Influence of process variables on the green microwave-assisted low-methoxyl pectin extraction from Calamansi peels using citric acid
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि 15% साइट्रिक एसिड का उपयोग करके 300 W पर 180 सेकंड के लिए माइक्रोवेव-सहायता प्राप्त निष्कर्षण, कैलमंसीई छिलकों से उच्च-उपज, कम-मेथॉक्सिल पेक्टिन प्राप्त करने के लिए एक प्रभावी हरित विधि है, जो 35.19% के एस्टेरिफिकेशन की डिग्री के साथ 27.72% की औसत उपज प्राप्त करता है।
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खाद्य विज्ञान की दुनिया में, पेक्टिन नामक एक पदार्थ है जो एक प्राकृतिक गोंद के रूप में कार्य करता है। फलों और सब्जियों की कोशिका भित्तियों (cell walls) में पाया जाने वाला यह तत्व ही है जो जैम को जमने में मदद करता है और कृत्रिम योजकों (additives) की आवश्यकता के बिना जूस को गाढ़ा करता है। दशकों से, उद्योग नींबू या सेब के छिलकों जैसे सामान्य स्रोतों से इस सामग्री को निकालने के लिए मजबूत खनिज अम्लों और घंटों तक उबालने की प्रक्रिया का उपयोग करता रहा है। हालांकि यह प्रभावी है, लेकिन इस पारंपरिक विधि में महत्वपूर्ण ऊर्जा की खपत होती है और इसमें कठोर रसायनों का उपयोग होता है जो पेक्टिन की नाजुक संरचना को नुकसान पहुँचा सकते हैं, जिससे इसे उपयोगी बनाने के लिए आगे के प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे दुनिया कृषि अपशिष्ट को संभालने के अधिक स्वच्छ और कुशल तरीकों की तलाश कर रही है, वैज्ञानिक कम हानिकारक सामग्रियों और कम ऊर्जा का उपयोग करने वाले वैकल्पिक तरीकों की ओर ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। एक आशाजनक दृष्टिकोण में प्रक्रिया को तेज करने के लिए माइक्रोवेव का उपयोग करना और रासायनिक कार्य के लिए कार्बनिक अम्लों का उपयोग करना शामिल है, जो सुरक्षित और बायोडिग्रेडेबल हैं।
फिलीपींस के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस हरित दृष्टिकोण को एक विशिष्ट स्थानीय फल: 'कलामंसी' (calamansi) पर लागू करने का लक्ष्य रखा। यह छोटा, खट्टा साइट्रस फल फिलीपीनी व्यंजनों का एक मुख्य हिस्सा है, लेकिन इसे संसाधित करने वाले उद्योग से भारी मात्रा में कचरा उत्पन्न होता है, जो छिलकों के रूप में होता है, जिन्हें अक्सर फेंक दिया जाता है। ये छिलके पेक्टिन से भरपूर होते हैं, फिर भी इनका बड़े पैमाने पर उपयोग नहीं किया जाता है। शोधकर्ता माइक्रोवेव और साइट्रिक एसिड (जो कई साइट्रस फलों में पाया जाने वाला एक सामान्य कार्बनिक अम्ल है) का उपयोग करके इन छिलकों से उच्च गुणवत्ता वाले पेक्टिन को निकालने के लिए सही विधि खोजने के इच्छुक थे। निर्धारित सेटिंग्स का अनुमान लगाने के बजाय, उन्होंने निष्कर्षण प्रक्रिया को एक वैज्ञानिक पहेली की तरह माना, जिसमें व्यवस्थित रूप से परीक्षण किया गया कि एसिड की विभिन्न मात्रा, माइक्रोवेव शक्ति के विभिन्न स्तर और समय की विभिन्न अवधि ने प्राप्त पेक्टिन की अंतिम मात्रा को कैसे प्रभावित किया।
टीम ने एक ऐसी विधि का उपयोग किया जिसने उन्हें एक साथ कई चरों (variables) के संयोजनों का परीक्षण करने की अनुमति दी। उन्होंने कलामंसी छिलके का पाउडर तैयार किया और इसे 5 प्रतिशत की कमजोर शक्ति से लेकर 15 प्रतिशत की मजबूत शक्ति तक, साइट्रिक एसिड के विभिन्न सांद्रता वाले घोलों के साथ मिलाया। इसके बाद उन्होंने इन मिश्रणों को 100 से 300 वाट के पावर स्तरों पर माइक्रोवेव विकिरण के अधीन किया, जिसे 60 से 180 सेकंड की अवधि तक चलाया गया। इन सोलह अलग-अलग प्रयोगात्मक परीक्षणों के परिणामों का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि एसिड की ताकत और मिश्रण को गर्म करने की अवधि सबसे महत्वपूर्ण कारक थे। माइक्रोवेव की शक्ति की मात्रा, आश्चर्यजनक रूप से, उपज पर कोई बड़ा स्वतंत्र प्रभाव नहीं डालती थी, हालांकि इसने समग्र प्रक्रिया में भूमिका निभाई। डेटा ने एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया: जितना अधिक साइट्रिक एसिड उपयोग किया गया और निष्कर्षण का समय जितना लंबा था, छिलकों से उतना ही अधिक पेक्टिन निकला।
अध्ययन द्वारा पहचाने गए इष्टतम (optimal) अनुकूलों में 15 प्रतिशत साइट्रिक एसिड का घोल, 300 वाट का माइक्रोवेव पावर सेटिंग और 180 सेकंड का निष्कर्षण समय शामिल था। इन विशिष्ट परिस्थितियों के तहत, शोधकर्ताओं ने उच्चतम उपज प्राप्त की, जिसमें छिलके के वजन का लगभग 28 प्रतिशत शुद्ध पेक्टिन के रूप में निकाला गया। यह सबसे कम उपज की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार था, जो सबसे कमजोर एसिड, सबसे कम शक्ति और कम समय के उपयोग के दौरान हुई थी। शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों को तीन बार दोहराकर मान्य किया, और परिणाम सुसंगत थे, जिससे पुष्टि हुई कि उनके द्वारा बनाया गया मॉडल परिणाम की भविष्यवाणी करने के लिए विश्वसनीय था। इस प्रक्रिया ने सिद्ध किया कि माइक्रोवेव ऊर्जा का एक छोटा सा झटका और एक सुरक्षित, कार्बनिक अम्ल मिलकर घंटों तक उबालने या खतरनाक रसायनों की आवश्यकता के बिना कुशलतापूर्वक पौधों की कोशिका भित्तियों को तोड़कर पेक्टिन को मुक्त कर सकते हैं।
केवल मात्रा के अलावा, टीम ने इष्टतम परिस्थितियों के तहत उत्पादित पेक्टिन की गुणवत्ता का भी परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि निकाला गया पदार्थ एक 'लो-मेथॉक्सिल पेक्टिन' (low-methoxyl pectin) था, जो एक विशिष्ट प्रकार का पेक्टिन है जो विशेष रूप से मूल्यवान है क्योंकि यह कम चीनी वाले वातावरण में भी जेल बना सकता है, जिससे यह स्वास्थ्य के प्रति जागरूक खाद्य पदार्थों जैसे कि शुगर-फ्री जैम के लिए आदर्श बन जाता है। रासायनिक विश्लेषण ने दिखाया कि पेक्टिन ने अपनी संरचनात्मक अखंडता बनाए रखी, जिसका अर्थ है कि माइक्रोवेव प्रक्रिया ने उन लंबी शर्करा श्रृंखलाओं को नहीं तोड़ा जो पेक्टिन के उपयोगी गुणों को प्रदान करती हैं। शोधकर्ताओं ने अपने निकाले गए पेक्टिन की रासायनिक पहचान की तुलना वाणिज्यिक साइट्रस पेक्टिन से की, और दोनों का मिलान बारीकी से हुआ, जिससे पुष्टि हुई कि कलामंसी छिलके का पेक्टिन तुलनीय गुणवत्ता का है। हालांकि इसकी शुद्धता फार्मास्युटिकल उपयोग के आदर्श मानक से थोड़ी कम थी, लेकिन अध्ययन ने सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया कि इस विधि ने उच्च गुणवत्ता वाला, टिकाऊ उत्पाद बनाया जो पहले कचरा माना जाता था।
यह कार्य कृषि उपोत्पादों को मूल्यवान संसाधनों में बदलने के लिए एक व्यावहारिक मार्ग को रेखांकित करता है। एसिड सांद्रता और हीटिंग समय के सटीक संयोजन की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा पेक्टिन निकालने का ब्लूप्रिंट प्रदान किया जो कुशल और पर्यावरण के अनुकूल दोनों है। अध्ययन सुझाव देता है कि शुद्धता में सुधार के लिए और अधिक शोधन के साथ, यह स्थानीय अपशिष्ट उत्पाद एक वैश्विक रूप से उपयोगी सामग्री का व्यवहार्य स्रोत बन सकता है, जो आयातित सामग्रियों पर निर्भरता को कम करेगा और पारंपरिक औद्योगिक निष्कर्षण विधियों के लिए एक स्वच्छ विकल्प प्रदान करेगा। निष्कर्ष पुष्टि करते हैं कि सही सेटिंग्स के साथ, साधारण कलामंसी छिलके में क्षमता की एक महत्वपूर्ण मात्रा छिपी है, जो विज्ञान द्वारा उजागर होने की प्रतीक्षा कर रही है।
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