انفورماتیک در زیست شناسی، بهداشت و غذا

انفورماتیک در زیست شناسی، بهداشت و غذا

ارزیابی مروری روش‌های زیستی مبتنی بر کیتین داستیلاز در مقایسه با روشهای شیمیایی سنتی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسنده
1- گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران 2-مرکز تحقیقات میکروبیولوژی کاربردی و بیوتکنولوژی میکروبی،
چکیده
کیتوسان یک بیوپلیمر طبیعی، زیست سازگار و غیرسمی است که از دِاستیلاسیون جزئی کیتین به دست می‌آید. این پلیمر به دلیل خواص منحصربه فردش، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع غذایی، داروسازی، پزشکی و شیمیایی دارد. فرآیند صنعتی تولید کیتوسان عمدتاً مبتنی بر روش‌های شیمیایی است که در آن از محلول غلیظ هیدروکسید سدیم تحت شرایط دمایی بالا برای حذف گروه‌های استیل از کیتین استفاده می‌شود. با این حال، این روش با چالش‌های جدی از جمله مصرف انرژی بالا، تولید پساب‌های آلاینده حاوی هیدروکسید سدیم و عدم کنترل دقیق درجه دِاستیلاسیون همراه است. در مقابل، تولید کیتوسان به روش زیستی با استفاده از آنزیم کیتین دِاستیلاز به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست مطرح شده است. این روش از مزایای قابل توجهی مانند کاهش مصرف انرژی، حذف آلاینده‌های شیمیایی و تولید کیتوسان با درجه دِاستیلاسیون کنترل شده برخوردار است.

این مطالعه مروری با هدف بررسی روش‌های تولید کیتوسان، تحلیل مزایا و معایب هر روش، و ارزیابی راهکارهای بهینه‌سازی فرآیند تولید به‌ویژه در مقیاس صنعتی انجام شد. با استفاده از مقالات منتشرشده در پایگاه‌های داده‌ی Scopus، PubMed وScienceDirect داده‌های مرتبط با روشهای تولید کیتوسان، کارایی آنزیم کیتین دِاستیلاز و فناوری‌های نوین در این حوزه بررسی شدند.

نتایج این مطالعه نشان داد، اگرچه روش شیمیایی به دلیل سرعت بالا و هزینه‌ی اولیه‌ی پایین، روش غالب صنعتی است، اما پیامدهای زیست‌محیطی و کیفیت ناپایدار محصول، محدودیت‌های اصلی آن محسوب می‌شوند. در مقابل، روش زیستی مبتنی بر کیتین داستیلاز با وجود مشکلاتی نظیر زمان طولانی فرآیند و هزینه‌ی بالای تولید آنزیم، پتانسیل بالایی برای تولید کیتوسان با خلوص و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی قابل تنظیم دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Comparative Review of Chitin Deacetylase-Based Biological Methods Versus Traditional Chemical Methods

نویسنده English

Azam Aliasghari Veshareh
1- Department of Microbiology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, Iran 2- Research Center for Applied Microbiology and Microbial Biotechnology, Alzahra University, Tehran, Iran
چکیده English

Chitosan is a natural, biocompatible, and non-toxic biopolymer derived from the partial deacetylation of chitin. Due to its unique properties, this polymer has broad applications in the food industry (as a food preservative coating), pharmaceuticals (drug carrier, wound dressing), and chemical industries (heavy metal adsorbent). The industrial production of chitosan predominantly relies on chemical methods, which involve the use of concentrated sodium hydroxide solutions under high-temperature conditions to remove acetyl groups from chitin. However, these methods face significant challenges, including high energy consumption, generation of pollutant wastewater containing sodium hydroxide, and a lack of precise control over the degree of deacetylation. In contrast, the biological production of chitosan using the chitin deacetylase enzyme—produced by certain insects, fungi, and bacteria—has emerged as an environmentally friendly alternative. This approach offers notable advantages, such as reduced energy consumption, elimination of chemical pollutants, and the production of chitosan with a controlled degree of deacetylation.

This review study was conducted to examine chitosan production methods (chemical and biological), analyze the advantages and disadvantages of each approach, and evaluate optimization strategies for the production process, particularly on an industrial scale. Through a systematic review of articles published in Scopus, PubMed, and ScienceDirect databases, relevant data on chitosan production methods, the efficacy of the chitin deacetylase enzyme, and emerging technologies in this field were analyzed.

The findings of this study revealed that although the chemical method remains the dominant industrial approach due to its high speed and low initial cost, its environmental consequences (e.g., annual generation of thousands of tons of alkaline wastewater) and inconsistent product quality are identified as its primary limitations. In contrast, the chitin deacetylase-based biological method, despite challenges such as prolonged processing time and high enzyme production costs, exhibits significant potential for producing chitosan with tunable purity and physicochemical properties.

کلیدواژه‌ها English

Chitosan
Chitin
Deacetylation
Chitin Deacetylase
Biological Production

  • تاریخ دریافت 26 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 26 خرداد 1404