Preparation of water-soluble chitosan via polyphenol conjugation and carboxymethylation: Characterization, antioxidant, and antibacterial properties
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि स्क्विड पेन चिटोसन को एपिगैलोकैचिन गैलेट (EGCG) और कार्बोक्सीमिथाइलेशन के साथ संशोधित करने से इसकी जल घुलनशीलता, एंटीऑक्सीडेंट क्षमता और जीवाणुरोधी गतिविधि में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है, जिसमें EGCG संयुग्मन जैव सक्रियता को बढ़ाने के लिए सबसे प्रभावी सिद्ध हुआ और कार्बोक्सीमिथाइलेशन ने मुख्य रूप से घुलनशीलता में सुधार किया।
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खाद्य पदार्थों का खराब होना प्रकृति की क्षय करने की इच्छा और हमारे संरक्षण करने की इच्छा के बीच एक निरंतर संघर्ष है। दो प्राथमिक बल इस गिरावट को संचालित करते हैं: हानिकारक बैक्टीरिया की वृद्धि और वह धीमी ऑक्सीकरण प्रक्रिया जो वसा को दुर्गंधयुक्त (रैंसिड) बना देती है और रंगों को फीका कर देती है। दशकों से, वैज्ञानिक चिटोसन (chitosan) को इन शक्तियों के विरुद्ध एक संभावित ढाल के रूप में देखते आए हैं, जो क्रस्टेशियंस (कवच वाले जीवों) के खोल से प्राप्त एक प्राकृतिक सामग्री है। चिटोसन बायोडिग्रेडेबल है और इसमें अंतर्निहित गुण हैं जो सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को रोक सकते हैं और ऑक्सीकरण को धीमा कर सकते हैं। हालाँकि, अपनी प्राकृतिक अवस्था में, इस सामग्री की एक महत्वपूर्ण सीमा है: यह पानी में अच्छी तरह से नहीं घुलती है, विशेष रूप से जब वातावरण तटस्थ (न्यूट्रल) हो, जो इसके उपयोग को कई तरल-आधारित खाद्य अनुप्रयोगों या कोटिंग्स में प्रतिबंधित करता है। इस आशाजनक सामग्री को वास्तव में उपयोगी बनाने के लिए, शोधकर्ताओं को इसे घुलनशील बनाने के साथ-साथ खाद्य खराब होने से लड़ने की इसकी क्षमता को बढ़ाने का तरीका खोजना आवश्यक था।
थाईलैंड में प्रिंस ऑफ सोंगक्ला विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक अलग स्रोत से प्राप्त चिटोसन को रूपांतरित करके इस समस्या को हल करने का प्रयास किया: स्क्विड (squid) के पेन (pens)। केकड़े और झींगे के कठोर, खनिज युक्त खोलों के विपरीत, स्क्विड पेन समुद्री भोजन उद्योग का एक नरम, लचीला उपोत्पाद है जिसे अक्सर फेंक दिया जाता है। शोधकर्ताओं ने पहले इन पेनों को शुद्ध चिटोसन में परिवर्तित किया और फिर सामग्री में सुधार करने के लिए दो अलग-अलग रासायनिक रणनीतियों को लागू किया। पहले दृष्टिकोण में एपिगैलोकैटेचिन गैलेट (epigallocatechin gallate), जो ग्रीन टी में पाया जाने वाला एक शक्तिशाली एंटीऑक्सीडेंट है, के अणुओं को सीधे चिटोसन श्रृंखलाओं से जोड़ना शामिल था। दूसरे दृष्टिकोण में कार्बोक्सीमिथाइल समूहों को जोड़ना शामिल था, जो छोटे रासायनिक इकाइयाँ हैं जो सामग्री को पानी के साथ बातचीत करने में मदद करने के लिए छोटे हैंडल की तरह कार्य करती हैं। लक्ष्य यह देखना था कि कौन सी विधि, या यदि दोनों का संयोजन, एक ऐसा जल-घुलनशील पदार्थ बना सकता है जो ऑक्सीकरण के विरुद्ध एक बेहतर योद्धा भी हो।
परिणामों ने दिखाया कि दोनों विधियों ने सामग्री को सफलतापूर्वक रूपांतरित कर दिया, लेकिन उन्होंने इसे अलग-अलग तंत्रों के माध्यम से प्राप्त किया। जब शोधकर्ताओं ने चिटोसन से ग्रीन टी के अणुओं को जोड़ा, तो परिणामी सामग्री पानी में अत्यधिक घुलनशील हो गई, जिसमें ग्रीन टी के अणुओं की उच्चतम मात्रा वाली संस्करण लगभग पूरी तरह से घुल गई। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि इस संशोधन ने हानिकारक मुक्त कणों (free radicals) को बेअसर करने और उन धातु आयनों को कीलेट (chelate) करने की सामग्री की क्षमता को नाटकीय रूप से बढ़ा दिया जो क्षय को ट्रिगर कर सकते हैं। सबसे अधिक ग्रीन टी जुड़ाव वाली सामग्री एक महत्वपूर्ण जीवाणुरोधी एजेंट बन गई, विशेष रूप से 'लिस्टेरिया मोनोसाइटोजेनेसिस' (Listeria monocytogenes) नामक खतरनाक खाद्यजनित रोगजनक के विरुद्ध, जिसने बैक्टीरिया की वृद्धि को रोकने के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा को बड़े अंतर से कम कर दिया। शोधकर्ताओं ने पाया कि ग्रीन टी के अणु केवल सतह पर नहीं बैठे थे; वे संरचना का हिस्सा बन गए थे, जो अतिरिक्त रासायनिक स्थल प्रदान करते थे जो ऑक्सीकरण को रोकने के लिए इलेक्ट्रॉन और हाइड्रोजन परमाणु दान कर सकते थे।
दूसरी रणनीति, कार्बोक्सीमिथाइल समूहों को जोड़ने ने भी सामग्री में सुधार किया, हालांकि इसका ध्यान अलग था। जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने इन समूहों की संख्या बढ़ाई, पानी में घुलने की सामग्री की क्षमता लगातार बढ़ी, जो सबसे अधिक संशोधित संस्करण में लगभग अट्ठानवे प्रतिशत घुलनशीलता तक पहुँच गई। इस संशोधन ने ऑक्सीकरण से लड़ने की सामग्री की क्षमता में भी सुधार किया, लेकिन केवल विशिष्ट तरीकों से। यह कुछ प्रकार के रेडिकल्स को बेअसर करने और धातु आयनों को बांधने में बेहतर हो गया, फिर भी इसने आयरन आयनों को कम करने की सामग्री की क्षमता में सुधार नहीं किया, जो एक विशिष्ट प्रकार की एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि है जिसमें ग्रीन टी वाला संस्करण उत्कृष्ट था। इसके अलावा, जबकि कार्बोक्सीमिथाइल सामग्री अधिक घुलनशील थी, बैक्टीरिया को मारने की इसकी क्षमता मूल, बिना संशोधित चिटोसन की तुलना में वास्तव में कमजोर थी। यह सुझाव देता है कि जबकि इन समूहों को जोड़ने से सामग्री पानी में आसानी से मिल जाती है, यह शायद उस प्राकृतिक विद्युत आवेश में हस्तक्षेप करती है जो बैक्टीरिया की कोशिका दीवारों पर हमला करने में चिटोसन की मदद करता है।
दोनों दृष्टिकोणों की तुलना करके, अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि कोई एक एकल "सर्वश्रेष्ठ" संशोधन नहीं है; बल्कि, आदर्श विकल्प विशिष्ट आवश्यकता पर निर्भर करता है। ग्रीन टी अणुओं के साथ संशोधित संस्करण सबसे शक्तिशाली सर्व-समावेशी बायोएक्टिव सामग्री के रूप में उभरा, जो ऑक्सीकरण और बैक्टीरिया की वृद्धि दोनों के विरुद्ध सबसे मजबूत सुरक्षा प्रदान करता है। कार्बोक्सीमिथाइल संस्करण, बैक्टीरिया को मारने में कम सक्षम होने के बावजूद, सामग्री को पानी में आसानी से घोलने का एक उत्कृष्ट तरीका साबित हुआ, जो कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है। शोधकर्ताओं ने उन्नत इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके इन संरचनात्मक परिवर्तनों की पुष्टि की जिससे वे नए रासायनिक बंधों और सामग्री के भीतर ग्रीन टी के अणुओं की उपस्थिति को देख सके। अंततः, यह कार्य प्रदर्शित करता है कि स्क्विड उद्योग के एक अपशिष्ट उत्पाद को खाद्य संरक्षण के लिए एक बहुमुखी, जल-घुलनशील उपकरण में बदला जा सकता है, जो सिंथेटिक रसायनों पर निर्भर हुए बिना खाद्य अपव्यय को कम करने और खाद्य सुरक्षा में सुधार करने का एक सतत मार्ग प्रदान करता है।
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