पेट्रोलियम मुक्त प्लास्टिक बनाने वाले बैक्टीरिया: PET को पार करने की संभावना दिखाने वाला PDCA क्या है

"मजबूत होने के बावजूद, सही तरीके से विघटित होने वाला" - प्लास्टिक से लगातार मांगी जा रही इस विरोधाभासी आवश्यकता का समाधान जापान से आया है। कोबे विश्वविद्यालय की बायोइंजीनियरिंग टीम ने जैव विघटनशील प्लास्टिक प्रीकर्सर "PDCA (2,5-पाइरीडाइनडिकार्बोक्सिलिक एसिड)" को बड़ी मात्रा में इशरीशिया कोलाई के माध्यम से उत्पादन किया है और यह संभावना दिखाई है कि PDCA को शामिल करने वाले सामग्रियों के भौतिक गुण PET के बराबर या उससे बेहतर हो सकते हैं। यह खबर 2025 के 4 सितंबर को Phys.org द्वारा जारी की गई थी, और मूल शोध पत्रिका Metabolic Engineering में ऑनलाइन प्रकाशित हुआ (25 अगस्त)। Phys.orgPubMed

क्यों "PDCA" - PET की चुनौती और नाइट्रोजन युक्त संरचना

PET (पॉलीएथिलीन टेरेफ्थेलेट) हल्का, मजबूत, पारदर्शी और आकार देने में आसान है। "आदर्श" होने के कारण, यह पुनः प्राप्ति और विघटन में देरी और माइक्रोप्लास्टिक समस्या को भी शामिल करता है। PLA और PHA जैसे विकल्प मौजूद हैं, लेकिन मजबूती, गर्मी प्रतिरोध और प्रसंस्करण के कुल स्कोर में PET को पार करना आसान नहीं है।

इसलिए ध्यान आकर्षित कर रहा है पाइरीडीन रिंग वाला PDCA। इसकी संरचना में नाइट्रोजन (N) शामिल होने के कारण अणुओं के बीच पारस्परिक क्रिया की डिज़ाइन संभावनाएं बढ़ जाती हैं, और यह उच्च प्रदर्शन वाले पॉलिमर के निर्माण खंड के रूप में आकर्षक है, लेकिन जैव उत्पादन की दक्षता एक बाधा थी। कोबे विश्वविद्यालय की टीम ने इस बाधा को "कोशिका के नाइट्रोजन चयापचय को सक्रिय करने" के माध्यम से चयापचय इंजीनियरिंग में एक नई सोच के साथ चुनौती दी। Phys.orgकोबे विश्वविद्यालय

नया क्या है - "बिना उप-उत्पाद" की स्वच्छ संश्लेषण और 7 गुना से अधिक की सांद्रता

शोध पत्र के अनुसार, अनुसंधान टीम ने p-अमीनोबेंजोइक एसिड (PABA) मार्ग को आधार बनाकर, बाहरी एंजाइम AhdA और संशोधित PobA को क्रमिक रूप से संयोजित किया, और ग्लूकोज→PABA→PDCA के प्रत्यक्ष जैवसंश्लेषण की स्थापना की। परीक्षण ट्यूब में 72 घंटे में 1.84 g/L और जैव रिएक्टर में 144 घंटे में 10.6 g/L प्राप्त किया। यह पिछले रिपोर्टों से 7 गुना से अधिक की सांद्रता के बराबर है और यह वाणिज्यिक पैमाने पर किण्वन उत्पादन का पहला संकेतक है। और भी महत्वपूर्ण यह है कि अनचाहे उप-उत्पादों को उत्पन्न न करने वाला मार्ग डिज़ाइन, जो डाउनस्ट्रीम शोधन के बोझ को कम कर सकता है। PubMedकोबे विश्वविद्यालय

शोध समूह ने कहा, "नाइट्रोजन को शामिल करने वाली चयापचय प्रतिक्रिया का उपयोग कर, बिना उप-उत्पाद के लक्ष्य उत्पाद को संश्लेषित करने में सक्षम" (कोबे विश्वविद्यालय की रिलीज से) कोबे विश्वविद्यालय

"बॉस लड़ाई" पर विजय - H₂O₂ द्वारा एंजाइम निष्क्रियता

हालांकि, यह यात्रा आसान नहीं थी। एक एंजाइम ने प्रतिक्रिया के उप-प्रक्रिया में हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂) उत्पन्न किया, और उत्पन्न H₂O₂ ने एंजाइम पर हमला कर उसे निष्क्रिय कर दिया, जो एक "स्वयं-विनाश" बाधा थी। अनुसंधान टीम ने संस्कृति की स्थिति को समायोजित किया और H₂O₂ स्कैवेंजर को जोड़ा। कारखाना स्तर पर, एडिटिव की लागत और वितरण एक चुनौती है, लेकिन प्रक्रिया नियंत्रण और उत्प्रेरक सुधार के माध्यम से इसे वैकल्पिक रूप से हल किया जा सकता है। कोबे विश्वविद्यालय

"PET से बेहतर" का अर्थ - सामग्री डिज़ाइन के दृष्टिकोण से

Phys.org ने "PDCA को शामिल करने वाली सामग्री PET के बराबर या उससे बेहतर भौतिक गुण" को उजागर किया। यहां मुख्य बिंदु यह है कि "PDCA = तैयार प्लास्टिक" नहीं बल्कि "उच्च प्रदर्शन पॉलिमर के निर्माण खंड" है। सह-पॉलिमर अनुपात और एडिटिव डिज़ाइन के अनुसार कठोरता, गर्मी प्रतिरोध, और प्रभाव प्रतिरोध के इष्टतम बिंदु बदल सकते हैं, इसलिए PET बोतलों को सीधे प्रतिस्थापित करने के बजाय, फिल्म, फाइबर, इंजीनियरिंग प्लास्टिक जैसे उपयोग के आधार पर जीत की रणनीति खोजने का चरण शुरू हो गया है। Phys.org

अमल में लाने के लिए "अगली चुनौती"

1. कच्चा माल और किण्वन की लागत: 10.6 g/L एक मजबूत संकेतक है, लेकिन प्रति गैलन लागत पर निर्भर करेगा। चीनी संसाधनों की स्थिरता और सह-प्रवाह सामग्री (जैसे सेल्यूलोज शर्करा समाधान) का उपयोग भी महत्वपूर्ण है। PubMed

2. डाउनस्ट्रीम शोधन (DSP): उप-उत्पादों की कमी का लाभ उठाते हुए, निकालने और क्रिस्टलीकरण में ऊर्जा की बचत को बढ़ावा दिया जा सकता है।

3. पॉलिमराइजेशन और मोल्डिंग की संगतता: मौजूदा लाइनों (पिघलना, खींचना, इंजेक्शन, फाइबर स्पिनिंग) पर न्यूनतम संशोधन के साथ लागू किया जा सकता है।

4. विघटन परिदृश्य का मानकीकरण: किस शर्तों के तहत, कितने समय में विघटित होता है (कंपोस्टिंग, मिट्टी, समुद्री जल आदि) को अंतरराष्ट्रीय मानकों के अनुसार सत्यापित करना।

5. LCA/PCF: **जीवन चक्र मूल्यांकन (LCA) और उत्पाद कार्बन फुटप्रिंट (PCF)** के माध्यम से, पेट्रोलियम आधारित PET के मुकाबले CO₂ में कमी की मात्रा को मापना। यह विनियमन और प्रोत्साहन डिज़ाइन से भी संबंधित है।

कोबे विश्वविद्यालय ने कहा, **"जैव रिएक्टर में पर्याप्त मात्रा में प्राप्त करने की क्षमता दिखाते हुए, व्यावसायीकरण की दिशा में एक मार्ग दिखाई दिया"। उद्योग और अकादमिक सहयोग के माध्यम से उच्च उत्प्रेरक प्रतिरोधी एंजाइम सुधार और संस्कृति नियंत्रण** को आगे बढ़ाने से, स्कैवेंजर पर निर्भरता को कम किया जा सकता है। कोबे विश्वविद्यालय

मौजूदा जैव प्लास्टिक के साथ स्थिति

• PLA/PHA: जैव विघटनशीलता में अग्रणी हैं, लेकिन गर्मी और प्रभाव प्रतिरोध के मामले में अक्सर उपयोग सीमित होता है।

• PDCA आधारित: नाइट्रोजन युक्त सुगंधित संरचना का उपयोग कर, उच्च कठोरता और गर्मी प्रतिरोध में मजबूती दिखाने की डिज़ाइन संभावनाएं हैं। कोबे विश्वविद्यालय ने 2024 में **"उच्च गुणवत्ता वाले ग्रीन प्लास्टिक के माइक्रोबियल फैक्ट्री" की घोषणा की थी, और निरंतर प्रक्रिया और सामग्री डिज़ाइन के विकल्प** को बढ़ाया है। कोबे विश्वविद्यालय