलबुले के आसपास के तरल में स्थानीयकृत अत्यधिक उच्च-कतरनी बलों, उच्च तापमान (कई हजार डिग्री सेल्सियस तक) और दबाव (कई सौ वायुमंडल तक) उत्पन्न करता है। ये चरम स्थितियां चिटिन बहुलक के टूटने और बाद में डेसिटिलीकरण में योगदान करती हैं।
दो मशरूम प्रजातियों से चिटिन और चिटोसन की एसईएम छवियां: ए) एल वेलेरियस से चिटिन; बी) पी रिबिस से चिटिन; ग) L.velellereus से Chitosan; घ) पी. रिबिस से चिटोसन।
चित्र और अध्ययन: © एर्दोआन एट अल।
चिटिन का अल्ट्रासोनिक डिपोलीमराइजेशन
चिटिन का डिपोलीमराइजेशन यांत्रिक बलों के संयुक्त प्रभावों के माध्यम से होता है, जैसे कि माइक्रोस्ट्रीमिंग और तरल जेटिंग, साथ ही साथ अल्ट्रासोनिक रूप से शुरू की गई रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा मुक्त कणों और गुहिकायन के दौरान गठित अन्य प्रतिक्रियाशील प्रजातियों द्वारा प्रेरित किया जाता है। गुहिकायन के दौरान उत्पन्न उच्च दबाव तरंगें चिटिन श्रृंखलाओं को कतरनी तनाव से गुजरने का कारण बनती हैं, जिसके परिणामस्वरूप बहुलक छोटे टुकड़ों में सिकुड़ जाता है।
चिटिन का अल्ट्रासोनिक डेसेटाइलेशन
डिपोलीमराइजेशन के अलावा, तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन भी चिटिन के डेसिटाइलेशन को बढ़ावा देता है। डेसिटिलीकरण में चिटिन अणु से एसिटाइल समूहों को हटाना शामिल है, जिससे चिटोसन का निर्माण होता है। तीव्र अल्ट्रासोनिक ऊर्जा, विशेष रूप से उच्च तापमान और गुहिकायन के दौरान उत्पन्न दबाव, डेसिटिलीकरण प्रतिक्रिया को तेज करते हैं। गुहिकायन द्वारा बनाई गई प्रतिक्रियाशील स्थितियां चिटिन में एसिटाइल लिंकेज को तोड़ने में मदद करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एसिटिक एसिड की रिहाई और चिटिन का चिटोसन में रूपांतरण होता है।
कुल मिलाकर, तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन चिटिन बहुलक को तोड़ने और चिटोसन में रूपांतरण की सुविधा के लिए आवश्यक यांत्रिक और रासायनिक ऊर्जा प्रदान करके डीपोलीमराइजेशन और डेसिटिलीकरण प्रक्रियाओं दोनों को बढ़ाता है। यह तकनीक चिटिन से चिटोसन के उत्पादन के लिए एक तेज़ और कुशल विधि प्रदान करती है, जिसमें फार्मास्यूटिकल्स, कृषि और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग सहित विभिन्न उद्योगों में कई अनुप्रयोग हैं।
पावर अल्ट्रासाउंड के साथ मशरूम से औद्योगिक चिटोसन उत्पादन
वाणिज्यिक काइटिन और चिटोसन उत्पादन मुख्य रूप से समुद्री उद्योगों (यानी मछली पकड़ने, शेल मछली कटाई आदि) के अपशिष्ट पर आधारित है। कच्चे माल के विभिन्न स्रोतों के परिणामस्वरूप विभिन्न काइटिन और चिटोसन गुण होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मौसमी मछली पकड़ने की विविधताओं के कारण उत्पादन और गुणवत्ता में उतार-चढ़ाव होता है। इसके अलावा, कवक स्रोतों से प्राप्त चिटोसन समुद्री स्रोतों से चिटोसन की तुलना में सजातीय बहुलक लंबाई और अधिक घुलनशीलता जैसे बेहतर गुण प्रदान करता है। (cf. घोरमेड एट अल., 2017) एक समान चिटोसन की आपूर्ति करने के लिए, कवक प्रजातियों से चिटिन का निष्कर्षण एक स्थिर वैकल्पिक उत्पादन बन गया है। कवक से चिटिन और सिटिओसन उत्पादन आसानी से और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और डेसिटाइलेशन तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। तीव्र सोनिकेशन चिटिन को छोड़ने के लिए सेल संरचनाओं को बाधित करता है और बेहतर चिटिन पैदावार और निष्कर्षण दक्षता के लिए जलीय सॉल्वैंट्स में बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देता है। बाद में अल्ट्रासोनिक डेसिटिलेशन चिटिन को मूल्यवान चिटोसन में परिवर्तित करता है। दोनों, अल्ट्रासोनिक चिटिन निष्कर्षण और चिटोसन के लिए डेसिटिलीकरण को किसी भी वाणिज्यिक उत्पादन स्तर तक रैखिक रूप से बढ़ाया जा सकता है।
सोनिकेशन फंगल चिटोसन के उत्पादन को तेज करता है और उत्पादन को अधिक कुशल और किफायती बनाता है।
(चित्र और अध्ययन: © झू एट अल।
अल्ट्रासोनिकेटर UP400St मशरूम निष्कर्षण के लिए: सोनिकेशन बायोएक्टिव यौगिकों जैसे पॉलीसेकेराइड, चिटिन और चिटोसन की उच्च पैदावार देता है
अल्ट्रासोनिक चिटिन और चिटोसन डेसेटिलीकरण के लिए शोध परिणाम
झू एट अल (2018) ने अपने अध्ययन में निष्कर्ष निकाला है कि अल्ट्रासोनिक डेसिटिलीकरण एक महत्वपूर्ण सफलता साबित हुई है, जो β-चिटिन को कम प्रतिक्रिया तापमान पर 83-94% डेसेटिलीकरण के साथ चिटोसन में परिवर्तित करती है। बाईं ओर की तस्वीर अल्ट्रासोनिक रूप से deacetylated chitosan (90 W, 15 मिनट, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) की एक SEM छवि दिखाती है (चित्र और अध्ययन: © झू एट अल।
उनके प्रोटोकॉल में, NaOH समाधान (20 w/v%) DI पानी में NaOH फ्लेक्स को भंग करके तैयार किया गया था। क्षार समाधान को तब जीएलएसपी तलछट (0.5 ग्राम) में 1:20 (जी: एमएल) के ठोस-तरल अनुपात में एक अपकेंद्रित्र ट्यूब में जोड़ा गया था। Chitosan NaCl (40 एमएल, 0.2 एम) और एसिटिक एसिड (0.1 एम) में 1: 1 समाधान मात्रा अनुपात में जोड़ा गया था। निलंबन को तब जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर (250W, 20kHz) का उपयोग करके 60 मिनट के लिए 25 डिग्री सेल्सियस के हल्के तापमान पर अल्ट्रासाउंड के अधीन किया गया था। (सीएफ झू एट अल।
पंडित एट अल (2021) ने पाया कि चिटोसन समाधानों के लिए गिरावट की दर शायद ही कभी बहुलक को घुलनशील बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले एसिड की सांद्रता से प्रभावित होती है और काफी हद तक तापमान, अल्ट्रासाउंड तरंगों की तीव्रता और बहुलक को भंग करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मीडिया की आयनिक शक्ति पर निर्भर करती है। (सीएफ. पंडित एट अल., 2021)
एक अन्य अध्ययन में, झू एट अल (2019) ने गैनोडर्मा ल्यूसिडम बीजाणु पाउडर को फंगल कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया और अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त डेसिटाइलेशन और सोनिकेशन टाइम, सॉलिड-टू-लिक्विड अनुपात, NaOH एकाग्रता, और चिटोसन के डेसिटिलीकरण (डीडी) की डिग्री पर विकिरण शक्ति जैसे प्रसंस्करण मापदंडों के प्रभावों की जांच की। उच्चतम डीडी मूल्य निम्नलिखित अल्ट्रासोनिक मापदंडों पर प्राप्त किया गया था: 80W पर 20 मिनट सोनीशन, 10% (जी: एमएल) NaOH, 1:25 (जी: एमएल)। सतह आकृति विज्ञान, रासायनिक समूहों, थर्मल स्थिरता, और अल्ट्रासोनिक रूप से प्राप्त chitosan की क्रिस्टलीयता एसईएम, एफटीआईआर, टीजी, और XRD का उपयोग कर जांच की गई. अनुसंधान दल अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पादित चिटोसन के डेसिटिलेशन (डीडी), गतिशील चिपचिपाहट ([η]) और आणविक भार (एमवी ̄) की डिग्री में महत्वपूर्ण वृद्धि की रिपोर्ट करता है। परिणामों ने कवक की अल्ट्रासोनिक डेसेटाइलेशन तकनीक को रेखांकित किया, जो चिटोसन के लिए एक अत्यधिक शक्तिशाली उत्पादन विधि है, जो जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। (सीएफ झू एट अल।
अल्ट्रासोनिक Depolymerization और Deacetylation के साथ सुपीरियर Chitosan गुणवत्ता
चिटिन / चिटोसन निष्कर्षण और डीपोलीमराइजेशन की अल्ट्रासोनिक रूप से संचालित प्रक्रियाएं ठीक नियंत्रणीय हैं और अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों को कच्चे माल और लक्षित अंत उत्पाद की गुणवत्ता (जैसे, आणविक भार, डेसिटिलीकरण की डिग्री) में समायोजित किया जा सकता है। यह अल्ट्रासाउंड प्रक्रिया को बाहरी कारकों के अनुकूल बनाने और बेहतर परिणाम और दक्षता के लिए इष्टतम पैरामीटर निर्धारित करने की अनुमति देता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से deacetylated chitosan उत्कृष्ट जैव उपलब्धता और biocompatibility से पता चलता है। जब अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार चिटोसन बायोपॉलिमर की तुलना बायोमेडिकल गुणों के बारे में थर्मली व्युत्पन्न चिटोसन से की जाती है, तो अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पादित चिटोसन एस्चेरिचिया कोलाई (ई कोलाई) और स्टैफिलोकोकस ऑरियस (एस ऑरियस) दोनों के लिए फाइब्रोब्लास्ट (एल 9 2 9 सेल) व्यवहार्यता और बढ़ाया जीवाणुरोधी गतिविधि में काफी सुधार करता है।
(सीएफ झू एट अल।
100× के आवर्धन में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियों को स्कैन करना ए) ग्लैडियस, बी) अल्ट्रासाउंड-उपचारित ग्लैडियस, सी) β-चिटिन, डी) अल्ट्रासाउंड-उपचारित β-चिटिन, और ई) चिटोसन (स्रोत: प्रेटो एट अल 2017)
चिटिन और चिटोसन प्रसंस्करण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक उपकरण
चिटिन के विखंडन और चिटिन के चिटोसन के डिसीटिलीकरण के लिए शक्तिशाली और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक उपकरण की आवश्यकता होती है जो उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं, प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रणीयता प्रदान करते हैं और भारी भार के तहत और मांग वाले वातावरण में 24/7 संचालित किए जा सकते हैं। Hielscher Ultrasonics उत्पाद रेंज इन आवश्यकताओं को मज़बूती से पूरा करती है। उत्कृष्ट अल्ट्रासाउंड प्रदर्शन के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर उच्च ऊर्जा क्षमता का दावा करते हैं, जो एक महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ है – खासकर जब वाणिज्यिक बड़े पैमाने पर उत्पादन पर नियोजित किया जाता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर उच्च प्रदर्शन प्रणाली है कि sonotrodes, बूस्टर, रिएक्टरों या प्रवाह कोशिकाओं के रूप में सामान के साथ सुसज्जित किया जा सकता है क्रम में अपनी प्रक्रिया की जरूरत है एक इष्टतम तरीके से मैच कर रहे हैं. डिजिटल रंग प्रदर्शन के साथ, पूर्व निर्धारित sonication रन करने का विकल्प, एक एकीकृत एसडी कार्ड पर स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग, दूरस्थ ब्राउज़र नियंत्रण और कई और अधिक सुविधाओं, Hielscher ultrasonicators उच्चतम प्रक्रिया नियंत्रण और उपयोगकर्ता मित्रता सुनिश्चित करते हैं। मजबूती और भारी भार वहन क्षमता के साथ जोड़ा गया, Hielscher अल्ट्रासोनिक सिस्टम उत्पादन में आपका विश्वसनीय काम घोड़ा है।
चिटिन विखंडन और डेसिटिलीकरण को लक्षित रूपांतरण और उच्च गुणवत्ता वाले अंतिम चिटोसन उत्पाद प्राप्त करने के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से चिटिन फ्लेक्स के विखंडन और डीपोलीमराइजेशन/डेसिटाइलेशन चरणों के लिए, उच्च आयाम और ऊंचा दबाव महत्वपूर्ण हैं। Hielscher Ultrasonics औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर आसानी से बहुत उच्च आयाम प्रदान करते हैं। 24/7 ऑपरेशन में 200μm तक के आयाम लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक सिस्टम की बिजली क्षमता एक सुरक्षित और उपयोगकर्ता के अनुकूल प्रक्रिया में कुशल और तेजी से depolymerization और deacetylation के लिए अनुमति देते हैं।
अल्ट्रासोनिक रिएक्टर के साथ 2000W अल्ट्रासाउंड जांच UIP2000hdT मशरूम से चिटिन निष्कर्षण और बाद में डीपोलीमराइजेशन/डीसेटिलीकरण के लिए
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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Synergistic चिटिन उपचार अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा सुधार
पारंपरिक रासायनिक और एंजाइमी काइटिन डेसिटेलेशन की कमियों (यानी, कम दक्षता, उच्च ऊर्जा लागत, लंबे प्रसंस्करण समय, विषाक्त सॉल्वैंट्स) को दूर करने के लिए, उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड को चिटिन और चिटोसन प्रसंस्करण में एकीकृत किया गया है। उच्च तीव्रता sonication और ध्वनिक cavitation के परिणामी प्रभाव बहुलक श्रृंखलाओं के तेजी से कैंची की ओर ले जाते हैं और पॉलीडिस्पर्सिटी को कम करते हैं, जिससे चिटोसन के संश्लेषण को बढ़ावा मिलता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक कतरनी बल समाधान में बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को तेज करते हैं ताकि रासायनिक, हाइड्रोलाइटिक या एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया को बढ़ाया जा सके। अल्ट्रासोनिक काइटिन उपचार को पहले से मौजूद चिटिन प्रसंस्करण तकनीकों जैसे रासायनिक विधियों, हाइड्रोलिसिस या एंजाइमी प्रक्रियाओं के साथ जोड़ा जा सकता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त रासायनिक Deacetylation और Depolymerization
चूंकि काइटिन एक गैर-प्रतिक्रियाशील और अघुलनशील बायोपॉलिमर है, इसलिए इसे घुलनशील और जैवसेसिबल चिटोसन प्राप्त करने के लिए डिमिनरलाइजेशन, डीप्रोटीनाइजेशन और डीपोलीमराइजेशन/डीसेटिलेशन के प्रक्रिया चरणों से गुजरना होगा। इन प्रक्रिया चरणों में एचसीएल जैसे मजबूत एसिड और NaOH और KOH जैसे मजबूत ठिकानों के साथ उपचार शामिल हैं। चूंकि ये पारंपरिक प्रक्रिया कदम अक्षम, धीमे हैं, और उच्च ऊर्जा की मांग करते हैं, सोनिकेशन द्वारा प्रक्रिया गहनता चिटोसन उत्पादन में काफी सुधार करती है। पावर-अल्ट्रासाउंड के आवेदन से चिटोसन पैदावार और गुणवत्ता बढ़ जाती है, प्रक्रिया को दिनों से कुछ घंटों तक कम कर देता है, हल्के सॉल्वैंट्स की अनुमति देता है, और पूरी प्रक्रिया को अधिक ऊर्जा-कुशल बनाता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से चिटिन के डिप्रोटीनाइजेशन में सुधार
Vallejo-Dominguez et al. (2021) ने काइटिन डिप्रोटिनाइजेशन की अपनी जांच में पाया कि “बायोपॉलिमर के उत्पादन के लिए अल्ट्रासाउंड के आवेदन ने प्रोटीन सामग्री के साथ-साथ चिटिन के कण आकार को कम कर दिया। अल्ट्रासाउंड सहायता के माध्यम से उच्च डेसिटाइलेशन डिग्री और मध्यम आणविक भार के चिटोसन का उत्पादन किया गया था।”
चिटिन डिपोलीमराइजेशन के लिए अल्ट्रासोनिक हाइड्रोलिसिस
रासायनिक हाइड्रोलिसिस के लिए, या तो एसिड या क्षार का उपयोग काइटिन को डीसेटिलेट करने के लिए किया जाता है, हालांकि क्षार डेसेटिलीकरण (जैसे, सोडियम हाइड्रॉक्साइड NaOH) का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एसिड हाइड्रोलिसिस पारंपरिक रासायनिक डेसिटिलीकरण के लिए एक वैकल्पिक विधि है, जहां कार्बनिक एसिड समाधान का उपयोग चिटिन और चिटोसन को डीपोलिमराइज़ करने के लिए किया जाता है। एसिड हाइड्रोलिसिस की विधि का उपयोग ज्यादातर तब किया जाता है जब चिटिन और चिटोसन का आणविक भार सजातीय होना चाहिए। इस पारंपरिक हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया को धीमी और ऊर्जा- और लागत-गहन के रूप में जाना जाता है। मजबूत एसिड, उच्च तापमान और दबाव की आवश्यकता ऐसे कारक हैं जो हाइड्रोलाइटिक चिटोसन प्रक्रिया को बहुत महंगी और समय लेने वाली प्रक्रिया में बदल देते हैं। उपयोग किए जाने वाले एसिड को डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं जैसे न्यूट्रलाइजेशन और डिसाल्टिंग की आवश्यकता होती है।
हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड के एकीकरण के साथ, चिटिन और चिटोसन के हाइड्रोलाइटिक दरार के लिए तापमान और दबाव की आवश्यकताओं को काफी कम किया जा सकता है। इसके अलावा, सोनिकेशन कम एसिड सांद्रता या हल्के एसिड के उपयोग की अनुमति देता है। यह प्रक्रिया को अधिक टिकाऊ, कुशल, लागत प्रभावी और पर्यावरण-अनुकूल बनाता है।
Ultrasonically-असिस्टेड केमिकल Deacetylation
काइटिन और चिटोसन का रासायनिक विघटन और डीएक्टिलेशन मुख्य रूप से खनिज एसिड (जैसे, हाइड्रोक्लोरिक एसिड एचसीएल), सोडियम नाइट्राइट (नैनो) के साथ चिटिन या चिटोसन का इलाज करके प्राप्त किया जाता है2), या हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच2O2). अल्ट्रासाउंड डेसिटिलेशन दर में सुधार करता है जिससे डेसिटिलेशन की लक्षित डिग्री प्राप्त करने के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया समय कम हो जाता है। इसका मतलब है कि सोनिकेशन 12-24 घंटे के आवश्यक प्रसंस्करण समय को कुछ घंटों तक कम कर देता है। इसके अलावा, सोनिकेशन काफी कम रासायनिक सांद्रता की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए 40% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) सोडियम हाइड्रॉक्साइड सोनिकेशन का उपयोग करते हुए जबकि अल्ट्रासाउंड के उपयोग के बिना 65% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) की आवश्यकता होती है।
अल्ट्रासोनिक-एंजाइमैटिक डेसेटिलेशन
जबकि एंजाइमेटिक डेसिटिलेशन एक हल्का, पर्यावरण-सौम्य प्रसंस्करण रूप है, इसकी दक्षता और लागत अलाभकारी है। जटिल, श्रम-गहन और महंगे डाउनस्ट्रीम अलगाव और अंतिम उत्पाद से एंजाइमों के शुद्धिकरण के कारण, एंजाइमी काइटिन डेसिटिलीकरण वाणिज्यिक उत्पादन में लागू नहीं किया जाता है, लेकिन केवल वैज्ञानिक अनुसंधान प्रयोगशाला में उपयोग किया जाता है।
एंजाइमी डेसेटेलिटेशन से पहले अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार चिटिन अणुओं को खंडित करता है जिससे सतह क्षेत्र बढ़ जाता है और एंजाइमों के लिए अधिक सतह उपलब्ध हो जाती है। उच्च-प्रदर्शन सोनिकेशन एंजाइमी डेसिटिलीकरण में सुधार करने में मदद करता है और प्रक्रिया को अधिक आर्थिक बनाता है।
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- Ospina Álvarez S.P., Ramírez Cadavid D.A., Escobar Sierra D.M., Ossa Orozco C.P., Rojas Vahos D.F., Zapata Ocampo P., Atehortúa L. (2014): Comparison of extraction methods of chitin from Ganoderma lucidum mushroom obtained in submerged culture. Biomed Research International 2014.
- Valu M.V., Soare L.C., Sutan N.A., Ducu C., Moga S., Hritcu L., Boiangiu R.S., Carradori S. (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods, Dec 18;9(12), 2020.
- Erdoğan, Sevil & Kaya, Murat & Akata, Ilgaz (2017): Chitin extraction and chitosan production from cell wall of two mushroom species (Lactarius vellereus and Phyllophora ribis). AIP Conference Proceedings 2017.
- Zhu, L., Chen, X., Wu, Z., Wang, G., Ahmad, Z., & Chang, M. (2019): Optimization conversion of chitosan from Ganoderma lucidum spore powder using ultrasound‐assisted deacetylation: Influence of processing parameters. Journal of Food Processing and Preservation 2019.
- Li-Fang Zhu, Jing-Song Li, John Mai, Ming-Wei Chang (2019): Ultrasound-assisted synthesis of chitosan from fungal precursors for biomedical applications. Chemical Engineering Journal, Volume 357, 2019. 498-507.
- Zhu, Lifang; Yao, Zhi-Cheng; Ahmad, Zeeshan; Li, Jing-Song; Chang, Ming-Wei (2018): Synthesis and Evaluation of Herbal Chitosan from Ganoderma Lucidum Spore Powder for Biomedical Applications. Scientific Reports 8, 2018.
- G.J. Price, P.J. West, P.F. Smith (1994): Control of polymer structure using power ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 1, Issue 1, 1994. S51-S57.
जानने के योग्य तथ्य
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण और चिटिन काम के deacetylation कैसे करता है?
जब पावर अल्ट्रासाउंड तरंगें एक तरल या घोल में जोड़े जाती हैं (उदाहरण के लिए, एक विलायक में चिटिन से युक्त एक निलंबन), अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल के माध्यम से यात्रा करती हैं जिससे बारी-बारी से उच्च दबाव / कम दबाव चक्रों के दौरान, मिनट वैक्यूम बुलबुले (तथाकथित गुहिकायन बुलबुले) बनाए जाते हैं, जो कई दबाव चक्रों में बढ़ते हैं। एक निश्चित आकार में, जब बुलबुले अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक रूप से फटते हैं। बुलबुला प्रत्यारोपण तीव्र cavitational (तथाकथित sonomechanical) बलों की विशेषता है। ये सोनोमैकेनिकल स्थितियां स्थानीय रूप से कैविटेशनल हॉट-स्पॉट में होती हैं और क्रमशः 4000K और 1000atm तक के बहुत अधिक तापमान और दबाव की विशेषता होती है; साथ ही इसी उच्च तापमान और दबाव अंतर। Furtehrmore, सूक्ष्म अशांति और 100m/s तक के वेग के साथ तरल धाराएँ उत्पन्न होती हैं। कवक और क्रस्टेशियंस के साथ-साथ चिटिन डिपोलीमराइजेशन और डेसिटिलेशन से चिटिन और चिटोसन का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण मुख्य रूप से सोनोमैकेनिकल प्रभावों के कारण होता है: आंदोलन और अशांति कोशिकाओं को बाधित करती है और बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देती है और अम्लीय या क्षारीय सॉल्वैंट्स के संयोजन में बहुलक श्रृंखलाओं को भी काट सकती है।
अल्ट्रासोनिकेशन के माध्यम से चिटिन निष्कर्षण का कार्य सिद्धांत
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कुशलतापूर्वक मशरूम की कोशिका संरचना को तोड़ता है और सेल की दीवार और सेल इंटीरियर (यानी, पॉलीसेकेराइड जैसे चिटिन और चिटोसन और अन्य बायोएक्टिव फाइटोकेमिकल्स) से इंट्रासेल्युलर यौगिकों को विलायक में छोड़ देता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण ध्वनिक cavitation के कार्य सिद्धांत पर आधारित है। ध्वनिक कैविटेशन के प्रभाव उच्च-कतरनी बलों, अशांति और तीव्र दबाव अंतर हैं। ये सोनोमैकेनिकल बल सेलुलर संरचनाओं को तोड़ते हैं जैसे कि चिटिनस मशरूम सेल की दीवारें, कवक बायोमटेरियल और विलायक के बीच बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देती हैं और परिणामस्वरूप तेजी से प्रक्रिया के भीतर बहुत अधिक अर्क पैदावार होती है। इसके अतिरिक्त, सोनिकेशन बैक्टीरिया और रोगाणुओं को मारकर अर्क की नसबंदी को बढ़ावा देता है। सोनिकेशन द्वारा माइक्रोबियल निष्क्रियता कोशिका झिल्ली के लिए विनाशकारी कैविटेशनल बलों, मुक्त कणों के उत्पादन और स्थानीयकृत हीटिंग का परिणाम है।
अल्ट्रासोनिकेशन के माध्यम से Depolymerization और Deacetylation का कार्य सिद्धांत
बहुलक श्रृंखलाएं एक गुहिकायन बुलबुले के आसपास अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कतरनी क्षेत्र में पकड़ी जाती हैं और एक ढहने वाली गुहा के पास बहुलक कॉइल के श्रृंखला खंड आगे उन लोगों की तुलना में अधिक वेग से आगे बढ़ेंगे। बहुलक खंडों और सॉल्वैंट्स की सापेक्ष गति के कारण बहुलक श्रृंखला पर तनाव उत्पन्न होते हैं और ये दरार पैदा करने के लिए पर्याप्त होते हैं। इस प्रकार प्रक्रिया बहुलक समाधान ~ 2 डिग्री में अन्य कतरनी प्रभावों के समान है और बहुत समान परिणाम देती है। (सीएफ प्राइस एट अल।
काइटिन
चिटिन एक एन-एसिटाइलग्लुकोसामाइन बहुलक (पॉली- (β- (1-4) -एन-एसिटाइल-डी-ग्लूकोसामाइन है, एक प्राकृतिक रूप से होने वाला पॉलीसेकेराइड है जो व्यापक रूप से क्रस्टेशियन और कीड़े जैसे अकशेरुकी जीवों के एक्सोस्केलेटन में पाया जाता है, स्क्विड और कटलफिश के आंतरिक कंकाल के साथ-साथ कवक की कोशिका भित्ति। मशरूम सेल की दीवारों की संरचना में एम्बेडेड, काइटिन कवक कोशिका भित्ति के आकार और कठोरता के लिए जिम्मेदार है। कई अनुप्रयोगों के लिए, काइटिन को इसके डीसिटिलेटेड व्युत्पन्न में परिवर्तित किया जाता है, जिसे एक डिपोलीमराइजेशन प्रक्रिया के माध्यम से चिटोसन के रूप में जाना जाता है।
चिटोसन चिटिन का सबसे आम और सबसे मूल्यवान व्युत्पन्न है। यह एक उच्च आणविक भार पॉलीसेकेराइड है जो बी-1,4 ग्लाइकोसाइड से जुड़ा हुआ है, जो एन-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन और ग्लूकोसामाइन से बना है।
काइटोसन को रासायनिक या एंजाइमेटिक के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है N-डीसेटाइलेशन। रासायनिक रूप से संचालित डेसिटिलीकरण प्रक्रिया में, एसिटाइल समूह (R-NHCOCH3) उच्च तापमान पर मजबूत क्षार द्वारा साफ किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, चिटोसन को एंजाइमी डेसिटिलीकरण के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है। हालांकि, औद्योगिक उत्पादन पैमाने पर रासायनिक डेसिटिलीकरण पसंदीदा तकनीक है, क्योंकि एंजाइमी डेसिटाइलेज़ एंजाइम की उच्च लागत और कम चिटोसन पैदावार प्राप्त होने के कारण एंजाइमी डेसिटिलीकरण काफी कम कुशल है। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग (1→4)-/β-लिंकेज (डीपोलीमेराइजेशन) के रासायनिक क्षरण को तेज करने और उच्च गुणवत्ता वाले चिटोसन प्राप्त करने के लिए चिटिन के डीसेटिलीकरण को प्रभावित करने के लिए किया जाता है।
जब एंजाइमी डेसिटिलीकरण के लिए पूर्व-उपचार के रूप में सोनिकेशन लागू किया जाता है, तो चिटोसन उपज और गुणवत्ता में भी सुधार होता है।
Hielscher Ultrasonics से उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है प्रयोगशाला तक औद्योगिक आकार।