बायोप्रोसेस: विशेषताएं, प्रकार, फायदे और चरण - जीवविज्ञान - 2025

एक बायोप्रोसेस एक विशिष्ट पद्धति है जो जीवित कोशिकाओं, या इसके अलावा अन्य घटकों (एंजाइम, ऑर्गेनेल, दूसरों के बीच) का उपयोग करता है, ताकि उद्योग के लिए या मानव के लाभों के लिए एक वांछित उत्पाद प्राप्त किया जा सके। बायोप्रोसेस इसे बनाने के पारंपरिक तरीके की तुलना में उच्च गुणवत्ता के साथ, इष्टतम पर्यावरणीय परिस्थितियों में पहले से ही ज्ञात उत्पादों को प्राप्त करने की अनुमति देता है।

उसी तरह, बायोप्रोसेस आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों को प्राप्त करने की अनुमति देते हैं, जिनका उपयोग विशिष्ट प्रक्रियाओं (एंजाइम या प्रोटीन जैसे चिकित्सा उपचार में उपयोग किए जाने वाले इंसुलिन) की दक्षता में सुधार करने के लिए किया जा सकता है या मानव द्वारा सीधे उपभोग किया जा सकता है। मानव।

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समाज और प्रौद्योगिकी बेहतर और नई तकनीकों का नेतृत्व करने के लिए विभिन्न क्षेत्रों में बायोप्रोसेस का उपयोग कर सकते हैं। यह विभिन्न क्षेत्रों में लागू होता है जैसे कि खाद्य निर्माण, इनमें सुधार के लिए प्रेरित करना, दवाइयाँ बनाना, विभिन्न प्रकार के प्रदूषण को नियंत्रित करना और ग्लोबल वार्मिंग को भी नियंत्रित करना।

वर्तमान में, उद्योग में विभिन्न बायोप्रोसेस का सकारात्मक प्रभाव पड़ा है और उनकी वृद्धि को बढ़ावा देने के लिए लाखों डॉलर का निवेश किया गया है।

विशेषताएँ

जैव प्रौद्योगिकी के विज्ञान में, एक बायोप्रोसेस एक ऐसी प्रक्रिया है जो कुछ विशेष जैविक इकाई का उपयोग करती है जो एक उत्पाद के रूप में कुछ अतिरिक्त मूल्य के कुछ पदार्थ उत्पन्न करती है।

यही है, सेल, सूक्ष्मजीव या सेल भाग का उपयोग शोधकर्ता द्वारा वांछित उत्पाद उत्पन्न करता है, जिसमें कुछ क्षेत्र में अनुप्रयोग हो सकते हैं।

इसके अलावा, बायोप्रोसेसिंग इंजीनियरिंग है, जो विभिन्न प्रकार के उत्पादों के निर्माण, कृषि से संबंधित, खाद्य और चिकित्सा की पीढ़ी, रसायनों के निर्माण, जैविक पदार्थों से शुरू होने वाले अन्य उत्पादों के निर्माण के लिए उपकरणों को डिजाइन और विकसित करना चाहता है।

बायोप्रोसेस इंजीनियरिंग के अस्तित्व के लिए धन्यवाद, जैव प्रौद्योगिकी समाज के लिए लाभ में तब्दील हो सकती है।

बायोप्रोसेस के लक्ष्य

जीवविज्ञानी और इंजीनियर जो बायोप्रोसेस के विकास में भाग लेते हैं, इस तकनीक के कार्यान्वयन को बढ़ावा देना चाहते हैं, क्योंकि यह अनुमति देता है:

-थोक बायोप्रोसेस, महत्वपूर्ण मूल्य के रसायन उत्पन्न हो सकते हैं। हालांकि, आम तौर पर उत्पन्न होने वाली मात्रा कुछ छोटी होती है।

-Bioprocesses पहले से अलग-थलग सूक्ष्मजीवों की गतिविधि का उपयोग करके पारंपरिक मार्ग द्वारा पहले से प्राप्त उत्पादों के संश्लेषण या संशोधन की अनुमति देता है। ये अमीनो एसिड या अन्य कार्बनिक पदार्थ, भोजन, दूसरों के बीच हो सकते हैं।

मादक द्रव्यों में पदार्थों का परिवर्तन, जैसे अल्कोहल। इन प्रक्रियाओं में अक्सर कम मूल्य वाले पदार्थ शामिल होते हैं।

-उन जीवों या इन के कुछ हिस्सों के उपयोग से अवशेषों और जहरीले कचरे को उन पदार्थों में तब्दील किया जा सकता है जिन्हें आसानी से रिसाइकिल किया जा सकता है। ये प्रक्रिया खनन उद्योग में प्रासंगिक हैं, धातुओं की एकाग्रता और कुंवारी खानों के शोषण के साथ।

बायोप्रोसेस के आवेदन के फायदे और नुकसान

-फायदा

बायोप्रोसेस का अस्तित्व, पदार्थों के प्रसंस्करण के लिए ऊर्जा की बचत सहित बकाया लाभों की एक श्रृंखला प्रदान करता है:

श्रमिकों के लिए अनुकूल परिस्थितियां

अधिकांश बायोप्रोसेस एंजाइम का उपयोग करते हैं, जो प्रकृति में प्रोटीन उत्प्रेरक हैं। ये एक तापमान पर काम करते हैं, अम्लता का स्तर और उन लोगों के समान दबाव जो जीवित जीवों का विरोध करते हैं, इस कारण से प्रक्रिया "अनुकूल" स्थितियों में होती है।

इसके विपरीत, अत्यधिक तापमान और दबावों के साथ, जिस पर पारंपरिक प्रक्रियाओं में प्रयुक्त रासायनिक उत्प्रेरक काम करते हैं। ऊर्जा की बचत के अलावा, मानव-अनुकूल परिस्थितियों में काम करना प्रक्रिया को सुरक्षित बनाता है और प्रक्रिया को आसान बनाता है।

इस तथ्य का एक और परिणाम पर्यावरणीय प्रभाव में कमी है, क्योंकि एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के उत्पाद विषाक्त अपशिष्ट नहीं हैं। मानक कार्यप्रणाली द्वारा उत्पादित कचरे के विपरीत।

विनिर्माण परिसर छोटे, सरल और काफी लचीले हैं, इसलिए बड़े पूंजी निवेश की आवश्यकता नहीं है।

-Disadvantages

यद्यपि बायोप्रोसेस के कई फायदे हैं, फिर भी लागू तरीकों के भीतर कमजोर बिंदु हैं, जैसे:

संदूषण

सबसे महत्वपूर्ण में से एक जैविक प्रणालियों के साथ काम करने का एक आंतरिक परिणाम है: संदूषण के लिए संवेदनशीलता। इस कारण से, इसे बहुत नियंत्रित सड़न रोकनेवाला परिस्थितियों में काम किया जाना चाहिए।

इस घटना में कि फसलें दूषित हो जाती हैं, सूक्ष्मजीव, उत्प्रेरक या प्राप्त उत्पाद नष्ट हो सकते हैं या अपनी कार्यक्षमता खो सकते हैं, जिससे उद्योग को काफी नुकसान होता है।

बड़े पैमाने पर फसल पैदा करें

एक अन्य समस्या श्रम जीवों के हेरफेर से संबंधित है। आम तौर पर, आनुवांशिकी और आणविक जीव विज्ञान प्रयोगशालाएं सूक्ष्म जीवों के साथ छोटे पैमाने पर काम करती हैं, जहां उनकी खेती और इष्टतम विकास आसान होता है।

हालांकि, सूक्ष्मजीवों की बड़े पैमाने पर खेती के लिए प्रक्रिया को एक्सट्रपलेशन करने से बाधाओं की एक श्रृंखला बन जाती है।

विधिपूर्वक बोलना, सूक्ष्मजीवों का बड़े पैमाने पर उत्पादन जटिल है और अगर इसे सही तरीके से नहीं किया जाता है, तो यह प्रणाली की आनुवंशिक अस्थिरता और बढ़ती जीवों की विविधता को जन्म दे सकता है।

उत्पादकों को एक सजातीय फसल की तलाश है ताकि पदार्थ के उत्पादन को अधिकतम किया जा सके। हालाँकि, हम सभी जैविक प्रणालियों में पाई जाने वाली परिवर्तनशीलता को नियंत्रित करना एक बड़े पैमाने पर समस्या है।

अंत में, औद्योगिक उपयोग के लिए सूक्ष्मजीवों का उत्पादन केवल प्रयोगशाला में किए गए उत्पादन को बढ़ाने के लिए नहीं है, क्योंकि यह परिवर्तन पैमाने पर कमियों की एक श्रृंखला को दर्शाता है।

प्रकार

मनुष्यों के हित के पदार्थों के उत्पादन के लिए सूक्ष्मजीवों या अन्य जैविक संस्थाओं का उपयोग बहुत विविध है। उत्पादन में, अपशिष्ट यौगिकों को सूक्ष्मजीव से शुद्ध और उपयोग करने के लिए अलग किया जा सकता है।

इसी तरह, आनुवांशिक इंजीनियरिंग उपकरणों को सीधे उत्पादन पर लागू करके जीव को संशोधित किया जा सकता है। यह पद्धति उन उत्पादों की संभावनाओं की एक श्रृंखला खोलती है जिन्हें प्राप्त किया जा सकता है।

अन्य मामलों में, यह आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव हो सकता है (और जो इसके साथ उत्पन्न नहीं हो सकता है) वह ब्याज का है।

एक बायोप्रोसेस के चरण

जैसा कि शब्द "बायोप्रोसेस" में तकनीकों का एक बहुत ही विषम और विविध श्रृंखला शामिल है, इसके चरणों को शामिल करना मुश्किल है।

-बिना इंसुलिन पैदा करने की दवा

यदि आप प्रयोगशाला में संशोधित जीवों के साथ काम कर रहे हैं, तो पहला कदम संशोधन है। एक विशिष्ट कार्यप्रणाली का वर्णन करने के लिए, हम एक उत्पाद के एक विशिष्ट पुनः संयोजक डीएनए जैसे इंसुलिन, विकास हार्मोन या किसी अन्य सामान्य उत्पाद के निर्माण का वर्णन करेंगे।

आनुवंशिक हेरफेर

उत्पाद को बाजार में लाने के लिए, मेजबान जीव को आनुवंशिक रूप से हेरफेर किया जाना चाहिए। इस मामले में, जीव आमतौर पर Escherichia कोलाई है और क्लोन डीएनए पशु डीएनए होगा। इस संदर्भ में, "क्लोन" डीएनए का मतलब यह नहीं है कि हम एक संपूर्ण जीव को क्लोन करना चाहते हैं, यह केवल ब्याज के जीन का टुकड़ा है।

यदि हम इंसुलिन का उत्पादन करना चाहते हैं, तो हमें डीएनए के उस सेगमेंट की पहचान करनी चाहिए जिसमें उक्त प्रोटीन के उत्पादन की आवश्यक जानकारी हो।

पहचान के बाद, ब्याज के खंड में कटौती की जाती है और ई कोलाई बैक्टीरिया में डाला जाता है। यही है, जीवाणु एक छोटे उत्पादन कारखाने के रूप में कार्य करता है, और शोधकर्ता जीन को सम्मिलित करके इसे "निर्देश" देता है।

यह आनुवांशिक इंजीनियरिंग का चरण है, जिसे छोटे पैमाने पर और एक आणविक जीवविज्ञानी या एक विशेष जैव रसायनज्ञ द्वारा किया जाता है। इस चरण में, बुनियादी प्रयोगशाला उपकरणों की आवश्यकता होती है, जैसे कि माइक्रोप्रिपेट, माइक्रोसेन्ट्रिफ्यूज, प्रतिबंध एंजाइम और इलेक्ट्रोफोरेसिस जैल बनाने के उपकरण।

बायोप्रोसेस को समझने के लिए, सभी विवरणों को समझने की आवश्यकता नहीं है जो क्लोनिंग का अर्थ है, यह समझना महत्वपूर्ण है कि वांछित उत्पाद का अभिव्यक्ति स्तर इष्टतम होना चाहिए और उत्पाद की स्थिरता भी पर्याप्त होनी चाहिए।

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क्लोनिंग प्रक्रिया के बाद, अगला कदम पिछले चरण से पुनः संयोजक कोशिकाओं की वृद्धि और विशेषताओं को मापना है। ऐसा करने के लिए, आपके पास सूक्ष्म जीव विज्ञान और कैनेटीक्स में कौशल होना चाहिए।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि अधिकतम उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए सभी पर्यावरणीय चर जैसे कि तापमान, माध्यम की संरचना और पीएच इष्टतम हैं। इस चरण में, सेल विकास दर, विशिष्ट उत्पादकता और उत्पाद जैसे कुछ मापदंडों को निर्धारित किया जाता है।

पैमाने में वृद्धि

वांछित पदार्थ का उत्पादन करने के लिए कार्यप्रणाली को मानकीकृत किया गया है, उत्पादन पैमाने में वृद्धि हुई है, और एक बायोरिएक्टर में 1 या 2 लीटर संस्कृति तैयार की जाती है।

इसमें तापमान और पीएच की स्थिति को बनाए रखना होगा। संस्कृति द्वारा आवश्यक ऑक्सीजन एकाग्रता पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

इसके बाद, शोधकर्ता तेजी से उत्पादन के पैमाने को बढ़ा रहे हैं, 1,000 लीटर तक पहुंच रहे हैं (मात्रा वांछित उत्पाद पर भी निर्भर करती है)।

किण्वन के चरणों

जैसा कि हमने उल्लेख किया है, बायोप्रोसेस बहुत व्यापक हैं और सभी पिछले अनुभाग में वर्णित चरणों को शामिल नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, बायोप्रोसेस के ठोस और क्लासिक उदाहरण में किण्वन। इसमें सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि कवक और बैक्टीरिया।

सूक्ष्मजीव एक माध्यम में कार्बोहाइड्रेट के साथ बढ़ते हैं जो वे अपने विकास के लिए उपयोग करेंगे। इस तरह, जो अपशिष्ट उत्पाद वे पैदा करते हैं, वे औद्योगिक मूल्य हैं। इनमें से हममें अल्कोहल, लैक्टिक एसिड होता है।

एक बार जब ब्याज का पदार्थ सूक्ष्मजीव द्वारा उत्पादित होता है, तो यह केंद्रित और शुद्ध होता है। मानव उपभोग के लिए बहुमूल्य अंतहीन खाद्य पदार्थ (ब्रेड, दही) और पेय पदार्थ (बीयर, वाइन, अन्य) इस बायोप्रोसेस का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

संदर्भ

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