Biopolyester Production Using Fruit Wastes as a Substrate by Soil Bacteria
यह अध्ययन मिट्टी के जीवाणु *Bacillus* sp. MS-7 को सेब के छिलकों को उपस्तर (substrate) के रूप में उपयोग करके पॉलीहाइड्रॉक्सीब्यूटायरेट (PHB) का एक कुशल उत्पादक के रूप में पहचानता है, साथ ही एक नवीन, पर्यावरण के अनुकूल सोनिकेशन-सहायता प्राप्त निष्कर्षण विधि को मान्य करता है और जैवसंश्लेषक गुण की गुणसूत्र वंशानुक्रम (chromosomal inheritance) की पुष्टि करता है।
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हर दिन, हम खाद्य पैकेजिंग से लेकर चिकित्सा उपकरणों तक सब कुछ के लिए प्लास्टिक पर निर्भर रहते हैं, फिर भी ये सामग्रियाँ एक भारी पर्यावरणीय लागत वहन करती हैं। क्योंकि ये जीवाश्म ईंधन से बनी होती हैं और आसानी से नष्ट नहीं होती हैं, इसलिए ये सदियों तक लैंडफिल और महासागरों में जमा होती रहती हैं, जिससे वन्यजीवों और पारिस्थितिक तंत्रों को नुकसान पहुँचता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से बायोप्लास्टिक्स के रूप में एक समाधान खोजा है, विशेष रूप से पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्केनोएट्स (polyhydroxyalkanoates) नामक सामग्रियों के एक परिवार के रूप में। ये प्राकृतिक प्लास्टिक हैं जो बैक्टीरिया द्वारा ऊर्जा संग्रहीत करने के तरीके के रूप में उत्पादित होते हैं जब भोजन की कमी होती है। अपने सिंथेटिक समकक्षों के विपरीत, ये बायोपॉलिमर पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल (जैव-अपघटनीय) हैं, जिसका अर्थ है कि वे हानिरहित पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में पृथ्वी पर वापस लौट सकते हैं। हालाँकि, उन्हें बनाना पारंपरिक रूप से महंगा रहा है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि बैक्टीरिया को बढ़ने के लिए शुद्ध, महंगी शर्करा की आवश्यकता होती है, और कोशिकाओं से प्लास्टिक निकालने की प्रक्रिया में अक्सर जहरीले रसायनों की आवश्यकता होती है।
शहीद बेनज़ीर भुट्टो वीमेन यूनिवर्सिटी, पेशावर के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन दो समस्याओं को एक साथ हल करने का लक्ष्य रखा: बैक्टीरिया को खिलाने का एक सस्ता तरीका ढूंढना और प्लास्टिक को निकालने का एक सुरक्षित तरीका खोजना। वे उपलब्ध सबसे प्रचुर अपशिष्ट धारा की ओर मुड़े: फलों के छिलके। मिट्टी के बैक्टीरिया के लिए भोजन के रूप में सेब, संतरे और केले के छोड़े गए छिलकों का उपयोग करके, उन्होंने एक टिकाऊ चक्र बनाने का लक्ष्य रखा जहाँ कचरा एक मूल्यवान संसाधन बन जाता है। शोधकर्ताओं ने मिट्टी को फल के कचरे और पानी के मिश्रण से समृद्ध करके शुरुआत की, जो उन बैक्टीरिया के विकास को प्रोत्साहित करने के लिए डिज़ाइन की गई प्रक्रिया थी जो स्वाभाविक रूप से इन बायोपॉलिमर का उत्पादन करते हैं। दो सप्ताह के बाद, उन्होंने नमूने एकत्र किए और बारह अलग-अलग बैक्टीरियल स्ट्रेन (strains) को अलग किया। सरल डाई परीक्षणों का उपयोग करके, जो कोशिकाओं के भीतर प्लास्टिक के कणों से जुड़ने पर विशिष्ट रंग बदलते हैं, उन्होंने बायोपॉलिएस्टर उत्पन्न करने में सक्षम सात स्ट्रेन की पहचान की।
इन सात में से, दो स्ट्रेन दक्षता के मामले में सबसे आगे रहे। शोधकर्ताओं ने इन बैक्टीरिया को तरल कल्चर में उगाया, पहले एक आधार रेखा स्थापित करने के लिए शुद्ध ग्लूकोज का उपयोग किया, और फिर एकमात्र खाद्य स्रोत के रूप में फलों के छिलकों का उपयोग किया। परिणामों ने दिखाया कि बैक्टीरिया कचरे की सामग्रियों पर पनपते हैं। सेब के छिलके सबसे प्रभावी सब्सट्रेट साबित हुए, उसके बाद संतरे और केले के छिलके आए। एक विशिष्ट स्ट्रेन, जिसे MS-7 लेबल किया गया था, ने उल्लेखनीय प्रदर्शन किया, जिसने एक जाने-माने प्रयोगशाला नियंत्रण स्ट्रेन के लगभग समान मात्रा में बायोपॉलिएस्टर का उत्पादन किया। यह निष्कर्ष बताता है कि उच्च-मूल्य वाले बायोप्लास्टिक का निर्माण कम लागत वाले, स्थानीय रूप से उपलब्ध कृषि अपशिष्ट का उपयोग करके किया जा सकता है, जिससे उत्पादन के लिए वित्तीय बाधा काफी कम हो जाती है।
प्रक्रिया को वास्तव में टिकाऊ बनाने के लिए, टीम ने निष्कर्षण चरण (extraction phase) पर भी काम किया। पारंपरिक रूप से, वैज्ञानिक क्लोरोफॉर्म का उपयोग करते हैं, जो एक खतरनाक विलायक (solvent) है, ताकि बैक्टीरियल कोशिकाओं को घोलकर प्लास्टिक को मुक्त किया जा सके। शोधकर्ताओं ने एक सौम्य विकल्प विकसित किया जिसमें एथिलीन कार्बोनेट नामक कम विषैले विलायक और सोनिकेशन (sonication) नामक तकनीक का संयोजन किया गया, जो कोशिकाओं को तोड़ने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है। इस नई विधि ने पारंपरिक जहरीले दृष्टिकोण के समान परिणाम दिए, जिससे यह सिद्ध हुआ कि खतरनाक रसायनों पर निर्भर हुए बिना इन सामग्रियों को प्राप्त करना संभव है। आगे के विश्लेषण ने पुष्टि की कि उत्पादित प्लास्टिक पॉलीहाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट (polyhydroxybutyrate) था, जो बायोपॉलिएस्टर का एक सामान्य प्रकार है, और कि इसे बनाने की क्षमता बैक्टीरिया के मुख्य आनुवंशिक पदार्थ में निहित थी, न कि छोटे, हस्तांतरणीय जेनेटिक लूप्स पर। यह आनुवंशिक स्थिरता औद्योगिक उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सुनिश्चित करती है कि बैक्टीरिया कई पीढ़ियों तक लगातार प्लास्टिक का उत्पादन करेंगे।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि फलों का कचरा केवल कूड़ा नहीं है बल्कि बायोडेग्रैडेबल प्लास्टिक बनाने के लिए एक व्यवहार्य फीडस्टॉक है। सेब और संतरे के छिलकों को बायोपॉलिएस्टर में बदलने वाले एक मजबूत मिट्टी के बैक्टीरिया की पहचान करके, और अंतिम उत्पाद को निकालने के लिए एक सुरक्षित विधि को परिष्कृत करके, शोधकर्ताओं ने एक अधिक चक्रीय अर्थव्यवस्था (circular economy) की दिशा में मार्ग प्रशस्त किया है। यह दृष्टिकोण प्लास्टिक प्रदूषण और खाद्य अपशिष्ट प्रबंधन के दोहरे चुनौतियों को संबोधित करता है, जो एक ऐसा व्यावहारिक मॉडल प्रदान करता है जहाँ पर्यावरणीय समस्याओं को एक प्रकार के कचरे को दूसरे के समाधान में बदलकर हल किया जाता है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि सही जैविक उपकरणों और प्रसंस्करण विधियों के साथ, भविष्य की सामग्रियां आज के अवशेषों से उगाई जा सकती हैं।
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