Protein adsorption in the food industry
প্রোটিন শোষণ বলতে কঠিন পৃষ্ঠের সাথে প্রোটিনের সংযুক্তিকে বোঝায়। এই ঘটনাটি খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ শিল্পে, বিশেষ করে দুধ প্রক্রিয়াকরণ এবং ওয়াইন ও বিয়ার তৈরিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। অতিরিক্ত শোষণ, বা প্রোটিন ফাউলিং, স্বাস্থ্য এবং স্যানিটেশন সমস্যার কারণ হতে পারে, কারণ অধিশোষিত প্রোটিন পরিষ্কার করা খুব কঠিন এবং বায়োফিল্মের মতো ব্যাকটেরিয়াকে আশ্রয় দিতে পারে। পণ্যের গুণমান বিরূপভাবে প্রভাবিত হতে পারে যদি অধিশোষিত উপাদান প্রক্রিয়াকরণের পদক্ষেপে হস্তক্ষেপ করে, যেমন পেস্টুরাইজেশান। যাইহোক, কিছু ক্ষেত্রে প্রোটিন শোষণ খাদ্যের গুণমান উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়, যেমন ওয়াইন জরিমানা করার ক্ষেত্রে হয়। প্রোটিন শোষণ প্রোটিন শোষণ এবং প্রোটিন ফাউলিং খাদ্য শিল্পে (বিশেষ করে দুগ্ধ শিল্পে) বড় সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে যখন খাদ্য থেকে প্রোটিন প্রক্রিয়াকরণ পৃষ্ঠে শোষিত হয়, যেমন স্টেইনলেস স্টিল বা প্লাস্টিক (যেমন। পলিপ্রোপিলিন)। প্রোটিন ফাউলিং হল একটি পৃষ্ঠে প্রোটিন সমষ্টির সংগ্রহ। এটি গরম করার প্রক্রিয়াগুলিতে সবচেয়ে সাধারণ যা সরঞ্জাম এবং গরম করা বাল্ক পদার্থের মধ্যে একটি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে। প্রোটিন-দূষিত গরম করার সরঞ্জামগুলিতে, অধিশোষিত প্রোটিনগুলি হিটার এবং বাল্ক উপাদানের মধ্যে একটি অন্তরক স্তর তৈরি করতে পারে, যা গরম করার দক্ষতা হ্রাস করে। এর ফলে অকার্যকর জীবাণুমুক্তকরণ এবং পেস্টুরাইজেশন হয়। এছাড়াও, হিটারের সাথে আটকে থাকা প্রোটিনগুলি বাল্ক উপাদানের পুড়ে যাওয়া স্বাদ বা রঙের কারণ হতে পারে। উপরন্তু, পরিস্রাবণ নিযুক্ত প্রক্রিয়াগুলিতে, ফিল্টারের পৃষ্ঠে একত্রিত প্রোটিন সমষ্টিগুলি বাল্ক উপাদানের প্রবাহকে অবরুদ্ধ করতে পারে এবং ফিল্টারের দক্ষতা ব্যাপকভাবে হ্রাস করতে পারে। বিয়ার পাথরের শোষণের উদাহরণ হল বিয়ার তৈরির প্রক্রিয়ায় শস্য এবং জল থেকে অক্সালেট, প্রোটিন এবং ক্যালসিয়াম বা ম্যাগনেসিয়াম লবণের অবক্ষেপ এবং কেগস, ব্যারেল এবং ট্যাপ লাইনের উপর স্কেল তৈরি করা। চার্জ আকর্ষণ দ্বারা চালিত খনিজগুলি প্রথমে ধারকটির পৃষ্ঠে শোষিত হয়। প্রোটিনগুলি প্রায়শই দ্রবণে এই খনিজগুলির সাথে সমন্বিত হয় এবং তাদের সাথে পৃষ্ঠের সাথে আবদ্ধ হতে পারে। অন্যান্য ক্ষেত্রে প্রোটিনগুলি পৃষ্ঠের খনিজগুলিতেও শোষণ করে, যা জমা অপসারণ করা কঠিন করে তোলে, পাশাপাশি এমন একটি পৃষ্ঠ সরবরাহ করে যা সহজেই অণুজীবগুলিকে আশ্রয় দিতে পারে। যদি ট্যাপ লাইনের ভিতরে নির্মিত বিয়ারের পাথর টুকরো টুকরো হয়ে যায়, তবে এটি বিয়ারকে কুয়াশাচ্ছন্ন করে এবং "অফ" স্বাদে অবদান রেখে সমাপ্ত পণ্যের গুণমানকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করতে পারে। এটি পুষ্টির দৃষ্টিকোণ থেকেও ক্ষতিকারকঃ অক্সালেট কিডনিতে পাথর গঠনের ঝুঁকি বাড়ানোর পাশাপাশি শরীরে ক্যালসিয়ামের শোষণ হ্রাস করতে পারে। ওয়াইন তৈরির আঙুর এবং ওয়াইন প্রোটিনগুলি একত্রিত হয় এবং সমাপ্ত ওয়াইনগুলিতে, বিশেষত সাদা ওয়াইনগুলিতে কুয়াশা এবং পলল তৈরি করে। কম স্থায়ী বেগ বা পৃথক কণাগুলির উপর চার্জ বিকর্ষণের কারণে হেজ-সৃষ্টিকারী প্রোটিনগুলি ওয়াইনে স্থায়ী হতে পারে। বেনটোনাইট মাটির মতো ফাইনিং এজেন্টগুলি এই প্রোটিনগুলি অপসারণ করে ওয়াইনকে পরিষ্কার করতে ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও, অ্যালবুমিন, ক্যাসিন বা জেলাটিনের মতো প্রোটিনযুক্ত এজেন্টগুলি ট্যানিন বা অন্যান্য ফেনোল অপসারণের জন্য ওয়াইন ব্যাখ্যায় ব্যবহৃত হয়। বায়োফিল্ম হল একটি পৃষ্ঠে শোষিত অণুজীবের একটি সম্প্রদায়। বায়োফিল্মগুলিতে অণুজীবগুলি একটি পলিমারিক ম্যাট্রিক্সের মধ্যে আবদ্ধ থাকে যা এক্সোপোলিস্যাকারাইড, এক্সট্রাসেলুলার ডিএনএ এবং প্রোটিন নিয়ে গঠিত। একটি পৃষ্ঠ (সাধারণত ধাতু) একটি দ্রবণে স্থাপন করার কয়েক সেকেন্ড পরে, অজৈব এবং জৈব অণুগুলি পৃষ্ঠের উপর শোষিত হয়। এই অণুগুলি মূলত কুলম্বিক বল দ্বারা আকৃষ্ট হয় (উপরের অংশটি দেখুন) এবং পৃষ্ঠের সাথে খুব দৃঢ়ভাবে লেগে থাকতে পারে। এই প্রথম স্তরটিকে কন্ডিশনিং স্তর বলা হয় এবং অণুজীবের পৃষ্ঠের সাথে আবদ্ধ হওয়ার জন্য এটি প্রয়োজনীয়। এই অণুজীবগুলি তারপর ভ্যান ডার ওয়ালস বল দ্বারা বিপরীতভাবে সংযুক্ত হয়, তারপরে পিলি বা ফ্ল্যাজেলার মতো স্ব-উত্পাদিত সংযুক্তি কাঠামোর মাধ্যমে অপরিবর্তনীয় আঠালো হয়। বায়োফিল্মগুলি স্টেইনলেস স্টিলের মতো কঠিন স্তরের উপর তৈরি হয়। একটি বায়োফিল্মের আবদ্ধ পলিমারিক ম্যাট্রিক্স তার জীবাণুগুলিকে সুরক্ষা প্রদান করে, ডিটারজেন্ট এবং পরিষ্কার করার এজেন্টগুলির বিরুদ্ধে তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়। খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ পৃষ্ঠে বায়োফিল্মগুলি খাদ্য সুরক্ষার জন্য জৈবিক বিপদ হতে পারে। বায়োফিল্মে রাসায়নিক প্রতিরোধের বৃদ্ধি একটি স্থায়ী দূষণের অবস্থার দিকে নিয়ে যেতে পারে। দুগ্ধ শিল্প পরোক্ষ উত্তাপের মাধ্যমে দুধের তাপীয় চিকিত্সা (যেমনঃ পেস্টুরাইজেশন) মাইক্রোবিয়াল লোড কমাতে এবং শেলফ লাইফ বাড়ানোর জন্য সাধারণত একটি প্লেট হিট এক্সচেঞ্জার দ্বারা সঞ্চালিত হয়। হিট এক্সচেঞ্জার পৃষ্ঠগুলি শোষিত দুধের প্রোটিন জমা দ্বারা দূষিত হতে পারে। ঘরের তাপমাত্রায় একটি প্রোটিন মনোলেয়ার গঠনের মাধ্যমে ফাউলিং শুরু হয়, তারপরে তাপ প্ররোচিত সমষ্টি এবং হুই প্রোটিন এবং ক্যালসিয়াম ফসফেট জমা জমা হয়। শোষিত প্রোটিনগুলি তাপ স্থানান্তরের দক্ষতা হ্রাস করে এবং দুধের পর্যাপ্ত উত্তাপ রোধ করে পণ্যের গুণমানকে সম্ভাব্যভাবে প্রভাবিত করে। প্রোটিন শোষণের প্রক্রিয়া খাদ্য শিল্পে প্রোটিন শোষণের সমস্ত উদাহরণের সাধারণ প্রবণতা হল প্রথমে পৃষ্ঠে শোষিত খনিজগুলির শোষণ। এই ঘটনাটি অধ্যয়ন করা হয়েছে কিন্তু এটি ভালভাবে বোঝা যায় না। মাটির মতো খনিজগুলিতে শোষিত প্রোটিনের স্পেকট্রোস্কোপি সি = ও এবং এন-এইচ বন্ড প্রসারিতের মধ্যে বৈচিত্র্য দেখায়, যার অর্থ এই বন্ধনগুলি প্রোটিন বন্ধনে জড়িত। কুলম্বিক কিছু কিছু ক্ষেত্রে প্রোটিন অত্যধিক পৃষ্ঠ আধান দ্বারা পৃষ্ঠের প্রতি আকৃষ্ট হয়। যখন কোনও তরলের পৃষ্ঠে মোট আধান থাকে, তখন তরলের আয়নগুলি পৃষ্ঠে শোষিত হয়। প্রোটিনের পৃষ্ঠে চার্জ অ্যামিনো অ্যাসিডের অবশিষ্টাংশের কারণে প্রোটিনের চার্জযুক্ত পৃষ্ঠও থাকে। পৃষ্ঠ এবং প্রোটিন তখন কুলম্বিক বল দ্বারা আকৃষ্ট হয়। একটি আধানযুক্ত পৃষ্ঠ () থেকে একটি প্রোটিন যে আকর্ষণ অনুভব করে তা পৃষ্ঠের চার্জের উপর নির্ভর করে, যেমনটি নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা বর্ণনা করা হয়েছেঃ যেখানে প্রোটিন দ্বারা অনুভূত সম্ভাব্যতা পৃষ্ঠের প্রকৃত সম্ভাব্যতা x হল প্রোটিন থেকে পৃষ্ঠের দূরত্ব, এবং এটি ডেবি দৈর্ঘ্য। একটি প্রোটিনের পৃষ্ঠের সম্ভাব্যতা তার চার্জযুক্ত অ্যামিনো অ্যাসিডের সংখ্যা এবং তার আইসোইলেক্ট্রিক বিন্দু, পি. আই দ্বারা দেওয়া হয়। একটি মিশ্রণ গরম করার সরাসরি ফলস্বরূপ তাপগতিবিদ্যার প্রোটিন শোষণও ঘটতে পারে। দুধ প্রক্রিয়াকরণে প্রোটিন শোষণ প্রায়শই অন্যান্য পরিস্থিতিতে এই ধরনের শোষণের জন্য একটি মডেল হিসাবে ব্যবহৃত হয়। দুধ মূলত জল দিয়ে তৈরি, যার মধ্যে 20 শতাংশেরও কম স্থায়ী কঠিন বা দ্রবীভূত প্রোটিন থাকে। মোট দুধের মাত্র 3 দশমিক 6 শতাংশ প্রোটিন এবং জলবিহীন উপাদানের মাত্র 26 শতাংশ। এই প্রোটিনগুলি পেস্টুরাইজেশনের সময় ঘটে যাওয়া ফাউলিংয়ের জন্য দায়ী। যেহেতু পেস্টুরাইজেশনের সময় দুধ গরম করা হয়, তাই দুধের অনেক প্রোটিনই বিকৃত হয়ে যায়। পাস্তুরিকরণের তাপমাত্রা 161 ডিগ্রি ফারেনহাইট (71.7 ডিগ্রি সেলসিয়াস) পর্যন্ত পৌঁছতে পারে। এই তাপমাত্রা নীচের প্রোটিনগুলিকে বিকৃত করার জন্য যথেষ্ট বেশি, দুধের পুষ্টির মান হ্রাস করে এবং দূষিত করে। এই উচ্চ তাপমাত্রায় অল্প সময়ের জন্য (15-20 সেকেন্ড) দুধ গরম করা হয় যাতে ডিনেচুরেশনের পরিমাণ হ্রাস পায়। তবে বিকৃত প্রোটিন থেকে দূষিত হওয়া এখনও একটি গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা। ডিনেচুরেশন প্রোটিনে হাইড্রোফোবিক অ্যামিনো অ্যাসিডের অবশিষ্টাংশ প্রকাশ করে, যা আগে প্রোটিন দ্বারা সুরক্ষিত ছিল। উন্মুক্ত হাইড্রোফোবিক অ্যামিনো অ্যাসিডগুলি তাদের চারপাশের জলের এনট্রপি হ্রাস করে, যা এটিকে পৃষ্ঠের শোষণের জন্য অনুকূল করে তোলে। কিছু β-ল্যাক্টোগ্লোবুলিন (β-lg) সরাসরি হিট এক্সচেঞ্জার বা ধারকের পৃষ্ঠে শোষিত হবে। অন্যান্য বিকৃত β-lg অণুগুলি কেসিন মাইসেলগুলিতে শোষণ করে, যা দুধেও উপস্থিত থাকে। যত বেশি বেশি β-lg প্রোটিন ক্যাসিন মাইসেলের সাথে আবদ্ধ হয় এটি একটি সমষ্টি গঠন করে, যা তারপর তাপ বিনিময়কারী এবং/অথবা ধারকটির পৃষ্ঠে ছড়িয়ে পড়বে। যদিও এগ্রিগেটগুলি দুধ প্রক্রিয়াকরণে পাওয়া প্রোটিন ফাউলিংয়ের বেশিরভাগ ব্যাখ্যা করতে পারে, তবে এটি সবকিছুর জন্য দায়ী নয়। তৃতীয় ধরনের ফাউলিং আবিষ্কৃত হয়েছে যা বিকৃত β-lg প্রোটিনের রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে। β-lg-এ 5টি সিস্টিন অবশিষ্টাংশ রয়েছে, যার মধ্যে চারটি পরস্পরের সাথে সমযোজীভাবে আবদ্ধ, যা একটি S-S বন্ধন গঠন করে। যখন β-lg বিকৃত হয়, তখন পঞ্চম সিস্টিনের অবশিষ্টাংশ জলের সংস্পর্শে আসে। এই অবশিষ্টাংশটি তারপর অন্যান্য β-lg প্রোটিনের সাথে আবদ্ধ হয়, যার মধ্যে ইতিমধ্যে পৃষ্ঠে শোষিত প্রোটিনগুলিও রয়েছে। এটি বিকৃত প্রোটিন এবং ধারকটির পৃষ্ঠের মধ্যে একটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া তৈরি করে। আইসোথার্মগুলি পৃষ্ঠের উপরে প্রোটিনের ঘনত্বের উপর নির্ভর করে একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় পৃষ্ঠের উপর অধিশোষিত প্রোটিনের পরিমাণ পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়। গবেষকরা প্রোটিন শোষণের পরীক্ষামূলক মান বর্ণনা করতে ল্যাংমুয়ার-ধরনের আইসোথার্ম মডেল ব্যবহার করেছেন। এই সমীকরণে অধিশোষিত প্রোটিনের পরিমাণ হল প্রতি অণুর পৃষ্ঠ এলাকা হল প্রোটিনের আংশিক মোলার আয়তন প্রতি একক এলাকায় অধিশোষণের গিবস মুক্ত শক্তির ঋণাত্মক এবং এটি ভারসাম্য প্রোটিন ঘনত্ব। এই সমীকরণটি প্রোটিন এবং জলের একটি মডেল দ্রবণ থেকে 50 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় প্রোটিন শোষণের একটি পরীক্ষাগার সেটিংয়ে প্রয়োগ করা হয়েছে। দুধ প্রক্রিয়াকরণে প্রোটিন ফাউলিং মডেলিংয়ের জন্য এটি বিশেষভাবে কার্যকর। অধিশোষিত প্রোটিন অপসারণ অধিশোষিত প্রোটিন খাদ্যের সংস্পর্শে আসা পৃষ্ঠ থেকে অপসারণ করা সবচেয়ে কঠিন খাদ্য মৃত্তিকার মধ্যে অন্যতম। বিশেষত, তাপ-বিকৃত প্রোটিনগুলি (যেমন দুগ্ধ শিল্পের প্রয়োগগুলিতে পাওয়া যায়) পৃষ্ঠতলগুলিতে শক্তভাবে লেগে থাকে এবং অপসারণের জন্য শক্তিশালী ক্ষারীয় ক্লিনারের প্রয়োজন হয়। পরিষ্কার করার পদ্ধতিগুলি দৃশ্যমান এবং অদৃশ্য প্রোটিনযুক্ত মাটি উভয়ই অপসারণ করতে সক্ষম হওয়া গুরুত্বপূর্ণ। ব্যাকটেরিয়ার বৃদ্ধির জন্য পুষ্টিকর উপাদানগুলি অবশ্যই অপসারণ করতে হবে এবং সেইসাথে জৈব ফিল্মগুলি যা খাদ্যের সংস্পর্শে পৃষ্ঠে তৈরি হতে পারে। প্রোটিনগুলি জলে অদ্রবণীয়, অম্লীয় দ্রবণে সামান্য দ্রবণীয় এবং ক্ষারীয় দ্রবণে দ্রবণীয়, যা পৃষ্ঠ থেকে প্রোটিন অপসারণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এমন ক্লিনারের ধরণকে সীমাবদ্ধ করে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, পেপটাইজিং এবং ওয়েটিং এজেন্ট সহ অত্যন্ত ক্ষারীয় ক্লিনারগুলি খাদ্যের সংস্পর্শে থাকা পৃষ্ঠগুলিতে প্রোটিন অপসারণে সবচেয়ে কার্যকর। কার্যকর প্রোটিন অপসারণের জন্য তাপমাত্রা পরিষ্কার করাও একটি উদ্বেগের বিষয়। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে পরিষ্কার করার যৌগের ক্রিয়াকলাপ বৃদ্ধি পায়, যা মাটি অপসারণকে সহজ করে তোলে। তবে, উচ্চ তাপমাত্রায় (> 55 ডিগ্রি সেলসিয়াস) প্রোটিনগুলি বিকৃত হয় এবং পরিষ্কার করার কার্যকারিতা হ্রাস পায়। ক্ষারীয় ক্লিনার ক্ষারীয় ক্লিনারগুলি পিএইচ 7-14 সহ যৌগ হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। 11 বা তার বেশি পিএইচ সহ ক্লিনার দ্বারা পৃষ্ঠতল থেকে প্রোটিনগুলি সবচেয়ে কার্যকরভাবে অপসারণ করা হয়। একটি শক্তিশালী ক্ষারীয় পরিষ্কার এজেন্টের উদাহরণ হল সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড, যাকে কস্টিক সোডাও বলা হয়। যদিও সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড (এন. এ. ও. এইচ) স্টেইনলেস স্টিলের মতো খাদ্যের সংস্পর্শে আসা পৃষ্ঠগুলিতে জারা সৃষ্টি করতে পারে, তবে প্রোটিন দ্রবীভূত করার এবং খাদ্য মৃত্তিকাকে ছড়িয়ে/নিমজ্জিত করার কার্যকারিতার কারণে এটি প্রোটিন অপসারণের জন্য পছন্দের পরিষ্কারকারী এজেন্ট। ধাতব পৃষ্ঠের ক্ষয় কমাতে প্রায়শই এই ক্লিনারগুলিতে সিলিকেট যোগ করা হয়। প্রোটিনে ক্ষারীয় পরিষ্কারের প্রক্রিয়াটি তিন ধাপের প্রক্রিয়া অনুসরণ করেঃ জেল গঠনঃ ক্ষারীয় দ্রবণের সংস্পর্শে আসার পরে, প্রোটিন মাটি ফুলে যায় এবং একটি অপসারণযোগ্য জেল গঠন করে। প্রোটিন অপসারণঃ প্রোটিন জেলটি ভর স্থানান্তরের মাধ্যমে অপসারণ করা হয়, যখন পরিষ্কার করার এজেন্টটি মাটির মধ্য দিয়ে ছড়িয়ে পড়তে থাকে, জেল গঠন বৃদ্ধি করে। ক্ষয় পর্যায়ঃ প্রোটিন জেলটি এমন পর্যায়ে ক্ষয় হয়ে গেছে যেখানে এটি একটি পাতলা জমা। এই পর্যায়ে অপসারণ শিয়ার স্ট্রেস ফোর্স এবং জেলের ভর স্থানান্তর দ্বারা পরিচালিত হয়। হাইপোক্লোরাইট প্রায়শই প্রোটিনগুলিকে পেপটাইজ করার জন্য ক্ষারীয় ক্লিনারে যোগ করা হয়। ক্লোরিনযুক্ত ক্লিনজারগুলি প্রোটিনে সালফাইড ক্রসলিঙ্কগুলিকে জারিত করে কাজ করে। মাটির ম্যাট্রিক্সে ক্লিনারের বর্ধিত বিস্তারের কারণে পরিষ্কারের গতি এবং দক্ষতা উন্নত হয়, যা এখন ছোট, আরও দ্রবণীয় প্রোটিন দ্বারা গঠিত। এনজাইম ক্লিনার এনজাইম-ভিত্তিক ক্লিনারগুলি বায়োফিল্ম অপসারণের জন্য বিশেষভাবে কার্যকর। ঐতিহ্যবাহী ক্ষারীয় বা অ্যাসিড ক্লিনার দিয়ে ব্যাকটেরিয়া অপসারণ করা কিছুটা কঠিন। এনজাইম ক্লিনারগুলি বায়োফিল্মগুলিতে আরও কার্যকর কারণ তারা ব্যাকটেরিয়া সংযুক্ত স্থানে প্রোটিন ভেঙে প্রোটিজ হিসাবে কাজ করে। এগুলি উচ্চ পিএইচ-এ এবং 60 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে তাপমাত্রায় সর্বোচ্চ দক্ষতায় কাজ করে। জৈব অবক্ষয় এবং অন্যান্য পরিবেশগত কারণ যেমন বর্জ্য জল উৎপাদন হ্রাস এবং ঠান্ডা জল ব্যবহার থেকে শক্তি সাশ্রয়ের কারণে এনজাইম ক্লিনারগুলি ঐতিহ্যবাহী রাসায়নিক ক্লিনারের ক্রমবর্ধমান আকর্ষণীয় বিকল্প। তবে, এগুলি সাধারণত ক্ষারীয় বা অ্যাসিড ক্লিনারের চেয়ে বেশি ব্যয়বহুল। অ্যারোমা কেয়ার সলিউশন যুক্তরাজ্যের একটি প্রধান সরবরাহকারী। তথ্যসূত্র জৈব রসায়ন খাদ্য শিল্প প্রোটিন