Comparative Evaluation of Downstream Recovery Methods for Efficient Extraction of Sophorolipids from Starmerella bombicola MTCC 1910 at Pilot-Scale Fermentation
यह अध्ययन *स्टारमेला बोम्बिकोला* (Starmerella bombicola) MTCC 1910 के किण्वन को 100 लीटर पायलट स्केल तक सफलतापूर्वक बढ़ाकर और चार डाउनस्ट्रीम रिकवरी विधियों का मूल्यांकन करके सोफोरोलिपिड उत्पादन की औद्योगिक व्यवहार्यता को प्रदर्शित करता है, जो अंततः उच्च-टिटर, उच्च-गुणवत्ता वाले बायोसरफेक्टेंट्स प्राप्त करने के लिए विलायक निष्कर्षण (solvent extraction) और सूखे ब्रॉथ-सहायता प्राप्त विलायक निष्कर्षण को प्रभावी रणनीतियों के रूप में पहचानता है।
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सरफैक्टेंट्स (surfactants) आधुनिक जीवन के अनसुने नायक हैं, वे अणु जो पानी को तेल के साथ मिलने की अनुमति देते हैं ताकि साबुन एक चिकने बर्तन को साफ कर सके या शैम्पू गंदगी को धो सके। दशकों से, दुनिया पेट्रोलियम से बने सरफैक्टेंट्स पर निर्भर रही है, लेकिन इन सिंथेटिक रसायनों के साथ एक भारी पर्यावरणीय लागत आती है। हालाँकि, प्रकृति के पास अपना एक संस्करण है: बायोसरफैक्टेंट्स (biosurfactants)। ये बैक्टीरिया और यीस्ट जैसे सूक्ष्म जीवित जीवों द्वारा उत्पादित किए जाते हैं, और ये बायोडिग्रेडेबल (biodegradable), गैर-विषाक्त और अक्सर अपने सिंथेटिक समकक्षों की तुलना में अधिक प्रभावी होते हैं। इनमें सबसे आशाजनक प्राकृतिक क्लीनर में सोफोरोपिलिड्स (sophorolipids) शामिल हैं, जो 'स्टारमेला बॉम्बिकोला' (Starmerella bombicola) नामक यीस्ट द्वारा बनाए गए अणुओं का एक विशिष्ट प्रकार है। जबकि वैज्ञानिक वर्षों से जानते हैं कि यह यीस्ट प्रयोगशाला में इन अणुओं का उत्पादन कर सकता है, इस ज्ञान को कारखाने के स्तर की वास्तविकता में बदलना एक कठिन चुनौती रही है। कठिनाई न केवल यीस्ट को उगाने में है, बल्कि उत्पाद को कुशलतापूर्वक और पर्याप्त सस्ते में निकालने में भी है ताकि यह पेट्रोलियम-आधारित विकल्पों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सके।
भारत के इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है, जिसमें उन्होंने सोफोरोपिलिड उत्पादन को एक छोटे प्रयोगशाला बेंच से पायलट-स्केल ऑपरेशन तक पहुँचाया है। उनका कार्य दो महत्वपूर्ण चरणों पर केंद्रित है: उच्च मात्रा में अणु बनाने के लिए यीस्ट को उगाना और फिर इसके उपयोगी गुणों को नष्ट किए बिना तरल ब्रॉथ (broth) से उस अणु को निकालना। टीम ने किण्वन (fermentation) प्रक्रिया को सफलतापूर्वक बढ़ाया, जो यीस्ट को उगाने की विधि है, एक छोटे पांच लीटर के कंटेनर से एक विशाल सौ लीटर के टैंक तक। उन्होंने तापमान, अम्लता और वायु आपूर्ति पर वही सावधानीपूर्वक नियंत्रण बनाए रखा जो उन्होंने प्रयोगशाला में उपयोग किया था, यह सुनिश्चित करने के लिए कि यीस्ट स्वस्थ और उत्पादक बना रहे। आठ दिनों की अवधि के दौरान, यीस्ट ने सोफोरोपिलिड्स बनाने के लिए चीनी और तेल का उपभोग किया, जिससे एक बड़े टैंक में एक सौ दस ग्राम प्रति लीटर की सांद्रता प्राप्त हुई। यह परिणाम उनके द्वारा छोटे पांच लीटर के पात्र में प्राप्त किए गए परिणाम के लगभग समान था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि दक्षता खोए बिना इस प्रक्रिया का विस्तार किया जा सकता है। इस पद्धति की विश्वसनीयता की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने दस बार लगातार पूरी प्रक्रिया चलाई, और हर बार, यीस्ट ने उत्पाद की एक सुसंगत मात्रा का उत्पादन किया, जिसमें प्रत्येक बैच के बीच बहुत कम भिन्नता थी।
एक बार जब यीस्ट ने अपना काम पूरा कर लिया, तो शोधकर्ताओं को दूसरे बड़े अवरोध का सामना करना पड़ा: तरल मिश्रण से सोफोरोपिलिड्स को बाहर निकालना। किण्वन टैंक में, वांछित अणु पानी, बचे हुए पोषक तत्वों और मृत यीस्ट कोशिकाओं के साथ मिश्रित होते हैं, जिससे उन्हें अलग करना कठिन हो जाता है। टीम ने यह देखने के लिए चार अलग-अलग विधियों का परीक्षण किया कि कौन सी सबसे अच्छी तरह काम करती है। पहली विधि, जिसे सॉल्वेंट एक्सट्रैक्शन (solvent extraction) कहा जाता है, में सोफोरोपिलिड्स को पानी से बाहर निकालने के लिए विशिष्ट तरल पदार्थों का उपयोग शामिल था। यह दृष्टिकोण सबसे प्रभावी साबित हुआ, जिसने उत्पाद की उच्चतम मात्रा को पुनः प्राप्त किया और सतह के तनाव को कम करने तथा तेल को पानी के साथ मिलाने की इसकी क्षमता को सुरक्षित रखा। दूसरी विधि, एसिड प्रिसिपिटेशन (acid precipitation), में मिश्रण में एसिड मिलाना शामिल था जिससे अणु आपस में जुड़कर तरल से बाहर निकल सकें। हालांकि यह सरल और सस्ता था, लेकिन इसने बहुत कम उत्पाद प्राप्त किया और एक निम्न गुणवत्ता वाला सरफैक्टेंट परिणाम दिया। तीसरे दृष्टिकोण में आकार के आधार पर अणुओं को अलग करने के लिए नैनोफिल्ट्रेशन (nanofiltration) नामक एक विशेष फिल्टर का उपयोग किया गया। यह विधि पर्यावरण के अनुकूल थी क्योंकि इसमें रासायनिक सॉल्वैंट्स की आवश्यकता नहीं थी, लेकिन इसने सॉल्वेंट विधि की तुलना में कम उत्पाद प्राप्त किया। अंतिम तकनीक में अणुओं को निकालने के लिए तरल ब्रॉथ को पेस्ट में सुखाकर निकाला गया। इसने एक मध्यम मार्ग प्रदान किया, जिसमें कम सॉल्वेंट का उपयोग करते हुए उत्पाद की अच्छी मात्रा प्राप्त हुई।
शोधकर्ताओं ने फिर यह सुनिश्चित करने के लिए बरामद किए गए सोफोरोपिलिड्स की जांच की कि वे अभी भी प्रभावी हैं। उन्होंने पाया कि निष्कर्षण विधि चाहे जो भी हो, अणुओं ने अपनी शक्तिशाली सफाई क्षमताओं को बरकरार रखा। वे पानी के सतही तनाव को वाणिज्यिक उत्पादों के तुलनीय स्तरों तक कम कर सकते थे और तेल और पानी के स्थिर मिश्रण, जिसे इमल्सीफिकेशन (emulsification) कहा जाता है, बना सकते थे। टीम ने इस प्रक्रिया के आर्थिक पहलुओं पर भी एक प्रारंभिक दृष्टि डाली। उन्होंने नोट किया कि हालांकि उत्पादन की लागत अभी भी एक बाधा है, लेकिन बड़े टैंक में उत्पाद की इतनी उच्च मात्रा बनाने की क्षमता, और परिणामों की निरंतरता के साथ, इस प्रक्रिया को उद्योग के लिए बहुत अधिक व्यवहार्य बनाती है। अध्ययन सुझाव देता है कि सही निष्कर्षण विधि चुनकर—रसायनों की लागत और प्राप्त उत्पाद की मात्रा के बीच संतुलन बनाकर—निर्माता इन पर्यावरण के अनुकूल सरफैक्टेंट्स का उत्पादन ऐसे पैमाने पर कर सकते हैं जो उन्हें पेट्रोलियम-आधारित क्लीनर के लिए एक वास्तविक विकल्प बनाता है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि एक छोटे प्रयोगशाला प्रयोग से एक बड़े औद्योगिक कारखाने तक का मार्ग न केवल संभव है, बल्कि इसे स्थिरता और सटीकता के साथ किया जा सकता है, जो ग्रीन केमिस्ट्री के वादे को वास्तविकता के करीब लाता है।
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