ไคติน-ไคโตซาน

ไคติน-ไคโตซาน เป็นวัสดุชีวภาพเกิดในธรรมชาติ จัดอยู่ในกลุ่มคาร์โบไฮเดรตผสม ที่ประกอบด้วยอนุพันธ์ของน้ำตาลกลูโคสที่มีธาตุไนโตรเจนติดอยู่ด้วยทำให้มีคุณสมบัติที่โดดเด่น และหลากหลายมีประสิทธิภาพสูงในกิจกรรมชีวภาพ และยังย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงเป็นสารที่มีความปลอดภัยในการใช้กับมนุษย์ สัตว์ และสิ่งแวดล้อม สารไคติน-ไคโตซานนี้มีลักษณะพิเศษในการนำมาใช้ดูดซับและจับตะกอนต่างๆในสารละลายแล้วนำสารกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งเป็นการหมุนเวียนตามระบบธรรมชาติ

ไคติน (Chitin) เป็นสารอินทรียที่เกิดตามธรรมชาติมีปริมาณมากเป็นอันดับสองของโลกรองจาก เซลลูโลสพบในผนังเซลล์ของพืชบางชนิด สัตว์ และจุลินทรีย์ เช่นในไดอะตอม ในยีสต์ ที่ ใช้ทํ าเบียร์ และในสัตว์ ที่ ไม่มีกระดูกสันหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์ที่มีเปลือกและกระดอง เช่น หอย กุ้ง ปู และแกนปลาหมึก เป็นต้น

โครงสร้างทางเคมีของสารไคติน คล้ายคลึงกับเซลลูโลส คือเป็นเส้นใยที่ยาว ไคตินที่เกิดในธรรมชาติมีโครงสร้างของผลึกที่แข็งแรงมีการจัดตัวของรูปแบบของผลึกเป็น 3 ลักษณะได้แก่ แอลฟ่าไคติน, บีต้าไคติน, และแกมม่าไคติน ไคตินที่เกิดในเปลือกกุ้งและปู ส่วนใหญ่อยู่ในรูปแอลฟ่าไคติน ส่วนไคตินที่อยู่ในปลาหมึกพบว่าส่วนใหญ่เป็นบีต้าไคตินในการจัดเรียงตัวของโครงสร้างตามธรรมชาติ พบว่าแอลฟ่าไคตินมีคุณลักษณะของเสถียรภาพทางเคมีสูงกว่าบีต้าไคติน ดังนั้นจึงมีโอกาสที่บีต้าไคตินสามารถจะเปลี่ยนแปลงรูปแบบไปเป็นแอลฟ่าไคตินได้ในสารละลายของกรดแก่ เช่น กรดเกลือ เป็นต้น ส่วนแกมม่าไคตินเป็นโครงสร้างผสมระหว่างแอลฟ่าและบีต้าไคติน

ไคตินเป็นโพลีเมอร์ที่มีสายยาวมีองค์ประกอบของหน่วยย่อยเป็นอนุพันธ์ของน้ำตาลกลูโคสมีชื่อว่า N-acetyl glucosamine ไคตินเป็นสารที่ละลายยากหรือไม่ค่อยละลาย ส่วนไคโตซานเป็นโพลีเมอร์ของหน่วยย่อยที่ชื่อว่า glucosamine มากกว่า 60% ขึ้นไป ( นั้นคือมีปริมาณ N- acetylglcosamine นั้นเอง ในธรรมชาติย่อมมีไคตินและไคโตซาน ประกอบอยู่ในโพลิเมอร์ ที่เป็นสายยาวในสัดส่วนต่างๆกัน ถ้ามีปริมาณของ glucosamine น้อยกว่า 40 % ลงมา พอลิเมอร์นั้นจะละลายได้ในกรดอินทรีย์ต่างๆนั้นหมายถึงมีปริมาณไคโตซานมากกว่า 60 % นั้นเอง ฉะนั้นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีทำให้ไคตินเปลี่ยนไปเป็นไคโตซาน คือการลดลงของหมู่อะซีติลหรือเรียกว่า Deacetylation ขณะที่มีการลดลงของหน่วยย่อย N-acetyl glucosamine ย่อมเป็นการเพิ่มขึ้นของ glucosamine ในปริมาณที่เท่ากัน ซึ่งคือการเปลี่ยนแปลงไคตินให้เป็นไคโตซานนั่นเอง การจัดระดับของการ Deacetylation มีค่าร้อยละหรือเรียกว่า Percent Deacetylation ( % DD) กล่าวคือเมื่อในพอลิเมอร์มีค่าเกิน % DD เกินกว่า 60 % ขึ้นไป ของการกระจายไคโตซานในกรดอินทรีย์มากจะเพิ่มขึ้นของหมู่อะมิโนของ glucosamine ทำให้มีความสามารถในการรับโปรตรอน จากสารละลายได้เพิ่มขึ้นซึ่งช่วยในการละลายดีขึ้น เพราะมีสมบัติของประจุบวกเพิ่มขึ้น ฉะนั้นไคโตซานจึงสามารถละลายได้ดีขึ้นในกรดต่างๆ เช่น กรดน้ำส้ม กรดแลคติก และกรดอินทรีย์อื่นๆ

ไคโตซาน (Chitosan) คือโมเลกุลโพลิเมอร์ของน้ำตาลกลู โคสที่มีหมู่ อะมิโน (NH2) มาประกอบ เรียกว่า Poly amino glucose หรือ Poly (D-glucosamine) สูตร โมเลกุล [C6H12O4N]n น้ำหนักโมเลกุล [162.17]n
ไคโตซานเป็นอนุพันธ์ (Derivative) ชนิดหนึ่งของไคติน ที่ได้จากปฏิ กิริยาการกําจัดหมู่อะเซทิล (CH3CO) ของไคติน ด้วยสารละะลายด่างเข้มข้น เรียกว่า ปฏิ กิริยาดีอะเซทิเลชัน (Deacetylation) ทําให้ โครงสร้างของไคตินบางส่วนเปลี่ ยนแปลงไปโดยเฉพาะหมู่ ฟังก์ชันที่ มี ธาตุไนโตรเจน ในรู ปของหมู่ อะเซตามิโด (NH-CO-CH3) เปลี่ยนไปเป็นหมู่อะมิโน (NH2) ที่คาร์บอนตําแหน่งที่ 2ไคโตซานมีคุณสมบัติ เป็น Cationic polyelectrolyte เนื่องจากไคโตซานมีหมู่อะมิโนอิสระ (NH2) ที่คาร์บอนตําแหน่งที่ 2 ซึ่ งมี ประจุบวกบนหมู่อะมิโนอิ สระ และไคโตซานสามารถจับกับสารที่มีประจุลบ จึงทําให้ละลายได้ในสารละลายหลายชนิดที่ มีควาความเป็นกรด-ด่างในช่วงที่เป็นกรด คือ pH น้อยกว่า 5.5 ไคโตซานจึงมีศักยภาพในการใช้ประโยชน์สูง

ซึ่งโดยธรรมชาติแล้ว ไคโตซานจะไม่ละลายน้ำเช่นเดียวกับเปลือกกุ้ง กระดองปู หรือเปลือกไม้ทั่วไป แต่ไคโตซานจะละลายได้ดีเมื่อใช้กรดอินทรีย์เป็นตัวทำละลาย สารละลายของไคโตซานจะมีความข้นเหนียวแต่ใสคล้ายวุ้น หรือพลาสติกใส ยืดหยุ่นได้เล็กน้อยจึงมีคุณสมบัติที่พร้อมจะทำให้เป็นรูปแบบต่างๆได้ง่าย โดยเฉพาะถ้าต้องการทำเป็นแผ่นหรือเยื่อบางๆเป็นเจล หรือรูปร่างเป็นเม็ด เกล็ด เส้นใย สารเคลือบและคอลลอยด์ เป็นต้น นอกจากนี้ไคโตซานยังย่อยสลายตามธรรมชาติ จึงไม่เกิดผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต เมื่อกินเข้าไปและไม่มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อเติมลงไปในน้ำหรือในดินเพื่อการเกษตร
ไคโตซานที่ผลิตขึ้นมาใช้ในปัจจุบันนี้ มีหลายรูปแบบ และส่วนใหญ่จะผลิตมาจากบริษัทต่างประเทศ จึงมีราคาค่อนข้างสูง

รูปแบบของไคโตซานที่ผลิตขึ้นมาจำหน่ายในขณะนี้มี 4 รูปแบบ ได้แก่

1. ไคโตซานที่เป็นเกล็ดหรือแผ่นบางเล็กๆ (flake)
2. ไคโตซานที่เป็นผงละเอียดคล้ายแป้ง (micromilled powder)
3. ไคโตซานในรูปแบบสารละลายเป็นของเหลวหนืด (solutions) ซึ่งความเข้มข้นอาจจะแตกต่างกันไปตาม ความต้องการของผู้สั่งซื้อ
4. ไคโตซานที่อยู่ในรูปเม็ดจิ๋วขนาดประมาณ 300-500 ไมโครเมตร (bead)

ผลิตภัณฑ์ไคโตซานที่อยู่ในรูป flake , powder , bead นั้นหากเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงจะต้องมีความชื้นต่ำมากคือไม่เกิน 5-10 เปอร์เซ็นต์ หากความชื้นสูงกว่านี้ก็อาจจะทำให้เกิดเชื้อราหรือมีสิ่งปนเปื้อนอื่นๆเข้าไปปะปนอยู่ทำให้คุณภาพด้อยลง หรืออาจจะเกิดความเป็นพิษ เนื่องจากเชื้อรา เชื้อแบคทีเรียหรือสิ่งปนเปื้อนนั้นๆผลิตสารพิษออกมา ความเป็นไปได้ที่จะเกิดการปนเปื้อนของสิ่งไม่พึงประสงค์ในไคโตซานนั้น เนื่องจากวัตถุดิบที่นำมาสกัดนั่นเอง

การผลิตไคติน นำเปลือกกุ้งมาอบที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส จนกระทั่งน้ำหนักของเปลือกกุ้งคงที่ ทําการกําจัดโปรตีน โดยนําเปลือกกุ้งมาทําปฏิกิริยากับสารละลายด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เข้มข้น 8 เปอร์เซ็นต์โดยการรีฟลักซ์ ในอัตราส่วน 1:6 โดยน้ำหนักต่อปริมาตรที่อุณหภูมิประมาณ 80-90 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2-3 ชั่วโมง จากนั้นกําจัดเกลือแร่ โดยนําเปลือกกุ้งที่กําจัดโปรตีนทําปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ความเข้มข้น 8 เปอร์เซ็นต์ในอัตราส่วน 1:6 โดยน้ำหนักต่อปริมาตรที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 24 ชั่วโมง

การผลิตไคโตซานนําไคตินจากขั้นตอนที่1. มาทําปฏิกิริยากําจัดหมู่อะเซทิล โดยทําปฏิกิริยากับสาละลายด่างโซเดียมไฮดรอกไซดเข้มข้น 50 เปอร์เซ็นต์โดยการรีฟลักซ์ ในอัตราส่วน 1:10 โดยน้ำหนักต่อปริมาตรที่อุณหภูมิประมาณ 90120 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 4 – 5 ชั่วโมง ล้างและทำให้แห้งและบดให้ละเอียดจะได้สารไคโตซาน (Chitosan) ในรูปผง

วิธีการสกัดไคโตซานคร่าวเป็นดังนี้

1. จากวัตถุดิบ เปลือกกุ้ง (Shrimp Biowaste), เปลือกปู หรือแกนกลางปลาหมึก
2. สู่กระบวนการแยกโปรตีน (Deproteination) ด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เจือจาง (NaOH)
3. กระบวนการแยกแร่ธาตุ (Decalcification) ด้วยสารละลายกรดเกลือเจือจาง (HCI) ประมาณ 10%
4. ขั้นตอนนี้ก็จะได้สารไคติน (Chitin)
5. กระบวนการดึงหมู่อะซิทิล (Deacetylation) ด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น NaOH 40%-50%
6. ล้างและทำให้แห้งและบดให้ละเอียดจะได้สารไคโตซาน (Chitosan) ในรูปผง

การใช้ประโยชน์จากไคโตซาน
ปัจจุบันไคโตซานถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในด้านวงการเกษตร อาหารเสริมสุขภาพ และอีกหลายวงการ เช่น
1. การใช้กับพืชผักผลไม้
ในด้านการเกษตรกรรมนั้นมีการนำไคโตซานมาใช้เป็นอาหารเสริมให้แก่พืชเพื่อช่วยควบคุมการทำงานของพืชผลไม้และต้นไม้ให้ทำงานได้ดีขึ้นคล้ายๆกับการเพิ่มปุ๋ยพิเศษให้แก่พืชผักผลไม้ นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในการป้องกันโรคที่เกิดจากจุลินทรีย์ และเชื้อราบางชนิดอีกด้วย ซึ่งตามคำโฆษณาบอกไว้ดังนี้

• ช่วยให้พืชมีการเจริญเติบโตที่ดีขึ้น
• ช่วยเสริมสร้างความแข็งแรงให้แก่ต้นพืช ผัก ผลไม้ ไม้ดอกไม้ประดับ
• ช่วยป้องกันการเกิดโรคซึ่งเกิดมาจากเชื้อจุลินทรีย์ในดิน
• ไปกระตุ้นการสร้างภูมิต้านทานให้แก่เมล็ดพืชที่จะนำไปเพาะขยายพันธุ์ทำให้มีอัตราการขยายพันธุ์เพิ่มขึ้น

ทุกวันนี้เกษตรกรได้นำเอาผลิตภัณฑ์ไคโตซานไปใช้ประโยชน์กับพืชผักผลไม้หลายชนิดแล้ว เช่น หน่อไม้ฝรั่ง , ต้นหอม , คะน้า , แตงโม , ข้าว , ถั่ว , ข้าวโพด ตลอดจนไม้ดอกไม้ประดับที่มีราคาสูงหลายชนิด เช่น ดอกคาร์เนชั่น ดอกเยอบีร่าพันธุ์นอก ดอกแคดิโอลัสและดอกบานชื่นฝรั่ง เป็นต้น

2. การใช้ไคโตซานในวงการประมง
ในวงการประมงนั้นขณะนี้ได้มีการนำไคโตซานมาใช้ประโยชน์ในด้านการยืดอายุการรักษา และเก็บถนอมอาหารที่เป็นผลิตภัณฑ์จากสัตว์น้ำ และในขั้นต้นนี้ได้สกัดโปรตีนจากหัวกุ้งด้วยกระะบวนการย่อยด้วยแบคทีเรีย กรดแล็คติด (lectic acid bacteria) เพื่อนำโปรตีนนั้นมาใช้ในแง่เป็นสารเสริมคุณค่าอาหารและของว่างที่ทำจากสัตว์น้ำ การปรุงแต่งรส และกลิ่นในอาหารขบเคี้ยวที่เป็นผลิตภัณฑ์จากสัตว์น้ำ เป็นต้น
นอกจากนี้ฝ่ายเอกชนหลายแห่งได้นำไคโตซานมาใช้ประโยชน์ในด้านการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำกันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพาะเลี้ยงกุ้งกุลาดำ วิธีการนั้นมีหลายรูปแบบ ได้แก่การคลุกกับอาหารเม็ด ในอัตราส่วนต่างๆกันเพื่อให้กุ้งกิน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการไปกระตุ้นภูมิต้านทานโรคในตัวกุ้ง และเพื่อเป็นส่วนไปกระตุ้นการย่อยอาหารและการเจริญเติบโต ประโยชน์อีกด้านหนึ่งที่ผู้ขายโฆษณาไว้ก็คือ การช่วยให้เม็ดอาหารคงรูปอยู่ในน้ำได้นานกว่าโดยการเคลือบสารไคโตซานบนอาหารที่จะหว่านให้กุ้งกิน บางรายก็แนะนำให้เติมลงไปในน้ำเพื่อช่วยปรับสภาพแวดล้อมให้ดีอยู่เสมอ

3. การใช้ไคโตซานในวงการแพทย์
ไคโตซานที่ใช้ในการแพทย์และมีผลที่เชื่อถือได้ ได้ดำเนินการมาหลายปีแล้ว เช่น การใช้ประโยชน์โดยนำมาประกอบเป็นอาหารเพื่อลดน้ำหนัก ทำผลิตภัณฑ์เสริมความงาม เช่น ครีมทาผิว ทำเป็นแผ่นไคโตซานเพื่อปิดปากแผลที่เกิดจากการผ่าตัดเฉพาะที่ ซึ่งพบว่าแผ่นไคโตซานจะช่วยให้คนป่วยเกิดการเจ็บปวดแผลน้อยกว่าการใช้ผ้าก๊อซชุบน้ำมันวาสลินมาปิดแผลเหมือนที่เคยปฏิบัติมาในสมัยก่อน นอกจากนี้เวลาที่แผลปิดดีแล้วและมีการลอกแผ่นไคโตซานออก ยังสะดวกและง่ายกว่าการลอกแถบผ้าก๊อชเพราะจะไม่มีการสูญเสียเลือดที่เกิดจากการลอกแผ่นปิดแผลออกทำให้ผู้ป่วยไม่เจ็บปวดเท่ากับการใช้แถบผ้าก๊อซปปิดแผล นอกจากนี้ยังใช้ไคโตซานไปเป็นส่วนผสมของยาหลายประเภท เช่น ยาที่ใช้พ่นทางจมูกเพื่อบรรเทาอาการโรคทางเดินหายใจ

การพิสูจน์ความบริสุทธิ์ของไคโตซาน

• ประการแรกที่จะดูว่าไคโตซานแท้หรือไม่นั้น ให้ดูที่ลักษณะของสาร ไคโตซานที่แท้หรือบริสุทธิ์นั้นจะต้องใสไม่เหนียวหนืดเกินไป และเมื่อเวลาเปิดขวดหรือภาชนะที่บรรจุไคโตซานจะต้องไม่มีลมออกมาเพราะหากมีลมออกมา ลมที่ออกมาคือการเน่าบูดของสารบางชนิด หรือพูดง่ายๆก็คือกระบวนการสกัดไคโตซานไม่บริสุทธิ์ ถ้านำไปใช้จะทำให้น้ำในบ่อเสียเร็วขึ้นและทำให้สัตว์น้ำติดเชื้อได้
• ประการที่สองคือการทดสอบด้วยน้ำยาล้างจาน โดยการหยดน้ำยาล้างจานลงในไคโตซานในปริมาณที่เท่ากัน หากเป็นไคโตซานที่บริสุทธิ์ตัวไคโตซานจะจับตัวกันเหมือนไข่ขาว แต่ถ้าเป็นไคโตซานไม่บริสุทธิ์ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น

เอกสารอ้างอิง
– ไม่มีชื่อผู้แต่ง. 2542. เทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม : การผลิตไคติน-ไคโตซาน. วารสารสัตว์น้ำ ปีที่ 10 ฉบับที่ 118. หน้า 37-40.
– ไม่มีชื่อผู้แต่ง. 2544. บทพิสูจน์ไคโตซาน ที่ยังต้องหาข้อสรุป. วารสารสัตว์น้ำ ปีที่ 12 ฉบับที่ 137. หน้า 47-50.
– ไม่มีชื่อผู้แต่ง. 2544. เทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม : จะทราบได้อย่างไรว่าไคโตซานที่ใช้ “บริสุทธิ์”. วารสารสัตว์น้ำ ปีที่ 12 ฉบับที่ 140. หน้า 46.
– ไม่มีชื่อผู้แต่ง. 2544. โต๊ะวิชาการ : ไคโตซาน. วารสารสัตว์น้ำ ปีที่ 12 ฉบับที่ 141. หน้า 47-50.
– ลิลา เรืองแป้น. 2544. โต๊ะวิชาการ : ไคโตซาน. วารสารสัตว์น้ำ ปีที่ 12 ฉบับที่ 142. หน้า 65-66.
– อัธยา กังสุวรรณ และคณะ. 2536. การสกัดไคโตซานจากเปลือกสัตว์น้ำ. รายงานการสัมมนาวิชาการประจำปี 2536 กรมประมง. หน้า 726-730.
– อัธยา กังสุวรรณ และคณะ. 2537-2538. การใช้ไคโตซานถนอมอาหาร. รายงานประจำปี 2537-2538 สถาบันวิจัยและพัฒนาอุตสาหกรรมสัตว์น้ำ กรมประมง. หน้า 46-47.

ศูนย์อบรมเกษตรอินทรีย์ที่เขตหลักสี่
มีสูตรการทำไคโตซานจากเปลือกกุ้งด้วยตนเอง เลยนำมาถ่ายทอดไห้รับรู้กัน
วัสดุที่ใช้

• เปลือกกุ้ง 1 กก.
• น้ำด่างขี้เถ้า 1 ขวด ใช้ไม่หมดเก็บไว้ทำต่อได้
• น้ำส้มสายชู 1 ขวด ใช้ไม่หมดเก็บไว้ทำต่อได้
• ขวดน้ำหรือถ้งขนาดเล็กมีฝาปิด

วิธีทำ

• เปลือกกุ้งใส่ ขวดหรือถ้งที่เตรียมไว้ ใส่น้ำด่างขี้เถ้าพอท่วมเปลือกกุ้งทิ้งไว้ 1 วัน
• ถ่ายน้ำออกให้หมดแล้วใส่น้ำส้มสายชู ลงไปแทนให้พอท่วมกุ้ง ปิดฝาทิ้งไว้ 2-3 เดือน
• จะพบว่าเปลือกกุ้งสลายตัวเปลี่ยนเป็นวุ้นถ้ายังสลายตัวไม่หมด ให้เอาส่วนที่เหลือมาบดแล้วใส่
• กลับลงไปใหม่ กรองเอาแต่น้ำมาใช้ได้ อัตราส่วน 2 ช้อนโต๊ะต่อน้ำ 5 ลิตร

การทำน้ำด่างจากขี้เถ้า
ขี้เถ้าจากเตาถ่านร่อนเอาแต่เถ้า 1กก. ผสมกับน้ำ 3 ลิตร คนให้เข้ากันแช่ทิ้ง 3 วัน นำมากรองใส่ขวดไว้ใช้ผสม