การผลิตไคตินและไคโตซานจากเห็ด

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการปลดปล่อยไคตินและไคโตซานจากแหล่งเชื้อรา เช่น เห็ด ไคตินและไคโตซานต้องผ่านการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลในกระบวนการขั้นปลายเพื่อให้ได้พอลิเมอร์ชีวภาพคุณภาพสูง การสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเป็นเทคนิคที่ให้ผลดีอย่างยิ่ง เรียบง่าย และรวดเร็ว ซึ่งทำให้ได้ไคโตซานคุณภาพสูงที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่เหนือกว่า

ไคตินและไคโตซานจากเห็ดด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก

เห็ดที่รับประทานได้และเห็ดสมุนไพร เช่น Lentinus edodes (เห็ดหอม), Ganoderma lucidum (เห็ดหลินจือหรือเห็ดเรอิชิ), Inonotus obliquus (เห็ดชากา), Agaricus bisporus (เห็ดแชมปิญอง), Hericium erinaceus (เห็ดหัวสิงโต), Cordyceps sinensis (เชื้อราถั่งเช่า), Grifola frondosa (เห็ดแม่ไก่), Trametes versicolor (Coriolus versicolor, Polyporus versicolor, เห็ดหางไก่งวง) และเชื้อราชนิดอื่น ๆ อีกมากมาย นิยมใช้เป็นอาหารและใช้ในการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างแพร่หลาย เห็ดเหล่านี้ รวมทั้งวัสดุเหลือจากการแปรรูป (ของเสียจากเห็ด) สามารถนำมาใช้ผลิตไคโตซานได้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกไม่เพียงส่งเสริมการปลดปล่อยไคตินออกจากโครงสร้างผนังเซลล์ของเชื้อรา แต่ยังขับเคลื่อนการเปลี่ยนไคตินเป็นไคโตซานที่มีคุณค่าผ่านการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกส่งเสริมการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินเพื่อเปลี่ยนเป็นไคโตซาน

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงด้วยระบบอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นเทคนิคที่ใช้ส่งเสริมการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคติน ซึ่งนำไปสู่การเกิดไคโตซาน ไคตินเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ พบในโครงร่างแข็งภายนอกของสัตว์จำพวกครัสเตเชียน แมลง และผนังเซลล์ของเชื้อราบางชนิด ไคโตซานได้มาจากไคตินโดยการกำจัดหมู่อะเซทิลออกจากโมเลกุลไคติน

กระบวนการอัลตราโซนิกสำหรับเปลี่ยนไคตินจากเชื้อราเป็นไคโตซาน

เมื่อใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงเพื่อผลิตไคโตซานจากไคติน สารแขวนลอยไคตินจะได้รับคลื่นอัลตราโซนิกที่มีความเข้มสูงและความถี่ต่ำ โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 20 kHz ถึง 30 kHz กระบวนการนี้ก่อให้เกิดคาวิเทชันทางเสียงอย่างรุนแรง ซึ่งหมายถึงการก่อตัว การเติบโต และการยุบตัวของฟองสุญญากาศขนาดจุลภาคในของเหลว คาวิเทชันก่อให้เกิดแรงเฉือนที่สูงอย่างยิ่งเฉพาะจุด อุณหภูมิสูง (สูงถึงหลายพันองศาเซลเซียส) และความดันสูง (สูงถึงหลายร้อยบรรยากาศ) ในของเหลวที่ล้อมรอบฟองคาวิเทชัน สภาวะรุนแรงเหล่านี้มีส่วนช่วยในการสลายพอลิเมอร์ไคตินและการกำจัดหมู่อะเซทิลในขั้นต่อมา
 

ภาพ SEM ของไคตินและไคโตซานจากเห็ดสองชนิด: a) ไคตินจาก L. vellereus; b) ไคตินจาก P. ribis; c) ไคโตซานจาก L.vellereus; d) ไคโตซานจาก P. ribis.
ภาพและงานวิจัย: © Erdoğan et al., 2017

การสลายพอลิเมอร์ไคตินด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

การสลายพอลิเมอร์ไคตินเกิดขึ้นจากผลร่วมของแรงเชิงกล เช่น การไหลขนาดจุลภาคและการพุ่งเป็นลำของของเหลว รวมถึงปฏิกิริยาเคมีที่เริ่มต้นด้วยคลื่นอัลตราโซนิก โดยมีอนุมูลอิสระและสารชนิดอื่นที่มีความไวต่อปฏิกิริยาซึ่งเกิดขึ้นระหว่างคาวิเทชันเป็นตัวเหนี่ยวนำ คลื่นความดันสูงที่เกิดขึ้นระหว่างคาวิเทชันทำให้สายโซ่ไคตินได้รับความเค้นเฉือน ส่งผลให้พอลิเมอร์ขาดออกเป็นชิ้นส่วนที่เล็กลง

การกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

นอกเหนือจากการสลายพอลิเมอร์แล้ว การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงยังส่งเสริมการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินด้วย การกำจัดหมู่อะเซทิลเป็นการนำหมู่อะเซทิลออกจากโมเลกุลไคติน ซึ่งนำไปสู่การเกิดไคโตซาน พลังงานอัลตราโซนิกที่เข้มข้น โดยเฉพาะอุณหภูมิและความดันสูงที่เกิดขึ้นระหว่างคาวิเทชัน ช่วยเร่งปฏิกิริยาการกำจัดหมู่อะเซทิล สภาวะที่เอื้อต่อปฏิกิริยาซึ่งเกิดจากคาวิเทชันช่วยทำลายพันธะที่เชื่อมหมู่อะเซทิลในไคติน ส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยกรดแอซีติกและการเปลี่ยนไคตินเป็นไคโตซาน
โดยรวมแล้ว การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทั้งกระบวนการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิล โดยให้พลังงานเชิงกลและพลังงานเคมีที่จำเป็นต่อการสลายพอลิเมอร์ไคตินและช่วยให้เปลี่ยนเป็นไคโตซานได้ง่ายขึ้น เทคนิคนี้เป็นวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการผลิตไคโตซานจากไคติน โดยมีการใช้งานมากมายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงเภสัชกรรม เกษตรกรรม และวิศวกรรมชีวการแพทย์

การผลิตไคโตซานจากเห็ดในระดับอุตสาหกรรมด้วยคลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูง

การผลิตไคตินและไคโตซานเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่อาศัยของเสียจากอุตสาหกรรมทางทะเล (เช่น การประมง การเก็บเกี่ยวสัตว์น้ำมีเปลือก เป็นต้น) แหล่งวัตถุดิบที่ต่างกันทำให้ไคตินและไคโตซานมีคุณภาพแตกต่างกัน ส่งผลให้การผลิตและคุณภาพผันผวนเนื่องจากความแปรปรวนของการประมงตามฤดูกาล นอกจากนี้ มีรายงานว่าไคโตซานที่ได้จากแหล่งเชื้อรามีคุณสมบัติที่เหนือกว่า เช่น ความยาวของพอลิเมอร์ที่สม่ำเสมอและความสามารถในการละลายที่สูงกว่า เมื่อเทียบกับไคโตซานจากแหล่งทางทะเล (ดู Ghormade et al., 2017) เพื่อจัดหาไคโตซานที่มีคุณภาพสม่ำเสมอ การสกัดไคตินจากเชื้อราชนิดต่าง ๆ จึงกลายเป็นทางเลือกในการผลิตที่มีเสถียรภาพ การผลิตไคตินและไคโตซานจากเชื้อราสามารถทำได้อย่างง่ายดายและเชื่อถือได้โดยใช้เทคโนโลยีการสกัดและการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิก การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงทำลายโครงสร้างเซลล์เพื่อปลดปล่อยไคติน และส่งเสริมการถ่ายเทมวลในตัวทำละลายที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ เพื่อให้ได้ผลผลิตไคตินและประสิทธิภาพการสกัดที่เหนือกว่า การกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในขั้นต่อมาจะเปลี่ยนไคตินเป็นไคโตซานที่มีคุณค่า ทั้งการสกัดไคตินด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและการกำจัดหมู่อะเซทิลเพื่อเปลี่ยนเป็นไคโตซานสามารถขยายขนาดแบบเชิงเส้นไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ได้ทุกระดับ

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการผลิตไคโตซานจากเชื้อรา และทำให้การผลิตมีประสิทธิภาพและคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากขึ้น
(ภาพและงานวิจัย: © Zhu et al., 2019)

ผลการวิจัยการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินและไคโตซานด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

Zhu et al. (2018) สรุปในงานวิจัยว่าการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ โดยเปลี่ยน β-ไคตินเป็นไคโตซานที่มีระดับการกำจัดหมู่อะเซทิล 83–94% ที่อุณหภูมิปฏิกิริยาลดลง ภาพด้านซ้ายแสดงภาพ SEM ของไคโตซานที่ผ่านการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (90 W, 15 min, 20 w/v% NaOH, 1:15 (g: mL) (ภาพและงานวิจัย: © Zhu et al., 2018)
ในวิธีดำเนินการของงานวิจัยนี้ สารละลาย NaOH (20 w/v %) เตรียมโดยละลาย NaOH ชนิดเกล็ดในน้ำปราศจากไอออน (DI) จากนั้นเติมสารละลายด่างลงในตะกอน GLSP (0.5 g) ในหลอดปั่นเหวี่ยง ที่อัตราส่วนของแข็งต่อของเหลว 1:20 (g: mL) เติมไคโตซานลงใน NaCl (40 mL, 0.2 M) และกรดแอซีติก (0.1 M) ที่อัตราส่วนปริมาตรสารละลาย 1:1 จากนั้นนำสารแขวนลอยไปผ่านคลื่นอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิไม่รุนแรง 25°C เป็นเวลา 60 min โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบ (250W, 20kHz) (ดู Zhu et al., 2018)
 
Pandit et al. (2021) พบว่าอัตราการสลายตัวของสารละลายไคโตซานแทบไม่ได้รับผลกระทบจากความเข้มข้นของกรดที่ใช้ละลายพอลิเมอร์ และขึ้นอยู่เป็นส่วนใหญ่กับอุณหภูมิ ความเข้มของคลื่นอัลตราโซนิก และความแรงไอออนิกของตัวกลางที่ใช้ละลายพอลิเมอร์ (ดู Pandit et al., 2021)
 
ในงานวิจัยอีกชิ้นหนึ่ง Zhu et al. (2019) ใช้ผงสปอร์ Ganoderma lucidum เป็นวัตถุดิบจากเชื้อรา และศึกษาการกำจัดหมู่อะเซทิลโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย รวมถึงผลของพารามิเตอร์การแปรรูป เช่น ระยะเวลาการใช้คลื่นอัลตราโซนิก อัตราส่วนของแข็งต่อของเหลว ความเข้มข้นของ NaOH และกำลังการฉายคลื่น ต่อระดับการกำจัดหมู่อะเซทิล (DD) ของไคโตซาน ค่า DD สูงสุดได้จากพารามิเตอร์อัลตราโซนิกดังต่อไปนี้: ใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเวลา 20 min ที่ 80W, 10% (g:ml) NaOH, 1:25 (g:ml) สัณฐานวิทยาของพื้นผิว หมู่ทางเคมี เสถียรภาพทางความร้อน และความเป็นผลึกของไคโตซานที่ได้ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้รับการตรวจสอบโดยใช้ SEM, FTIR, TG และ XRD คณะวิจัยรายงานว่าระดับการกำจัดหมู่อะเซทิล (DD) ความหนืดพลวัต ([η]) และน้ำหนักโมเลกุล (Mv¯) ของไคโตซานที่ผลิตด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ผลการวิจัยเน้นย้ำว่าเทคนิคการกำจัดหมู่อะเซทิลของเชื้อราด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีการผลิตไคโตซานที่มีประสิทธิผลสูงอย่างยิ่ง ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ (ดู Zhu et al., 2019)

ไคโตซานคุณภาพเหนือกว่าด้วยการสลายพอลิเมอร์และการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

กระบวนการสกัดและการสลายพอลิเมอร์ของไคติน / ไคโตซานที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ และสามารถปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกให้เหมาะกับวัตถุดิบและคุณภาพผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ต้องการ (เช่น น้ำหนักโมเลกุล ระดับการกำจัดหมู่อะเซทิล) จึงสามารถปรับกระบวนการอัลตราโซนิกให้เข้ากับปัจจัยภายนอกและกำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์และประสิทธิภาพที่เหนือกว่า
ไคโตซานที่ผ่านการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีชีวปริมาณออกฤทธิ์และความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม เมื่อเปรียบเทียบพอลิเมอร์ชีวภาพไคโตซานที่เตรียมด้วยคลื่นอัลตราโซนิกกับไคโตซานที่ได้จากกระบวนการทางความร้อนในด้านคุณสมบัติทางชีวการแพทย์ ไคโตซานที่ผลิตด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแสดงความมีชีวิตของไฟโบรบลาสต์ (เซลล์ L929) ที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และมีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียเพิ่มขึ้นต่อทั้ง Escherichia coli (E. coli) และ Staphylococcus aureus (S. aureus)
(ดู Zhu et al., 2018)
 

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ที่กำลังขยาย 100× ของ a) แกลเดียส b) แกลเดียสที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิก c) β-ไคติน d) β-ไคตินที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิก และ e) ไคโตซาน (แหล่งที่มา: Preto et al. 2017)

อุปกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการแปรรูปไคตินและไคโตซาน

การทำให้ไคตินแตกเป็นชิ้นส่วนและการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินเพื่อเปลี่ยนเป็นไคโตซานต้องใช้อุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ ซึ่งสามารถให้แอมพลิจูดสูง ควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการได้อย่างแม่นยำ และทำงานได้ตลอด 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูง กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Hielscher Ultrasonics ตอบสนองข้อกำหนดเหล่านี้ได้อย่างเชื่อถือได้ นอกจากสมรรถนะด้านอัลตราโซนิกที่โดดเด่นแล้ว เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher ยังมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่สำคัญ – โดยเฉพาะเมื่อนำไปใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นระบบสมรรถนะสูงที่สามารถติดตั้งอุปกรณ์เสริม เช่น โซโนโทรด บูสเตอร์ เครื่องปฏิกรณ์ หรือโฟลว์เซลล์ เพื่อให้ตรงกับความต้องการของกระบวนการของคุณอย่างเหมาะสมที่สุด ด้วยจอแสดงผลสีดิจิทัล ตัวเลือกสำหรับตั้งค่ารอบการใช้คลื่นอัลตราโซนิกไว้ล่วงหน้า การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในตัว การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ และคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมาย เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher จึงให้การควบคุมกระบวนการและความสะดวกในการใช้งานในระดับสูงสุด เมื่อผสานกับความแข็งแรงทนทานและความสามารถในการรองรับภาระงานหนัก ระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher จึงเป็นกำลังหลักที่คุณไว้วางใจได้ในการผลิต การทำให้ไคตินแตกเป็นชิ้นส่วนและการกำจัดหมู่อะเซทิลต้องใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ทรงพลังเพื่อให้ได้การเปลี่ยนสภาพตามเป้าหมายและผลิตภัณฑ์ไคโตซานขั้นสุดท้ายที่มีคุณภาพสูง โดยเฉพาะสำหรับการทำให้เกล็ดไคตินแตกเป็นชิ้นส่วนและขั้นตอนการสลายพอลิเมอร์ / การกำจัดหมู่อะเซทิล แอมพลิจูดสูงและความดันที่เพิ่มขึ้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics ให้แอมพลิจูดสูงมากได้อย่างง่ายดาย สามารถทำงานที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงกว่านั้น มีโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ออกแบบเฉพาะให้เลือกใช้ ขีดความสามารถด้านกำลังของระบบอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้สลายพอลิเมอร์และกำจัดหมู่อะเซทิลได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็วในกระบวนการที่ปลอดภัยและใช้งานสะดวก
 

การปรับปรุงกระบวนการบำบัดไคตินแบบเสริมฤทธิ์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

เพื่อแก้ไขข้อเสีย (ได้แก่ ประสิทธิภาพต่ำ ต้นทุนพลังงานสูง ระยะเวลาการแปรรูปนาน และตัวทำละลายที่เป็นพิษ) ของการกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินด้วยวิธีทางเคมีและเอนไซม์แบบดั้งเดิม จึงมีการนำคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงมาใช้ร่วมในกระบวนการแปรรูปไคตินและไคโตซาน การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงและผลของคาวิเทชันทางเสียงที่เกิดขึ้นทำให้สายโซ่พอลิเมอร์ขาดอย่างรวดเร็ว และลดความหลากหลายของการกระจายน้ำหนักโมเลกุล จึงส่งเสริมการสังเคราะห์ไคโตซาน นอกจากนี้ แรงเฉือนจากคลื่นอัลตราโซนิกยังเพิ่มการถ่ายเทมวลในสารละลาย ทำให้ปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส หรือปฏิกิริยาที่ใช้เอนไซม์มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น การบำบัดไคตินด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถใช้ร่วมกับเทคนิคการแปรรูปไคตินที่มีอยู่แล้ว เช่น วิธีทางเคมี ไฮโดรลิซิส หรือกระบวนการที่ใช้เอนไซม์

การกำจัดหมู่อะเซทิลและการสลายพอลิเมอร์ทางเคมีโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย

เนื่องจากไคตินเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่ไม่ไวต่อปฏิกิริยาและไม่ละลาย จึงต้องผ่านขั้นตอนการกำจัดแร่ธาตุ การกำจัดโปรตีน และการสลายพอลิเมอร์ / การกำจัดหมู่อะเซทิล เพื่อให้ได้ไคโตซานที่ละลายได้และสามารถเข้าถึงได้ทางชีวภาพ ขั้นตอนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการบำบัดด้วยกรดแก่ เช่น HCl และเบสแก่ เช่น NaOH และ KOH เนื่องจากขั้นตอนแบบดั้งเดิมเหล่านี้มีประสิทธิภาพต่ำ ช้า และต้องใช้พลังงานสูง การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการด้วยคลื่นอัลตราโซนิกจึงปรับปรุงการผลิตไคโตซานได้อย่างมีนัยสำคัญ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงช่วยเพิ่มผลผลิตและคุณภาพของไคโตซาน ลดระยะเวลากระบวนการจากหลายวันเหลือเพียงไม่กี่ชั่วโมง ช่วยให้ใช้ตัวทำละลายที่มีความรุนแรงน้อยลง และทำให้กระบวนการทั้งหมดมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีขึ้น

การปรับปรุงการกำจัดโปรตีนออกจากไคตินด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

Vallejo-Dominguez et al. (2021) พบในการศึกษาการกำจัดโปรตีนออกจากไคตินว่า “การใช้คลื่นอัลตราโซนิกในการผลิตพอลิเมอร์ชีวภาพช่วยลดปริมาณโปรตีนและขนาดอนุภาคของไคติน การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยทำให้ผลิตไคโตซานที่มีระดับการกำจัดหมู่อะเซทิลสูงและน้ำหนักโมเลกุลปานกลางได้”

ไฮโดรลิซิสด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสำหรับการสลายพอลิเมอร์ไคติน

สำหรับไฮโดรลิซิสทางเคมี สามารถใช้กรดหรือด่างเพื่อกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินได้ แต่การกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยด่าง (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH) ใช้กันแพร่หลายกว่า ไฮโดรลิซิสด้วยกรดเป็นวิธีทางเลือกแทนการกำจัดหมู่อะเซทิลทางเคมีแบบดั้งเดิม โดยใช้สารละลายกรดอินทรีย์เพื่อสลายพอลิเมอร์ไคตินและไคโตซาน วิธีไฮโดรลิซิสด้วยกรดส่วนใหญ่ใช้เมื่อต้องการให้น้ำหนักโมเลกุลของไคตินและไคโตซานสม่ำเสมอ กระบวนการไฮโดรลิซิสแบบดั้งเดิมนี้เป็นที่ทราบกันว่าช้าและใช้พลังงานและต้นทุนสูง ความจำเป็นในการใช้กรดแก่ อุณหภูมิสูง และความดันสูง เป็นปัจจัยที่ทำให้กระบวนการไฮโดรลิซิสของไคโตซานมีราคาแพงมากและใช้เวลานาน กรดที่ใช้ทำให้ต้องมีกระบวนการขั้นปลาย เช่น การทำให้เป็นกลางและการกำจัดเกลือ
เมื่อผสานคลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงเข้ากับกระบวนการไฮโดรลิซิส จะสามารถลดอุณหภูมิและความดันที่จำเป็นต่อการตัดพันธะไคตินและไคโตซานด้วยไฮโดรลิซิสได้อย่างมาก นอกจากนี้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกยังช่วยให้ใช้กรดที่มีความเข้มข้นต่ำลงหรือใช้กรดที่มีความรุนแรงน้อยลง ทำให้กระบวนการมีความยั่งยืน มีประสิทธิภาพ คุ้มค่าต้นทุน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

การกำจัดหมู่อะเซทิลทางเคมีโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย

การสลายตัวและการกำจัดหมู่อะเซทิลทางเคมีของไคตินและไคโตซานส่วนใหญ่ทำได้โดยบำบัดไคตินหรือไคโตซานด้วยกรดอนินทรีย์ (เช่น กรดไฮโดรคลอริก HCl) โซเดียมไนไตรต์ (NaNO₂) หรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มอัตราการกำจัดหมู่อะเซทิล จึงลดเวลาปฏิกิริยาที่ต้องใช้เพื่อให้ได้ระดับการกำจัดหมู่อะเซทิลตามเป้าหมาย ซึ่งหมายความว่าการใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยลดระยะเวลาการแปรรูปที่ต้องใช้จาก 12–24 ชั่วโมงเหลือเพียงไม่กี่ชั่วโมง นอกจากนี้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกยังช่วยให้ใช้สารเคมีที่มีความเข้มข้นต่ำลงอย่างมาก เช่น ใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ 40% (w/w) เมื่อใช้คลื่นอัลตราโซนิก ขณะที่ต้องใช้ 65% (w/w) เมื่อไม่ใช้คลื่นอัลตราโซนิก

การกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยเอนไซม์ร่วมกับคลื่นอัลตราโซนิก

แม้ว่าการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยเอนไซม์จะเป็นรูปแบบการแปรรูปที่อ่อนโยนและไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม แต่ประสิทธิภาพและต้นทุนของวิธีนี้ไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ เนื่องจากการแยกและทำให้เอนไซม์บริสุทธิ์จากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายในกระบวนการขั้นปลายมีความซับซ้อน ใช้แรงงานมาก และมีราคาแพง การกำจัดหมู่อะเซทิลของไคตินด้วยเอนไซม์จึงไม่ได้ใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์ แต่ใช้เฉพาะในห้องปฏิบัติการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น
การปรับสภาพเบื้องต้นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกก่อนการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยเอนไซม์ทำให้โมเลกุลไคตินแตกเป็นชิ้นส่วน จึงเพิ่มพื้นที่ผิวและทำให้เอนไซม์เข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น การใช้คลื่นอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงช่วยปรับปรุงการกำจัดหมู่อะเซทิลด้วยเอนไซม์และทำให้กระบวนการคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากขึ้น