Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि 10% कुल ठोस पदार्थों वाले WPI/GA/MD प्रोटीन-पॉलीसैकराइड मिश्रण का उपयोग करके डबल-एमल्शन स्प्रे ड्राइंग के माध्यम से *L. acidophilus* और *L. plantarum* को माइक्रोएनकैप्सुलेट करना प्रोबायोटिक व्यवहार्यता और समुद्री जल स्थिरता को छह महीने तक प्रभावी रूप से संरक्षित करता है, जो झींगा कृषि में एंटीबायोटिक दवाओं के एक मजबूत, टिकाऊ विकल्प के रूप में कार्य करता है।
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झींगा पालन की दुनिया में, झींगे के जीवन के शुरुआती दिन अत्यधिक संवेदनशीलता का समय होते हैं। लार्वा सूक्ष्म, फिल्टर करने वाले जीव होते हैं जो पानी के स्तंभ में तैरते हैं, और जीवित रहने तथा बढ़ने के लिए सूक्ष्म भोजन पर निर्भर रहते हैं। दशकों से, किसानों ने इन नाजुक जीवों को स्वस्थ रखने के लिए एंटीबायोटिक्स का उपयोग किया है, लेकिन इन दवाओं के अत्यधिक उपयोग से प्रतिरोधी बैक्टीरिया और पर्यावरणीय क्षति हुई है। वैज्ञानिकों की एक बढ़ती संख्या एक प्राकृतिक विकल्प की तलाश कर रही है: प्रोबायोटिक्स। ये लाभकारी बैक्टीरिया हैं जिन्हें जब झींगों को खिलाया जाता है, तो वे उनके प्रतिरक्षा तंत्र को मजबूत कर सकते हैं और हानिकारक रोगजनकों (pathogens) से लड़ सकते हैं। हालाँकि, इसमें एक पेंच है। प्रोबायोटिक्स के रूप में उपयोग किए जाने वाले बैक्टीरिया नाजुक होते हैं। वे हवा में मौजूद ऑक्सीजन, प्रसंस्करण की गर्मी और समुद्री जल के खारेपन से आसानी से मर जाते हैं। उपयोगी होने के लिए, इन जीवित कोशिकाओं को सुरक्षित रखना, पैक करना और ठीक उसी समय और स्थान पर पहुँचाना आवश्यक है जहाँ झींगों को उनकी आवश्यकता होती है।
इस चुनौती ने मैक्सिको में शोधकर्ताओं की एक टीम को इन संवेदनशील बैक्टीरिया को सूक्ष्म सुरक्षात्मक आवरणों के भीतर छिपाने की विधि खोजने के लिए प्रेरित किया। उनका लक्ष्य एक ऐसा खाद्य स्रोत बनाना था जो समुद्री जल में इतने लंबे समय तक तैरता रहे कि झींगा लार्वा इसे ढूंढ सके, धीरे-धीरे घुल सके ताकि बैक्टीरिया को मुक्त कर सके, और मिश्रण को सूखे पाउडर में बदलने की कठिन प्रक्रिया के दौरान भी बैक्टीरिया को जीवित रख सके। शोधकर्ताओं ने 'डबल इमल्शन' नामक एक विशिष्ट तकनीक पर ध्यान केंद्रित किया, जो 'वॉटर-इन-ऑयल-इन-वॉटर' (पानी-में-तेल-में-पानी) सैंडविच की तरह काम करती है। कल्पना कीजिए कि बैक्टीरिया वाला पानी का एक छोटा सा قط्रा, तेल की एक परत से घिरा हुआ है, जो फिर पानी के एक बड़े पिंड में निलंबित है। यह संरचना बैक्टीरिया को बाहरी दुनिया से बचाती है। इस संरचना को पर्याप्त मजबूत बनाने के लिए, टीम ने बूंदों के चारों ओर एक सुरक्षात्मक दीवार बनाने हेतु प्रोटीन और पौधों पर आधारित शर्करा (plant-based sugars) को मिलाया। उन्होंने विभिन्न सामग्रियों के संयोजन का परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा संयोजन सबसे स्थिर और प्रभावी कवच बनाता है।
टीम ने दीवार बनाने वाली सामग्रियों के तीन अलग-अलग मिश्रणों के साथ प्रयोग किया। एक मिश्रण में व्हे प्रोटीन (whey protein), जो एक सामान्य डेयरी प्रोटीन है, को दो प्रकार के प्लांट गम्स (plant gums) के साथ मिलाया गया। दूसरे में व्हे प्रोटीन को गम्स के एक अलग सेट और माल्टोडेक्सट्रिन (maltodextrin) नामक स्टार्च जैसे पदार्थ के साथ उपयोग किया गया। तीसरे में केवल व्हे प्रोटीन और माल्टोडेक्सट्रिन पर भरोसा किया गया। उन्होंने इन मिश्रणों को कम से उच्च ठोस सामग्री की सीमा में विभिन्न सांद्रता (concentrations) पर बनाया, और फिर उन्हें 'स्प्रे-ड्राइंग' प्रक्रिया के अधीन किया। इस चरण में तरल मिश्रण को गर्म हवा की एक धारा में स्प्रे करके पानी को तुरंत हटा दिया जाता है जिससे एक महीन पाउडर बन जाता है। यह बैक्टीरिया के लिए एक महत्वपूर्ण क्षण है, क्योंकि गर्मी और तीव्र सुखाने की प्रक्रिया उन्हें आसानी से मार सकती है। शोधकर्ताओं को एक ऐसा नुस्खा खोजने की आवश्यकता थी जो बैक्टीरिया को इस कठिन दौर से जीवित निकलने दे और साथ ही ऐसे कण भी बनाए जो नन्हे झींगा लार्वा द्वारा खाए जाने के लिए पर्याप्त छोटे हों।
पाउडर बनाने के बाद, वैज्ञानिकों ने कृत्रिम समुद्री जल में उनका परीक्षण किया। उन्होंने मापा कि कण कितने समय तक तैरते रहे और वे कितनी तेजी से घुले। परिणामों से पता चला कि दीवार की सामग्री की संरचना का बहुत अधिक महत्व है। एक विशिष्ट मिश्रण, जो व्हे प्रोटीन, गम अरबी (gum arabic) और माल्टोडेक्सट्रिन से बना था और जिसमें ठोस पदार्थों की उच्च सांद्रता थी, स्पष्ट विजेता साबित हुआ। इस नुस्खे से बने माइक्रोकैप्सूल बहुत धीरे-धीरे घुले, और चार घंटे के बाद भी उन्होंने अपने द्रव्यमान का पांच प्रतिशत से कम नुकसान किया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे 1,000 मिनट तक तैरते रहे, जो झींगा लार्वा के लिए विशिष्ट फीडिंग विंडो (भोजन के समय) से कहीं अधिक लंबा है। इसका मतलब था कि प्रोबायोटिक भोजन पानी के स्तंभ में उपलब्ध रहेगा, और नीचे बैठने के बजाय झींगों के खाने के लिए प्रतीक्षा करेगा, जहाँ लार्वा तक उसकी पहुँच नहीं हो पाती। इसके विपरीत, अन्य मिश्रण बहुत तेज़ी से घुल गए या तैरने में विफल रहे।
शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि तरल से पाउडर बनने के सफर में कितने बैक्टीरिया जीवित रहे। हालांकि स्प्रे ड्रायर की गर्मी ने बैक्टीरिया की एक बड़ी संख्या को मार दिया, लेकिन सबसे अच्छे फॉर्मूलेशन में मूल आबादी का लगभग एक-तिहाई हिस्सा जीवित रहा। इस प्रकार की प्रक्रिया के लिए यह उत्तरजीविता दर (survival rate) सफल मानी जाती है। गणना को सटीक बनाने के लिए, टीम ने दो अलग-अलग विधियों का उपयोग किया: प्लेट पर बैक्टीरिया उगाने की एक पारंपरिक तकनीक और एक आधुनिक विधि जिसमें एक विशेष प्रकाश का उपयोग किया जाता है जो जीवित कोशिकाओं से टकराने पर चमकता है। दोनों विधियों के परिणाम लगभग पूरी तरह से समान थे, जिससे पुष्टि हुई कि बैक्टीरिया वास्तव में जीवित और स्वस्थ थे। एक ठंडे वातावरण में छह महीने तक संग्रहीत करने पर, सर्वोत्तम फॉर्मूलेशन ने जीवित बैक्टीरिया की एक उच्च संख्या बनाए रखी, जो प्रभावी होने के लिए आवश्यक स्तर से काफी ऊपर थी।
भविष्य को देखने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, टीम ने अनुमान लगाया कि ये उच्च गुणवत्ता वाले फॉर्मूलेशन संभवतः परीक्षण किए गए छह महीने के निशान से भी आगे तक प्रभावी रहेंगे। हालांकि, वे सावधानी बरतते हुए यह भी नोट करते हैं कि यह डेटा पर आधारित एक अनुमान है, और वास्तविक परीक्षण तब होगा जब इन पाउडरों को जीवित झींगों को खिलाया जाएगा। इस अध्ययन में अभी तक झींगों को खिलाना शामिल नहीं था; इसके बजाय, यह पूरी तरह से भौतिक कवच को पूर्ण करने और यह सिद्ध करने पर केंद्रित था कि बैक्टीरिया प्रयोगशाला से टैंक तक के सफर में जीवित रह सकते हैं। विशिष्ट सामग्रियों के संयोजन की पहचान करके, जो सर्वोत्तम सुरक्षा, उत्प्लावकता (buoyancy) और उत्तरजीविता प्रदान करता है, शोधकर्ताओं ने अगले चरण के लिए एक ठोस आधार तैयार किया है। उन्होंने झींगों को खिलाने के लिए एक टिकाऊ, एंटीबायोटिक-मुक्त तरीके के लिए एक उम्मीदवार बनाया है, जो नाजुक बैक्टीरिया को पानी में अपना काम करने के लिए तैयार होने तक सुरक्षित रखता है।
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