Biodesulfurization
জৈব সালফারাইজেশন হল অণুজীব বা তাদের উৎসেচক ব্যবহারের মাধ্যমে অপরিশোধিত তেল থেকে সালফার অপসারণের প্রক্রিয়া। পটভূমি অপরিশোধিত তেলের গঠনে সালফার রয়েছে, কার্বন এবং হাইড্রোজেনের পরে পরেরটি সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে উপাদান। এর উৎসের উপর নির্ভর করে, অপরিশোধিত তেলে উপস্থিত সালফারের পরিমাণ 0.05 থেকে 10 শতাংশ পর্যন্ত হতে পারে। সেই অনুযায়ী, সালফারের ঘনত্ব যথাক্রমে 0.5 শতাংশ বা তার বেশি হলে তেলকে মিষ্টি বা টক হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। অপরিশোধিত তেলের জ্বলন বায়ুমণ্ডলে সালফার অক্সাইড (এসওএক্স) মুক্ত করে, যা জনস্বাস্থ্যের জন্য ক্ষতিকারক এবং বায়ু দূষণ এবং অ্যাসিড বৃষ্টির মতো গুরুতর পরিবেশগত প্রভাবগুলিতে অবদান রাখে। উপরন্তু, অপরিশোধিত তেলের সালফারের পরিমাণ শোধনাগারগুলির জন্য একটি বড় সমস্যা, কারণ এটি সরঞ্জামগুলির ক্ষয় এবং অভিজাত ধাতব অনুঘটকগুলির বিষক্রিয়াকে উৎসাহিত করে। যে কোনও তেলক্ষেত্রে সালফারের মাত্রা এত বেশি যে এটি থেকে প্রাপ্ত জীবাশ্ম জ্বালানী (যেমন পেট্রোল, ডিজেল বা জেট জ্বালানী) অর্গানোসালফার যৌগগুলি অপসারণের জন্য প্রাক-চিকিত্সা ছাড়াই দহন ইঞ্জিনগুলিতে ব্যবহার করা যায়। অপরিশোধিত তেলে সালফারের ঘনত্ব হ্রাস করা তার জ্বলন দ্বারা সৃষ্ট ক্ষতিকারক স্বাস্থ্য এবং পরিবেশগত প্রভাবগুলির অন্যতম প্রধান উৎসকে প্রশমিত করার জন্য প্রয়োজনীয় হয়ে ওঠে। এই অর্থে, ইউরোপীয় ইউনিয়ন ডিজেলের সালফারের পরিমাণ 10 পিপিএম-এর নিচে নামিয়ে আনার পদক্ষেপ নিয়েছে, অন্যদিকে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র ডিজেল এবং পেট্রোলের সালফারের পরিমাণ সর্বোচ্চ 15 পিপিএম-এর মধ্যে সীমাবদ্ধ করার চেষ্টা করেছে। তেল জ্বালানিতে সালফার যৌগগুলির হ্রাস ডিসালফারাইজেশন নামে একটি প্রক্রিয়া দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে। ডিসালফারাইজেশনের জন্য ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে হাইড্রোডিসালফারাইজেশন, অক্সিডেটিভ ডিসালফারাইজেশন, এক্সট্র্যাক্টিভ ডিসালফারাইজেশন এবং আয়নিক তরল দ্বারা নিষ্কাশন। সালফারের পরিমাণ হ্রাস করার ক্ষেত্রে তাদের দক্ষতা সত্ত্বেও, প্রচলিত ডিসালফারাইজেশন পদ্ধতিগুলি এখনও অপরিশোধিত তেল পরিশোধন প্রক্রিয়ার সাথে যুক্ত উল্লেখযোগ্য পরিমাণে সিও2 নির্গমনের জন্য দায়বদ্ধ, যা প্রতি বছর 9000 মেট্রিক টন পর্যন্ত মুক্তি দেয়। উপরন্তু, এই প্রক্রিয়াগুলির জন্য সাধারণত প্রচুর পরিমাণে শক্তির প্রয়োজন হয় এবং যে শিল্পগুলি তাদের নিয়োগ করে তাদের জন্য প্রচুর খরচ হয়। প্রচলিত ডেসালফারাইজেশন পদ্ধতির একটি সবুজ এবং পরিপূরক বিকল্প প্রক্রিয়া হল বায়োডেসালফারাইজেশন। বায়োডেসালফারাইজেশন বাস্তবায়ন এবং পথ দেখা গেছে যে সালফার-নির্ভর ব্যাকটেরিয়া রয়েছে যা তাদের জীবন চক্রে সালফারযুক্ত যৌগগুলিতে সালফার ব্যবহার করে (হয় তাদের বৃদ্ধি বা বিপাকীয় প্রক্রিয়াগুলিতে), সালফারে কম/কোনও উপাদান নেই এমন অণু তৈরি করে। বিশেষত, হেটেরোঅ্যারোমেটিক যৌগগুলি, যেমন থাইওফিন এবং তাদের ডেরিভেটিভস, ব্যাকটেরিয়ার জন্য গুরুত্বপূর্ণ স্তর গঠন করতে দেখা গেছে। বায়োডিসালফারাইজেশন সালফার অপসারণের একটি আকর্ষণীয় বিকল্প, বিশেষত অপরিশোধিত তেলের ভগ্নাংশে যেখানে সালফার হেটেরোসাইকেলের প্রাচুর্য রয়েছে। আজ অবধি, শিল্প প্রয়োগের জন্য পাইলট প্রচেষ্টা পুরো ব্যাকটেরিয়া সিস্টেমের ব্যবহারের আশ্রয় নিয়েছে, কারণ বায়োডেসালফারাইজেশনে বিভিন্ন এনজাইম দ্বারা ক্রমানুসারে প্রতিক্রিয়া এবং সালফার পরমাণু বা আণবিক অক্সিজেনের সাথে রেডক্স প্রতিক্রিয়ায় অংশ নেওয়া প্রচুর পরিমাণে কোফ্যাক্টর জড়িত। যাইহোক, সামগ্রিক কম এনজাইম দক্ষতা, পণ্য প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ প্রক্রিয়া এবং বিষাক্ততা, বা দীর্ঘমেয়াদী ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধির জন্য অপর্যাপ্ত অবস্থার কারণে তাদের একটি শিল্প সেটআপের জন্য কাঙ্ক্ষিত স্কেলাবিলিটির অভাব ছিল। যদিও কোষ-মুক্ত রিকম্বিনেন্ট এনজাইমগুলি কাম্য হবে, তবে পরিচিত প্রয়োগগুলি এখনও পুরো কোষের জন্য পূরণ করা দক্ষতার তুলনায় অনেক কম। দুটি প্রধান পথ রয়েছে যার মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়া সালফারযুক্ত যৌগ থেকে সালফার অপসারণ করেঃ রিং ধ্বংসাত্মক পথ এবং সালফার-নির্দিষ্ট পথ। বৃত্ত ধ্বংসাত্মক পথটি পার্শ্ববর্তী জলীয় পরিবেশে দ্রবণীয় ছোট জৈব সালফাইডের মুক্তির সাথে কার্বন-কার্বন বন্ধনের নির্বাচিত বিভাজন নিয়ে গঠিত, যেখানে সালফার-নির্দিষ্ট পথগুলি সালফারকে সালফাইড বা সালফাইট অ্যানায়ন হিসাবে ছেড়ে দেওয়ার জন্য ধারাবাহিক সালফার রিডক্স প্রতিক্রিয়ার উপর নির্ভর করে। এইভাবে পরেরটিকে উচ্চ ক্যালোরি উপাদান সহ সালফার-মুক্ত যৌগ উৎপাদনের একটি অত্যন্ত আশাব্যঞ্জক পথ হিসাবে বিবেচনা করা হয়েছে, বিশেষত টক অপরিশোধিত তেলের ভগ্নাংশে প্রচুর পরিমাণে সালফার হেটেরোসাইকেলের সালফারহীনকরণের ক্ষেত্রে। সর্বাধিক অধ্যয়ন করা রিং ধ্বংসাত্মক পথ হল কোডামা পথ এবং এটি প্রাথমিকভাবে সিউডোমোনাস অ্যাবিকোনেনসিস এবং সিউডোমোনাস জিজানিতে চিহ্নিত করা হয়েছিল। এই পথটি চারটি প্রধান ধাপ নিয়ে গঠিতঃ 1) সুগন্ধি বলয়ের একটিতে কার্বনের এন. এ. ডি. এইচ-নির্ভর ডাইঅক্সিজেনেস দ্বারা ধারাবাহিক হাইড্রক্সিলেশন, 2) এন. এ. ডি + কোফ্যাক্টর দ্বারা বলয়ের ডিহাইড্রোজেনেশন এবং 3) রিং বিভাজন এবং পাইরুভিল শাখা গঠনের জন্য অক্সিজেনকরণ; 4) পাইরুভেট এবং অবশিষ্ট স্তর মুক্ত করার জন্য পাইরুভিল প্রতিস্থাপনের হাইড্রোলাইসিস। যেহেতু পথের শেষ পণ্যগুলি এখনও জলে দ্রবণীয় সালফার যৌগ, তাই পথটি প্রায়শই শিল্প প্রয়োগের জন্য একটি আকর্ষণীয় পথ হিসাবে উপেক্ষা করা হয়েছে, বিশেষত তেল শিল্প দ্বারা। সবচেয়ে ভালভাবে অধ্যয়ন করা সালফার নির্দিষ্ট পথ হল 4S পথ, যা প্রথম ব্যাকটেরিয়াম রোডোকোকাস এরিথ্রোপোলিস (স্ট্রেন আইজিটিএস8)-এ আবিষ্কৃত হয়, যা ডাইবেনজোথিওফিনেস এবং ডেরিভেটিভস থেকে সালফার অপসারণের জন্য তিনটি ধাপে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিলঃ i) সালফারের দ্বিগুণ জারণ (সালফক্সাইড এবং সালফোনে) একটি ফ্ল্যাভিন-নির্ভর মনোক্সিজেনেস দ্বারা সঞ্চালিত হয়, তারপরে ii) দ্বিতীয় ফ্ল্যাভিন-নির্ভর মনোক্সিজেনেস দ্বারা একটি কার্বন-সালফার বন্ধন বিভাজন এবং iii) ডিসালফিনেশন প্রতিক্রিয়া যার মাধ্যমে 2-হাইড্রক্সিবাইফিনাইল এবং সালফাইট উত্পাদিত হয়। এই প্রক্রিয়ার জন্য মোট চারটি উৎসেচকের প্রয়োজন হয়ঃ যার মধ্যে তিনটি ডি. এস. জেড. এ. বি. সি জিন (ফ্ল্যাভিন-নির্ভর মনোক্সিজেনেস ডি. এস. জেড. এ এবং ডি. এস. জেড. সি, এবং ডিসালফিনেস ডি. এস. জেড. বি) এবং চতুর্থ ক্রোমোজোম এনকোডেড এনজাইম, ডি. এস. জেড. ডি, যা ডি. এস. জেড. এ এবং ডি. এস. জেড. সি-এর জন্য প্রয়োজনীয় ফ্ল্যাভিন মনোনিউক্লিওটাইড কোফ্যাক্টরের পুনরুত্পাদন এবং সরবরাহের জন্য দায়ী। এটিও দেখা গেছে যে কিছু অ্যানেরোবিক ব্যাকটেরিয়া পরিবর্তে হাইড্রোজেন সালফাইড উৎপাদনের জন্য একটি বিকল্প সালফার-নির্দিষ্ট পথ ব্যবহার করতে পারে। যাইহোক, আজ অবধি, বিটুমিন, ভ্যাকুয়াম গ্যাস তেল বা ডিসফাল্টেড তেলের মতো ভগ্নাংশের ডিসালফারাইজেশন পর্যবেক্ষণ করা হয়নি বায়বীয় 4 এস পথ 4 এস পথটি অক্সিডেটিভ ডিসালফারাইজেশনের একটি সালফার-নির্দিষ্ট বিপাকীয় পথ যা ডাইবেনজোথিওফেনকে (ডিবিটি) 2-হাইড্রক্সিবিফেনিল এবং সালফাইট রূপান্তরিত করে। এটি মোট চারটি এন. এ. ডি. এইচ অণু (তিনটি ডি. এস. জেড. ডি দ্বারা এফ. এম. এন. এইচ2 উৎপাদনের জন্য এবং একটি চতুর্থাংশ ডি. এস. জেড. এ-এর এফ. এম. এন-অক্সাইড উপজাত পুনরুজ্জীবিত করার জন্য প্রয়োজন) এবং তিনটি অক্সিজেন অণু ব্যবহার করে, এইভাবে এন. এ. ডি + এবং জল উপজাত হিসাবে উৎপাদন করে। ডি. এস. জেড. সি হল প্রথম উৎসেচক যা দুটি ক্রমিক ধাপে পথে হস্তক্ষেপ করে, যা প্রথমে ডি. বি. টি-সালফক্সাইডে এবং তারপর ডি. বি. টি-সালফোনে ডি. বি. টি-র দ্বিগুণ জারণকে অনুঘটক করে। এর জন্য কোফ্যাক্টর হিসাবে এফএমএনএইচ2 প্রয়োজন, যা ডিএসজেডডি এবং আণবিক অক্সিজেন দ্বারা সরবরাহ করা হয়। সেই কারণে, এই উৎসেচকের দক্ষতা ডি. এস. জেড. ডি-র ক্রিয়াকলাপ এবং পরিবেশগত অক্সিজেনকরণের উপর নির্ভরশীল। ডি. এস. জেড. সি দ্বারা অনুঘটকিত বিক্রিয়ার তিনটি পর্যায় রয়েছেঃ 1) আণবিক অক্সিজেন সক্রিয়করণ যা হাইড্রোপেরোক্সিফ্লাভিন-ইন্টারমিডিয়েট (সি4এওওএইচ) গঠনের দিকে পরিচালিত করে; 2) ডিবিটি থেকে ডিবিটিও-তে জারণ; এবং 3) এফএমএন-এর নির্জলীকরণ। ডি. এস. জেড. সি হল পথের দ্বিতীয় সবচেয়ে কম কার্যকরী উৎসেচক যার বিশেষত 1.6 ± 0.3 মিনিট-1 এর কম কে-ক্যাট রয়েছে। এটি যথাক্রমে ডিএসজেডএ এবং ডিএসজেডবি-র পণ্য এইচপিবিএস এবং 2-এইচবিপি দ্বারা সৃষ্ট প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ থেকেও মারাত্মকভাবে প্রভাবিত হয়, সেই কারণে, এটি এনজাইম ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের মাধ্যমে অপ্টিমাইজেশনের জন্য লক্ষ্য করা হয়েছে। পথের তৃতীয় ধাপের জন্য ডি. এস. জেড. এ দায়ী। এটি প্রথম কার্বন-সালফার বন্ধন বিভাজনকে অনুঘটক করে, ডিবিটি-সালফোনকে 2-হাইড্রক্সিবিফিনাইল-2-সালফিনেটে রূপান্তরিত করে। ডি. এস. জেড. সি-এর মতো, ডি. এস. জেড. এ-র অনুঘটক চক্রের জন্য ডি. এস. জেড. ডি এবং আণবিক অক্সিজেন দ্বারা প্রদত্ত এফ. এম. এন. এইচ 2-এরও প্রয়োজন হয়। তা সত্ত্বেও, ডি. এস. জেড. এ-র বিক্রিয়ার হার ডি. এস. জেড. সি-র তুলনায় প্রায় সাতগুণ দ্রুত। যাইহোক, ডি. এস. জেড. সি-এর মতো, এটি পথের চূড়ান্ত পণ্য, 2-এইচ. বি. পি দ্বারা প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধের সম্মুখীন হয়। শেষ পর্যন্ত, ডেসালফিনেজ (ডি. এস. জেড. বি) অবশিষ্ট কার্বন-সালফার বন্ধনকে 2-হাইড্রক্সিবিফেনিল-2-সালফিনেটে বিভক্ত করে দুই ধাপের পদ্ধতিতে সালফার-মুক্ত 2-হাইড্রক্সিবিফেনিলে রূপান্তরিত করে। প্রথম, এবং হার-সীমাবদ্ধ, ধাপে, 2-হাইড্রক্সিবিফেনিল-2-সালফিনেট তার ইলেক্ট্রোফিলিক কার্বনে সিস27 দ্বারা প্রোটোনেট করা হয় যা কার্বন-সালফার বন্ধনের বিভাজন এবং এস. ও. 2-এর স্থানচ্যুতির দিকে পরিচালিত করে। দ্বিতীয় ধাপে, একটি জলের অণু সিস27 দ্বারা ডিপ্রোটোনেট করা হয় এবং তারপরে হাইড্রক্সাইড আক্রমণ করে এইচএসও3-গঠন করে। ডি. এস. জেড. বি হল পথের সবচেয়ে কম কার্যকরী উৎসেচক যা এটিকে প্রোটিন ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের মাধ্যমে বর্ধিতকরণের জন্য একটি আকর্ষণীয় লক্ষ্য করে তোলে। এন. এ. ডি. এইচ-এফ. এম. এন অক্সিডোরিডাক্টেস (ডি. এস. জেড. ডি) দুটি ধাপে এন. এ. ডি. এইচ-এর জারণের মাধ্যমে ডি. এস. জেড. সি এবং ডি. এস. জেড. এ দ্বারা অনুঘটকিত প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য প্রয়োজনীয় এফ. এম. এন. এইচ 2 কোফ্যাক্টরকে পুনরুজ্জীবিত করে। প্রথম ধাপটি এন. এ. ডি. এইচ-এর নিকোটিনামাইড অংশ থেকে কেন্দ্রীয় নাইট্রোজেনে একটি হাইড্রাইড স্থানান্তরের সাথে মিলে যায় যা অক্সিডাইজড এফ. এম. এন-এর আইসোঅ্যালক্সাজিন অংশে এফ. এম. এন. এইচ গঠন করে। দ্বিতীয় ধাপে, একটি জলের অণু এফএমএনএইচ-এর এন1 পরমাণুকে প্রোটোনেট করে এফএমএনএইচ2 প্রদান করে। 4এস পাথওয়ে এনজাইমের প্রকৌশল শিল্পক্ষেত্রে কার্যকর প্রয়োগের জন্য যে হার অর্জন করা প্রয়োজন তার তুলনায় ওয়াইল্ড-টাইপ 4এস পাথওয়ে এনজাইমের ডিসালফারাইজেশনের হার কম। এই বায়োডিসালফারাইজেশন পদ্ধতির দক্ষ প্রয়োগের জন্য পথের সামগ্রিক হারে 500 গুণ বৃদ্ধি প্রয়োজন। নির্দেশিত বিবর্তন, যুক্তিসঙ্গত নকশা বা উভয় কৌশলের সংমিশ্রণ এমন কিছু পদ্ধতি যা 4এস এনজাইমের অনুঘটক দক্ষতা এবং স্থিতিশীলতার অভাব মোকাবেলায় প্রয়োগ করা হয়েছে। আজ অবধি 4এস পথের সর্বোত্তম উন্নতি একটি নির্দেশিত বিবর্তন পদ্ধতির মাধ্যমে প্রাপ্ত হয়েছিল যেখানে রোডোকোকাস স্ট্রেনগুলিকে একটি পরিবর্তিত ডিএসজেড অপেরন (যা ডিএসজেডএ, ডিএসজেডবি এবং ডিএসজেডসি-র জন্য এনকোড করে) একটি প্লাজমিড এনকোডিং দিয়ে রূপান্তরিত করা হয়েছিল। এমন একটি মাধ্যমে 40টি উপ-চাষের ঘটনার পরে যেখানে ডিবিটি সালফারের একমাত্র উৎস ছিল, পরিবর্তিত রোডোকোকাস স্ট্রেনগুলি 35 গুণ উন্নতি উপস্থাপন করেছিল। 4এস পথ পণ্য, এইচ. বি. পি-তে ডি. এস. জেড. সি-কে সংবেদনহীন করার জন্য নির্দেশিত বিবর্তন এবং যুক্তিসঙ্গত নকশা পদ্ধতির সংমিশ্রণ দ্বারা ডি. এস. জেড. সি-র শক্তিশালী প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধও মোকাবিলা করা হয়েছিল। ডি. এস. জেড. সি এ101কে মিউট্যান্ট প্রকাশকারী ব্যাকটেরিয়াল স্ট্রেন বন্য-ধরনের স্ট্রেনের তুলনায় বেশি সক্রিয়তা দেখিয়েছে। উপরন্তু প্রোটিনে এইচ. বি. পি-র ডকিং থেকে জানা যায় যে, এইচ. বি. পি. টিআর. পি. 327-এর সঙ্গে একটি π-মিথস্ক্রিয়া তৈরি করে, যা ডি. এস. জেড. সি-কে বাধা দেয়। A101K/W327C (AKWC) ডাবল মিউট্যান্ট কম এইচ. বি. পি ঘনত্বের প্রতি সংবেদনহীন বলে প্রকাশিত হয়েছে এবং AKWC DszC প্রকাশকারী ব্যাকটেরিয়াল স্ট্রেন বন্য-ধরনের স্ট্রেনের তুলনায় 14 গুণ বেশি কার্যকর ছিল। DszB, পথের চূড়ান্ত উৎসেচক, 1.7 ± 0.2 মিনিট-1 এর টার্নওভার হার সহ ধীরতমগুলির মধ্যে একটি, যা 4S পথের একটি প্রধান বাধা হয়ে উঠছে। একটি গণনামূলক যুক্তিসঙ্গত নকশা পদ্ধতি মিউটেশনের একটি সেট নির্ধারণ করে যা ডিএসজেডবি প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া চলাকালীন সক্রিয় স্থানে চার্জ স্থানান্তরকে ত্বরান্বিত করতে পারে, প্রতিক্রিয়ার জন্য সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস করতে পারে এবং সম্ভাব্যভাবে এর টার্নওভার হার বাড়িয়ে তুলতে পারে। ডি. এস. জেড. বি-এর অনুঘটক দক্ষতা এবং তাপস্থায়িত্বকেও একটি পরীক্ষামূলক মিউটেজেনেসিস পদ্ধতিতে সম্বোধন করা হয়েছিল, Y63F/Q65H ডাবল মিউট্যান্ট অনুঘটক দক্ষতার ক্ষতি ছাড়াই এনজাইমের তাপস্থায়িত্বের বৃদ্ধি প্রকাশ করেছিল। ডি. এস. জেড. ডি-কে থ্র62 অবশিষ্টাংশের হার বাড়ানোর জন্যও লক্ষ্য করা হয়েছে। অ্যাসন এবং আলা অবশিষ্টাংশ দ্বারা Thr62-এর রূপান্তর তার ক্রিয়াকলাপ যথাক্রমে 5-এবং 7 গুণ বৃদ্ধি করতে সক্ষম হয়েছে। একটি গণনামূলক গবেষণায় দেখা গেছে যে ডি. এস. জেড. ডি ক্রমের 62তম অবস্থানে প্রতিস্থাপনের ফলে এন. এ. ডি. এইচ থেকে এফ. এ. ডি-তে হাইড্রাইড স্থানান্তর বিক্রিয়ার সক্রিয়করণ শক্তিতে বড় প্রভাব পড়ে। একটি এ. এস. পি অবশিষ্টাংশ দ্বারা থ্র62 রূপান্তর এ. এস. পি ঋণাত্মক আধান দ্বারা প্ররোচিত স্থায়িত্ব প্রভাবের কারণে এই অবস্থানে সমস্ত সম্ভাব্য মিউট্যান্ট থেকে সর্বনিম্ন সক্রিয়করণ শক্তি প্রদান করে। আরও দেখুন ডিসালফারাইজেশন রেফারেন্স রাসায়নিক প্রক্রিয়া সালফার