Use of Agro-Industrial Waste as Substrates in Citric Acid Production: A Review
यह समीक्षा 1977 से 2026 तक के 65 अध्ययनों का संश्लेषण करती है ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि प्रीट्रीटमेंट, पोषक तत्वों के संतुलन और इंड्यूसर सप्लीमेंटेशन के माध्यम से अनुकूलित करने पर, साइट्रिक एसिड उत्पादन के लिए विविध कृषि-औद्योगिक कचरे को सबस्ट्रेट के रूप में उपयोग करना, परिचालन लागत को कम करने और पर्यावरणीय प्रभावों को कम करने के लिए एक व्यवहार्य रणनीति प्रदान करता है।
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साइट्रिक एसिड एक ऐसा पदार्थ है जो प्राकृतिक रूप से नींबू और संतरों में पाया जाता है, जो उन्हें उनका तीखा, चटपटा स्वाद देता है। रसोई के अलावा, यह आधुनिक उद्योग के लिए एक कार्यवाहक (workhorse) है। क्योंकि यह खाने में सुरक्षित है, पानी में आसानी से घुल जाता है और बैक्टीरिया को बढ़ने से रोकता है, इसलिए इसे हजारों उत्पादों में मिलाया जाता है, जैसे कि सॉफ्ट ड्रिंक्स और कैंडी से लेकर सफाई एजेंटों और दवाओं तक। दशकों से, दुनिया इस एसिड को बड़े पैमाने पर बनाने के लिए एक विशिष्ट विधि पर निर्भर रही है: चीनी से भरपूर तरल पदार्थों, आमतौर पर गन्ने या चुकंदर का उपयोग करके, एस्परजिलस नाइजर (Aspergillus niger) नामक एक सामान्य मोल्ड (फफूंद) के माध्यम से किण्वन (fermentation) करना। हालांकि यह प्रक्रिया अच्छी तरह से काम करती है, लेकिन यह मूल्यवान संसाधनों का उपभोग करती है और कचरा उत्पन्न करती है। जैसे-जैसे साइट्रिक एसिड की वैश्विक मांग बढ़ती जा रही है, वैज्ञानिक एक व्यावहारिक प्रश्न पूछ रहे हैं: क्या हम ताजी चीनी खरीदने के बजाय अन्य खेतों और कारखानों के अवशेषों का उपयोग करके इस आवश्यक रसायन का निर्माण कर सकते हैं?
ब्राजील के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विषय पर वैज्ञानिक अध्ययनों के पूरे इतिहास को देखकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने लगभग पचास वर्षों में किए गए साठ-पांच अलग-अलग प्रयोगों से डेटा एकत्र किया, जो छोटे प्रयोगशाला जार से लेकर बड़े पायलट सेटअप तक विस्तृत थे। उनका लक्ष्य केवल यह सूचीबद्ध करना नहीं था कि कौन से अपशिष्ट पदार्थ काम कर सकते हैं, बल्कि यह समझना भी था कि क्यों कुछ प्रयास समान सामग्रियों के साथ भी शानदार रूप से सफल हुए जबकि अन्य बुरी तरह विफल रहे। उन्होंने कसावा की जड़ों के छिलकों और कॉफी बीन्स के छिलकों से लेकर बीयर और बायोडीजल बनाने के बाद बचे तरल कचरे तक सब कुछ जाँचा। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या ये फेंके गए पदार्थ वास्तव में उन महंगे चीनी सिरपों को बदल सकते हैं जिनका वर्तमान में उद्योग में उपयोग किया जाता है, और क्या ऐसा करना एक स्वच्छ, अधिक चक्रीय अर्थव्यवस्था (circular economy) की ओर एक वास्तविक कदम होगा जहाँ कचरा एक संसाधन बन जाता है।
समीक्षा ने इस बात के बारे में एक चौंकाने वाला सच उजागर किया कि ये किण्वन प्रक्रियाएं वास्तव में कैसे काम करती हैं। जब वैज्ञानिक परिणामों को देखते हैं, तो वे अक्सर स्वयं अपशिष्ट सामग्रियों को रैंक करने की कोशिश करते हैं, यह मानकर कि एक प्रकार का कचरा दूसरे से बेहतर होता है। हालांकि, डेटा ने दिखाया कि दो अलग-अलग प्रकार के कचरे के प्रदर्शन के बीच का अंतर अक्सर उसी प्रकार के कचरे का विभिन्न प्रयोगों में उपयोग किए जाने पर प्राप्त परिणामों के अंतर से बहुत कम था। उदाहरण के लिए, जब शोधकर्ताओं ने कसावा के छिलकों का उपयोग किया, तो कुछ अध्ययनों ने प्रति लीटर तरल में लगभग नब्बे ग्राम साइट्रिक एसिड का उत्पादन किया, जबकि अन्य अध्ययनों ने उन्हीं छिलकों का उपयोग करके दो ग्राम से भी कम उत्पादन किया। यह बड़ा अंतर बताता है कि अपशिष्ट सामग्री की पहचान सबसे महत्वपूर्ण कारक नहीं है। इसके बजाय, परिणाम इस बात पर निर्भर करते हैं कि प्रक्रिया का प्रबंधन कैसे किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि किण्वन प्रक्रिया के दौरान की गई विशिष्ट क्रियाओं का प्रभाव सबस्ट्रेट (substrate) के चुनाव की तुलना में कहीं अधिक था। पहचाने गए सबसे शक्तिशाली उपकरणों में से एक मिश्रण में मेथनॉल जैसे अल्कोहल की थोड़ी मात्रा मिलाना था। सेब के कचरे से जुड़े एक उल्लेखनीय उदाहरण में, मेथनॉल की थोड़ी मात्रा मिलाने से साइट्रिक एसिड का उत्पादन एक किलोग्राम कचरे से नब्बे ग्राम से बढ़कर लगभग नौ सौ ग्राम प्रति किलोग्राम हो गया। इस एक बदलाव ने सेब के कचरे को किसी अन्य सामग्री से बदलने की तुलना में बहुत बड़ा अंतर पैदा किया। इसी तरह, किण्वन से पहले कचरे को कैसे तैयार किया जाता है, यह भी अत्यंत महत्वपूर्ण था। केवल पौधों के अवशेषों को कुचलना अक्सर पर्याप्त नहीं था; उन्हें गर्मी या रसायनों के साथ उपचारित करने से उनके सख्त रेशों को तोड़ने में मदद मिली, जिससे सूक्ष्मजीवों को उनके भीतर मौजूद शर्करा तक पहुँचने में मदद मिली, जिससे उच्च उपज प्राप्त हुई। मिश्रण में पोषक तत्वों का संतुलन भी महत्वपूर्ण था; कभी-कभी कचरे में पर्याप्त चीनी होती थी लेकिन उसमें नाइट्रोजन या खनिजों की कमी होती थी जिसकी मोल्ड को पनपने के लिए आवश्यकता होती है, और एक छोटे से पूरक (supplement) ने इस समस्या को ठीक कर दिया।
अध्ययन ने इस एसिड को बनाने के लिए जीवित चीजों के प्रकारों में आए बदलाव पर भी प्रकाश डाला। जबकि एस्परजिलस नाइजर मोल्ड लंबे समय से उद्योग का मानक रहा है, नए शोध तेजी से यारोसिया लिपोलिटिका (Yarrowia lipolytica) नामक यीस्ट की ओर मुड़ रहे हैं। यह यीस्ट विशिष्ट लाभ प्रदान करता है, विशेष रूप से बायोडीजल उत्पादन के कचरे के साथ काम करते समय, जो ग्लिसरॉल से समृद्ध होता है। मोल्ड के विपरीत, यह यीस्ट हवा में बीजाणु (spores) नहीं छोड़ता है, जिससे श्रमिकों के लिए स्वास्थ्य जोखिम कम हो जाता है, और यह औद्योगिक कचरे में पाए जाने वाले अशुद्धियों के प्रति अधिक सहनशील है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि कई अध्ययनों ने प्रयोगशाला में इन वैकल्पिक तरीकों की सफलता को सिद्ध किया है, लेकिन इन छोटे स्तर की सफलताओं और वास्तविक दुनिया के कारखानों के बीच एक बड़ा अंतर है। बहुत कम अध्ययनों ने प्रक्रिया की पूरी लागत या अंतिम उत्पाद को साफ करने के पर्यावरणीय प्रभाव को देखा है, जो शुद्ध चीनी की तुलना में कचरे से बनाया जाने पर अक्सर अधिक जटिल होता है।
अंततः, शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि साइट्रिक एसिड बनाने के लिए कृषि-औद्योगिक कचरे का उपयोग करना तकनीकी रूप से संभव है और इसे विशिष्ट मामलों में अच्छी तरह से काम करते हुए प्रदर्शित किया जा चुका है। कसावा के छिलके, मक्के के डंठल और कच्चे ग्लिसरॉल जैसी सामग्रियों ने पारंपरिक चीनी स्रोतों के तुलनीय मात्रा में एसिड का उत्पादन करने की क्षमता दिखाई है। हालांकि, ऐसी परियोजना की सफलता किसी "परफेक्ट" कचरे को खोजने पर निर्भर नहीं करती है। यह प्रक्रिया चरों (process variables) में महारत हासिल करने पर निर्भर करती है: कचरे का उपचार कैसे किया जाता है, कौन से पोषक तत्व जोड़े जाते हैं, और किस सूक्ष्मजीव का चयन किया जाता है। जब तक शोधकर्ता अपने तरीकों को एक मानकीकृत तरीके से रिपोर्ट करना शुरू नहीं करते और इन प्रणालियों को बड़े, वास्तविक दुनिया के परिवेश में परीक्षण करने के लिए प्रयोगशाला से आगे नहीं बढ़ते, तब तक कचरे को एक मूल्यवान रसायन में बदलने की पूर्ण क्षमता बस पहुंच से बाहर रहेगी। आगे का रास्ता स्पष्ट है: सामग्रियां तैयार हैं, लेकिन औद्योगिक प्रक्रियाओं को तालमेल बिठाने की आवश्यकता है।
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