Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अल्ट्रासाउंड प्री-ट्रीटमेंट और अनुकूलित हाइड्रोलिसिस स्थितियों द्वारा संवर्धित एंजाइम-असिस्टेड एक्सट्रैक्शन, डार्क बीयर स्पेंट ग्रेन को उच्च-उपज वाले प्रोटीन सांद्रों में प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है, जिनमें कार्यात्मक खाद्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त उत्कृष्ट जल और तेल धारण क्षमता होती है।
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जब भी कोई ब्रुअरी (बियर बनाने वाली कंपनी) बियर बनाती है, तो वह अपने पीछे गीले, रेशेदार अवशेषों का एक ढेर छोड़ देती है। यह सामग्री, जिसे ब्रुअर्स स्पेंट ग्रेन (brewer's spent grain) के रूप में जाना जाता है, जौ का वह छिलका और बाहरी परत है जो तरल वॉर्ट (wort) को निकालने के बाद शेष रह जाती है। यह ब्रूइंग उद्योग का सबसे बड़ा उप-उत्पाद है, जो प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले लगभग सभी ठोस कचरे का प्रतिनिधित्व करता है। विश्व स्तर पर, यह मात्रा हर साल चार करोड़ टन से अधिक होती है। दशकों से, इस पोषक तत्वों से भरपूर सामग्री को एक कम मूल्य वाली वस्तु माना गया है, जिसे मुख्य रूप से पशुधन को खिलाया जाता है या खाद बनाया जाता है, जबकि यह प्रोटीन और फाइबर से भरपूर है। जैसे-जैसे दुनिया बढ़ती आबादी को खिलाने के लिए अधिक टिकाऊ तरीकों की तलाश कर रही है, वैज्ञानिक तेजी से यह पूछ रहे हैं कि क्या इन कृषि अवशेषों को कचरे के बजाय मूल्यवान खाद्य सामग्री में बदला जा सकता है। चुनौती इस तथ्य में निहित है कि अनाज के भीतर के प्रोटीन एक कठोर, लकड़ी जैसी संरचना के भीतर मजबूती से फंसे होते हैं जो पौधों के रेशों से बनी होती है, जिससे उन्हें बिना कठोर रसायनों या अत्यधिक गर्मी के उपयोग के निकालना कठिन हो जाता है जो खाद्य गुणवत्ता को नुकसान पहुँचा सकते हैं।
लैटविया यूनिवर्सिटी ऑफ लाइफ साइंसेज एंड टेक्नोलॉजीज के शोधकर्ताओं ने डार्क बियर स्पेंट ग्रेन के भीतर छिपे प्रोटीन को खोलने के लिए एक सौम्य, एंजाइम-आधारित विधि विकसित करके इस समस्या को हल करने का प्रयास किया। मजबूत एसिड या बेस का उपयोग करने के बजाय, टीम ने जैविक उपकरणों का उपयोग किया जिन्हें एंजाइम कहा जाता है, जो विशेष कैंची की तरह कार्य करते हैं जो पोषक तत्वों को नष्ट किए बिना पौधे की संरचना के विशिष्ट हिस्सों को काट सकते हैं। उन्होंने स्पेंट ग्रेन के एक नमूने से शुरुआत की जिसमें प्रत्येक सौ ग्राम सूखे पदार्थ में लगभग तीस ग्राम प्रोटीन था। अनाज को काम करने के लिए आसान बनाने के लिए, उन्होंने पहले इसे अल्ट्रासाउंड उपचार दिया, जिसमें ध्वनि तरंगों का उपयोग करके अनाज की सख्त, रेशेदार दीवारों को ढीला करने के लिए सूक्ष्म कंपन पैदा किए गए। यह चरण महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने संरचना को खोल दिया, जिससे एंजाइमों को अनाज के भीतर फंसे प्रोटीन तक पहुँचने का मार्ग मिल सका।
टीम ने इन जैविक कैंचियों की एक किस्म का परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन सी सबसे अच्छी तरह काम करती है। उन्होंने उन एंजाइमों का परीक्षण किया जो सीधे प्रोटीन को तोड़ते हैं, और साथ ही अन्य एंजाइमों का भी, जो प्रोटीन के चारों ओर मौजूद पौधों के रेशों, जैसे सेलुलोज और बीटा-ग्लुकन को घोल देते हैं। उन्होंने यह देखने के लिए इनका व्यक्तिगत रूप से और जोड़ों में परीक्षण किया कि क्या मिलकर काम करने से बेहतर परिणाम मिलेंगे। प्रयोगों से पता चला कि एक तटस्थ प्रोटीन-काटने वाला एंजाइम और एक फाइबर-घोलने वाला एंजाइम का संयोजन सबसे प्रभावी टीम थी। जब ये दोनों मिलकर काम करते हैं, तो वे अनाज की सख्त बाहरी परतों को तोड़ने और प्रोटीन को तरल में बहुत अधिक कुशलता से छोड़ने में सक्षम होते हैं, जितना कि कोई भी एकल एंजाइम अकेले कर सकता है। इन एंजाइमों की मात्रा बढ़ाकर और उन्हें लंबे समय तक काम करने देकर, शोधकर्ता अनाज में बचे हुए प्रोटीन की मात्रा को केवल तेरह ग्राम प्रति सौ ग्राम सूखे पदार्थ तक कम करने में सफल रहे। इसका अर्थ था कि वे अनाज से उपलब्ध प्रोटीन के आधे से अधिक हिस्से को सफलतापूर्वक प्राप्त करने में सफल रहे।
एक बार जब प्रोटीन निकाल लिया गया और उसे पाउडर के रूप में सुखा लिया गया, तो शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि वे वास्तविक खाद्य अनुप्रयोगों में कैसा प्रदर्शन करेंगे। उन्होंने नमी युक्त बेक्ड सामान या स्थिर ड्रेसिंग बनाने के लिए आवश्यक पानी और तेल को थामे रखने की क्षमता के लिए पाउडर का परीक्षण किया। परिणामी प्रोटीन कंसंट्रेट ने पानी और तेल की एक महत्वपूर्ण मात्रा को थामे रखा, और कुछ मापदंडों में मानक वाणिज्यिक सोया प्रोटीन आइसोलेट के समान या उससे भी बेहतर प्रदर्शन किया। टीम ने यह भी जांचा कि पाउडर झाग (फोम) को कितनी अच्छी तरह बना सकता है और बनाए रख सकता है, जो मेरिंग्यू या बियर के झाग जैसे हवादार खाद्य पदार्थों के लिए एक महत्वपूर्ण गुण है। हालांकि स्पेंट ग्रेन प्रोटीन द्वारा बनाया गया झाग सोया कंट्रोल की तुलना में उतना स्थिर नहीं था, फिर भी यह कई खाद्य प्रणालियों में उपयोग के लिए पर्याप्त था। नए प्रोटीन पाउडर का रंग सफेद सोया प्रोटीन की तुलना में गहरा और अधिक पीला था, जो जौ में मौजूद प्राकृतिक यौगिकों और सुखाने की प्रक्रिया के दौरान होने वाली प्रतिक्रियाओं का परिणाम था, जो यह सुझाव देता है कि यह गहरे रंग के खाद्य पदार्थों के लिए सबसे उपयुक्त होगा जहाँ रंग दिखाई न दे।
अंत में, शोधकर्ताओं ने प्रोटीन अणुओं के आकार को समझने के लिए उनका विश्लेषण किया। विश्लेषण से पता चला कि निकाले गए प्रोटीन चौदह से चालीस हजार डाल्टन की सीमा में थे, जो जौ में पाए जाने वाले मुख्य स्टोरेज प्रोटीन, जिन्हें हॉर्डिन (hordein) और ग्लुटेलिन (glutelin) के रूप में जाना जाता है, के आकार के अनुरूप है। इसने पुष्टि की कि इस प्रक्रिया ने सफलतापूर्वक उन विशिष्ट प्रोटीनों को अलग कर लिया जिन्हें वे लक्षित कर रहे थे, बिना उन्हें बेकार टुकड़ों में तोड़े। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह एंजाइम-सहायता प्राप्त दृष्टिकोण ब्रुअरी के कचरे के एक विशाल प्रवाह को उच्च गुणवत्ता वाले पादप प्रोटीन घटक में बदलने का एक व्यावहारिक, पर्यावरण के अनुकूल तरीका है। कठोर रसायनों से बचकर और सौम्य स्थितियों का उपयोग करके, यह विधि प्रोटीन के कार्यात्मक गुणों को संरक्षित करती है, जिससे ब्रुअरीज के लिए अपने उत्पादों में विविधता लाने और खाद्य उद्योग के लिए पादप-आधारित पोषण के एक नए, टिकाऊ स्रोत तक पहुँचने का मार्ग खुलता है।
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