Influence of Drying Techniques and Encapsulation Materials on the Antibacterial Activity of Lactiplantibacillus plantarum Cell-Free Supernatants
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि विभिन्न खाद्यजनित रोगजनकों के विरुद्ध *Lactiplantibacillus plantarum* सेल-फ्री सुपरनेटेंट्स की जीवाणुरोधी प्रभावकारिता सुखाने की विधि और एनकैप्सुलेशन सामग्री से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होती है, जिसमें सोडियम केसिनेट के साथ फ्रीज-ड्राइंग उच्चतम जैव-सक्रियता प्रदान करती है और माल्टोडिस्ट्रिन के साथ स्प्रे-ड्राइंग विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अधिक अनुकूल सिद्ध होती है।
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खाद्य सुरक्षा एक निरंतर संघर्ष है, जो वैश्विक जनसंख्या के बढ़ने और पर्यावरण के बदलने के साथ और अधिक जटिल होता जा रहा है। दशकों से, खाद्य उद्योग खराब होने को रोकने और हानिकारक कीटाणुओं को मारने के लिए रासायनिक परिरक्षकों (preservatives) पर निर्भर रहा है, लेकिन उपभोक्ता तेजी से प्राकृतिक विकल्पों की तलाश कर रहे हैं। प्रकृति पहले से ही लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया के रूप में एक शक्तिशाली रक्षा प्रदान करती है, जो दही और सॉरक्राट (sauerkraut) जैसे किण्वित खाद्य पदार्थों में पाए जाने वाले मित्र बैक्टीरिया का एक समूह है। ये बैक्टीरिया न केवल भोजन को चटपटा बनाते हैं; वे प्राकृतिक रसायनों का एक मिश्रण भी उत्पन्न करते हैं जो खतरनाक रोगजनकों (pathogens) को बढ़ने से रोक सकते हैं। हालांकि, ये लाभकारी रसायन नाजुक होते हैं। वे गर्मी, प्रकाश या ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर टूट सकते हैं, जिससे उन्हें व्यावहारिक और लंबे समय तक सुरक्षित रखने योग्य तरीके से उपयोग करना कठिन हो जाता है। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने 'एनकैप्सलेशन' (encapsulation) नामक एक तकनीक का सहारा लिया है, जिसमें इन नाजुक पदार्थों को एक सुरक्षात्मक खोल में लपेटा जाता है, ठीक वैसे ही जैसे एक बीज को एक कठोर आवरण द्वारा संरक्षित किया जाता है। चुनौती सही सुरक्षात्मक सामग्री (shell material) खोजने और सक्रिय घटकों को नष्ट किए बिना मिश्रण को सुखाने की सही विधि खोजने में निहित है।
एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने लैक्टिप्लांटिबैसिलस प्लांटारम (Lactiplantibacillus plantarum) नामक बैक्टीरिया के एक विशिष्ट स्ट्रेन की जीवाणुरोधी शक्ति को संरक्षित करने का सबसे अच्छा तरीका खोजने का प्रयास किया। यह सूक्ष्मजीव एक तरल बनाने के लिए प्रसिद्ध है, जिसे 'सेल-फ्री सुपरनेटेंट' (cell-free supernatant) कहा जाता है, जो सड़ने और बीमारी फैलाने वाले बैक्टीरिया से लड़ने वाले यौगिकों से समृद्ध है। टीम यह जानना चाहती थी कि दो अलग-अलग सुखाने की विधियाँ—स्प्रे ड्राइंग (spray drying), जो पानी को जल्दी से वाष्पित करने के लिए गर्म हवा का उपयोग करती है, और फ्रीज-ड्राइंग (freeze-drying), जो बर्फ को सीधे वाष्प में बदलकर पानी निकालती है—तरल की कीटाणुओं को मारने की क्षमता को कैसे प्रभावित करेंगी। उन्होंने दो अलग-अलग सुरक्षात्मक कोटिंग्स का भी परीक्षण किया: माल्टोडेक्सट्रिन (maltodextrin), जो स्टार्च से बना एक पाउडर है, और सोडियम केसिनेट (sodium caseinate), जो दूध से प्राप्त एक प्रोटीन है। लक्ष्य यह देखना था कि कौन सा संयोजन जीवाणुरोधी गुणों को सबसे मजबूत बनाए रखता है, विशेष रूप से उन बैक्टीरिया के विरुद्ध जो मछली को खराब करते हैं और मनुष्यों में खाद्य जनित बीमारियों का कारण बनते हैं।
शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया के कच्चे तरल की रासायनिक संरचना का विश्लेषण करके शुरुआत की। उन्होंने पाया कि इसमें सोलह अलग-अलग घटक शामिल थे, जिनमें कार्बनिक अम्ल, फिनोल और हाइड्रोकार्बन शामिल हैं, जो ये बैक्टीरिया हमलावरों से लड़ने के लिए हथियार के रूप में उपयोग करते हैं। इनमें सबसे प्रचुर मात्रा में एक प्रकार का फिनोल और एसिटिक एसिड था, वही यौगिक जो सिरके को उसकी तीखी गंध देता है। तरल की ताकत का परीक्षण करने के लिए, टीम ने सात अलग-अलग संस्करण बनाए। कुछ को कच्चे तरल के रूप में छोड़ दिया गया, जबकि अन्य को या तो स्प्रे ड्राइंग या फ्रीज-ड्राइंग का उपयोग करके सुखाया गया। सूखे नमूनों को या तो माल्टोडेक्सट्रिन या सोडियम केसिनेट के साथ कोट किया गया था। उन्होंने स्टैफिलोकोकस ऑरियस (Staphylococcus aureus), जो फूड पॉइजनिंग का एक सामान्य कारण है, और मछली को सड़ाने वाले कई प्रकार के बैक्टीरिया, जैसे कि विब्रियो वल्निफिकस (Vibrio vulnificus) और फोटोबैक्टीरियम डैमेसी (Photobacterium damselae) के विरुद्ध परीक्षण किया।
परिणामों ने बैक्टीरिया की शक्ति को संरक्षित करने की लड़ाई में एक स्पष्ट विजेता का खुलासा किया। जो नमूने फ्रीज-ड्राइड थे और जिन्हें सोडियम केसिनेट के साथ कोट किया गया था, वे बैक्टीरिया के विकास को रोकने में सबसे प्रभावी सिद्ध हुए। स्टैफिलोकोकस ऑरियस के साथ रखे जाने पर, इस विशिष्ट मिश्रण ने अवरोध क्षेत्र (zone of inhibition) बनाया, जो एक ऐसा क्षेत्र है जहाँ बैक्टीरिया बढ़ नहीं सकते, और इसकी माप 23.67 मिलीमीटर थी। यह कच्चे, बिना सुखाए गए तरल के लगभग उतना ही प्रभावी था, जिसने 24.64 मिलीमीटर का क्षेत्र बनाया था। इसके विपरीत, स्प्रे ड्राइंग से सुखाए गए नमूने आम तौर पर खराब प्रदर्शन करते थे, विशेष रूप से जब उन्हें माल्टोडेक्सट्रिन के साथ कोट किया गया था। उदाहरण के लिए, बिना किसी कोटिंग के स्प्रे-ड्राइड संस्करण को मछली को सड़ाने वाले बैक्टीरिया को रोकने में संघर्ष करना पड़ा, जिससे अवरोध क्षेत्र केवल 11.50 मिलीमीटर जितना छोटा रह गया। अध्ययन बताता है कि फ्रीज-ड्राइंग की सौम्य प्रकृति, मिल्क प्रोटीन के सुरक्षात्मक गुणों के साथ मिलकर, नाजुक जीवाणुरोधी यौगिकों को अक्षुण्ण रखने में मदद करती है।
शोधकर्ताओं ने यह भी मापा कि बैक्टीरिया के बढ़ने को रोकने या उन्हें पूरी तरह से मारने के लिए इस पदार्थ की कितनी मात्रा आवश्यक थी। उन्होंने पाया कि फ्रीज-ड्राइड, प्रोटीन-कोटेड नमूनों को प्रभावी होने के लिए सबसे कम मात्रा की आवश्यकता थी। मछली को सड़ाने वाले बैक्टीरिया फोटोबैक्टीरियम डैमेसी के विरुद्ध, यह विशिष्ट मिश्रण 12.5 मिलीग्राम प्रति मिलीलीटर जैसी कम सांद्रता पर भी विकास को रोक सकता था। मानव रोगजनक स्टैफिलोकोकस ऑरियस के लिए, उसी मिश्रण को 100 मिलीग्राम प्रति मिलीलीटर की सांद्रता पर बैक्टीरिया को मारने के लिए आवश्यक था। तुलना में, स्प्रे-ड्राइड नमूनों को समान परिणाम प्राप्त करने के लिए अक्सर बहुत उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती थी, और कुछ मामलों में, उच्चतम सांद्रता पर भी बैक्टीरिया को मारा नहीं जा सका। अध्ययन इंगित करता है कि हालांकि औद्योगिक उपयोग के लिए स्प्रे ड्राइंग सस्ता और तेज़ है, लेकिन यह सक्रिय यौगिकों को फ्रीज-ड्राइंग की तुलना में अधिक नुकसान पहुँचा सकता है, जब तक कि सही कोटिंग का उपयोग न किया जाए।
सूखे पाउडर की भौतिक संरचना के सूक्ष्म अवलोकन ने और भी सुराग दिए। एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखने पर, स्प्रे-ड्राइड कण छोटे गोलों के रूप में दिखाई दिए, जिनमें से कुछ झुर्रीदार थे या गुच्छों में चिपके हुए थे। हालाँकि, फ्रीज-ड्राइड नमूने अलग दिखे; माल्टोडेक्सट्रिन के साथ कोट किए गए नमूने चिकनी, जुड़ी हुई परतों की तरह थे, जबकि प्रोटीन-कोटेड वाले चपटे और नाजुक थे। ये भौतिक अंतर संभवतः समझाते हैं कि फ्रीज-ड्राइड, प्रोटीन-कोटेड नमूने इतने अच्छी तरह से क्यों काम करते थे। प्रोटीन कोटिंग की संरचना ने स्टार्च-आधारित कोटिंग की तुलना में सुखाने की प्रक्रिया की कठोर परिस्थितियों से सक्रिय रसायनों को बेहतर ढंग से सुरक्षित रखा होगा। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जबकि दोनों सुखाने की विधियों का अपना महत्व है, कोटिंग सामग्री का चुनाव महत्वपूर्ण है। सोडियम केसिनेट, फ्रीज-ड्राइंग के लिए एक बेहतर ढाल के रूप में दिखाई देता है, जो बैक्टीरिया के तरल की जैविक गतिविधि को संरक्षित करता है, जबकि माल्टोडेक्सट्रिन एक बेहतर विकल्प हो सकता है यदि स्प्रे ड्राइंग ही एकमात्र विकल्प उपलब्ध हो। यह कार्य प्राकृतिक परिरक्षकों को विकसित करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है जो सिंथेटिक रसायनों पर निर्भर किए बिना भोजन को सुरक्षित रख सकते हैं।
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