– डॉ. नरहरी पुजारी
कायटिनचा शोध:
नैसर्गिक इतिहास आणि वनस्पतीशास्त्र या विषयाचे प्राध्यापक असलेले हेन्री ब्रॅकोनॉट १८११ सालच्या हिवाळ्यात आळंब्यांवर (mushrooms) संशोधन करत होते. लहानपणापासूनच कुशाग्र बुद्धिमत्ता असलेल्या ब्रॅकोनॉटनी वयाच्या १३ व्या वर्षीच औषधनिर्माण शास्त्र शिकले होते. वयाच्या विशीच्या आत त्यांनी रसायनशास्त्र आणि जीवशास्त्र या विषयात देखील नैपुण्य मिळवले. १८०१-१८०२ साली पॅरिसमध्ये राहून त्यांनी पुढे विज्ञानाच्या प्रगत शाखा शिकल्या आणि नंतर आपल्या जन्मगावी नॅन्सी येथे परत येऊन त्यांनी अनेक विषयावर संशोधन सुरू ठेवले. स्टेरिक आम्ल, पायरोगेलोल, गॅलिक ऍसिड इ. रसायनांचा त्यांनी शोध लावला. मेणबत्त्या बनवण्याचे तंत्रही त्यांनी विकसित करून त्याचे स्वामित्व हक्क घेतले होते.
गरम आम्लारीमध्ये जेव्हा प्राध्यापकांनी आळंब्या टाकल्या आणि मिश्रण ढवळले, तेव्हा अर्धपारदर्शक पिठूळ पदार्थ वेगळा झालेला त्यांना आढळला. हा पदार्थ कायटिन होता. पुढे १८३६ मध्ये किटीने या फ्रेंच शब्दापासून इंग्रजीमध्ये कायटिन हा शब्द रूढ झाला. ब्रॅकोनॉटच्या संशोधनानंतर १२ वर्षांनी ऑडिअर याने कीटकांच्या बाह्य त्वचेतुन कायटिन वेगळे केले. १८४३ मध्ये लॅसेनेंने रेशमाच्या किड्यातही कायटिन असते याचा शोध लावला. पुढे १८७८ मध्ये लेदर हॉर्सने सिद्ध केले की, कायटिन हे सेल्युलोजपेक्षा वेगळे असते आणि एन-ऍसेटिल ग्लुकोसामीन या मोनोमरच्या लांब साखळ्या जोडून बनलेले असते.
याच सुमारास आणखी एक फ्रेंच शास्त्रज्ञ रोगेट जेव्हा कायटिन पोटॅशिअम हाड्रॉक्साईडमध्ये (कॉस्टिक सोडा) उकळवले, तेव्हा तयार झालेला पदार्थ आम्लांमध्ये विरघळला. कायटिन ऑरगॅनिक आम्लात कधीच विरघळत नसे. जेव्हा या नवीन पदार्थांचे गुणधर्म तपासले तेव्हा असे आढळले की, हा पदार्थ ग्लुकोसामीनेलच्या लांब साखळ्यांनी बनलेला आहे. या नवीन पदार्थाला सायलरने नाव दिले कायटोसान. विसाव्या शतकाच्या मध्यापर्यंत अनेक समुद्रीय जीव, कीटक, वनस्पती, यांच्यापासून कायटीन व कायटोसान वेगळे करण्यात शास्त्रज्ञांना यश मिळाले.
प्राण्यांपासून कायटीन मिळवण्याची पद्धती:
कायटिन मुख्यत्वे करून बाह्यत्वचायुक्त अर्थात एक्सोस्केलेटन प्रकारच्या प्राणी सजीवांमध्ये सापडते. समुद्रीय जीव, जसे खेकडे, लॉबस्टर, कोळंबी, ऑक्टोपस, मलेशियन मासे, शिंपले इत्यादींमध्ये कायटीन असते. झुरळ, विंचू, कोळी, कीडे, काजवे, रातकीडे अशा प्राण्यांची त्वचा कायटीनने बनलेली असते. विशेषतः झुरळांची जी तपकिरी- गडद रंगाची त्वचा ज्याची बऱ्याच जणांना किळसवाणी वाटते, ती कायटीनने बनलेली असून तो एक कायटीन मिळवण्याचा प्रमुख स्रोत आहे. याखेरीज यीस्ट, शेवाळं, बुरशी, आळंब्या यासारख्या वनस्पतींमध्ये कायटीन असते.
समुद्रीय जीव-कायटिन स्रोत:
हॅकमनच्या पद्धतीनुसार कायटीन मिळवण्यासाठी खेकडे किंवा लॉबस्टर पकडून त्यांचे बाह्यावरण काढून भट्टीमध्ये १०० अंश तापमानास दोन तास ठेवतात. नंतर हे शेल सुमारे पाच तास हायड्रोक्लोरिक आम्लात सामान्य तापमानास ढवळतात. त्यानंतर त्यांना धुवून त्यांची भुकटी केली जाते. हि भुकटी पुन्हा हायड्रोक्लोरिक आम्लात १०० अंश सेल्सिअस तापमानास दोन दिवस ढवळून ठेवतात. या प्रक्रियेमध्ये एक पिठूळ पदार्थ तयार होतो. त्याला गाळून आणि धुवून त्याची कॉस्टिक सोड्याबरोबर अभिक्रिया करतात. १०० अंश सेल्सिअस तापमानास ही अभिक्रिया चार वेळा करतात आणि तयार झालेला पदार्थ नंतर इथर आणि अल्कोहोलच्या साहाय्याने शुद्ध करतात. हा शुद्ध पदार्थ म्हणजेच कायटीन!
कायटीन उत्पादन:
हॅकमनची ही पद्धती जुनी व सर्वाधिक लोकप्रिय आहे. या व्यतिरिक्त अनेक पद्धतींद्वारे कायटीन मिळवता येते. परंतु सगळ्यांचे सामान सूत्र म्हणजे खेकडे किंवा कोळंबी लॉबस्टर घेऊन त्यांचे बाह्यवरण वेगळे करणे आणि आम्लारीच्या अभिक्रियेद्वारे कायटीन शुद्ध रूपात मिळवणे. कायटोसानचे उत्पादन कायटीनच्या डीऍडिटिलेशन प्रक्रियेद्वारे करतात. यामध्येही कायटीनवर आम्लारीची प्रक्रिया करून त्यापासून सुमारे ९८ टक्के शुद्ध कायटोसान मिळते. मोरोक्कोसारख्या देशात कायटीन उत्पादित करण्याच्या मोठ्या कंपन्या आहेत. कोळंबीची त्वचा सोलून कोरडी करून त्याद्वारे वरील प्रक्रिया करून कायटीनचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन घेता येते. जगभरात सुमारे ७५,००० टन कोळंबीच्या वाळलेल्या त्वचेपासून प्रतिवर्ष ३००० टन कायटीनचे उत्पादन होऊ शकते अर्थात एक किलो कायटीन मिळवण्यासाठी सुमारे ५० कोळंबींना आपले बलिदान द्यावे लागते.
कायटीनची रासायनिक संरचना:
कायटीन आणि कायटोसान हे दोन्ही नैसर्गिक बहुवारक (पॉलिमर) आहेत. कायटीनचे सूत्र (C8H13O5N)n असे असून आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे त्यांची रेणवीय संरचना असते. एन-ऍसेटिल ग्लुकोसामीन या मोनोमरच्या लांबच लांब साखळ्या शृंखलाबद्ध होऊन कायटीन बनते. कायटीनचा रेणवीय भार (मोलेक्युलर वेट) २००००० ते ३००००० g/mol एवढा असतो. कायटीनचा समावेश सुधारित पॉलिसॅकॅराइड या प्रकारात होतो आणि त्याच्या वैशिष्टपूर्ण रचनेत नायट्रोजन असतो. याची संरचना सेल्युलोजसारखीच असून, यातही १-४ बीटा बंध असतात. कायटीनमधल्या नायट्रोजनमुळे बुरशीसारख्या वनस्पती त्यांचे अन्न आणि साखर करू शकतात. प्रकाश संश्लेषण करणाऱ्या वनस्पती नायट्रोजन विरहीत साखर वापरतात यामुळेच सर्व हरित वनस्पतींमध्ये कायटीनचा अभाव असतो. कायटीनमधला ऍसेटिल म्हणजे CH3CO हा घटक बाजूला केला, म्हणजेच कायटीनचे डीऍसेटिलेशन केले की, कायटोसान हा नैसर्गिक बहुवारक बनतो. आकृतीमध्ये कायटोसानची रासायनिक संरचना दाखवलेली आहे.
कायटोसान- रासायनिक संरचना:
कायटोसान हे पाण्यात विरघळत नाही, परंतु आम्लांमध्ये विरघळू शकते. ते मानवी शरीरात योग्य प्रकारे जाऊ शकते. म्हणून आहार पद्धतीत फायबर मिळवण्यासाठी त्याचे विष्यंदीत द्रावण वापरतात. कायटोसान आणि कायटीन दोन्ही जैवविघटनशील बहुवारक आहेत. म्हणजे पॉलिथिन पिशव्यांसारखे ते वातावरणात सभोवताली वर्षानुवर्षे पडून राहत नाहीत. तर त्यांचे लगेच विघटन होते. ते बिनविषारी आहेत तसेच त्यांची शोषण क्षमताही खूप मोठी असते. अमिनो हा अभिक्रियाकारक घटक असल्याने कायटोसीन व कायटोसानपासून हजारो नवीन रासायनिक पदार्थ तयार करता येतात व त्यांचा अनेक क्षेत्रात उपयोग होतो.
कायटोसान व कायटोसीनमध्ये जिवाणूंच्या पेशींचा बांधून ठेवण्याची प्रचंड क्षमता असते. त्यांच्यामुळे हाडांची वाढ होण्यास मदत होते. दोन्ही बहुवारक ट्युमर टाळण्यास, कोलेस्टेरॉल कमी करण्यास, बुरशी वाढू न देण्यास मोठ्या प्रमाणावर शरीरास उपयोगी असतात.
भौतिक गुणधर्म:
कायटीन पाण्यात विरघळत नाही तर सौम्य आम्लात आणि लिथियम किंवा कॅल्शिअमच्या द्रावणात विरघळते. अल्फा कायटीनमध्ये पिझोइलेक्ट्रिक या प्रकारची वीज निर्मितीची क्षमता असते. याच्या स्फटिकांवर दाब दिला असता पिझोइलेक्ट्रिक करंट निर्माण होतो. कायटोसान पण अशाच प्रकारचे गुणधर्म दाखवतो. दोन्ही बहुवारक सौम्य द्रावणात फुगतात तसेच त्यांची पटतालिका (फिल्म) करण्याची क्षमता असते. दोघे अर्धपारदर्शक असतात त्यांना सहज वाकवता येऊ शकते आणि पुनःप्रस्थापित होण्याची त्यांची क्षमता मोठी असते. उच्च तापमानास गरम केल्यास हे बहुवारक उकळत नाहीत तर त्यांचे विघटन होऊन अनेक वायू बाहेर पडतात व शेवटी कोळसा (कार्बन) उरतो.
उपयोग:
आवश्यक रासायनिक व भौतिक गुणधर्म:
मुबलक आणि स्वस्त उपलब्धता आवश्यक रासायनिक व भौतिक गुणधर्म यामुळे औषधनिर्माण क्षेत्रापासून कॉस्मेटिक्सपर्यंत सर्वत्र कायटीन व कायटोसान मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
औद्योगिक उपयोग:
कायटीन व कायटोसान या दोघांमध्ये धातूंशी संयोग करण्याची मोठी क्षमता असते. यामुळे पाण्यामधले धोकादायक शिसं, मॅग्नेशिअमसारखे धातू दूर करून पाणी शुद्ध करण्यात यांचा सर्वात मोठा उपयोग होतो. ऑस्मॉसिस प्रक्रियेत अतिसुक्ष्म गाळण प्रक्रियेत डायलेसिस यामध्ये हे बहुवारक वापरतात. पुनःप्रक्रियायुक्त कागदाला आवश्यक काठिण्य देण्यासाठी कायटीन वापरतात, तर कायटोसीनचा कागदही बनतो व तो नेहमीच्या कागदापेक्षा मऊ आणि पाणी अवरोधक असतो. टॉयलेट पेपर, बायंडिंग पेपर, पुठ्ठा या कामीही हे दोन पॉलिमर्स सर्वत्र वापरले जातात.
जैविक गुणधर्मांमुळे कायटीन व कायटोसीन कॉस्मेटिक उद्योगात वापरले जातात. त्यांच्या जिवाणू अवरोधक आणि बुरशी अवरोधक असण्याच्या गुणधर्माचाही या कमी उपयोग होतो. वेगवेगळ्या चेहऱ्याच्या क्रीम्समध्ये, केसांची निगा विषयक उत्पादनातही दोन्ही बहुवारके वेगवेगळ्या रासायनिक घटकांबरोबर संयोग करून, अभिक्रिया करून वापरली जातात. आपल्या केसांवर ऋण भार असतो तर कायटोसान धन भार प्रभारित बहुवारक आहे. यामुळे कायटोसानने बनवलेलं द्रावण केसांवर अदृश्य फिल्म तयार करते यामुळे केसांचे वारा, प्रकाश इ. पासून संरक्षण होतेच पण ते मुलायम आणि मजबूत होतात. वेगवेगळ्या शॅम्पूमध्ये, केसांच्या कलपांमध्ये, स्टायलिंग लोशन्समध्ये, हेअर स्प्रेमध्ये केसांच्या औषधात कायटोसान आणि त्यापासून बनलेले, कायटोसानसारखे घटक असतात. कायटोसानचा रेणुभार खूप मोठा असतो, त्यामुळे ते स्कॅल्पच्या आत जाऊ शकत नाही.
नेलपॉलिश, बॉडी शॉवर, मेकअप फाउंडेशन, आयशॅडो, लिपस्टिक, क्लिन्सिंग मटेरियल अशा कॉस्मेटिक्सच्या जवळपास सर्व प्रकारच्या उत्पादनात कायटोसान व कायटीन असते. कीटकनाशक व बुरशीनाशक असे कायटोसानचे गुणधर्म असल्याने शेती उद्योगासाठी, झाडाच्या वाढीसाठी तसेच खत म्हणूनही याचा वापर होतो. कापड उद्योगात कायटीन छपाई आणि शेवटचे फिनिशिंग करण्यात तर कायटोसान अनावश्यक डाय करण्यात वापरतात. सॉईल रिपेलंट आणि स्थिर विद्युत अवरोधक कपडे बनवण्यातही कायटीन उपयोगी पडते. कायटोसान आणि कायटीन बिनविषारी असल्याने आणि आपल्या पचन प्रक्रियेत सहज सामावले जाण्याच्या गगुणधर्मामुळे अन्न प्रक्रिया उद्योगात मोठा वापर होतो. डाएटरी तंतुमय अर्थात फायबर असलेले सप्लिमेंट्स, गोळ्या यांत कायटीन असते. पोट भरल्यासारखे वाटते हा देखील या दोन पॉलिमर्सचा गुणधर्म आहे. वजन घटवण्याच्या औषधात म्हणूनच यांचा समावेश होतो. तसेच कुक्कुटपालन केंद्रात कोंबड्यांना याची मात्रा दिल्यास त्यांचे खाणे कमी होते पण सुमारे १५% वजन वाढून त्या सशक्त होतात. वेगवेगळे सूप, जॅम्स, जेली यामध्ये त्यांचा दाटपणा वाढवण्यासाठी आणि शरीराला पोषक तत्वे मिळवण्यासाठी उपयोग होतो. लेसर आणि लाईट इमिटिंग डिव्हाइसेसमध्ये सुद्धा या दोन पॉलिमर्सचा वापर होतो.
जैव-औषधीय उपयोग:
आधी बघितल्याप्रमाणे कायटीन व कायटोसान दोन्ही शरीरातल्या पेशींशी सुसंगत असल्याने जैव-औषधीय क्षेत्रात त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग होतो. कायटीन हा लवचिक आणि मजबूत बहुवारक असल्याने शस्त्रक्रियेचे टाके बनवण्यात वापरतात. अस्थमासारख्या अनेक ऍलर्जीसाठी कायटीनचा वापर प्रस्तावित आहे. रक्त गोठवण्याच्या आपल्या वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्मामुळे जखमा बऱ्या होण्यासाठी कायटोसानयुक्त औषध वापरतात. शरीराच्या भाजलेल्या भागांवर देखील कायटोसानची फिल्म उपयुक्त ठरते. जैवविघटनशील असल्याने जखम बरी झाल्यावर कायटोसान आपोआप निघून जाते. त्यासाठी स्वतंत्र ड्रेसिंगची आवश्यकता नसते. कायटोसानयुक्त गोळ्या Fat Binder म्हणून विकल्या जातात. शरीरातील मेदाबरोबर कायटोसान बंध तयार करते त्यामुळे मेदाचे शरीरातले अब्सॉर्प्शन थांबवले जाऊन वजन नियंत्रणात राहण्यास मदत होते. शरीरातील आम्लात ते विरघळून त्याचे तंतुमय पदार्थात रूपांतर होत असल्याने भूक लागण्याची प्रक्रिया मंदावते. स्टार्चयुक्त पदार्थ, जंक पदार्थ खाण्यापासून नियंत्रण ठेवण्यासाठीही कायटोसानयुक्त गोळ्यांची पद्धती वापरतात.
कायटोसान आणि सॅलीन यांच्या द्रावणापासून कृत्रिम त्वचा बनवण्याचे प्रयोग यशस्वी झाले आहेत. मेंदूच्या त्वचेची जखम, जळल्याच्या खुणा, प्लास्टिक सर्जरी या सर्वांवर कृत्रिम त्वचा हा उपाय होऊ शकेल. कृत्रिम त्वचेसारखेच कृत्रिम मूत्रपिंडही कायटोसानच्या अर्धपरिपटलापासून बनले आहे. शरीराला नको असलेले पदार्थ, विषारी पदार्थ दूर करून शरीर सुस्थितीत ठेवण्याचे काम हे कृत्रिम मूत्रपिंड करते. कायटोसानच्या डिपॉलिमरायझेशन प्रक्रियेद्वारे बनलेली संपर्क भिंग जुन्या भिंगांपेक्षा सुस्पष्ट, हाताळण्यास सोपी व सुरक्षित आहे. याखेरीज पेशी अभियांत्रिकी क्षेत्रात कृत्रिम पेशी, ड्रग डिलिव्हरी, स्पेस फिलिंग इम्प्लांट अशा अनेक प्रगत शाखांमध्ये कायटोसानयुक्त औषधांचे संशोधन जोरात सुरु आहे.
असे कायटीन आणि कायटोसान सारखे बहुगुणी पॉलिमर देणाऱ्या निसर्गाचे आपण आभारच मानायला हवेत. नाही का?
——-