Production of Cellulose From Different Species of Banana (Musa Paradisiaca) Mid Rib Waste: A Sustainable Raw Material for Industrial Applications

तकनीकी सारांश: केले के मध्य भाग (मिड-रिब) के कचरे से सेलुलोज का उत्पादन

समस्या विवरण
ग्लोबल पेपर और पल्प उद्योग ऐतिहासिक रूप से सेलुलोज उत्पादन के लिए प्राथमिक कच्चे माल के रूप में लकड़ी के रेशों पर निर्भर रहा है। इस निर्भरता ने वनों की कटाई को बढ़ावा दिया है और सेलुलोज की लागत बढ़ा दी है, जबकि औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए जीवाश्म ईंधन के दहन ने ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को और अधिक बढ़ा दिया है। इसके साथ ही, विकासशील देशों जैसे कि नाइजीरिया में कृषि अवशेषों, विशेष रूप से कृषि अपशिष्टों का उपयोग नहीं किया जा रहा है, जिससे पर्यावरणीय और स्वास्थ्य संबंधी चिंताएं उत्पन्न हो रही हैं। हालांकि केले के स्यूडोस्टेम (pseudo-stems) के सेलुलोज निष्कर्षण की जांच की गई है, लेकिन विभिन्न स्थानीय प्रजातियों (Musa paradisiaca) से प्राप्त केले के मिड-रिब कचरे की औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक टिकाऊ फीडस्टॉक के रूप में क्षमता के संबंध में शोध में एक विशिष्ट अंतराल मौजूद है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में नाइजीरिया में पाए जाने वाले केले के मिड-रिब कचरे की चार अलग-अलग प्रजातियों की जांच की गई: इबो बनाना (Ibo banana), सारो (Saro), परंता (Paranta), और ओगेडे ओमिनी (Ogede omini)। अनुसंधान ने एक संरचित प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का पालन किया:

• नमूना तैयार करना: मिड-रिब को पत्तियों से अलग किया गया और 0.05 मीटर व्यास के टुकड़ों में काटा गया।
• पल्पिंग प्रक्रिया: एक अल्कलाइन सल्फाइट केमिकल पल्पिंग विधि का उपयोग किया गया। नमूनों (250 ग्राम) को व्हाइट लिकर समाधान के साथ उपचारित किया गया जिसमें सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) और सोडियम हाइड्रोजन सल्फाइट (NaHSO3) का 1:1 अनुपात था। प्रतिक्रिया एक ऑटोक्लेव में 0.14–0.165 MPa दबाव पर 90 मिनट तक हुई।
• रासायनिक लक्षण वर्णन:
  • एक्सट्रैक्टिव्स (Extractives): इथेनॉल/एसिटोन मिश्रण (1:2) का उपयोग करके सोक्सलेट निष्कर्षण (Soxhlet extraction) के माध्यम से निर्धारित किया गया।
  • लिग्निन: 72% H2SO4 विधि के बाद तनुकरण (dilution) और रिफ्लक्स का उपयोग करके मात्रा निर्धारित की गई।
  • होलोसेलुलोज: सोडियम क्लोराइट (NaClO2) और ग्लेशियल एसिटिक एसिड का उपयोग करके वॉटर बाथ (70–80°C) में अलग किया गया।
  • अल्फा सेलुलोज और हेमीसेलुलोज: अल्फा सेलुलोज को 17.5% NaOH का उपयोग करके अलग किया गया; हेमीसेलुलोज की मात्रा अल्फा सेलुलोज को होलोसेलुलोज से घटाकर गणना की गई।
  • घुलनशीलता परीक्षण: 1% NaOH, ठंडे पानी और गर्म पानी के लिए आयोजित किए गए।
• रूपात्मक विश्लेषण (Morphological Analysis): फाइबर के आयाम (लंबाई, व्यास, लुमेन चौड़ाई, कोशिका भित्ति की मोटाई) और व्युत्पन्न अनुपातों (रंकल, लचीलापन, स्लेंडरनेस, रिजिडिटी गुणांक) को एक ऑप्टिकल डिजिटल माइक्रोस्कोप के माध्यम से मापा गया। सतह की आकृति विज्ञान का विश्लेषण स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) के माध्यम से किया गया।
• रासायनिक पहचान: निकाले गए सेलुलोज के रासायनिक कार्यात्मक समूहों (functional groups) की पुष्टि करने के लिए फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) का उपयोग किया गया।

प्रमुख परिणाम
अध्ययन ने सेलुलोज निष्कर्षण की दक्षता और रेशों के भौतिक गुणों के संबंध में मात्रात्मक डेटा प्रदान किया:

• सेलुलोज उपज: पल्पिंग प्रक्रिया के परिणामस्वरूप सेलुलोज की उपज 30.20% से 40.10% के बीच रही।
  • M. paradisiaca (परंता) ने 40.10% की उच्चतम उपज दी।
  • M. paradisiaca (ओगेडे ओमिनी) और M. paradisiaca (इबो बनाना) ने क्रमशः लगभग 35.30% और 35.25% की उपज दी।
  • M. paradisiaca (सारो) ने सबसे कम 30.20% की उपज दी।
• होलोसेलुलोज और अल्फा सेलुलोज: होलोसेलोज की मात्रा 71.01% से 80.00% के बीच रही, जिसमें परंता का मान उच्चतम था। अल्फा सेलुलोज की मात्रा सभी प्रजातियों में लगभग 30% थी, जिसमें परंता, इबो और ओगेडे ओमिनी ~30.00–30.01% तक पहुँचे।
• फाइबर मोर्फोलॉजी:
  • फाइबर की लंबाई: 1.63 मिमी से 2.86 मिमी के बीच रही। परंता में सबसे लंबे रेशे (2.86 मिमी) पाए गए, जो 18 नाइजीरियाई लकड़ी की प्रजातियों के विशिष्ट 1.05–1.36 मिमी रेंज से काफी अधिक है।
  • फाइबर का व्यास: 19.13 µm से 21.51 µm के बीच रहा, जो M. excelsa लकड़ी में देखे गए 15.22 µm से अधिक है।
  • लुमेन की चौड़ाई: 10.05 µm से 12.64 µm के बीच रही, जो M. excelsa के लिए दर्ज 8.89 µm के न्यूनतम मान से बेहतर है।
  • अनुपात: रंकल, फ्लेक्सिबिलिटी और स्लेंडरनेस अनुपात यह संकेत देते हैं कि रेशों में उच्च तन्यता शक्ति (tensile strength) और अच्छी शीट निर्माण के अनुकूल गुण हैं।
• स्पेक्ट्रोस्कोपिक पुष्टि: FTIR विश्लेषण ने हाइड्रोक्सिल (3272.6 cm⁻¹), मेथॉक्सिल और कार्बोनिल समूहों सहित विशिष्ट सेलुलोज कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति की पुष्टि की, जिससे निकाले गए पदार्थ की रासायनिक पहचान प्रमाणित हुई।
• SEM विश्लेषण: माइक्रोग्राफ ने सेलुलोज रेशों के उपयुक्त संरेखण (alignment) को प्रदर्शित किया, जो उनके औद्योगिक उपयोग के लिए संरचनात्मक अखंडता की पुष्टि करता है।

महत्व और दावे
लेखक का दावा है कि केले का मिड-रिब कचरा लकड़ी के रेशों के लिए सेलुलोज उत्पादन हेतु एक व्यवहार्य, टिकाऊ और कम लागत वाला विकल्प है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि:

1. औद्योगिक व्यवहार्यता: रूपात्मक गुण (लंबा फाइबर, उपयुक्त व्यास और अनुकूल कठोरता गुणांक) लकड़ी के सेलुलोज के साथ अनुकूल तुलना करते हैं, जो इसे पल्प और पेपर उत्पादन, साथ ही उच्च तन्यता शक्ति की आवश्यकता वाले अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं।
2. पर्यावरणीय प्रभाव: इस प्रचुर कृषि अपशिष्ट का उपयोग नाइजीरिया में अनचाहे बायोमास के मुद्दे को संबोधित करता है, जो संभावित रूप से अपशिष्ट निपटान से जुड़ी पर्यावरणीय प्रदूषण को कम कर सकता है और वन संसाधनों पर दबाव को कम कर सकता है।
3. आर्थिक क्षमता: यह प्रक्रिया कचरे से मूल्यवर्धित उत्पाद उत्पन्न करने का एक मार्ग प्रदान करती है, जो वर्तमान में फेंके जाने वाले अपशिष्ट पदार्थों से एक सस्ता जैव-संसाधन (bioresource) प्रदान करती है।

यह शोध परीक्षण की गई विशिष्ट पल्पिंग प्रक्रिया और लक्षण वर्णन के दायरे से आगे बढ़कर कोई नई प्रयोगात्मक विधि या भविष्य के अनुप्रयोग प्रस्तावित नहीं करता है, बल्कि इन विशिष्ट केले की प्रजातियों को कच्चे माल के रूप में वर्तमान क्षमता को मान्य करने पर ध्यान केंद्रित करता है।