धडा ७: सूक्ष्मजीवशास्त्राचा परिचय

नियम 1 : उपयोजित आणि औद्योगिक सूक्ष्मजीवशास्त्र — उपयोजित सूक्ष्मजीवशास्त्र सूक्ष्मजीवांची एंझाइमे, प्रथिने, उपयोजित आनुवंशिकी आणि आण्विक जीवशास्त्र यांचा अभ्यास करते आणि मोठ्या प्रमाणावर अन्न व औषधे तयार करण्यासाठी वापरले जाते. औद्योगिक सूक्ष्मजीवशास्त्र सूक्ष्मजीवांच्या व्यावसायिक वापराशी संबंधित आहे : किण्वनाने बनणारी उत्पादने (पाव, चीज, वाइन, रसायने, एंझाइमे, पोषके, औषधे) तसेच कचरा व्यवस्थापन आणि प्रदूषण नियंत्रण.

• सोपे : घरी दही लावणे हे लॅक्टोबॅसिलसच्या किण्वनाचे छोटे उदाहरण.
• मध्यम : बेकरी यीस्ट वापरते, दुग्धशाळा लॅक्टोबॅसिलाय वापरते आणि औषध कारखाना बुरशी वापरतो; सर्व औद्योगिक सूक्ष्मजीवशास्त्र वेगवेगळ्या प्रमाणात.
• परीक्षेसाठी : औद्योगिक सूक्ष्मजीवशास्त्र पर्यावरणासाठी उपयुक्त का? सूक्ष्मजीव फक्त उत्पादने बनवत नाहीत, तर कचऱ्यावर प्रक्रिया करून प्रदूषण नियंत्रणही करतात.

नियम 2 : दुग्धजन्य पदार्थ — दुग्धजन्य पदार्थ (चीज, लोणी, साय, केफिर, दही) दूध टिकवतात. दूध आधी पाश्चरीकरणाने (pasteurization) नको असलेले सूक्ष्मजीव मारून, मग लॅक्टोबॅसिलायमार्फत आंबवतात : लॅक्टोजचे लॅक्टिक आम्ल बनते, जे दुधातील प्रथिने गोठवते, आणि डायअॅसिटिलसारखी चवीची संयुगे (लोण्याची चव) तयार होतात.

आकृतीत : आकृतीत दुग्धजन्य पदार्थ कसे बनतात.

• सोपे : दुग्धशाळेत दही करण्यापूर्वी कच्चे दूध तापवून लगेच थंड करतात (पाश्चरीकरण).
• मध्यम : लॅक्टोज (दुधातील साखर) → लॅक्टिक आम्ल; आम्लामुळे दूध आंबट आणि घट्ट होते.
• परीक्षेसाठी : कल्चर घालण्याआधी दूध पाश्चरीकृत का करतात? नको असलेले सूक्ष्मजीव उत्पादन खराब करतील किंवा उपयुक्त सूक्ष्मजीवांशी स्पर्धा करतील.

नियम 3 : दही, लोणी आणि चीज — दही : स्ट्रेप्टोकोकस थर्मोफिलस आणि लॅक्टोबॅसिलस डेल्ब्रुएकी 1:1 प्रमाणात घालतात; स्ट्रेप्टोकोकस लॅक्टिक आम्ल बनवतो ज्याने प्रथिने घट्ट होतात, आणि लॅक्टोबॅसिलाय अॅसिटाल्डिहाइड बनवतात, जे चव देते. लोणी : गोड सायीचे आणि कल्चर केलेले (सूक्ष्मजीव वापरलेले) प्रकार. चीज : मठ्ठा (whey) काढतात; आधी गुरांच्या पचनमार्गातील रेनेट एंझाइम वापरत, तर बुरशीतील प्रोटिएज शाकाहारी चीज देते. ताजे चीज मऊ (कॉटेज, क्रीम, मोझरेला); चेडर 3–12 महिने पिकते (अर्धकठीण); पार्मेसान 12–18 महिने (अतिकठीण). काटेकोर स्वच्छता आवश्यक कारण विषाणू जीवाणूंवर हल्ला करू शकतात; विषाणू-प्रतिरोधक आणि उत्परिवर्तित प्रकार तयार करतात.

• सोपे : 1:1 दही कल्चरमध्ये 20 g स्ट्रेप्टोकोकस वापरला तर 20 g लॅक्टोबॅसिलसही वापरतात.
• मध्यम : चेडर 3 ते 12 महिन्यांत पिकते, पार्मेसान 12 ते 18 महिन्यांत; म्हणून टोकाच्या मूल्यांत पार्मेसानला 18 − 3 = 15 महिने जास्त लागू शकतात.
• परीक्षेसाठी : शाकाहारी चीज गुरांच्या रेनेटऐवजी बुरशीतील प्रोटिएजने बनवतात, म्हणून काही चीज शाकाहारींना चालते.

फरक ओळखा

नियम 1 : प्रोबायोटिक्स — प्रोबायोटिक्स म्हणजे सक्रिय उपयुक्त जीवाणू (लॅक्टोबॅसिलस अॅसिडोफिलस, L. केसाय, बायफिडोबॅक्टेरियम बायफिडम) असलेले दूध व इतर पदार्थ. ते आतड्यातील उपयुक्त सूक्ष्मजीव वाढवतात, हानिकारक (क्लॉस्ट्रिडियम) कमी करतात, प्रतिकारशक्ती सुधारतात आणि प्रतिजैविकांमुळे निष्क्रिय झालेले सूक्ष्मजीव पुन्हा सक्रिय करतात. प्रकार : दही, केफिर, सॉरक्राऊट, मिसो सूप, लोणची, सूक्ष्म शैवाल (स्पिरुलिना, क्लोरेला). जुलाबात आणि कुक्कुटपालनात वापर.

• सोपे : प्रतिजैविकांनंतर जिवंत कल्चरचे दही खाल्ल्याने आतड्यातील उपयुक्त जीवाणू पूर्ववत होण्यास मदत होते.
• मध्यम : स्पिरुलिना आणि क्लोरेला हे सूक्ष्म शैवाल प्रोबायोटिक पूरक अन्न म्हणून मिळतात.
• परीक्षेसाठी : दही उकळले तर जिवंत जीवाणू मरतात, म्हणून प्रोबायोटिक दही न उकळता खावे.

नियम 2 : पाव, व्हिनेगर आणि सोया सॉस — पाव : बेकरीतील यीस्ट सॅकरोमायसीस सेरेव्हिसी साखरेचे CO₂ आणि इथेनॉलमध्ये किण्वन करते; CO₂ मुळे पीठ फुगते आणि पाव स्पंजासारखा होतो. व्हिनेगर म्हणजे 4% अॅसिटिक आम्ल (CH₃COOH) : यीस्ट फळांचे रस, मळी किंवा स्टार्चपासून इथेनॉल बनवते आणि अॅसिटोबॅक्टर व ग्लुकोनोबॅक्टर त्याचे अॅसिटिक आम्लात रूपांतर करतात. सोया सॉस : गहू किंवा तांदळाचे पीठ आणि सोयाबीन यांचे अस्परगिलस ओरायझी बुरशीकडून किण्वन. अजिनोमोटोही सूक्ष्मजीवी किण्वनाने बनतो.

आकृतीत : आकृतीत व्हिनेगर बनवण्याच्या पायऱ्या.

• सोपे : पीठ फुगते कारण यीस्ट CO₂ चे बुडबुडे बनवते जे पिठात अडकतात.
• मध्यम : 4% अॅसिटिक आम्ल असलेल्या 250 mL व्हिनेगर बाटलीत 250 × 4 ÷ 100 = 10 mL अॅसिटिक आम्ल असते.
• परीक्षेसाठी : व्हिनेगर बनवण्याच्या दोन पायऱ्या : साखर → (यीस्ट) → इथेनॉल → (अॅसिटोबॅक्टर) → अॅसिटिक आम्ल.

नियम 3 : कॉफी, कोको आणि पेये — पेये : कॉफी आणि कोकोच्या बिया फळापासून सूक्ष्मजीव वेगळ्या करतात (लॅक्टोबॅसिलस ब्रेव्हिस; कँडिडा, हॅन्सेनुला, पिचिया, सॅकरोमायसीस). द्राक्षांपासून वाइन आणि सफरचंदांपासून सायडर सॅकरोमायसीस सेरेव्हिसीकडून बनतात.

• सोपे : सूक्ष्मजीव कॉफी आणि कोकोच्या बिया फळाच्या गरापासून वेगळ्या करण्यास मदत करतात.
• मध्यम : पाव, वाइन आणि सायडरसाठी तेच यीस्ट, सॅकरोमायसीस सेरेव्हिसी, वापरतात, फक्त अन्न वेगळे.
• परीक्षेसाठी : द्राक्षरसाच्या किण्वनाने अल्कोहोल मिळते, तर पिठाच्या किण्वनाने फुगण्यासाठी CO₂ मिळतो; प्रक्रिया तीच, उद्देश वेगळा.

फरक ओळखा

नियम 1 : सूक्ष्मजीवी एंझाइमे — उद्योगात सूक्ष्मजीवी एंझाइमे रासायनिक उत्प्रेरकांची जागा घेतात. ती कमी तापमान, pH आणि दाबावर सक्रिय (ऊर्जा बचत), विशिष्ट (नको असलेले उपपदार्थ नाहीत), पुन्हा वापरता येणारी आणि पर्यावरणपूरक आहेत. उपयोग : धुण्याची पावडर; मक्याच्या पिठापासून ग्लुकोज आणि फ्रुक्टोज सिरप; चीज; कापड, चामडे आणि कागद उद्योग.

• सोपे : 40 °C वर चालणारे एंझाइम 200 °C वरील रासायनिक प्रक्रियेसाठी लागणारे इंधन वाचवते.
• मध्यम : एंझाइम फक्त आपल्या विशिष्ट पदार्थावरच काम करते, म्हणून फक्त हवा तोच पदार्थ बनतो, अनावश्यक कचरा नाही.
• परीक्षेसाठी : रसायनांपेक्षा एंझाइमांचे दोन फायदे : ती कमी तापमानावर चालतात आणि विशिष्ट असतात; अनेकदा पुन्हा वापरता येतात.

नियम 2 : आम्ले, जीवनसत्त्वे आणि इतर उत्पादने — L-ग्लुटामिक आम्ल (ब्रेव्हिबॅक्टेरियम, कोरिनेबॅक्टेरियम) अजिनोमोटोसाठी. सायट्रिक आम्ल (अस्परगिलस नायजर) पेये आणि टॉफीत. ग्लुकोनिक आम्ल (A. नायजर) कॅल्शियम आणि लोह पूरकांसाठी; लॅक्टिक आम्ल (लॅक्टोबॅसिलस डेल्ब्रुएकी); इटाकोनिक आम्ल (अस्परगिलस इटाकोनिकस). झॅन्थन गम (झॅन्थोमोनास) आइस्क्रीम घट्ट करतो. सायट्रिक, मॅलिक आणि लॅक्टिक आम्ले आंबटपणा देतात; नायसिन आणि नॅटामायसिन सूक्ष्मजीवांना रोखतात; जीवनसत्त्वे C, B₁₂, B₂ प्रतिऑक्सिडीकारक आहेत; बीटा कॅरोटीन आणि लायकोपिन खाण्याचे रंग; झायलिटॉल आणि अॅस्पार्टेम कमी कॅलरीचे गोडवे.

आकृतीत : आकृतीत सूक्ष्मजीवांनी बनवलेली उपयुक्त उत्पादने.

• सोपे : लिंबू-चवीच्या पेयाचा आंबटपणा अस्परगिलस नायजरने बनवलेल्या सायट्रिक आम्लामुळे.
• मध्यम : अॅस्पार्टेम आणि झायलिटॉलमुळे कमी कॅलरीच्या मिठाया बनवता येतात.
• परीक्षेसाठी : झॅन्थोमोनासपासून मिळणारा झॅन्थन गम आइस्क्रीमला मऊ, घट्ट पोत देतो; म्हणजे जीवाणूने बनवलेला खाद्य अॅडिटिव्ह.

नियम 3 : प्रतिजैविके — प्रतिजैविके जीवाणू आणि बुरशींकडून बनतात : पेनिसिलिन, स्ट्रेप्टोमायसिन, टेट्रासायक्लिन इत्यादी. रिफामायसिन क्षयरोगावर प्रभावी.

• सोपे : पेनिसिलिन बुरशीपासून मिळते आणि अनेक रोगकारक जीवाणू मारते.
• मध्यम : क्षयरोगाच्या उपचारात रिफामायसिन वापरतात.
• परीक्षेसाठी : प्रतिजैविके जीवाणूंवर काम करतात, विषाणूंवर नाही, म्हणून सर्दीवर ती उपयोगी नाहीत.

फरक ओळखा

नियम 1 : सूक्ष्मजीवांपासून इंधने — मिथेन शहरी, कृषी आणि औद्योगिक कचऱ्याच्या अनॉक्सिजनी सूक्ष्मजीवी विघटनाने बनतो. इथेनॉल (स्वच्छ, धूररहित) मळीच्या यीस्ट किण्वनाने बनते. हायड्रोजन, भविष्यातील इंधन, पाण्याच्या जैव-प्रकाशीय अपघटनाने (bio-photolysis) बनते. जैवइंधने नवीकरणीय असून घन, द्रव आणि वायू रूपात असतात (गोबर गॅस).

आकृतीत : आकृतीत सूक्ष्मजीवांच्या मदतीने बनवलेली इंधने.

• सोपे : गोबर गॅस हे जैवइंधन : शेण ऑक्सिजनविना सूक्ष्मजीवांकडून कुजवले जाऊन मिथेन मिळतो.
• मध्यम : मळीपासून मिळालेले इथेनॉल पेट्रोलमध्ये मिसळता येते, म्हणून पेट्रोलचा वापर कमी होतो आणि ज्वलन स्वच्छ होते.
• परीक्षेसाठी : जैवइंधन नवीकरणीय का? कोळसा आणि पेट्रोलच्या उलट, ज्यांपासून ते बनते त्या वनस्पती किंवा कचरा पुन्हा उगवता किंवा निर्माण होतो.

नियम 2 : घनकचरा आणि सांडपाणी — आधुनिक भरावभूमीत (landfill) विषारी पदार्थ झिरपू नयेत म्हणून खड्ड्यांना प्लॅस्टिक आवरण लावतात; माती, भुसा आणि पाने यांनी झाकलेला कचरा सूक्ष्मजीव कुजवतात आणि उत्तम कंपोस्ट काही दिवसांत बनते. सांडपाणी प्रक्रियेत सूक्ष्मजीव कार्बन संयुगांचे विघटन करतात (मिथेन व CO₂ सुटतो) आणि कॉलरा व टायफॉइडचे रोगजंतू नष्ट करतात; फिनॉल-ऑक्सिडीकारक जीवाणू परकीय रसायने कुजवतात. गाळ खत म्हणून वापरतात आणि प्रक्रिया केलेले पाणी सुरक्षित असते. यालाच जैव उपचार म्हणतात.

आकृतीत : आकृतीत सूक्ष्मजीव सांडपाणी स्वच्छ करतात.

• सोपे : कचरा माती, भुसा आणि पानांनी झाकल्याने तो ओलसर आणि सूक्ष्मजीवांनी भरलेला राहतो, म्हणून त्याचे कंपोस्ट होते.
• मध्यम : भरावभूमीच्या तळाशी प्लॅस्टिक आवरण का? विषारी द्रव जमिनीत व भूजलात झिरपू नये म्हणून.
• परीक्षेसाठी : प्रक्रियेनंतर गाळ शेतात खत म्हणून जातो आणि स्वच्छ पाणी सुरक्षितपणे सोडतात, म्हणजे सांडपाणी धोक्याऐवजी उपयोगी ठरते.

फरक ओळखा

नियम 1 : प्रदूषणाविरुद्ध सूक्ष्मजीव — काही सूक्ष्मजीव इंधनातून गंधक काढतात; थायोबॅसिलाय आणि सल्फोबॅसिलाय धातूंचे निक्षालनापूर्वी संयुगांत रूपांतर करतात. तेलगळती हायड्रोकार्बन खाणारे जीवाणू (स्यूडोमोनास, अल्कानिव्होरॅक्स बोरकुमेन्सिस) साफ करतात; ते हायड्रोकार्बनांचे CO₂ आणि पाण्यात रूपांतर करतात. व्हिब्रिओ आणि आयडिओनेला सकायेन्सिस PET प्लॅस्टिक कुजवतात; अॅक्टिनोमायसिटीज आणि स्ट्रेप्टोमायसेस रबर कुजवतात. अॅसिडोफिलियम आणि अॅसिडोबॅसिलस फेरॉक्सिडन्स आम्लवर्षेचे सल्फ्यूरिक आम्ल वापरतात; जिओबॅक्टर विद्राव्य युरेनियम क्षारांचे अविद्राव्य क्षारांत रूपांतर करतो.

आकृतीत : आकृतीत तेल खाणारे जीवाणू समुद्र स्वच्छ करतात.

• सोपे : तेलगळतीनंतर स्यूडोमोनास जीवाणू तेलाचे CO₂ आणि पाण्यात रूपांतर करतात.
• मध्यम : आयडिओनेला सकायेन्सिस PET प्लॅस्टिक कुजवतो, जे पाण्याच्या बाटल्यांत असते.
• परीक्षेसाठी : जिओबॅक्टर विद्राव्य युरेनियमचे अविद्राव्य युरेनियममध्ये रूपांतर करतो, जे भूजलात पसरू शकत नाही, म्हणून पिण्याच्या पाण्याचे रक्षण होते.

नियम 2 : शेतीत सूक्ष्मजीव — बियांवर फवारलेले किंवा झाडांत सोडलेले सूक्ष्मजीवी टोचक (inoculants) पोषके देतात; कृत्रिम नायट्रोजिनेज असलेला अॅझोटोबॅक्टर सेंद्रिय शेतीत वापरतात आणि रासायनिक खतांमुळे होणारे मृदाप्रदूषण टाळतात. सूक्ष्मजीव जमिनीतील फ्लुरोअॅसिटामाइडसारखी हानिकारक कीटकनाशके नष्ट करू शकतात. जैव कीटकनाशके : कीटकांना विषारी जीवाणू व बुरशीजन्य विषारी द्रव्ये झाडांत घातली जातात; काही बुरशी आणि विषाणू कीटकनाशके म्हणून काम करतात; स्पिनोसॅड हे जैव कीटकनाशक. कचरा साठवण्यासाठी जैवविघटनशील पॉलिलॅक्टिक आम्ल प्लॅस्टिक वापरता येते.

• सोपे : मातीत घातलेला अॅझोटोबॅक्टर सेंद्रिय शेतीत पिकांना नायट्रोजन पुरवतो.
• मध्यम : कीटकांना रोगी करणारी बुरशी रासायनिक कीटकनाशकाऐवजी पिकावर फवारता येते.
• परीक्षेसाठी : तुलना : रासायनिक कीटकनाशक पक्षी आणि मातीला हानिकारक असू शकते; स्पिनोसॅड हे जैव कीटकनाशक मातीतील जीवाणूपासून मिळते आणि लवकर विघटित होते.

फरक ओळखा