Optimization of lactic acid production from dairy whey using indigenous lactic acid bacteria

जब भी पनीर बनाया जाता है, तो एक बड़ी मात्रा में तरल पदार्थ पीछे रह जाता है। उत्पादित प्रत्येक किलोग्राम पनीर के लिए, लगभग दस लीटर इस जलमय उपोत्पाद का उत्पन्न होता है, जिसे 'स्वीट व्हे' (sweet whey) कहा जाता है। हालांकि यह पानी जैसा दिखता है, लेकिन यह वास्तव में शर्करा, प्रोटीन और विटामिनों से समृद्ध है जिसे पनीर बनाने की प्रक्रिया में नहीं पकड़ा जा सका। कई स्थानों पर, इस पोषक तत्वों से भरपूर तरल को कचरे के रूप में माना जाता है। जब इसे नदियों में बहा दिया जाता है या सड़ने के लिए छोड़ दिया जाता है, तो यह पानी में ऑक्सीजन की खपत करता है और एक भारी पर्यावरणीय बोझ पैदा करता है। हालांकि, इसी तरल में एक छिपा हुआ потенциаल है: इसके भीतर की शर्करा को लैक्टिक एसिड बनाने के लिए सूक्ष्म, प्राकृतिक सूक्ष्मजीवों को खिलाया जा सकता है। यह पदार्थ एक बहुमुखी निर्माण खंड है जिसका उपयोग खाद्य परिरक्षकों और सौंदर्य प्रसाधनों से लेकर बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक तक सब कुछ बनाने के लिए किया जाता है। एक प्रदूषणकारी अपशिष्ट उत्पाद को एक मूल्यवान सामग्री में बदलना एक चक्रीय अर्थव्यवस्था (circular economy) की ओर बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है, जहाँ कुछ भी बर्बाद नहीं होता है और प्रत्येक आउटपुट किसी नई चीज़ के लिए इनपुट बन जाता है।

रवांडा के उत्तरी उच्च क्षेत्रों में, जहाँ डेयरी उद्योग तेजी से बढ़ा है, शोधकर्ताओं को स्थानीय पनीर निर्माताओं द्वारा उत्पादित व्हे की बड़ी मात्राओं के प्रबंधन की चुनौती का सामना करना पड़ा। INES-रुहेनगेरी (INES-Ruhengeri) की एक टीम ने यह देखने के लिए प्रयास किया कि क्या वे क्षेत्र में पहले से मौजूद बैक्टीरिया का उपयोग करके इस कचरे को लैक्टिक एसिड में बदल सकते हैं। विदेश से विशेष कल्चर आयात करने के बजाय, उन्होंने क्षेत्र के सही सूक्ष्मजीवों को खोजने के लिए स्थानीय दही, जो एक पारंपरिक किण्वित (fermented) खाद्य है, की ओर देखा। उन्होंने अपनी खोज शुरू करने के लिए तीन अलग-अलग पनीर प्रोसेसरों से व्हे के नमूने और एक स्थानीय बाजार से दही एकत्र किया। परीक्षण की गई उनकी व्हे लैक्टोज (दूध में पाई जाने वाली शर्करा) का एक समृद्ध मिश्रण थी, साथ ही इसमें प्रोटीन और खनिजों की भी थोड़ी मात्रा थी, जो इसे किण्वन (fermentation) के लिए एक आदर्श खाद्य स्रोत बनाती है।

शोधकर्ताओं ने सबसे पहले स्थानीय दही से लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया के कई स्ट्रेन (strains) को अलग किया। ये उन्हीं प्रकार के मित्रवत सूक्ष्मजीव हैं जो दूध को दही में बदलने के लिए जिम्मेदार हैं। स्टेराइल (sterile) व्हे में उनका परीक्षण करने के बाद, उन्होंने एक विशिष्ट स्ट्रेन को चुना, जिसे उन्होंने LAB-4 नाम दिया, क्योंकि यह व्हे की शर्करा को एसिड में बदलने में सबसे अधिक कुशल साबित हुआ। यह स्ट्रेन तीन दिनों के भीतर व्हे के pH स्तर को काफी कम करने में सक्षम था, जो इस बात का संकेत था कि यह सक्रिय रूप से काम कर रहा है। इस देशी बैक्टीरिया के साथ, टीम अगले चरण की ओर बढ़ी: इसके काम करने के लिए एक आदर्श वातावरण खोजना। वे जानते थे कि तापमान, तरल की शुरुआती अम्लता और बैक्टीरिया की मात्रा, ये सभी परिणाम को बदल देंगे, इसलिए उन्होंने 'स्वीट स्पॉट' खोजने के लिए सैकड़ों संयोजनों का परीक्षण करने के लिए एक व्यवस्थित पद्धति का उपयोग किया।

इस सावधानीपूर्वक परीक्षण के माध्यम से, वैज्ञानिकों ने पाया कि बैक्टीरिया 37 डिग्री सेल्सियस के गर्म तापमान, 6.0 के शुरुआती pH और मिश्रण में बैक्टीरिया के एक विशिष्ट मात्रा के साथ सबसे अच्छा प्रदर्शन करते हैं। इन अनुकूलित स्थितियों के तहत, प्रक्रिया उल्लेखनीय रूप से प्रभावी थी। केवल 48 घंटों में, बैक्टीरिया ने व्हे में मौजूद लैक्टोज को लैक्टिक एसिड में बदल दिया, जिससे इसकी सांद्रता 43.2 ग्राम प्रति लीटर तक पहुँच गई। इस परिणाम का अर्थ था कि उपभोग की गई प्रत्येक ग्राम शर्करा के लिए, बैक्टीरिया ने लगभग 0.87 ग्राम लैक्टिक एसिड का उत्पादन किया, जो एक उच्च दक्षता है जो आयातित वाणिज्यिक बैक्टीरिया का उपयोग करने वाली विधियों की बराबरी करती है। इस प्रक्रिया ने अपशिष्ट जल को भी साफ किया; रासायनिक ऑक्सीजन मांग (COD), जो तरल में प्रदूषण की मात्रा का एक माप है, दो-तिहाई से अधिक गिर गई, जिससे सिद्ध हुआ कि किण्वन ने अपशिष्ट का उपचार करने और एक उत्पाद बनाने का कार्य एक साथ किया।

एक बार किण्वन पूरा हो जाने के बाद, टीम को तरल से लैक्टिक एसिड को अलग करने की आवश्यकता थी। उन्होंने एसिड को एक ठोस नमक में बदलने के लिए कैल्शियम हाइड्रोक्साइड का उपयोग करने वाली एक सरल विधि का उपयोग किया, जिसे फिर छान लिया गया और शुद्ध लैक्टिक एसिड को मुक्त करने के लिए एसिड के साथ उपचारित किया गया। यह रिकवरी चरण सफल रहा, जिससे उपलब्ध एसिड का लगभग 75 प्रतिशत प्राप्त हुआ जिसकी शुद्धता 82.5 प्रतिशत थी। हालांकि यह शुद्धता उन्नत औद्योगिक मशीनों द्वारा प्राप्त की जाने वाली शुद्धता से कम है, लेकिन यह कई खाद्य और तकनीकी उपयोगों के लिए पर्याप्त है। शोधकर्ताओं ने छोटे पैमाने पर इस प्रक्रिया के अर्थशास्त्र का भी अध्ययन किया, और अनुमान लगाया कि इस लैक्टिक एसिड के एक किलोग्राम के उत्पादन की लागत लगभग 2.10 अमेरिकी डॉलर होगी। यह मूल्य बिंदु सुझाव देता है कि यह विधि स्थानीय डेयरी प्रोसेसरों के लिए वित्तीय रूप से व्यवहार्य है, जो एक पर्यावरणीय दायित्व को राजस्व के स्रोत में बदलने का एक तरीका प्रदान करती है।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि स्थानीय समाधान वैश्विक समस्याओं का समाधान कर सकते हैं। क्षेत्र के मूल बैक्टीरिया का उपयोग करके और उनके विकास को स्थानीय कचरे पर अनुकूलित करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि रवांडा के डेयरी प्रोसेसर अपने व्हे का अधिक स्थायी रूप से प्रबंधन कर सकते हैं। यह कार्य पुष्टि करता है कि स्वीट व्हे लैक्टिक एसिड के उत्पादन के लिए एक उपयुक्त सब्सट्रेट है और स्वदेशी बैक्टीरिया महंगे, आयातित कल्चर की आवश्यकता के बिना इस कार्य को कुशलतापूर्वक करने में सक्षम हैं। हालांकि वर्तमान प्रयोग फ्लास्क में किए गए थे और रिकवरी विधि बुनियादी थी, फिर भी परिणाम भविष्य के विकास के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं। यह प्रक्रिया अपशिष्ट के मूल्यवर्धन (valorization) के लिए एक व्यावहारिक, कम लागत वाला मार्ग प्रदान करती है जो देश के पर्यावरणीय संरक्षण और आर्थिक विकास के लक्ष्यों के अनुरूप है, जो एक संभावित प्रदूषक को एक मूल्यवान संसाधन में बदल देती है।