เปลี่ยน “ไคโตซานสายยาว → ไคโตซานโมเลกุลต่ำและโอลิโกไคโตซาน” ด้วยดินเบนโทไนต์ เพื่อเกษตรยั่งยืน
ดร.ดวงกมล จิรโรจน์ รองศาสตราจารย์ ดร.ดวงกมล ตุงคะสมิต นักวิจัยจาก CBRC จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ร่วมกับ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. กรัณฑ์ วังไพบูลย์ และผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.รัฐ พิชญางกูร จาก Center of Excellence in Structural and Computational Biology จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ Prof. Dr. Kiyotaka Nakajima และ Prof. Dr. Atsushi Fukuoka, Institute for catalysis, Hokkaido University ประเทศญี่ปุ่น ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการลดขนาดสายไคโตซานแบบควบคุม โดยใช้ดินเบนโทไนต์ร่วมกับกรด เพื่อผลิตไคโตซานโมเลกุลต่ำและไคโตซานโอลิโกแซ็กคาไรด์ หรือ COS ซึ่งมีศักยภาพต่อยอดเป็นสารกระตุ้นชีวภาพสำหรับการเกษตร
งานวิจัย “Bentonite-catalyzed depolymerization of chitosan in acidic media: Insights into clay–biopolymer interactions and controlled oligomer production” ได้รับการเผยแพร่ในวารสาร Applied Clay Science (Tier1 Journal, Citescore = 10.7, Impact factor = 5.2)
ไคโตซานเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพจากไคตินที่พบมากในเปลือกกุ้ง ปู และสัตว์ทะเลเปลือกแข็ง โดยสมบัติและประสิทธิภาพการใช้งานขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุล การลดขนาดสายจึงมีความสำคัญต่อการผลิตไคโตซานโมเลกุลต่ำและไคโตซานโอลิโกแซ็กคาไรด์ (COS) ที่มีมูลค่าเพิ่ม อย่างไรก็ตาม การไฮโดรไลซ์ด้วยสารละลายกรดทั่วไปมักควบคุมการตัดสายได้ยากและอาจก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียง การกัดกร่อน และภาระในการกำจัดกรด งานวิจัยนี้จึงใช้โครงสร้างแบบชั้นของดินเบนโทไนต์ ซึ่งมีมอนต์มอริลโลไนต์เป็นองค์ประกอบหลัก ให้ทำหน้าที่ทั้งดูดซับไคโตซานและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรดแบบของแข็ง เพื่อช่วยควบคุมตำแหน่งและระดับการตัดสายให้ได้ผลิตภัณฑ์ตามต้องการมากขึ้น
ไฮไลท์สำคัญของงานวิจัย
การให้ความร้อนในระบบเพียงอย่างเดียวลดน้ำหนักโมเลกุลของไคโตซานจาก 60 kDa เหลือประมาณ 33 kDa ขณะที่ระบบกรดร่วมกับเบนโทไนต์ สามารถลดขนาดลงเหลือประมาณ 13 kDa พร้อมผลิต COS ขนาด 0.16–1.6 kDa ตั้งแต่ไดเมอร์จนถึงเฮปตะเมอร์ได้
ที่ความเข้มข้น HCl 1.8 M ร่วมกับเบนโทไนต์ ระบบให้ผลได้โอลิโกเมอร์สูงถึง 39.7% และผลได้รวมโมโนเมอร์กับโอลิโกเมอร์ 48.6%
กระบวนการสามารถรองรับไคโตซานตั้งต้นที่มีน้ำหนักโมเลกุลแตกต่างกัน โดยไคโตซานขนาด 100 และ 400 kDa สามารถเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์โมเลกุลต่ำประมาณ 16 และ 26 kDa ตามลำดับ แสดงถึงความสามารถในการปรับขนาดผลิตภัณฑ์ผ่านความเข้มข้นกรด เวลา และขนาดของวัตถุดิบตั้งต้น
โครงสร้างชั้นของเบนโทไนต์ไม่ได้เป็นเพียงพื้นผิวรองรับ แต่มีบทบาทโดยตรงต่อกลไกการควบคุมปฏิกิริยา ผ่านการดูดซับ การแทรกตัวของสายไคโตซาน และการสร้างบริเวณกรดเฉพาะที่ภายในช่องว่างระดับนาโน
ไคโตซานทุกขนาดช่วยเพิ่มความสูงของต้นกล้าทานตะวัน 5.2–10.7% เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม โดยขนาด 60 kDa ให้ผลดีที่สุด และช่วง 13–100 kDa มีศักยภาพเป็นสารกระตุ้นชีวภาพสำหรับพืช
งานวิจัยนี้สะท้อนแนวทางการเพิ่มมูลค่าไคโตซานจากทรัพยากรชีวภาพ ด้วยแร่ดินธรรมชาติที่มีปริมาณมาก ต้นทุนไม่สูง และมีโครงสร้างเหมาะสมต่อการควบคุมการเปลี่ยนพอลิเมอร์ชีวภาพ ช่วยเปิดโอกาสในการออกแบบไคโตซานที่มีขนาดโมเลกุลเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ด้านการเกษตร สนับสนุนการพัฒนา biostimulant, biopolymer valorization, circular bioeconomy และระบบเกษตรที่ยั่งยืน
อ่านรายละเอียดงานวิจัยได้ที่: https://bit.ly/3Tx5xm3
