Xylo-oligosaccharide oriented biorefining of corncob through citric acid/sodium citrate buffer hydrolysis and enzymatic upgrading

मुख्य विचार: मक्के के भुट्टों को "सुपर शुगर" और निर्माण खंडों में बदलना

कल्पना कीजिए कि मक्के का भुट्टा केवल खाने के बाद बचा हुआ कचरा नहीं है, बल्कि एक पैक किए हुए लंच बॉक्स की तरह है जिसमें तीन बहुत अलग प्रकार के खाद्य पदार्थ हैं:

1. जाइलान (हेमीसेलुलोज): चीनी के अणुओं की एक जटिल, उलझी हुई श्रृंखला। शोधकर्ता इसे छोटी, स्वस्थ श्रृंखलाओं में काटना चाहते हैं जिन्हें जाइलो-ओलिगोसेकेराइड्स (XOS) कहा जाता है। XOS को "प्रीबायोटिक स्नैक्स" के रूप में सोचें जो आपके पेट (gut) के लिए अच्छे होते हैं।
2. ग्लूकन (सेलुलोज): मजबूत, लंबी श्रृंखलाएं जो भुट्टे की संरचना बनाती हैं। लक्ष्य इसे सरल ग्लूकोज (ऊर्जा) में बदलना है।
3. लिग्निन: वह सख्त, लकड़ी जैसा गोंद जो सब कुछ एक साथ जोड़कर रखता है।

समस्या:
आमतौर पर, जब आप एसिड (जैसे नींबू निचोड़ना) का उपयोग करके इन श्रृंखलाओं को तोड़ने की कोशिश करते हैं, तो यह अखरोट को फोड़ने के लिए हथौड़े का उपयोग करने जैसा होता है। या तो आप श्रृंखलाओं को पर्याप्त रूप से नहीं तोड़ पाते, या आप उन्हें बहुत अधिक तोड़ देते हैं, जिससे मूल्यवान छोटी श्रृंखलाएं (XOS) बेकार के ढेर (सरल शर्करा या बुरे उप-उत्पादों) में बदल जाती हैं।

समाधान:
नॉर्थवेस्ट A&F यूनिवर्सिटी और नानजिंग फॉरेस्ट्री यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने साइट्रिक एसिड/सोडियम साइट्रेट बफर का उपयोग करके एक "सौम्य लेकिन प्रभावी" रेसिपी विकसित की है।

रेसिपी: एसिड के लिए एक "थर्मोस्टेट"

सामान्य एसिड हाइड्रोलिसिस को एक ऐसी आग की तरह समझें जो बढ़ती रहती है और जिसे नियंत्रित करना कठिन होता जा रहा है। यदि आप इसे बहुत देर तक छोड़ देते हैं, तो यह भोजन को जला देती है।

शोधकर्ताओं ने एक बफर सिस्टम (साइट्रिक एसिड और सोडियम साइट्रेट का मिश्रण) का उपयोग किया। आप इस बफर को एक थर्मोस्टेट या शॉक एब्जॉर्बर के रूप में देख सकते हैं।

• बफर के बिना: एसिड बहुत आक्रामक होता है। यह लंबी श्रृंखलाओं को तो तोड़ता है लेकिन तुरंत उन्हें छोटे, अवांछित टुकड़ों (जाइलोस) में तोड़ देता है और "जले हुए" उप-उत्पाद (फुरफुरल) भी बना देता है।
• बफर के साथ: यह सिस्टम अम्लता (acidity) को स्थिर रखता है। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे किसी ऐसे शेफ के पास होना जो जानता है कि काटने का काम कब रोकना है। यह लंबी श्रृंखलाओं को एकदम सही "स्नैक-साइज" के टुकड़ों (XOS) में तोड़ता है और वहीं रुक जाता है, जिससे उन्हें नष्ट होने से बचाया जा सके।

प्रक्रिया: एक तीन-चरणीय असेंबली लाइन

पेपर मक्के के भुट्टे का अधिकतम लाभ उठाने के लिए एक तीन-चरणीय प्रक्रिया का वर्णन करता है:

चरण 1: "सौम्य" टूटना (बफर बाथ)
उन्होंने मक्के के भुट्टे को उच्च ताप (170°C) पर एक घंटे के लिए साइट्रिक एसिड/सोडियम साइट्रेट "थर्मोस्टेट" बाथ में भिगोया।

• परिणाम: इस चरण ने एक चयनात्मक फिल्टर (selective filter) की तरह काम किया। इसने "उलझी हुई श्रृंखलाओं" (जाइलान) को तरल में घोल दिया, जिससे वे मुख्य रूप से वांछित XOS स्नैक्स में बदल गईं। महत्वपूर्ण बात यह है कि इसने "मजबूत संरचना" (सेलुलोज/ग्लूकन) को भुट्टे के ठोस हिस्से में लगभग बरकरार रखा।
• जीत: उन्हें 50.5% XOS यील्ड मिली। यह एसिड के अकेले उपयोग की तुलना में बहुत बेहतर है, जिससे केवल 44% ही प्राप्त हुआ था और अधिक कचरा पैदा हुआ था।

चरण 2: "फाइन-ट्यूनिंग" (एंजाइमेटिक अपग्रेडिंग)
चरण 1 के तरल में अभी भी कुछ थोड़ी लंबी श्रृंखलाएं बची हुई थीं। शोधकर्ताओं ने एक विशेष एंजाइम (एंडोक्सिलनेज़) मिलाया, जो एक विशेष कैंची की तरह काम करता है।

• परिणाम: इन कैंचियों ने शेष लंबी श्रृंखलाओं को एकदम सही स्नैक साइज (मुख्य रूप से जाइलोबायोस और जाइलोट्रायोस) में काट दिया।
• जीत: इसने बिना अधिक कचरा बनाए XOS की यील्ड को बढ़ाकर 60.2% कर दिया।

चरण 3: "ऊर्जा रिलीज" (सेलुलोज का टूटना)
अब, चरण 1 से बचे हुए ठोस भुट्टे को देखें। चूंकि "उलझी हुई श्रृंखलाएं" हटा दी गई हैं, इसलिए "मजबूत संरचना" (सेलुलोज) अब सुलभ और आसान है।

• परिणाम: उन्होंने इस ठोस में एक अन्य एंजाइम (सेल्युलेस) मिलाया। इसने सेलुलोज को आसानी से ग्लूकोज (ऊर्जा के लिए चीनी) में बदल दिया।
• जीत: उन्होंने 89. easily 89.5% ग्लूकोज यील्ड हासिल की। इसके विपरीत, यदि वे कच्चे, अनुपचारित मक्के के भुट्टे पर यह प्रयास करते, तो एंजाइम कठोर बाहरी परतों के पार नहीं जा पाते और यील्ड बहुत कम होती।

चरण 4: बचा हुआ हिस्सा (लिग्निन)
सभी शर्कराओं को निकालने के बाद, क्या बचा? एक ठोस अवशेष जो अब 61.7% लिग्निन है।

• परिणाम: यह "लकड़ी के गोंद" का एक बहुत ही शुद्ध, केंद्रित रूप है। पेपर सुझाव देता है कि इसका उपयोग बाद में फेनोलिक रेजिन या कार्बन सामग्री जैसी चीजें बनाने के लिए किया जा सकता है, हालांकि अध्ययन मुख्य रूप से चीनी उत्पादन पर केंद्रित था।

अंतिम स्कोरकार्ड (मास बैलेंस)

यदि आप 1,000 ग्राम (2.2 पाउंड) कच्चे मक्के के भुट्टे से शुरू करते हैं, तो यह प्रक्रिया तैयार करती है:

• 185.4 ग्राम स्वस्थ XOS स्नैक्स।
• 329.2 ग्राम ग्लूकोज (ऊर्जा चीनी)।
• लिग्निन (लकड़ी का गोंद) से भरपूर एक शेष ठोस ढेर।

यह क्यों मायने रखता है (पेपर के अनुसार)

पेपर का दावा है कि यह तरीका "विन-विन-विन" (win-win-win) है:

1. चयनात्मकता (Selectivity): यह अकेले एसिड का उपयोग करने की तुलना में अधिक अच्छी चीजें (XOS) बनाता है और कम बुरी चीजें (कचरा/उप-उत्पाद) बनाता है।
2. दक्षता (Efficiency): यह ठोस भुट्टे को इतनी अच्छी तरह से तैयार करता है कि अगला चरण (ग्लूकोज बनाना) अविश्वसनीय रूप से आसान और कुशल हो जाता है।
3. पूर्ण उपयोग (Full Utilization): यह मक्के के कचरे को जलाने या फेंकने के बजाय उसे तीन अलग-अलग, मूल्यवान भागों में विभाजित करता है।

सीमाएं:
लेखकों ने स्वीकार किया है कि हालांकि उन्होंने बहुत अच्छा काम किया, फिर भी उच्च ताप के तहत उन्होंने कुछ अनचाहे उप-उत्पाद (जैसे फुरफुरल) बनाए, और उन्होंने यह पूरी तरह से परीक्षण नहीं किया कि रसायनों को कैसे पुनर्चक्रित किया जाए या अंतिम उत्पादों को बिक्री के लिए कैसे अलग किया जाए। लेकिन एक प्रूफ-ऑफ-कांसेप्ट के रूप में, यह मक्के के कचरे को मूल्यवान संसाधनों में बदलने का एक बहुत ही आशाजनक तरीका दिखाता है।