Microbes in Human Welfare

दूध से दही का निर्माण लाभकारी सूक्ष्मजीवों के घरेलू उपयोग का सर्वोत्कृष्ट उदाहरण है। इस प्रक्रिया को संचालित करने वाले जीवाणुओं को सम्मिलित रूप से लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (LAB) कहा जाता है, जिनमें Lactobacillus acidophilus, Lactococcus lactis तथा Streptococcus thermophilus प्रमुख हैं।

हल्के गुनगुने दूध में (लगभग 37°C से 40°C के अनुकूल तापमान पर) ताजे दही की थोड़ी सी मात्रा निवेशद्रव्य या जामन (Inoculum / Starter) के रूप में मिलाई जाती है, जिसमें करोड़ों सक्रिय जीवाणु होते हैं। LAB दूध में उपस्थित प्रमुख डाइसैकेराइड शर्करा लैक्टोज का किण्वन करके लैक्टिक अम्ल बनाते हैं:

लैक्टिक अम्ल के संचय से दूध का pH घट जाता है, जिससे दूध का मुख्य प्रोटीन कैसिइन (Casein) स्कंदित (Coagulate) तथा आंशिक रूप से पचित हो जाता है। इस परिवर्तन से तरल दूध गाढ़े, स्वादिष्ट दही में बदल जाता है। इसके अतिरिक्त, LAB किण्वन के दौरान विटामिन B12 (सायनोकोबालामिन) की मात्रा में प्रचुर वृद्धि करके दही की पोषण गुणवत्ता को बढ़ा देते हैं। मानव आमाशय एवं आंत्र में ये जीवाणु हानिकारक रोगजनक रोगाणुओं की वृद्धि को संदमित करके स्वस्थ पाचन तंत्र सुनिश्चित करते हैं।

दक्षिण भारतीय व्यंजनों जैसे इडली एवं डोसा के निर्माण हेतु चावल व उड़द दाल के घोल (Dough) को कई घंटों के लिए छोड़ दिया जाता है, जिससे वह फूलकर स्पंजी हो जाता है। यह किण्वन स्वाभाविक रूप से वायुमंडलीय जीवाणुओं (Leuconostoc mesenteroides तथा Streptococcus faecalis) द्वारा होता है। किण्वन के दौरान मुक्त हुई कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) गैस के बुलबुले आटे के भीतर फंस जाते हैं, जिससे यह छिद्रयुक्त और फूला हुआ दिखाई देता है।

वाणिज्यिक स्तर पर ब्रेड बनाने के लिए बेकर्स यीस्ट (Baker's Yeast), अर्थात् एकलकोशिकीय कवक Saccharomyces cerevisiae का उपयोग किया जाता है। यीस्ट का जाइमेज एंजाइम शर्करा का किण्वन कर एथिल एल्कोहॉल व प्रचुर CO2 उत्पन्न करता है। ओवन में बेक करते समय एल्कोहॉल वाष्पीकृत हो जाता है तथा CO2 बाहर निकलते हुए ब्रेड को कोमल व छिद्रिल बना देती है।

दक्षिण भारत के कुछ भागों में ताड़ (Palm) वृक्षों के रस को प्राकृतिक किण्वन द्वारा एक पारंपरिक पेय टोडी (Toddy) के रूप में तैयार किया जाता है।

पनीर सबसे प्राचीन दुग्ध उत्पादों में से एक है। पनीर की विभिन्न किस्मों की बनावट, स्वाद एवं सुगंध विशिष्ट सूक्ष्मजीवों के चयन पर निर्भर करती है:

व्यावसायिक स्तर पर सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादों का निर्माण करने के लिए विशाल स्टेनलेस स्टील के बर्तनों का उपयोग किया जाता है, जिन्हें किण्वक या बायो-रिएक्टर (Fermentors / Bioreactors) कहते हैं (इनकी क्षमता 1,000 से 5,00,000 लीटर तक होती है)।

मादक पेयों के उत्पादन में ब्रूअर्स यीस्ट (Brewer's Yeast), अर्थात् Saccharomyces cerevisiae का उपयोग किया जाता है। प्रयुक्त कच्चे माल एवं आसवन (Distillation) की प्रक्रिया के आधार पर पेयों को दो वर्गों में विभाजित किया जाता है:

• अनासूत पेय (Undistilled Beverages): बियर (Beer) (किण्वित जौ/माल्ट से प्राप्त, एल्कोहॉल ~3–6%) एवं वाइन (Wine) (अंगूर के रस के किण्वन से प्राप्त, एल्कोहॉल ~9–14%)। इन्हें बिना आसवन के तैयार किया जाता है।
• आसूत पेय (Distilled Spirits): व्हिस्की (Whisky), ब्रांडी (Brandy) एवं रम (Rum) (किण्वित शीरे से प्राप्त)। किण्वित द्रव का प्रभाजी आसवन करके एल्कोहॉल की सांद्रता को 40–55% तक बढ़ाया जाता है।

प्रतिजैविक (Antibiotics) वे रासायनिक पदार्थ हैं जो कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा सूक्ष्म मात्रा में स्रावित होकर अन्य रोगजनक रोगाणुओं को नष्ट (Bactericidal) कर देते हैं अथवा उनकी वृद्धि को रोक (Bacteriostatic) देते हैं।

विश्व की पहली एंटीबायोटिक पेनिसिलिन (Penicillin) की खोज वर्ष 1928 में स्कॉटिश वैज्ञानिक अलेक्जेंडर फ्लेमिंग (Alexander Fleming) द्वारा एक आकस्मिक निरीक्षण के रूप में की गई थी। वे Staphylococcus aureus जीवाणु पर कार्य कर रहे थे। उन्होंने देखा कि एक बिना धुली कल्चर प्लेट पर उगे फफूंद के चारों ओर जीवाणुओं की वृद्धि संदमित हो गई थी। उन्होंने इस कवक की पहचान Penicillium notatum के रूप में की तथा स्रावित पदार्थ को पेनिसिलिन नाम दिया।

कालांतर में हॉवर्ड फ्लोरे (Howard Florey) एवं अर्नेस्ट चेन (Ernst Chain) ने पेनिसिलिन को एक प्रभावशाली चिकित्सीय औषधि के रूप में परिष्कृत किया, जिसका उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध में घायल सैनिकों के उपचार में हुआ। इस महान खोज के लिए फ्लेमिंग, फ्लोरे एवं चेन को 1945 में संयुक्त रूप से चिकित्सा का नोबेल पुरस्कार प्रदान किया गया।

सूक्ष्मजीवों की जैव-रासायनिक क्षमता का उपयोग विभिन्न उद्योगों में उपयोगी रसायनों, एंजाइमों एवं औषधियों के निर्माण में किया जाता है:

नगरों व शहरों से निकलने वाले अपशिष्ट जल को वाहितमल (Sewage) कहते हैं। इसका प्रमुख भाग मानव मल-मूत्र, रसोई एवं स्नानघर का गंदा पानी तथा करोड़ों रोगजनक रोगाणु होते हैं। यदि इस अपरिष्कृत जल को सीधे नदियों या जलाशयों में छोड़ दिया जाए तो जल में तीव्र ऑक्सीजन की कमी से जलीय जीवों की मृत्यु हो जाती है और हैजा व टाइफाइड जैसी महामारियां फैलती हैं।

अतः विसर्जन से पूर्व इस जल को वाहितमल उपचार संयंत्र (Sewage Treatment Plant - STP) में क्रमिक भौतिक एवं जैविक प्रक्रियाओं द्वारा शुद्ध किया जाता है।

प्राथमिक उपचार में किसी सूक्ष्मजीव की कोई भूमिका नहीं होती; यह पूर्णतः भौतिक एवं यांत्रिक विधि है:

• क्रमिक निस्यंदन (Filtration): जालीदार पर्दों की सहायता से तैरते हुए बड़े कूड़े-कर्कट (पॉलीथीन, कपड़े, पत्ते आदि) को छानकर अलग किया जाता है।
• ग्रिट अवसादन (Sedimentation): इसके बाद जल को ग्रिट चैंबर में स्थिर किया जाता है, जिससे भारी मिट्टी, बालू व कंकड़ नीचे बैठ जाते हैं। नीचे बैठे ठोस को प्राथमिक आपंक (Primary Sludge) तथा ऊपर तैरते तरल को प्राथमिक बहिःस्राव (Primary Effluent) कहते हैं।

प्राथमिक बहिःस्राव को विशाल वायवीय टैंकों (Aeration Tanks) में भेजा जाता है। यहाँ जल को यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और संपीडित वायु प्रवाहित की जाती है। ऑक्सीजन की प्रचुरता में वायवीय जीवाणु और कवक मिलकर जालनुमा संरचना बनाते हैं, जिन्हें ऊर्णक या फ्लॉक्स (Flocs) कहते हैं।

ये ऊर्णक वृद्धि करते समय बहिःस्राव में घुले हुए कार्बनिक पदार्थों का तेजी से उपभोग एवं ऑक्सीकरण करते हैं। इसके परिणामस्वरूप जल की जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग या बीओडी (BOD) में भारी गिरावट आती है:

नियम: जल में कार्बनिक प्रदूषण जितना अधिक होगा, BOD उतनी ही अधिक होगी और जल उतना ही दूषित होगा। अनुपचारित वाहितमल का BOD 300–600 mg/L होता है, जो उपचार के पश्चात घटकर 10–15 mg/L से कम रह जाता है।

BOD कम हो जाने पर जल को अवसादन टैंक (Settling Tank) में भेजा जाता है, जहाँ ऊर्णक नीचे बैठ जाते हैं। इस तलछट को सक्रियत आपंक (Activated Sludge) कहते हैं।

• सक्रियत आपंक का एक छोटा भाग (5–10%) पुनः वायवीय टैंक में जामन (Inoculum) के रूप में भेजा जाता है।
• शेष अधिकांश भाग को बड़े वायुहीन अवायवीय आपंक संपाचित्र (Anaerobic Sludge Digester) में पंप कर दिया जाता है।

यहाँ अवायवीय जीवाणु ऊर्णकों के जीवाणु व कवकों का पाचन करते हैं, जिससे मीथेन (CH4), CO2 एवं H2S गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है, जिसे बायोगैस कहते हैं। उपचारित स्वच्छ जल को प्राकृतिक नदियों में विसर्जित किया जाता है (जैसे

बायोगैस (गोबर गैस) अवायवीय परिस्थितियों में सेलुलोज युक्त जैविक अपशिष्टों एवं गोबर के सूक्ष्मजीवी अपघटन से उत्पन्न एक ज्वलनशील गैस मिश्रण है। इसका रासायनिक संगठन निम्न प्रकार है:

सेलुलोज युक्त पदार्थों पर अवायवीय रूप से वृद्धि करके मीथेन गैस उत्पन्न करने वाले जीवाणुओं को मीथेनोजन (Methanogens) कहते हैं, जिनमें Methanobacterium सर्वप्रमुख है। ये जीवाणु अवायवीय आपंक, दलदली भूमि तथा जुगाली करने वाले पशुओं (गाय, भैंस) के आमाशय के प्रथम कक्ष रूमेन (Rumen) में सहजीवी के रूप में पाए जाते हैं।

पशुओं के चारे में प्रचुर मात्रा में सेलुलोज होता है जिसे पचाने में रूमेन के मीथेनोजन सहायता करते हैं। अतः मवेशियों के गोबर में प्रचुर मात्रा में जीवित मीथेनोजन जीवाणु उपस्थित रहते हैं, जो बायोगैस संयंत्र के लिए आदर्श कच्चा माल प्रदान करते हैं।

भारत में बायोगैस संयंत्र का विकास मुख्य रूप से भारतीय कृषि अनुसंधान संस्थान (IARI) तथा खादी एवं ग्रामोद्योग आयोग (KVIC) के प्रयासों से हुआ। इसके प्रमुख घटक निम्न हैं:

• मिश्रण टैंक एवं प्रवेश मार्ग: यहाँ ताजे गोबर व जल को 1:1 अनुपात में मिलाकर अर्ध-तरल कर्दम (Slurry) बनाया जाता है, जो ढालू पाइप से पाचक टैंक में जाता है।
• पाचक टैंक (Digester): भूमि के नीचे बना 10 से 15 फीट गहरा ईंट व सीमेंट का बना वायुरोधी टैंक, जहाँ अवायवीय किण्वन संपन्न होता है।
• प्लवी गैस धारक (Floating Gas Holder): पाचक टैंक के ऊपर उल्टा रखा हुआ स्टील का ड्रम। गैस बनने पर यह गैस के दबाव से ऊपर उठता है।
• गैस निकास नली: ड्रम के ऊपर स्थित पाइप जो रसोई में गैस चूल्हों तक बायोगैस पहुंचाती है।
• निकास टैंक (Spent Slurry Outlet): किण्वन के पश्चात बची हुई प्रयुक्त कर्दम बाहर निकलती है, जो नाइट्रोजन एवं फॉस्फोरस युक्त उत्कृष्ट दुर्गंध-रहित जैविक खाद के रूप में खेतों में प्रयुक्त होती है।

कृषि में रासायनिक कीटनाशकों के अत्यधिक छिड़काव से खाद्य श्रृंखला में जैव आवर्धन (Biomagnification) होता है, मृदा के मित्र सूक्ष्मजीव व परागणकारी कीट नष्ट होते हैं तथा कीटों में प्रतिरोधकता उत्पन्न होती है।

इसके विकल्प के रूप में प्राकृतिक परभक्षियों या सूक्ष्मजीवों की सहायता से पादप रोगों एवं हानिकारक कीटों का नियंत्रण करने की पर्यावरण-अनुकूल पद्धति को जैव-नियंत्रण (Biological Control / Biocontrol) कहते हैं।

पाठ्यक्रम के अनुसार प्रमुख जैव-नियंत्रण प्रणालियों की तुलनात्मक तालिका:

रासायनिक उर्वरकों के अत्यधिक उपयोग से मृदा की उर्वरता एवं जल धारण क्षमता नष्ट होने के कारण अब जैविक खेती (Organic Farming) पर बल दिया जा रहा है। इसका प्रमुख आधार जैव-उर्वरक (Biofertilizers) हैं।

जैव-उर्वरक की परिभाषा: वे जीव जो मृदा की पोषक गुणवत्ता (विशेषकर नाइट्रोजन एवं फॉस्फोरस) को समृद्ध करते हैं, जैव-उर्वरक कहलाते हैं। इसके मुख्य स्रोत जीवाणु, कवक तथा साइनोबैक्टीरिया हैं।

• सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरिकारी (Rhizobium): दलहनी पौधों (मटर, चना, मूंग) की जड़ों में ग्रंथियां (Root nodules) बनाकर रहता है। लेगहीमोग्लोबिन की उपस्थिति में नाइट्रोजिनेज एंजाइम द्वारा वायुमंडलीय N2 को अमोनिया में बदलकर पौधों को उपलब्ध कराता है। गैर-दलहनी पौधों में Frankia ग्रंथियां बनाता है।
• स्वतंत्रजीवी जीवाणु: मृदा में बिना ग्रंथि बनाए स्वतंत्र रूप से नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं; जैसे वायवीय जीवाणु Azotobacter तथा सहचारी जीवाणु Azospirillum (जो मक्का व गन्ने की जड़ों से जुड़े रहते हैं)।

उच्च पादपों की जड़ों तथा कवकों के मध्य सहोपकारिक सहजीवी संबंध को माइकोराइजा कहते हैं। इसके अधिकांश सदस्य Glomus वंश के होते हैं (Vesicular-Arbuscular Mycorrhiza / VAM)।

पौधों के लिए माइकोराइजा के प्रमुख लाभ:

• फॉस्फोरस अवशोषण: मृदा में अघुलनशील फॉस्फेट को घोलकर पौधों को प्रदान करता है।
• रोगजनकों से रक्षा: जड़ जनित रोगजनक कवकों व सूत्रकृमि से सुरक्षा कवच प्रदान करता है।
• प्रतिकूलता सहिष्णुता: मृदा लवणता एवं तीव्र सूखे की स्थिति में पौधे को जीवित रखता है।

साइनोबैक्टीरिया प्रकाश संश्लेषी प्रोकैरियोटिक जीव हैं। इनकी हेटरोसिस्ट (Heterocyst) नामक विशिष्ट कोशिकाओं में नाइट्रोजिनेज एंजाइम होता है जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है:

• प्रमुख वंश: Anabaena, Nostoc, Oscillatoria। ये धान के खेतों में अत्यंत महत्वपूर्ण प्राकृतिक जैव-उर्वरक का कार्य करते हैं।
• Azolla-Anabaena सहजीविता: जलीय फर्न Azolla pinnata की पत्तियों की गुहाओं में सहजीवी साइनोबैक्टीरिया Anabaena azollae वास करता है। धान के खेत में एजोला की हरी खाद डालने से प्रति हेक्टेयर
  5. कृषि उपयोगी प्रमुख जैव-उर्वरकों की तुलनात्मक तालिका

  जैव-उर्वरक का वर्ग	प्रमुख सूक्ष्मजीव वंश	क्रियाविधि एवं लक्षित फसलें
  सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरिकारी	Rhizobium (दलहनी), Frankia (गैर-दलहनी)	लेगहीमोग्लोबिन युक्त मूल ग्रंथियों में N2 को अमोनिया में बदलकर सीधे पौधे को उपलब्ध कराना।
  स्वतंत्रजीवी / सहचारी जीवाणु	Azotobacter (वायवीय), Azospirillum (जड़ों से संबद्ध)	मृदा में स्वतंत्र रहकर नाइट्रोजन बढ़ाना; मक्का, ज्वार, गेहूं व गन्ने में उपयोगी।
  माइकोराइजा कवक (VAM)	Glomus वंश	अघुलनशील फॉस्फोरस का अवशोषण, जड़ जनित रोगों से सुरक्षा तथा लवणता व सूखा सहनशीलता।
  स्वपोषी साइनोबैक्टीरिया	Anabaena, Nostoc, Anabaena azollae (एजोला सहजीवी)	हेटरोसिस्ट द्वारा N2 स्थिरीकरण; जलमग्न धान के खेतों का प्रमुख प्राकृतिक जैव-उर्वरक।

  30–40 किग्रा नाइट्रोजन की वृद्धि होती है।