डॉ. अमित झांबरे
Process technology : उष्णतारहित प्रकिया तंत्रज्ञानामध्ये स्पंदित विद्युत क्षेत्र, कोल्ड प्लाझ्मा हे महत्त्वाचे तंत्रज्ञान असून, आधुनिक प्रक्रिया उद्योगामध्ये त्यांनी मानाचे स्थान मिळवले आहे. या तंत्रज्ञानाविषयी अधिक माहिती घेऊ.
स्पंदित विद्युत क्षेत्र (PEF)
स्पंदित विद्युत क्षेत्रात सूक्ष्मजीव निष्क्रिय होण्याची प्रक्रिया प्रकारे होते.
(i) प्रारंभिक टप्पा (नॅनोसेकंद ते मिलिसेकंद कालावधीसह) : जेव्हा विद्युत पल्स लागू केली जाते, तेव्हा पेशींमध्ये छिद्रांची निर्मिती (इलेक्ट्रोपोरेशन) होते.
(ii) छिद्र संख्येचा उत्क्रांतीचा टप्पा (नॅनोसेकंद ते मिलीसेकंद कालावधीसह) : विद्युत उपचारादरम्यान छिद्रांची संख्या आणि त्यांच्या आकारात बदल होतो.
(iii) उपचारानंतरचा टप्पा (मिलिसेकंदांपासून तासांपर्यंतच्या कालावधीसह) : पेशीचा मृत्यू (किंवा पूर्ण निष्क्रियता) किंवा छिद्र पुन्हा बंद झाल्यामुळे (रिसीलिंग) पेशी त्याच्या प्रारंभिक व्यवहार्य स्थितीत परत येणे.
स्पंदित विद्युत क्षेत्राच्या उपचाराचा अंतिम परिणाम या सर्व टप्प्यांवर चालणाऱ्या प्रक्रियेवर अवलंबून असतो. विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेदरम्यान अधिकाधिक पेशीमध्ये छिद्रे (इलेक्ट्रोपोरेट) तयार होतात. हा छिद्र निर्मितीचा प्रारंभिक टप्पा असतो. पुढे त्या छिद्रांची संख्या आणि/किंवा त्यांचा आकार वाढतो.
विद्युत पल्स दिल्यानंतर दोन स्पर्धात्मक प्रक्रिया पुढे जातात. एक म्हणजे छिद्र पुन्हा भरले (रिसीलिंग) जाऊन पेशी त्यांच्या पूर्वीच्या व्यवहार्य स्थितीत परत येतात किंवा दुसरे म्हणजे पेशींच्या पडद्याची अखंडता आणि दोन पेशीदरम्यान असलेली (इंट्रासेल्युलर) संयुगे नष्ट झाल्यामुळे पेशी मरतात.
मर्यादा : वेगवेगळे रस, दूध, दही, सूप आणि द्रव अंडी यांसारख्या द्रव आणि अर्ध-घन पदार्थांच्या पाश्‍चरीकरणासाठी (पाश्‍चरायझेशन) स्पंदित इलेक्ट्रिक फील्ड तंत्रज्ञान यशस्वीरीत्या वापरले जात आहे. मात्र हे तंत्रज्ञान हवेचे बुडबुडे येत नसलेल्या आणि कमी विद्युतवाहकता असलेल्या पदार्थांपुरतेच मर्यादित आहे. पदार्थांमधील जास्तीत जास्त कणांचा आकार स्पंदित विद्युत क्षेत्र चेंबरमधील उपचार क्षेत्राच्या अंतरापेक्षा लहान असणे आवश्यक आहे.
उपयोग
१) फळे आणि भाजीपाला यांमध्ये ०.१-१० किलोव्होल्ट प्रति सेंमी इतक्या क्षमतेच्या स्पंदित विद्युत क्षेत्र उपचारांमुळे हायड्रोफिलिक संयुगे (उदा. बीटमधून साखर, लाल बीटरूटमधून बीटेन आणि द्राक्षे, लाल कोबी किंवा जांभळ्या बटाट्यांमधून अँथोसायनिन्स) वाढल्याचे काही प्रयोगांचे निष्कर्ष आहेत.
२) संवेदी गुणधर्मांमध्ये बदल न करता पॉलीफेनॉलिक घटक वेगळे काढण्याची क्षमता व वेग वाढविण्यासाठी उपयोगी.
३) वाइनची स्थिरता, रंग आणि गुणवत्ता सुधारण्यासाठी पर्यायी प्री-मॅसरेशन उपचार म्हणून हे तंत्रज्ञान नुकतेच सादर केले आहे.
कोल्ड प्लाझ्मा (CP)
सर्व नावीन्यपूर्ण उष्णतारहित तंत्रज्ञानामध्ये कोल्ड प्लाझ्मा (CP) हे तुलनेने नवीन तंत्रज्ञान आहे. ते पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील निर्जंतुकीकरण आणि एकूणच निर्जंतुकीकरणासाठी पर्यायी स्रोत म्हणून उदयास आले आहे.
या तंत्रज्ञानामुळे कमीत कमी प्रक्रिया केलेल्या अन्नाची गुणवत्ता आणि सुरक्षितता सुनिश्‍चित होण्यास मदत होते. त्यातही ते उष्णतारहित, पर्यावरणास अनुकूल असल्यामुळे कमीत कमी प्रक्रिया केलेल्या पदार्थासाठी ते अत्यंत महत्त्वाचे ठरते.
प्लाझ्मा किंवा अर्ध-तटस्थ आयनीकृत वायू ही पदार्थाची घन, द्रव आणि वायू यानंतरची चौथी स्थिती आहे. ही एक प्रकारची वायू अवस्था असून, त्यातील इलेक्ट्रॉन, आयन आणि प्रतिक्रियाशील तटस्थ घटक असतात किंवा हे घटक उत्तेजित असतात. उष्णतेसंबंधीच्या समतोलावर आधारित प्लाझ्माचे दोन वर्ग पडतात.
१) नामांकित नॉन-थर्मल प्लाझ्मा (NTP) किंवा कोल्ड प्लाझ्मा आणि २) थर्मल प्लाझ्मा.
कोल्ड प्लाझ्मा ३० ते ६० अंश सेल्सिअस इतक्या तापमानामध्ये (वातावरणातील) किंवा कमी दाबाने (व्हॅक्यूम) तयार होतो. त्याच्या निर्मितीसाठी फारच कमी ऊर्जा लागते. संबंधित वायू (मॅक्रोस्कोपिक तापमान) पेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन तापमान प्रदर्शित करते.
अशा प्रकारे कार्य करते कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञान
कोल्ड प्लाझ्मा तंत्र मूलतः पृष्ठभाग अभियांत्रिकी, जैव-वैद्यकीय क्षेत्र आणि पॉलिमर उद्योगांमध्ये प्रतिजैविक क्रियाकलाप वाढविण्यासाठी वापरता येते. त्याच्या उत्कृष्ट प्रतिजैविक क्षमतेमुळे कृषी उत्पादनांच्या उष्णतारहित संरक्षणासाठी कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञानाकडे उद्योगजगताचे लक्ष वेधले गेले आहे. त्याचा वापर ताज्या भाज्या आणि फळांसाठी केला जात आहे.
यातील आयन आणि चार्ज न केलेले रेणू थोडीशी ऊर्जा मिळवून आणि कमी तापमानात राहत असल्यामुळे उष्णता-संवेदनशील अन्न उत्पादनांच्या उपचारांसाठी हे तंत्रज्ञान अधिक योग्य ठरते. प्लाझ्मा वापरताना त्यातील तीव्र मुक्त कणांच्या (रॅडिकल्स) भडिमाराच्या संपर्कात सूक्ष्मजीव आसल्यामुळे त्यांच्या पृष्ठभागावर जखमा होतात.
किंवा असलेल्या जखमा उत्तेजित होतात. या तीव्र जखमांची दुरुस्ती करणे जिवंत पेशींच्या आवाक्याबाहेर जाते. साधारणतः प्रक्रियेस ‘एचिंग’ असे म्हणतात. एचिंगची घटना सापेक्ष ऊर्जावान आयन आणि सब्सट्रेटच्या रेणूंसह सक्रिय प्रजातींच्या परस्परसंवादावर आधारित आहे.
प्लाझ्मामुळे प्रतिक्रियाशील प्रजाती गुणसूत्रांमधील डीऑक्सीरिबोन्यूक्लिक अॅसिडचे (डीएनए) नुकसान करतात. प्लाझ्मा प्रक्रियेमध्ये स्वारस्य असलेले आरओएस म्हणजे हायड्रॉक्सिल रॅडिकल्स, हायड्रोजन पेरॉक्साइड आणि सुपरऑक्साइड आयन.
सूक्ष्मजीवांच्या निष्क्रियतेसाठी प्लाझ्माचा वापर केल्याने पेशींमध्ये मॅलोन्डिअल्डिहाइड (एमडीए) तयार होऊन ते डीएनएच्या निर्मितीमध्ये बाधा आणते. परिणामी पेशींचे नुकसान होते.
अन्न प्रक्रियेमध्ये कोल्ड प्लाझ्माचा वापर
पूर्वी कोल्ड प्लाझ्माचा वापर प्रामुख्याने जैववैद्यकीय तंत्रज्ञान क्षेत्रामध्ये थर्मो लेबिल मटेरियलच्या निर्जंतुकीकरणासाठी केला जात होता. मात्र गेल्या काही वर्षांमध्ये नवीन उष्णतारहित तंत्रज्ञान म्हणून अन्न उद्योगांमध्ये त्याचा वापर वाढत चालला आहेत.
सध्या शीत प्लाझ्मा तंत्रज्ञानाचा वापर अन्न प्रक्रिया उद्योगात अन्नाचे निर्जंतुकीकरण, विकरे (एन्झाइम) निष्क्रिय करणे, प्रक्रियेध्ये निर्माण होणाऱ्या विषारी घटकांचा ऱ्हास करणे, सांडपाण्यावर प्रक्रिया आणि पॅकेजिंगमधील सुधारणा यामध्ये करण्यासाठी संशोधन केले जात आहे.
हे तंत्रज्ञान अन्नामध्ये उत्पन्न होणाऱ्या रोगकारक आणि पदार्थ खराब करण्यासाठी कारणीभूत ठरणाऱ्या सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करण्यासाठी प्रभावी ठरत असल्याचे सिद्ध झाले आहे.
-कोणत्याही कार्यरत जिवाणूंचे निष्क्रियीकरण हे कोल्ड प्लाझ्माद्वारे प्रामुख्याने दोन पेशीमधील घटकांच्या (इंट्रासेल्युलर) नुकसानीद्वारे केले जाते. अकार्यरत (निगेटिव्ह) जिवाणू हे मुख्यतः पेशींची गळती आणि निम्न-स्तरीय डीएनए नुकसानीमुळे निष्क्रिय होतात. या व्यतिरिक्त अन्नाच्या गुणवत्तेवर कोल्ड प्लाझमाचा प्रभाव ही अत्यंत महत्त्वाची बाब आहे.
-प्लाझ्मा तंत्रज्ञानामुळे ट्रिप्सिन एन्झाइममधील प्रथिनांची ३D रचना बदलता येते. गेल्या काही वर्षांमध्ये शीत प्लाझ्मामध्ये विविध अन्न विषारी पदार्थ (विशेषतः मायकोटॉक्सिन) ऱ्हासाची लक्षणीय क्षमता दिसून आली आहे.
-पॅकेजिंग मटेरियलच्या निर्जंतुकीकरणामध्ये प्लाझ्मा प्रक्रिया उपयोगी ठरते.
-सांडपाण्यातील मुक्त कण (रॅडिकल्स H*, O*, OH*), द्रवाच्या रेणूंमध्ये (H२O२, O३, इ.) पसरू शकतात. अशा सांडपाण्यामुळे शॉकवेव्ह, अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाश आणि इलेक्ट्रोहायड्रॉलिक पोकळ्या खराब होतात.
हे टाळण्यासाठी त्यातील प्रदूषक घटकांचे विघटन करून कमी हानिकारक संयुगामध्ये रूपांतर करण्यासाठी कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञान उपयोगी ठरते. प्लाझ्माच्या भौतिक-रासायनिक प्रभावांमुळे ऑक्सिडायझिंग प्रजातींची निर्मिती होते या गुणधर्माचा फायदा येथे घेतला जातो.
Read the Latest Agriculture News in Marathi & Watch Agriculture videos on Agrowon. Get the Latest Farming Updates on Market Intelligence, Market updates, Bazar Bhav, Animal Care, Weather Updates and Farmer Success Stories in Marathi.
ताज्या कृषी घडामोडींसाठी फेसबुक, ट्विटर, इन्स्टाग्राम , टेलिग्रामवर आणि व्हॉट्सॲप आम्हाला फॉलो करा. तसेच, ॲग्रोवनच्या यूट्यूब चॅनेलला आजच सबस्क्राइब करा.