অবাত শ্বসন ।। ফার্মেন্টেশন । অবাত শ্বসনের ব্যবহার ব্যবহার ।। ফার্মেন্টেশনের ব্যবহার

১। দুগ্ধ শিল্পেঃ এই প্রক্রিয়ায় দ্ধু থেকে দই, মাখন, পনির, ছানা, ঘোল প্রভৃতি তৈরী করা হয়। দুধের সাথে Lactobacillus helveticus ও Streptococcus lactis ব্যাকটেরিয়া মিশিয়ে ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ৩৭–৩৮ ডিগ্রী সে তাপমাত্রায় ৩–৫ ঘন্টার মধ্যে দুধ থেকে দই উৎপন্ন করা হয়। দক্ষিণ–পশ্চিম এশিয়ায় কেফির (Kefir), তুরস্কে তারহানা (Tarhara), স্ক্যান্ডিনেভিয়ায় তিত্তি (Taette) প্রভৃতি তৈরী করা হয়।

২। পাউরুটি শিল্পেঃ পাউরুটি তৈরীর সময় ময়দার সাথে ঈস্ট মেশানো হয়। ময়দায় তাপ দিলে CO2 গ্যাস উৎপন্ন হয়। CO2 এর বুদবুদ প্রসারিত হয়ে ফেটে যায় এবং পাউরুটি স্পঞ্জীতে পরিনত হয়। অ্যালকোহল উপজাত পদার্থ হিসেবে উড়ে যায়। ঈস্ট মিশিয়ে তাপ প্রয়োগ করলে প্রথমে হাইড্রোলাইসিস এবং পরে অ্যালকোহলিক ফার্মেন্টেশন ঘটে।

৩। ওষুধ শিল্পেঃ ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ছত্রাক, অ্যাকটিনোমাইসিটিস ও অণুজীব থেকে পেনিসিলিন, স্ট্রেপটোমাইসিন, টেট্রামাইসিন প্রভৃতি অ্যান্টিবায়োটিক উৎপন্ন করা হয়।

৪। অ্যামাইনো এসিডঃ এই প্রক্রিয়ায় ডাই অ্যামাইনো পাইমেলিক এসিড থেকে E. coli ও Enterobacter aerogens ব্যাকটেরিয়ার সহায়তায় লাইসিন এবং Micrococcus ও Anthrobacter ব্যাকটেরিয়ার সহায়তায় গ্লুটামিক এসিড তৈরী  করা হয়।

৫। এনজাইমঃ Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae ইত্যাদি ব্যাকটেরিয়ার সহায়তায় অ্যামাইলেজ, প্রোটিয়েজ, সেলুলেজ, পেকটিনেজ প্রভৃতি এনজাইম উৎপন্ন করা হয়।

৬। ল্যাকটিক এসিডঃ এই প্রক্রিয়ায় Lactobacillus, Streptococcus ও Leuconostoc ব্যাকটেরিয়ার সহায়তায় দুধ, ঘোল, চিটাগুড় এবং অন্যান্য হেক্সোজ সুগার থেকে ল্যাকটিক এসিড উৎপন্ন করা হয়।

৭। বিউটারিক এসিডঃ Clostridium butyricum ব্যাকটেরিয়ার সহায়তায় এই প্রক্রিয়ায় বিউটারিক এসিড উৎপন্ন করা হয়।

৮। চা ও তামাক শিল্পেঃ ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় চা ও তামাক প্রক্রিয়াজাত করা হয়। Bacillus megatherium ব্যাকটেরিয়ার সাহায্যে চা ও তামাকের বর্ণ ও গন্ধ উন্নত করা হয়। ফার্মেন্টেশনের ফলে চা তাম্র বর্ণ ধারণ করে।

৯। মদ শিল্পেঃ ঈস্ট ব্যবহার করে দেশী মদ তৈরী করা হয়। আঙ্গুরের রস থেকে ওয়াইন, আপেলের রস থেকে সিডার, ধান থেকে স্যাক, সেঞ্চুরী প্ল্যান্ট থেকে মেজক্যাল প্রভৃতি প্রস্তুত করা হয়।

১০। ভিনেগারঃ ঈস্ট–এর সহায়তায় গুড় থেকে অ্যালকোহল তৈরী করা হয়। পরে Acetobacter aceti, Glumonobacter প্রভৃতির সহায়তায় অ্যালকোহল থেকে ভিনেগার বা অ্যাসিটিক এসিড উৎপন্ন  করা হয়।

১১। কৃষি উৎপাদনঃ ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় আচার (বাংলাদেশ), ক্যাকাও (আমেরিকা), কফি বিন (ব্রাজিল), কিমচি (জাপান), কিউরড হ্যাম (আমেরিকা), কাতসুবুশি (জাপান) প্রভৃতি তৈরী করা হয়।

১২। চামড়া শিল্পেঃ এ প্রক্রিয়ায় ব্যাকটেরিয়ার সাহায্যে চামড়া থেকে লোম, চর্বি ও অন্যান্য টিস্যু আলাদা করা হয়।

১৩। পাট তন্তু নিষ্কাশনঃ Clostridium butyricum ব্যাকটেরিয়া ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় পাটের তন্তু ও হেম্প  পৃথক করে।

১৪। মাংস শিল্পেঃ Penicillium, Aspergillus, Pedicoccus cerevisae প্রভৃতিকে ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ব্যবহার করে মাংসজাত দ্রব্য উৎপন্ন করা হয়। দক্ষিণ আমেরিকায় কিউরড হ্যাম এবং জাপানে কাতসুবুশি তৈরী করা হয়।

১৫। বর্জ্য  ব্যবস্থাপনাঃ এ প্রক্রিয়ায় শহরের বর্জ্য ব্যবস্থাপনার মাধ্যমে জৈব সার ও বায়োগ্যাস উৎপন্ন করা যায়।

১৬। কোমল পানীয় শিল্পেঃ গাঁজন প্রক্রিয়ায় সাইট্রিক এসিড উৎপন্ন করা হয়। সাইট্রিক এসিড বিভিন্ন প্রকার কোমল পানীয় তৈরীর প্রধান উপাদান হিসেবে ব্যবহার হয়।

১৭। অ্যালকোহল প্রস্তুতঃ ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় আঙ্গুর, আপেল, তালের রস, খেজুরের রস  চিটাগুড় থেকে বিউটানল, অ্যালকোহল, প্রোপানল প্রভৃতি প্রস্তুত করা হয়।

১৮। আয়ুর্বেদিক ওষুধঃ বিভিন্ন ড্রাগের মিশ্রণের সাথে চিটাগুড় মিশানো হয়। মিশ্রণটি পাত্রে রেখে কয়েক দিন মাটির নিচে রাখা হয়। ফলে চিটাগুড় থেকে অ্যালকোহল তৈরী হয়। এতে বিভিন্ন ড্রাগের ওষুধিগুণ শোষিত হয়।  এভাবে আয়ুর্বেদিক ওষুধ তৈরী করা হয়।

১৯। ভিটামিন তৈরীঃ ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ঈস্টের সাহায্যে ভিটামিন B1, B2 প্রভৃতি তৈরী করা হয়।

ফার্মেন্টেশন ।। পাউরুটি শিল্পে ফার্মেন্টেশন

 ‎পাউরুটি তৈরীর সময় ময়দার সাথে ঈস্ট মেশানো হয়। ময়দায় তাপ দিলে CO2 গ্যাস উৎপন্ন হয়। CO2 এর বুদবুদ প্রসারিত হয়ে ফেটে যায় এবং পাউরুটি স্পঞ্জীতে পরিনত হয়। অ্যালকোহল উপজাত পদার্থ হিসেবে উড়ে যায়। ঈস্ট মিশিয়ে তাপ প্রয়োগ করলে প্রথমে হাইড্রোলাইসিস এবং পরে অ্যালকোহলিক ফার্মেন্টেশন ঘটে।

ফার্মেন্টেশন ।। দুগ্ধ শিল্পে ফার্মেন্টেশন

এই প্রক্রিয়ায় দ্ধু থেকে দই, মাখন, পনির, ছানা, ঘোল প্রভৃতি তৈরী করা হয়। দুধের সাথে Lactobacillus helveticus ও Streptococcus lactis ব্যাকটেরিয়া মিশিয়ে ফার্মেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ৩৭-৩৮ ডিগ্রী সে তাপমাত্রায় ৩-৫ ঘন্টার মধ্যে দুধ থেকে দই উৎপন্ন করা হয়। দক্ষিণ-পশ্চিম এশিয়ায় কেফির (Kefir), তুরস্কে তারহানা (Tarhara), স্ক্যান্ডিনেভিয়ায় তিত্তি (Taette) প্রভৃতি তৈরী করা হয়।

জাইমোলজি কী ।। Zymology কী

জীববিজ্ঞানের যে শাখায় ফার্মেন্টেশন নিয়ে আলোচনা করা হয় তাকে জাইমোলজি (Zymology) বলে। উৎপন্ন পদার্থের উপর ভিত্তি করে ফার্মেন্টেশনকে কয়েকটি ভাগে ভাগ করা যায়। যেমন– অ্যালকোহল ফার্মেন্টেশন, ল্যাকটিক এসিড ফার্মেন্টেশন, বিউটারিক এসিড ফার্মেন্টেশন ইত্যাদি।

গাঁজানো কী ।। ফার্মেন্টেশন কী ।। Fermentation কী

ল্যাটিন শব্দ Fermentum অর্থ to boil থেকে Fermentation শব্দটি এসেছে। Fermentation–এর অর্থ হলো গাঁজন বা সন্ধান। যে প্রক্রিয়ায় কোষের বাইরে অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে গ্লুকোজ অসম্পুর্ণ ভাবে জারিত হয়ে অ্যালকোহল বা ল্যাকটিক এসিড এবং সামান্য পরিমাণ শক্তি উৎপন্ন করে তাকে গাঁজানো বা ফার্মেন্টেশন বলে। ব্যাকটেরিয়া এবং ঈস্টে ফার্মেন্টেশন ঘটে। ১৮৬৫ সালে ফরাসি রসায়নবিদ লুই পাস্তুর (Louis Pasteur) ঈস্টের ফার্মেন্টেশন বর্ণনা করেন এবং একে অক্সিজেনবিহীন শ্বসন নামে অভিহিত করেন।

গ্লুকোজ→ 2C2H3OH+21 কিলোক্যালোরী শক্তি

অবাত শ্বসন । অবাত শ্বসন প্রক্রিয়া ।। Anaerobic respiration

যে প্রক্রিয়ায় মুক্ত অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে শ্বসনিক বস্তু অসম্পুর্ণরুপে জারিত হয়ে ইথাইল অ্যালকোহল বা ল্যাকটিক এসিড, CO2 ও সামান্য পরিমাণ শক্তি উৎপন্ন করে তাকে অবাত শ্বসন বলে। অবাত শ্বসন দুইটি ধাপে সম্পন্ন হয়। গ্লাইকোলাইসিস ও পাইরুভিক এসিডের অসম্পূর্ণ জারণ।

১। গ্লাইকোলাইসিসঃ সবাত ও অবাত শ্বসনের গ্লাইকোলাইসিস ধাপটি একই রকম। এক্ষেত্রেও এক অণু গ্লুকোজ হতে দুই অণু পাইরুভিক এসিড উৎপন্ন হয়।

২। পাইরুভিক এসিডের অসম্পূর্ণ জারণঃ এ প্রক্রিয়ায় পাইরুভিক এসিড অসম্পুর্ণ ভাবে জারিত হয়ে CO2 এবং ইথাইল অ্যালকোহল অথবা ল্যাকটিক এসিড উৎপন্ন করে।

(i) ইথাইল অ্যালকোহলঃ প্রথমে ডিকার্বোক্সিলেজ এনজাইমের প্রভাবে পাইরুভিক এসিড ভেঙ্গে অ্যাসিটালডিহাইড উৎপন্ন হয়। পরে ডিহাইড্রোজিনেজ এনজাইমের সহায়তায় অ্যাসিটালডিহাইড হতে ইথাইল অ্যালকোহল উৎপন্ন হয়।

CH3-CO-COOH→ CH3-CHO+CO2

CH3-CHO + NADH2 → CH3-CH2OH+NAD

(ii) ল্যাকটিক এসিডঃ ডিহাইড্রোজিনেজ এনজাইমের প্রভাবে পাইরুভিক এসিড ভেঙ্গে ল্যাকটিক এসিড উৎপন্ন হয়। ল্যাকটিক এসিড তৈরী হওয়ার সময় কোন CO2  উৎপন্ন হয় না। উচ্চ শ্রেণীর উদ্ভিদে ল্যাকটিক এসিড উৎপন্ন হয় না। ইহা পেশী এবং ব্যাকটেরিয়াতে উৎপন্ন হয়।

CH3-CO-COOH+NADH2→ CH3-CHOH-COOH+NAD

অবাত শ্বসন ।। অবাত শ্বসন কী ।। Anaerobic respiration

যে প্রক্রিয়ায় মুক্ত অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে শ্বসনিক বস্তু অসম্পুর্ণরুপে জারিত হয়ে ইথাইল অ্যালকোহল বা ল্যাকটিক এসিড, CO2 ও সামান্য পরিমাণ শক্তি উৎপন্ন করে তাকে অবাত শ্বসন বলে। অবাত শ্বসন দুইটি ধাপে সম্পন্ন হয়। গ্লাইকোলাইসিস ও পাইরুভিক এসিডের অসম্পূর্ণ জারণ।

 

গ্লুকোজের কর্মক্ষমতা

এক মোল গ্লুকোজ পোড়ালে ৬৮৬ কিলোক্যালরী বা ২৮৭০ কিলো জুল শক্তি উৎপন্ন হয়। কিন্তু বায়োলজিক্যাল পদ্ধতিতে মাত্র ৩৬০ কিলোক্যালরী শক্তি পাওয়া যায়। বাকি শক্তি তাপ শক্তি হিসেবে নষ্ট হয়ে যায়। প্রতিটি ATP হতে ১০ কিলোক্যালরী হিসেবে ৩৬টি ATP থেকে ৩৬০ কিলোক্যালরী শক্তি পাওয়া যায়। ফলে গ্লুকোজের কর্মক্ষমতা = (360×100) ÷ 686 = 52.47%। অনেকের মতে ৪০%।

আধুনিক মতে উৎপাদিত ATP এর পরিমাণ

2 ATP + 2 NADPH2 + 2 NADPH2 + 2 ATP + 2 FADH2+ 6 NADPH2

= 2 ATP +2×2.5 ATP +2×2.5 ATP +2 ATP +2×1.5 ATP +6×2.5 ATP

= 32 ATP

ফলে গ্লুকোজের কর্মক্ষমতা = (320×100) ÷ 686 =  46.65%

আধুনিক ধারণায়, ১ অণু গ্লুকোজ সম্পূর্ণরুপে জারিত হয়ে ৩৬টি ATP উৎপন্ন হয়। ১টি ATP তৈরীর জন্য ৮.১৫ কিলোক্যালোরী বা ৩৪.২৩ কিলো জুল শক্তি প্রয়োজন হয়। তাহলে, ৩৬টি ATP তৈরীর জন্য 36×8.15 = 293.4 কিলোক্যালোরী বা 36×34.23 = 1232.28 কিলো জুল (পুরানো ধারণা ৮.৩ কিলো জুল) শক্তি প্রয়োজন হয়। ১৮০ গ্রাম গøুকোজে ৬৮৬ কিলোক্যালোরী শক্তি থাকে, এর মধ্যে ৩৬টি ATP তৈরীতে ২৯৩.৪ কিলোক্যালোরী বা ১২৩২.২৮ কিলো জুল শক্তি দরকার হয়। অবশিষ্ট (৬৮৬–২৯৩.৪) ৩৯২.৬ কিলোক্যালোরী বা ১৬৪৮.৯২ কিলো জুল তাপশক্তি হিসেবে পরিবেশে মুক্ত হয়। অর্থাৎ মোট শক্তির প্রায় ৪৫% ATP তৈরীতে ব্যবহার হয় এবং ৫৫% তাপশক্তি হিসেবে নির্গত হয়।

ETS ।। ইলেকট্রন ট্রান্সপোর্ট চেইন এর মাল্টি-প্রোটিন বা বাহক

১। NADH-Q রিডাক্টেজঃ একটি ২৬ সাব–ইউনিট যৌগ।

২। সাইটোক্রোম রিডাক্টেজঃ একটি ১০ সাব–ইউনিট যৌগ।

৩। সাইটোক্রোম অক্সিডেজঃ একটি ৮ সাব–ইউনিট যৌগ।

৪। সাইটোক্রোম–স ঃ একটি ছোট প্রোটিন। 

    ** ইউবিকুইননঃ একটি নন–প্রোটিন যৌগ।

ETS ।। ইলেকট্রন ট্রান্সপোর্ট সিস্টেম প্রক্রিয়া

১। প্রথম ধাপঃ NADH2 জারিত হয়ে উচ্চশক্তি সম্পন্ন ইলেকট্রন (e–) ও শক্তি নির্গত হয়। নির্গত ইলেকট্রন  বাহক NADH-Q রিডাক্টেজ কর্তৃক গৃহীত হয়। এখানে উৎপন্ন শক্তি প্রোটনকে (H+) অন্তঃঝিল্লির বাইরে পাঠিয়ে দেয়। এখানে একটি ATP উৎপন্ন হয়।

২। দ্বিতীয় ধাপঃ ইলেকট্রন পরে NADH-Q রিডাক্টেজ হতে বাহক ইউবিকুইনন–এ (Co-Q) আসে। পরবর্তীতে ইলেকট্রন (e–) ইউবিকুইনন হতে বাহক সাইটোক্রোম–বি তে পৌছে।

৩। তৃতীয় ধাপঃ FADH2 জারিত হয়ে উচ্চশক্তি সম্পন্ন ইলেকট্রন (e–) ও শক্তি নির্গত হয়। নির্গত ইলেকট্রন বাহক সাইটোক্রোম–বি কর্তৃক গৃহীত হয়। এখানে সৃষ্ট শক্তি প্রোটনকে (H+) আন্তঃঝিল্লির ফাঁকা স্থানে পাঠিয়ে দেয়। ইলেকট্রন পরে সাইটোক্রোম–বি হতে বাহক সাইটোক্রোম–সি তে আসে।

৪। চতুর্থ ধাপঃ সাইটোক্রোম–সি থেকে ইলেকট্রন (e–) সাইটোক্রোম অক্সিডেজ–এ স্থানান্তরিত হয়। এখানে বিদ্যমান প্রোটনকে (H+) আন্তঃঝিল্লির ফাঁকা স্থানে পাঠানো হয়। সবশেষে ইলেকট্রন মাইটোকন্ড্রিয়ার ম্যাট্রিক্সে মুক্ত হয় এবং O2 এর সাথে যুক্ত হয়ে H2O পানি তৈরী করে।

৫। পঞ্চম ধাপঃ কেমি–অসমোসিস প্রক্রিয়ায় আন্তঃঝিল্লির ফাঁকা স্থান থেকে প্রোটন ATP সিনথেসেস–এর মধ্য দিয়ে পুনরায় ম্যাট্রিক্সে প্রবেশ করে। এখানে নির্গত শক্তি ADP ও Pi এর মিলন ঘটিয়ে ATP তৈরী করে।

৬। ষষ্ঠ ধাপঃ ইলেকট্রন (e–) এবং প্রোটনকে (H+) ম্যাট্রিক্সে অবস্থিত অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে H2O উৎপন্ন করে। ম্যাট্রিক্সে অক্সিজেনের শুন্যতা দেখা দিলে প্রক্রিয়াটি বন্ধ হয়ে যায়।