Microwave-Ultrasound Binary Extraction Process (MUBEP): A green method for extraction of polyphenols from pomegranate peel biomass

हर साल, वैश्विक खाद्य उद्योग एक चौंकाने वाली मात्रा में कचरा उत्पन्न करता है। फलों के छिलकों से लेकर सब्जियों के अवशेषों तक, इन जैविक उपोत्पादों को अक्सर फेंक दिया जाता है, जो पर्यावरणीय दबाव और आर्थिक मूल्य की हानि में योगदान देते हैं। फिर भी, इस कचरे के भीतर प्राकृतिक रसायनों का एक खजाना छिपा है। कई फलों की खाल पॉलीफेनोल्स से समृद्ध होती है, जो पौधों के यौगिकों का एक विस्तृत वर्ग है और जो शरीर में ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस (ऑक्सीडेटिव तनाव) से लड़ने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं। ये पदार्थ, जिनमें फ्लेवोनोइड्स और एंथोसायनिन जैसे एंटीऑक्सीडेंट शामिल हैं, खाद्य, फार्मास्युटिकल और कॉस्मेटिक उद्योगों द्वारा उनके संभावित स्वास्थ्य लाभों के लिए अत्यधिक मांगे जाते हैं। चुनौती उन्हें बाहर निकालने में है। इन यौगिकों को निकालने की पारंपरिक विधियाँ अक्सर धीमी होती हैं, जिनमें बड़ी मात्रा में रासायनिक विलायकों (सॉल्वेंट्स) की आवश्यकता होती है, और वे काफी ऊर्जा की खपत करती हैं, जिससे यह प्रक्रिया महंगी और कम पर्यावरण के अनुकूल हो जाती है। वैज्ञानिक एक "हरित" विकल्प की तलाश में रहे हैं—इन मूल्यवान अणुओं को तेजी से और स्वच्छ रूप से प्राप्त करने का एक तरीका, जो कभी कचरा हुआ करता था उसे एक संसाधन में बदल सके।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी विधि की खोज की जो दो शक्तिशाली भौतिक बलों को जोड़ती है: माइक्रोवेव और ध्वनि तरंगें (अल्ट्रासाउंड)। यह दृष्टिकोण, जिसे वे 'माइक्रोवेव-अल्ट्रासाउंड बाइनरी एक्सट्रैक्शन प्रोसेस' कहते हैं, का उद्देश्य बिना किसी कठोर रसायन या अत्यधिक गर्मी के, पादप सामग्री की मजबूत कोशिका दीवारों को तोड़कर उनकी सामग्री को मुक्त करना है। टीम ने विशेष रूप से अनार के छिलकों पर ध्यान केंद्रित किया, जो भारत में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध एक अपशिष्ट उत्पाद है और बायोएक्टिव यौगिकों से समृद्ध है। जबकि अनार का रस लोकप्रिय है, इसकी मोटी बाहरी त्वचा आमतौर पर फेंक दी जाती है, बावजूद इसके कि इसमें उन पॉलीफेनोल्स की उच्च सांद्रता होती है जो इस फल को प्रसिद्ध बनाते हैं। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे एक ऐसी प्रक्रिया को अनुकूलित (ऑप्टिमाइज़) कर सकते हैं जो मिश्रण को गर्म करने के लिए माइक्रोवेव ऊर्जा और उसे उत्तेजित करने के लिए अल्ट्रासाउंड कंपन का उपयोग करती है, जिससे एक सहक्रियात्मक प्रभाव (सिनर्जिस्टिक इफेक्ट) पैदा होता है जो कम समय में अधिक सामग्री निकाल सके।

इस निष्कर्षण (एक्सट्रैक्शन) के लिए सटीक नुस्खा खोजने हेतु वैज्ञानिकों ने केवल अनुमान नहीं लगाया। उन्होंने चरों (वेरिएबल्स) के दर्जनों विभिन्न संयोजनों का परीक्षण करने के लिए एक परिष्कृत सांख्यिकीय उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने माइक्रोवेव की शक्ति, माइक्रोवेव के संपर्क में रहने वाले छिलकों की अवधि और उसके बाद के अल्ट्रासाउंड उपचार की अवधि में भिन्नता की। एक विशिष्ट पैटर्न में अपने प्रयोगों को चलाकर, वे यह मानचित्रित कर सके कि प्रत्येक कारक अंतिम परिणाम को कैसे प्रभावित करता है। लक्ष्य उन सटीक सेटिंग्स की पहचान करना था जो पॉलीफेनोल्स की नाजुक रासायनिक संरचनाओं को सुरक्षित रखते हुए उच्चतम मात्रा में अर्क (एक्सट्रैक्ट) प्रदान करें। उन्होंने पाया कि यह प्रक्रिया इन स्थितियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील थी; बहुत अधिक शक्ति या बहुत अधिक समय उन यौगिकों को नष्ट कर सकता था जिन्हें वे बचाने की कोशिश कर रहे थे, जबकि बहुत कम शक्ति कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से खोलने में विफल रहती।

उनके अनुकूलन के परिणाम आश्चर्यजनक थे। 400 वॉट माइक्रोवेव पावर के लिए 10 मिनट के उपयोग और उसके बाद 9 मिनट के अल्ट्रासाउंड उपचार के विशिष्ट सेटिंग्स को निर्धारित करके, शोधकर्ताओं ने एक उल्लेखनीय कुशल निष्कर्षण प्राप्त किया। इन अनुकूलित सेटिंग्स के तहत, उन्होंने सूखे छिलके के पाउडर से उपलब्ध सामग्री का 73.6% सफलतापूर्वक प्राप्त किया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि अर्क की गुणवत्ता असाधारण थी। इस तरल में प्रति लीटर 3,460 मिलीग्राम से अधिक कुल फेनोलिक्स मौजूद थे, जो इसके एंटीऑक्सीडेंट सामग्री का एक माप है। इसमें प्रति ग्राम लगभग 291 मिलीग्राम एंथोसायनिन भी था, जो फल के गहरे लाल रंग के लिए जिम्मेदार पिगमेंट हैं, और प्रति ग्राम 30 मिलीग्राम से अधिक फ्लेवोनोइड्स भी थे। ये संख्याएँ बायोएक्टिव यौगिकों की एक महत्वपूर्ण सांद्रता का प्रतिनिधित्व करती हैं, जो यह सुझाव देती हैं कि यह विधि कई पारंपरिक एकल-तकनीक दृष्टिकोणों की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि अर्क वास्तव में वांछित यौगिकों से भरा है, टीम ने अंतिम उत्पाद की रासायनिक संरचना की बारीकी से जांच की। उन्नत इमेजिंग और मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करते हुए, उन्होंने अनार में मौजूद विशिष्ट अणुओं की पहचान की, जैसे कि पुनिकालागिन (punicalagin), गैलिक एसिड और सियानाइडिन (cyanidin) के विभिन्न रूप। विश्लेषण ने पुष्टि की कि इस प्रक्रिया ने न केवल यादृच्छिक पादप पदार्थ निकाला, बल्कि इसने सफलतापूर्वक उन विशिष्ट पॉलीफेनोल्स को अलग किया जो फल के स्वास्थ्यवर्धक गुणों के लिए जिम्मेदार हैं। इसके अलावा, जब उन्होंने प्रक्रिया से पहले और बाद में छिलके की भौतिक संरचना की जांच की, तो अंतर स्पष्ट था। अनुपचारित छिलके की सतह चिकनी और अखंड थी, लेकिन माइक्रोवेव और अल्ट्रासाउंड उपचार के बाद, सतह खुरदरी और दरारों एवं छिद्रों से भरी हुई थी। इस भौतिक क्षति ने पुष्टि की कि ऊर्जा ने सफलतापूर्वक कोशिका दीवारों को तोड़ दिया था, जिससे विलायक (सॉल्वेंट) को गहराई तक प्रवेश करने और इन मूल्यवान यौगिकों को बाहर लाने की अनुमति मिली।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि माइक्रोवेव और अल्ट्रासाउंड प्रौद्योगिकियों को संयोजित करना कृषि अपशिष्ट को मूल्यवान बनाने का एक शक्तिशाली, पर्यावरण के अनुकूल तरीका प्रदान करता है। ऊर्जा इनपुट को सूक्ष्मता से ट्यून करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि न्यूनतम अपशिष्ट और ऊर्जा खपत के साथ पोटेंट एंटीऑक्सीडेंट का उच्च स्तर प्राप्त करना संभव है। यह विधि सुदृढ़ सिद्ध हुई, जिसमें प्रयोगात्मक परिणाम उनके सांख्यिकीय मॉडलों के अनुमानों से लगभग पूरी तरह मेल खाते थे। हालांकि यह शोध अनार पर केंद्रित था, इस बाइनरी एक्सट्रैक्शन प्रक्रिया के पीछे के सिद्धांत अन्य प्रकार के फल और सब्जी के कचरे से मूल्यवान सामग्री प्राप्त करने की व्यापक क्षमता का सुझाव देते हैं। यह उन उद्योगों के लिए एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करता है जो अपने पर्यावरणीय पदचिह्न (फुटप्रिंट) को कम करने के साथ-साथ उन सामग्रियों से नए, उच्च-मूल्य वाले उत्पाद बनाने की दिशा में देख रहे हैं जिन्हें अन्यथा फेंक दिया जाता।