Optimization of Phycocyanin Production and Purification from Spirulina platensis CCATMU through micronutrient induction: Evaluation of Antioxidant Activity and Biosafety Assessment

प्राकृतिक रंगद्रव्यों की दुनिया में, एक गहरा, जीवंत नीला रंग एक दुर्लभ और मूल्यवान वस्तु है। जबकि सिंथेटिक रंग सस्ते और सुसंगत हो सकते हैं, उनमें से कई में ऐसी रासायनिक संरचनाएं होती हैं जो स्वास्थ्य संबंधी चिंताएं पैदा करती हैं, जिससे खाद्य और सौंदर्य प्रसाधन उद्योग सुरक्षित, पौधों पर आधारित विकल्पों की तलाश करने लगे हैं। इस प्राकृतिक नीले रंग के लिए सबसे आशाजनक स्रोतों में से एक स्पिरुलिना प्लैटेंसिस (Spirulina platensis) नामक सूक्ष्म शैवाल का एक प्रकार है। यह जीव फाइकोसायनिन (phycocyanin) नामक एक प्रोटीन का उत्पादन करता है, जो न केवल एक आकर्षक नीला रंग प्रदान करता है बल्कि शरीर में ऑक्सीडेटिव तनाव से लड़ने जैसे संभावित स्वास्थ्य लाभ भी रखता है। हालांकि, इस पिगमेंट (वर्णक) को बड़ी मात्रा में निकालना ऐतिहासिक रूप से कठिन रहा है। इस प्रक्रिया के लिए अक्सर शेष शैवाल से शुद्ध रंग को अलग करने के लिए महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है, और मानक खेती के तरीके हमेशा शैवाल को इतना अधिक पिगमेंट बनाने के लिए प्रेरित नहीं करते कि वह प्रयास सार्थक हो सके। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह जानने की कोशिश की है कि क्या शैवाल के "आहार" में बदलाव करके—विशेष रूप से विशिष्ट खनिजों की सूक्ष्म मात्रा जोड़कर—जटिल रासायनिक पृथक्करण की आवश्यकता के बिना पिगमेंट उत्पादन को बढ़ाने के लिए एक स्विच के रूप में कार्य किया जा सकता है।

ईरान के तरबियत मोदारेस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने स्पिरुलिना को उगाने और निकालने के एक नए दृष्टिकोण का परीक्षण करके इस समस्या को हल करने का निर्णय लिया। मानक खेती तकनीकों पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने शैवाल को 3,000 लीटर पानी वाले विशाल बाहरी टैंकों में उगाया, जिसमें 1,000 लीटर कल्चर मीडियम था, जो कि विशिष्ट प्रयोगशाला प्रयोगों की तुलना में बहुत बड़े पैमाने पर है। उन्होंने टैंकों को नौ अलग-अलग समूहों में विभाजित किया, जिनमें से प्रत्येक को एक अद्वितीय पोषण पूरक दिया गया। कुछ समूहों को अतिरिक्त लोहा दिया गया, अन्य को अतिरिक्त जस्ता, और कई को क्रोमियम (एक सूक्ष्म धातु) की विभिन्न मात्रा दी गई। लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये विशिष्ट चीजें शैवाल को अधिक नीला पिगमेंट बनाने या समग्र रूप से बड़ा होने के लिए प्रोत्साहित करेंगी। एक बार जब शैवाल की कटाई कर ली गई, तो टीम ने कोशिकाओं को तोड़ने और पिगमेंट को मुक्त करने के लिए ध्वनि तरंगों (sound waves) से जुड़ी एक सौम्य लेकिन शक्तिशाली विधि का उपयोग किया, जिसके बाद तरल को साफ और शुद्ध करने के लिए नमक-आधारित चरणों की एक श्रृंखला का पालन किया गया। अंत में, उन्होंने नीले तरल का परीक्षण किया कि यह हानिकारक अणुओं के खिलाफ कितनी अच्छी तरह लड़ता है और क्या यह जीवित जीवों के लिए सुरक्षित है।

परिणामों ने अधिक शैवाल उगाने और अधिक पिगमेंट उगाने के बीच एक स्पष्ट अंतर प्रकट किया। जबकि विशिष्ट सांद्रता पर अतिरिक्त लोहा जोड़ने से शैवाल को एक बड़े द्रव्यमान के रूप में बढ़ने में मदद मिली, लेकिन वास्तव में पिगमेंट के लिए क्रोमियम के जुड़ाव ने परिणाम को बदल दिया। जिन टैंकों में 0.1 मिलीग्राम प्रति मिलीलीटर की सांद्रता पर क्रोमियम डाला गया था, वहां शैवाल ने उच्चतम मात्रा में फाइकोसायनिन का उत्पादन किया, जो लगभग 30 मिलीग्राम प्रति मिलीलीटर तक पहुँच गया। यह नियंत्रण समूह (control group) की तुलना में एक महत्वपूर्ण उछाल था, जिसे कोई विशेष पूरक नहीं दिया गया था। शोधकर्ताओं ने पाया कि केवल शैवाल को बड़ा बनाना स्वतः ही अधिक रंग उत्पादन का अर्थ नहीं था; इसके बजाय, खनिजों का सही संतुलन शैवाल को पिगमेंट बनाने पर अपनी ऊर्जा केंद्रित करने के लिए प्रेरित करता प्रतीत हुआ। यह सुझाव देता है कि कुल कटाई के वजन को अधिकतम करने के बजाय लक्षित फीडिंग (targeted feeding) पिगमेंट उत्पादन के लिए एक अधिक प्रभावी रणनीति है।

पिगमेंट निकालने के बाद, टीम ने यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह उच्च गुणवत्ता वाले उपयोगों के लिए पर्याप्त शुद्ध है, इसकी सफाई पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने वांछित नीले प्रोटीन को अन्य अवांछित कोशिका भागों से अलग करने के लिए अमोनियम सल्फेट, जो एक सामान्य नमक है, का उपयोग करते हुए दो-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग किया। इसके बाद डायलिसिस (dialysis) का चरण आया, जो किसी भी शेष छोटी अशुद्धियों को हटाने के लिए एक महीन छलनी की तरह कार्य करता है। क्रोमियम-पूरक समूह से प्राप्त अंतिम उत्पाद असाधारण रूप रूप से शुद्ध था, जिसने एक शुद्धता स्कोर प्राप्त किया जो इसे अनुसंधान-ग्रेड सामग्री के रूप में वर्गीकृत करता है। शुद्धता का यह स्तर महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका अर्थ है कि पिगमेंट उन संदूषों से मुक्त है जो इसके रंग या खाद्य और चिकित्सा में सुरक्षा को प्रभावित कर सकते हैं। टीम ने प्रदर्शित किया कि इस उच्च स्तर की गुणवत्ता को आमतौर पर ऐसे पृथक्करण के लिए आवश्यक महंगे, जटिल मशीनरी के बिना प्राप्त किया जा सकता है, जिससे ऐसी प्रक्रिया बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक सुलभ हो जाती है।

यह समझने के लिए कि यह पिगमेंट कितना उपयोगी हो सकता है, शोधकर्ताओं ने एक एंटीऑक्सीडेंट के रूप में कार्य करने की इसकी क्षमता का परीक्षण किया, जो कोशिकाओं को क्षति से बचाने वाला एक पदार्थ है। उन्होंने शुद्ध पिगमेंट को पानी, इथेनॉल और मेथनॉल सहित विभिन्न तरल पदार्थों में घोला और इसे एक रासायनिक परीक्षण के संपर्क में लाया जो हानिकारक मुक्त कणों (free radicals) को बेअसर करने की क्षमता को मापता है। मेथनॉल में घुले हुए पिगमेंट ने सबसे मजबूत गतिविधि दिखाई, जिसने एक विशिष्ट सांद्रता पर लगभग आधे हानिकारक अणुओं को बेअसर कर दिया। यह इंगित करता है कि इस पिगमेंट में स्वास्थ्यवर्धक घटक के रूप में वास्तविक क्षमता है, हालांकि इसकी प्रभावशीलता इस बात पर निर्भर करती है कि इसे कैसे तैयार और वितरित किया जाता है। परीक्षणों ने पुष्टि की कि पिगमेंट की शक्ति वास्तविक है, लेकिन यह भी रेखांकित किया कि इसे घोलने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरल का चयन इसके प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है।

अंत में, टीम को यह सुनिश्चित करना था कि यह शक्तिशाली नीला पदार्थ उपयोग के लिए सुरक्षित है। उन्होंने ब्राइन श्रिम्प (brine shrimp), जो विषाक्तता की जांच करने के लिए उपयोग किए जाने वाले छोटे जलीय जीवों के एक त्वरित और विश्वसनीय मॉडल हैं, पर पिगमेंट का परीक्षण किया। झींगों को कई दिनों तक पिगमेंट की विभिन्न सांद्रता के संपर्क में रखा गया। परिणाम उत्साहजनक थे: उच्चतम स्तरों पर भी, झींगों की मृत्यु दर पांच प्रतिशत से कम रही। पिगमेंट की वह मात्रा जो झींगों की आधी आबादी को मारने के लिए आवश्यक थी, शोधकर्ताओं द्वारा वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले किसी भी सांद्रता से कहीं अधिक थी। यह सुझाव देता है कि पिगमेंट गैर-विषाक्त है और खाद्य, सौंदर्य प्रसाधन या पूरक के रूप में उपयोग के लिए सुरक्षित है, बशर्ते इसे उचित सीमाओं के भीतर उपयोग किया जाए।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि स्पिरुलिन के खनिज आहार को सावधानीपूर्वक समायोजित करके और पिगमेंट निकालने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करके, बड़े पैमाने पर उच्च गुणवत्ता वाले, सुरक्षित और शक्तिशाली नीले रंगद्रव्य का उत्पादन करना संभव है। क्रोमियम-पूरक विधि सबसे प्रभावी साबित हुई, जिससे एक ऐसा उत्पाद प्राप्त हुआ जो प्रचुर और शुद्ध दोनों है। हालांकि इस प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के पीछे का सटीक जैविक तंत्र भविष्य के अनुसंधान के लिए एक रहस्य बना हुआ है, व्यावहारिक परिणाम स्पष्ट है। यह दृष्टिकोण उन उद्योगों के लिए एक व्यवहार्य मार्ग प्रदान करता है जो सिंथेटिक रंगों को एक प्राकृतिक, सुरक्षित और अत्यधिक प्रभावी विकल्प के साथ बदलने की तलाश में हैं जिसे कुशलतापूर्वक बड़े आयतन में उत्पादित किया जा सकता है।