Atmospheric Cold Plasma Treatment of Skim Milk for Enrofloxacin Reduction Using a Multiple Plasma Jet–Bubble Column Reactor

वह दूध जिसे बीमार गाय के लिए एंटीबायोटिक से उपचारित किया गया है, उसे मानव उपभोग के लिए नहीं बेचा जा सकता। यह "अपशिष्ट दूध" एक गंभीर समस्या पैदा करता है: यदि इसे बछड़ों को खिलाया जाता है, तो यह ऐसे बैक्टीरिया पैदा कर सकता है जो भविष्य की दवाओं के प्रति प्रतिरोधी हो जाते हैं, और यदि इसे फेंक दिया जाता है, तो यह पर्यावरण को प्रदूषित कर सकता है। चुनौती यह है कि मानक गर्म करने की विधियाँ, जो कीटाणुओं को मार देती हैं, इन एंटीबायोटिक अवशेषों को विश्वसनीय रूप से नष्ट नहीं कर पाती हैं। वैज्ञानिक इस दूध को बिना पकाए साफ करने का तरीका खोज रहे हैं, एक ऐसा तरीका जो दूध की गुणवत्ता को कम नुकसान पहुँचाते हुए दवा के अणुओं को तोड़ सके। एक आशाजनक मार्ग वायुमंडलीय कोल्ड प्लाज्मा (atmospheric cold plasma) है, जिसे अक्सर पदार्थ की चौथी अवस्था कहा जाता है, जिसे एक गैस को विद्युतीकृत करके बनाया जाता है। नियॉन साइन या बिजली गिरने वाले प्लाज्मा के विपरीत, यह संस्करण छूने के लिए पर्याप्त ठंडा रहता है। यह अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों से भरा होता है जो रासायनिक बंधों पर हमला कर उन्हें तोड़ सकते हैं, जिससे यह तापमान बढ़ाए बिना तरल पदार्थों से संदूषकों को साफ करने का एक संभावित उपकरण बन जाता है।

हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, ईरान के शिराज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या यह ठंडा, विद्युत रूप से आवेशित गैस स्किम मिल्क (skim milk) से एनरोफ्लोक्सासिन (enrofloxacin), जो कि एक सामान्य एंटीबायोटिक है, को हटा सकती है। उन्होंने एक विशेष उपकरण बनाया जो एक केंद्रीय धातु छड़ के चारों ओर कांच की छोटी नलिकाओं के समूह जैसा दिखता है। जब उन्होंने इन नलिकाओं के माध्यम से हवा पंप की और उच्च-वोल्टेज विद्युत धारा लागू की, तो हवा ठंडे प्लाज्मा में बदल गई। इस प्लाज्मा को केवल दूध की सतह पर छोड़ने के बजाय, उन्होंने इसे एक कॉलम के भीतर तरल के सीधे बुलबुलों के रूप में प्रवाहित किया। इस बुलबुले की क्रिया ने यह सुनिश्चित किया कि बिजली द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रियाशील कण दूध में अच्छी तरह से मिल जाएं, जिससे वे अंदर से बाहर की ओर एंटीबायोटिक अणुओं पर हमला कर सकें। टीम यह देखना चाहती थी कि क्या वे मशीन को ट्यून कर सकते हैं—हवा की गति, बिजली की शक्ति और उपचार की अवधि को समायोजित करके—ताकि दूध को उसके एंटीबायोटिक गुणों से मुक्त किया जा सके और साथ ही दूध की गुणवत्ता को कम से कम नुकसान पहुँचाया जा सके।

परिणामों ने दिखाया कि यह विधि एंटीबायोटिक की शक्ति को हटाने में उल्लेखनीय रूप से प्रभावी रही। सर्वोत्तम परिस्थितियों के तहत, जिसमें एक विशिष्ट वोल्टेज और 700 मिलीलीटर प्रति मिनट की वायु प्रवाह दर शामिल थी, उपचार ने केवल 20 मिनट के भीतर एंटीबायोटिक की बैक्टीरिया को मारने की क्षमता को 95 प्रतिशत तक कम कर दिया। इसकी पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने दूध को देखने के दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग किया। पहले, उन्होंने एक जैविक परीक्षण किया जहाँ उन्होंने बैक्टीरिया वाली प्लेट पर उपचारित दूध की बूंदें रखीं; जहाँ एंटीबायोटिक नष्ट हो गया था वहाँ बैक्टीरिया स्वतंत्र रूप से विकसित हुए। दूसरा, उन्होंने रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (Raman spectroscopy) नामक एक लेजर-आधारित तकनीक का उपयोग किया, जो एक आणविक फिंगरप्रिंट स्कैनर की तरह कार्य करती है, यह देखने के लिए कि क्या वास्तव में एनरोफ्लोक्सासिन अणुओं का आकार बदल गया था। इस स्कैनर ने दिखाया कि दवा के अणुओं को लगभग 84 प्रतिशत तक तोड़ दिया गया था। जैविक परीक्षण और आणविक स्कैन के बीच घनिष्ठ मिलान ने सुझाव दिया कि एंटीबायोटिक को केवल छिपाया या ढका नहीं गया था; बल्कि इसे रासायनिक रूप से विघटित किया गया था।

हालाँकि, अध्ययन ने यह भी प्रकट किया कि इस शक्तिशाली सफाई प्रक्रिया की एक कीमत चुकानी पड़ती है। जैसे-जैसे प्लाज्मा तरल के माध्यम से बुलबुले बनाता है, यह न केवल एंटीबायोटिक को लक्षित करता है, बल्कि दूध के प्राकृतिक अवयवों के साथ भी परस्पर क्रिया करता है। दूध स्पष्ट रूप से अधिक अम्लीय हो गया, जिसका pH तटस्थ 6.38 से गिरकर 5.53 हो गया। दूध में मौजूद चीनी, जिसे लैक्टोज कहा जाता है, काफी कम हो गई, जो उपचार के पहले पांच मिनट के भीतर 56.9 ग्राम प्रति लीटर से गिरकर 47.3 ग्राम प्रति लीटर हो गई। दूध गाढ़ा भी हो गया, जिसकी श्यानता (viscosity) 1.61 से बढ़कर लगभग 2.05 मिलीपास्कल-सेकंड हो गई, और कुल घुले हुए ठोस पदार्थों में गिरावट आई। दृश्य रूप से, दूध का रंग बदल गया, जिसमें पीला-भूरा रंग आ गया। यह भूरापन इसलिए हुआ क्योंकि प्रतिक्रियाशील कणों ने शर्करा को तोड़ दिया, जो फिर दूध के प्रोटीन के साथ प्रतिक्रिया करके नए यौगिक बनाने लगे, यह प्रक्रिया वैसी ही है जैसे गर्मी से टोस्ट भूरा हो जाता है, हालांकि यहाँ यह गर्मी के बजाय प्लाज्मा की रासायनिक गतिविधि द्वारा संचालित था।

शोधकर्ताओं ने पाया कि मशीन की सेटिंग्स बहुत मायने रखती हैं। यदि हवा बहुत धीमी गति से बहती है, तो प्लाज्मा दूध को प्रभावी ढंग से साफ करने के लिए पर्याप्त प्रतिक्रियाशील कण उत्पन्न नहीं करता है। यदि हवा बहुत तेज़ चलती है, तो गैस विद्युत क्षेत्र में बहुत कम समय बिताती है जिससे वह शक्तिशाली नहीं हो पाती, और बुलबुले दूध के साथ अच्छी तरह से मिलने के लिए बहुत बड़े हो जाते हैं। इसी तरह, एक निश्चित बिंदु से अधिक विद्युत वोल्टेज बढ़ाने से प्रक्रिया कम कुशल हो जाती है। जबकि उच्च वोल्टेज अधिक ऊर्जा पैदा करता है, यह गैस को गर्म भी करता है और प्रतिक्रियाशील कणों को एंटीबायोटिक तक पहुँचने से पहले ही एक-दूसरे को नष्ट करने के लिए प्रेरित करता है। सबसे उपयुक्त स्तर (sweet spot) 8.6 किलोवोल्ट का मध्यम वोल्टेज था, जिसने एंटीबायोटिक को तोड़ने के लिए सही ऊर्जा प्रदान की, बिना प्रतिक्रियाशील कणों को बर्बाद किए या सिस्टम को अत्यधिक गर्म किए।

अंततः, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि वायुमंडलीय कोल्ड प्लाज्मा दूध में एंटीबायोटिक अवशेषों को बेअसर करने का एक व्यवहार्य, गैर-तापीय तरीका है, जो वर्तमान में कठिन प्रबंधन वाले अपशिष्ट दूध के प्रबंधन के लिए एक संभावित समाधान प्रदान करता है। तकनीक ने सफलतापूर्वक अधिकांश एनरोफ्लोक्सासिन को नष्ट कर दिया, जिससे सिद्ध हुआ कि दवा की संरचना बदल गई थी और उसकी जैविक गतिविधि समाप्त हो गई थी। फिर भी, दूध की केमिस्ट्री, बनावट और रंग में महत्वपूर्ण बदलावों का अर्थ है कि इस तकनीक को बिना सावधानीपूर्वक समायोजन के केवल चालू नहीं किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि यह विधि प्रभावी है, भविष्य के कार्यों को दूषित पदार्थ को हटाने के साथ-साथ दूध के प्राकृतिक गुणों को संरक्षित करने के लिए प्रक्रिया को सूक्ष्मता से ट्यून करने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि एक समस्या का समाधान दूसरी समस्या पैदा न करे।