7Biorefinery of Schisandra chinensis Vine Waste: An Integrated Green Process Coupling Deep Eutectic Solvent Extraction with Electrodialysis for Lignan Recovery
यह अध्ययन एक सतत, एकीकृत बायोरिफाइनरी प्रक्रिया स्थापित करता है जो पारंपरिक विधियों की तुलना में काफी बेहतर उपज के साथ, *शिज़ान्द्रा चिनेंसिस* (Schisandra chinensis) बेल के अपशिष्ट से उच्च-मूल्य वाले लिग्नन्स को कुशलतापूर्वक पुनर्प्राप्त करने के लिए जल पूर्व उपचार, अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट निष्कर्षण और इलेक्ट्रोडायलिसिस को जोड़ती है।
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पादप-आधारित औषधि और पोषण की दुनिया में, एक आम चुनौती यह है कि कठोर पादप सामग्री से मूल्यवान यौगिकों को कठोर रसायनों का उपयोग किए बिना या ऊर्जा को बर्बाद किए बिना कैसे निकाला जाए। पौधे मजबूत रेशों से बने होते हैं जो उनके उपयोगी तत्वों को मजबूती से थामे रखते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक तिजोरी अपनी सामग्री को थामे रखती है। उन सामग्रियों को निकालने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर विलायकों (solvents) का सहारा लेते हैं, जो विशिष्ट पदार्थों को घोलने के लिए डिज़ाइन किए गए तरल पदार्थ होते हैं। पारंपरिक तरीके अक्सर पानी या अल्कोहल पर निर्भर करते हैं, लेकिन ये कुछ तैलीय पादप यौगिकों के लिए अक्षम हो सकते हैं या ऐसे अवशेष छोड़ सकते हैं जो भोजन और औषधि के लिए असुरक्षित हों। हाल ही में, 'डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स' (deep eutectic solvents) नामक एक नया वर्ग एक हरित विकल्प के रूप में उभरा है। ये सामान्य, सुरक्षित पदार्थों के मिश्रण हैं जो मिलकर एक ऐसा तरल बनाते हैं जो कठिन सामग्रियों को घोलने में सक्षम होता है, जिससे विषाक्त कचरे से बचते हुए मूल्यवान संसाधनों को निकालने का एक तरीका मिलता है।
चीन के जियामुसी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इस अवधारणा को एक विशिष्ट कृषि समस्या पर लागू किया है: शिसान्ड्रा चिनेंसिस (Schisandra chinensis) पौधे के फल की कटाई के बाद बचा हुआ अपशिष्ट। इस पौधे को जाना जाता है, जिसके बेरीज का उपयोग स्वास्थ्यवर्धक खाद्य पदार्थों और पारंपरिक चिकित्सा में किया जाता है, और इसके तने और बेलें आमतौर पर फेंक दी जाती हैं। ये फेंकी जाने वाली बेलें वास्तव में लिग्नन्स (lignans) से समृद्ध होती हैं, जो प्राकृतिक यौगिकों का एक समूह है जो तंत्रिका तंत्र को शांत करने, यकृत की रक्षा करने और ऑक्सीडेटिव तनाव से लड़ने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं। अध्ययन का लक्ष्य इन मूल्यवान लिग्नन्स को बेकार बेलों से निकालने के लिए एक स्वच्छ, कुशल प्रक्रिया बनाना था, निष्कर्षण तरल को पुन: उपयोग के लिए प्राप्त करना था, और यह सुनिश्चित करना था कि अंतिम उत्पाद उच्च-मूल्य वाले अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त शुद्ध हो।
टीम ने एक विशिष्ट प्रकार के हरित विलायक का परीक्षण करके शुरुआत की जो ग्लाइसिन (एक अमीनो एसिड जो प्रोटीनों में पाया जाता है) और लैक्टिक एसिड (एक सामान्य खाद्य संरक्षक) से बना था। उन्होंने इन दो खाद्य-ग्रेड सामग्रियों को एक विशिष्ट अनुपात में मिलाया ताकि एक ऐसा तरल बनाया जा सके जो कठोर बेलों के भीतर फंसे तैलीय लिग्नन्स को प्रभावी ढंग से घोल सके। इस प्रक्रिया को और अधिक प्रभावी बनाने के लिए, उन्होंने दो-चरणीय रणनीति पेश की। सबसे पहले, उन्होंने सूखी, पिसी हुई बेलों को सादे पानी से उपचारित किया। इस प्रारंभिक जल उपचार ने एक सौम्य सूजन एजेंट (swelling agent) के रूप में कार्य किया, जिससे पादप कोशिका भित्तियों को नरम किया गया और शर्करा या प्रोटीन जैसे जल-घुलनशील कचरे को धो दिया गया जो अगले चरण में बाधा डाल सकते थे। एक बार जब सामग्री को पूर्व-उपचारित और सुखा लिया गया, तो उन्होंने अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग करके ग्लाइसिन-लैक्टिक एसिड मिश्रण को लगाया ताकि तरल को पादप रेशों में गहराई तक प्रवेश करने में मदद मिल सके।
परिणामों ने दिखाया कि यह संयुक्त दृष्टिकोण मानक तरीकों की तुलना में कहीं अधिक श्रेष्ठ था। जब शोधकर्ताओं ने अपने दो-चरणीय जल और विलायक विधि की तुलना केवल अल्कोहल या केवल पानी के उपयोग से की, तो अंतर स्पष्ट था। नई विधि ने मानक अल्कोहल निष्कर्षण की तुलना में लक्ष्य यौगिकों का 2.5 गुना अधिक और केवल विलायक के उपयोग की तुलना में 1.6 गुना अधिक उत्पादन किया। जल पूर्व-उपचार ही मुख्य कुंजी थी; पहले पादप संरचना को ढीला करके, इसने विशेष विलायक को लिग्नन्स तक बहुत आसानी से पहुँचने में सक्षम बनाया। विभिन्न चरों के सावधानीपूर्वक परीक्षण के माध्यम से, टीम ने निर्धारित किया कि सर्वोत्तम स्थितियाँ 40 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 40 मिनट तक पादप सामग्री को भिगोने और पादप पाउडर से तरल के एक विशिष्ट अनुपात के साथ थीं। इन परिस्थितियों के तहत, वे पांच अलग-अलग प्रकार के लिग्नन्स, जिनमें शिसानड्रोल ए (schisandrol A) और शिसानड्रिन बी (schisandrin B) शामिल हैं, की महत्वपूर्ण मात्रा निकालने में सफल रहे।
हालाँकि, यौगिकों को निकालना आधी लड़ाई है। यदि अंतिम उत्पाद में विलायक मौजूद है, तो इसका उपयोग भोजन या औषधि में नहीं किया जा सकता है। शोधकर्ताओं को ग्लाइसिन और लैक्टिक एसिड को हटाना था बिना मूल्यवान लिग्नन्स को खोए या नया कचरा पैदा किए। वे इलेक्ट्रोडायलिसिस (electrodialysis) नामक तकनीक की ओर मुड़े, जो विशेष झिल्लियों (membranes) के माध्यम से आवेशित कणों को स्थानांतरित करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। इस सेटअप में, निष्तत लिग्नन्स और विलायक वाले तरल को एक केंद्रीय कक्ष में रखा गया। जब एक विद्युत धारा लागू की गई, तो विलायक के आवेशित घटक—ग्लाइसिन और लैक्टिक एसिड—मध्य से बाहर निकलकर अलग-अलग पार्श्व कक्षों में चले गए, जिससे तटस्थ लिग्नन अणु वहीं रह गए। इस प्रक्रिया ने 92 प्रतिशत से अधिक ग्लाइसिन और लगभग 87 प्रतिशत लैक्टिक एसिड को सफलतापूर्वक पुनः प्राप्त किया। महत्वपूर्ण रूप से, लिग्नन्स मध्य कक्ष में ही रहे, जिसके परिणामस्वरूप एक स्वच्छ अर्क प्राप्त हुआ।
अध्ययन ने पुष्टि की कि प्राप्त विलायक को फिर से मिलाकर एक नए बैच की तरह ही लगभग समान प्रभावशीलता के साथ उपयोग किया जा सकता है, जो यह सिद्ध करता है कि यह प्रक्रिया निरंतर कचरा उत्पन्न किए बिना एक बंद लूप (closed loop) में चल सकती है। अंतिम अर्क, जो अब विलायक से मुक्त और लिग्नन्स से समृद्ध है, का हानिकारक मुक्त कणों (free radicals) को बेअसर करने की क्षमता के लिए परीक्षण किया गया, जो एंटीऑक्सीडेंट शक्ति का एक प्रमुख माप है। अर्क ने मजबूत गतिविधि दिखाई, जिससे पुष्टि हुई कि इस सौम्य, हरित प्रक्रिया ने यौगिकों के जैविक मूल्य को संरक्षित रखा है। कृषि अपशिष्ट को उच्च-मूल्य वाले प्राकृतिक उत्पादों के स्रोत में बदलकर, यह एकीकृत विधि बायोमास प्रसंस्करण के भविष्य के लिए एक सतत मॉडल प्रदान करती है, जो यह प्रदर्शित करती है कि जिसे कभी कचरा माना जाता था, उसे स्मार्ट, स्वच्छ रसायन विज्ञान के माध्यम से एक संसाधन में बदला जा सकता है।
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