Production, Purification and Characterization of Thermostable Amylase from Thermophilic Bacteria Isolated from Water and Sediments of Wanzaye Hot Spring, Ethiopia
यह अध्ययन इथियोपिया के वान्ज़े हॉट स्प्रिंग से अलग किए गए *बैसिलस* प्रजातियों द्वारा उत्पादित ऊष्मीय-स्थिर (थर्मोस्टेबल) α-एमाइलेज़ की पहचान और लक्षण वर्णन करता है, जो उच्च तापमान और व्यापक pH रेंज में अपनी इष्टतम गतिविधि के साथ-साथ कच्चे एनसेट स्टार्च को हाइड्रोलाइज करने में अपनी उच्च दक्षता को प्रदर्शित करता है, जो संभावित औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
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औद्योगिक विनिर्माण की दुनिया में, एंजाइम प्रकृति के अपने औजारों के रूप में कार्य करते हैं, जो उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं जिनमें अन्यथा बहुत अधिक समय लगता या अत्यधिक स्थितियों की आवश्यकता होती। इनमें, एमाइलेज विशेष रूप से मूल्यवान हैं क्योंकि वे स्टार्च (एक सामान्य ऊर्जा स्रोत जो पौधों में पाया जाता है) को सरल शर्करा में तोड़ देते हैं। हालांकि ये एंजाइम उपयोगी हैं, लेकिन इनमें से कई टूट जाते हैं या तापमान बढ़ने पर काम करना बंद कर देते हैं, जो उच्च तापमान वाली प्रक्रियाओं में उनके उपयोग को सीमित करता है। यहीं पर ताप-प्रेमी, या थर्मोफिलिक, बैक्टीरिया काम आते हैं। गर्म झरनों जैसे चरम वातावरण में पाए जाने वाले ये सूक्ष्म जीव ऐसे एंजाइमों का उत्पादन करते हैं जो उच्च तापमान पर भी स्थिर और सक्रिय रहते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से खाद्य प्रसंस्करण से लेकर डिटर्जेंट निर्माण तक के उद्योगों में दक्षता में सुधार करने के लिए इन मजबूत जैविक उत्प्रेरकों का लाभ उठाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन भू-तापीय गतिविधि वाले कई क्षेत्र इन विशिष्ट संसाधनों के लिए काफी हद तक अनछुए रह गए हैं।
इथियोपिया के शोधकर्ताओं ने यह जांचने के लिए अपना ध्यान देश के उत्तर-पश्चिमी भाग में स्थित एक प्राकृतिक भू-तापीय स्थल, वंज़े हॉट स्प्रिंग (Wanzaye Hot Spring) की ओर लगाया, कि क्या इसके पानी और तलछट में ऐसे बैक्टीरिया मौजूद हैं जो ऐसे ताप-स्थिर एंजाइमों का उत्पादन करने में सक्षम हैं। टीम ने झरने से नमूने एकत्र किए, जो एक ठंडी, उप-आर्द्र जलवायु में स्थित है लेकिन 42 डिग्री सेल्सियस तापमान पर पानी उत्सर्जित करता है। नमूनों को 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके, उन्होंने साधारण बैक्टीरिया और कवक को छान दिया, जिससे केवल कठोर, बीजाणु बनाने वाले (स्पोर-फॉर्मिंग) थर्मोफाइल्स ही शेष रहे। इन जीवित बचे जीवों में से, उन्होंने बीस अलग-अलग बैक्टीरिया कॉलोनियों को अलग किया और स्टार्च को घोलने की उनकी क्षमता के लिए उनकी जांच की। आठ ने मजबूत गतिविधि दिखाई, और चार विशिष्ट स्ट्रेन, जिन्हें WA7, WA10, WA11 और WA12 नाम दिया गया, का गहन अध्ययन के लिए चयन किया गया। ये चारों 'बैसिलस' (Bacillus) वंश से संबंधित पाए गए, जो बैक्टीरिया का एक समूह है जो अपनी सहनशीलता और सुरक्षात्मक बीजाणु बनाने की क्षमता के लिए जाना जाता है।
एंजाइमों के उत्पादन के लिए, शोधकर्ताओं ने इन बैक्टीरिया को 'सॉलिड-स्टेट फर्मेंटेशन' (solid-state fermentation) नामक विधि का उपयोग करके उगाया, जिसमें तरल के बजाय ठोस कृषि अपशिष्ट पर सूक्ष्मजीवों को विकसित किया जाता है। उन्होंने तीन अलग-अलग सामग्रियों का परीक्षण किया: गेहूं का चोकर (wheat bran), चावल का चोकर (rice bran), और केले का छिलका। परिणामों ने दिखाया कि गेहूं का चोकर श्रेष्ठ विकल्प था, जिसने उच्चतम एंजाइम उत्पादन का समर्थन किया। टीम ने निर्धारित किया कि बैक्टीरिया सबसे अच्छा बढ़ता है और सबसे अधिक एंजाइम तब बनाता है जब उसे 55 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 7 के तटस्थ pH पर रखा जाता है, और एंजाइम निकालने का इष्टतम समय 72 घंटों की वृद्धि के बाद था। एक बार जब बैक्टीरिया ने अपना काम पूरा कर लिया, तो शोधकर्ताओं ने कच्चे एंजाइम मिश्रण को निकाला और इसे एक ऐसी प्रक्रिया का उपयोग करके शुद्ध किया जिसमें प्रोटीन को अवक्षेपित (precipitate) करने के लिए नमक मिलाना और फिर अशुद्धियों को हटाने के लिए उन्हें धोना शामिल था। इस शुद्धिकरण चरण ने सक्रिय एंजाइम की सांद्रता को बढ़ा दिया, जिससे यह अधिक प्रभावी हो गया।
शुद्ध किए गए एंजाइमों को उनकी क्षमताओं को समझने के लिए परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा गया। विश्लेषण से पता चला कि एंजाइम लगभग 50 किलोडालटन (kilodaltons) के आकार के थे, जो आणविक भार का एक माप है, और उन्होंने स्टार्च को मुख्य रूप से माल्टोज (एक प्रकार की शर्करा) में तोड़ दिया। गर्मी के प्रति सहनशीलता के लिए परीक्षण किए जाने पर, एंजाइम उल्लेखनीय रूप से मजबूत साबित हुए। वे 65 और 70 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान पर अपने शिखर प्रदर्शन तक पहुंचे, जो विशिष्ट बैक्टीरिया स्ट्रेन पर निर्भर करता है। इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह थी कि 40 से 80 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान पर एक घंटे तक रहने के बाद भी, एंजाइमों ने अपनी मूल गतिविधि का 76.8 प्रतिशत से अधिक हिस्सा बनाए रखा। उन्होंने अम्लता के एक विस्तृत स्तर पर स्थिरता भी दिखाई, जो थोड़े अम्लीय से लेकर थोड़े क्षारीय स्थितियों में भी अच्छी तरह से कार्य करते हैं।
शायद उनकी क्षमता का सबसे व्यावहारिक प्रदर्शन कच्चे एनसेट स्टार्च (enset starch) के साथ हुआ, जो इथियोपिया का एक प्रमुख खाद्य फसल है। शोधकर्ताओं ने शुद्ध एंजाइमों को कच्चे एनसेट पाउडर के साथ मिलाया और पाया कि एंजाइमों ने सभी चार स्ट्रेन के लिए 70 प्रतिशत से अधिक की दक्षता के साथ स्टार्च को किण्वित होने योग्य शर्करा में बदल दिया, जिसमें सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने वाला स्ट्रेन लगभग 91 प्रतिशत तक पहुँच गया। यह सुझाव देता है कि इन एंजाइमों का उपयोग सीधे कच्चे स्टार्च को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है, जो अक्सर एक कठिन और ऊर्जा-गहन प्रक्रिया होती है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि वंज़े हॉट स्प्रिंग औद्योगिक रूप से प्रासंगिक बैक्टीरिया का एक मूल्यवान, पहले से कम उपयोग किया गया स्रोत है। गेहूं के चोकर जैसे सस्ते कृषि अपशिष्ट का उपयोग करके इन सूक्ष्मजीवों को विकसित करने के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने ऐसे एंजाइमों का उत्पादन करने का एक लागत प्रभावी तरीका प्रदर्शित किया है जो आधुनिक स्टार्च-प्रसंस्करण उद्योगों द्वारा आवश्यक उच्च तापमान को सहन कर सकते हैं, जो स्थानीय और वैश्विक विनिर्माण के लिए एक सतत मार्ग प्रदान करता है।
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