කර්මාන්ත, කෘෂිකර්මය හා පරිසරය සඳහා ක්ෂුද්‍රජීවීන් භාවිතය

සුමේරියානුවන් බීර පානය 

ක්ෂුද්‍රජීවීන් අනාවරණය කර ගැනීමටත් පෙර සිට විවිධ කාර්ය සඳහා ක්ෂුද්‍රජීවීන් යොදා ගෙන ඇත. ක්‍රි.පූ. 6000 තරම් ඈත කාලයේ දී බැබිලෝනියානුවෝ හා සුමේරියානුවෝ මද්‍යසාර සෑදීම සඳහා යීස්ට් භාවිත කළහ. දහ නව වැනි ශත වර්ෂයේ අග භාගයේ දී ක්ෂුද්‍රජීවීන් සොයා ගැනීමෙන් පසු, ක්ෂුද්‍රජීවී නුමුහුන් රෝපණ (pure cultures) ආහාර නිෂ්පාදනය සඳහා භාවිත කර ඇත. මේ මගින් ක්ෂුද්‍රජීවීන් පිළිබඳ අවබෝධය, ඔවුන්ගේ ක්‍රියාවලීන් හා නිෂ්පාදනය පිළිබඳ දැනුම වැඩි වී තිබේ. වර්තමානයේ විවිධ කර්මාන්ත සඳහා තෝරාගත් ක්ෂුද්‍රජීවීන් හා ඔවුන්ගේ ගුණාංග භාවිත කරනු ලැබේ.

රසායනික ක්‍රියාවලිවලට වඩා ක්ෂුද්‍රජීවී ක්‍රියාවලි භාවිතයේ ඇති වාසි

1. ඔවුන්ගේ වර්ධනය සඳහා සරල පෝෂක අවශ්‍යතා ප්‍රමාණවත් වීම.
2. පුළුල් පරාසයක අමුද්‍රව්‍ය පරිවර්තනයට (පරිවෘත්තිය) ඇති හැකියාව. (පරිවෘත්තිය විවිධත්වය)
3. ලාභදායි අමුද්‍රව්‍ය කාර්මික වශයෙන් වැදගත් අන්තඵල බවට පරිවර්තනය කිරිමේ හැකියාව.
4. ඉහළ වර්ධන වේගය නිසා, කෙටි කාලයක් තුළ අමුද්‍රව්‍ය අන්තඵල බවට පත් කළ හැකි ය.
5. අපේක්ෂිත අන්තඵල ලබා ගැනීම සඳහා ඔවුන්ගේ වර්ධන තත්ත්ව පාලනය කළ හැකි ය.
6. සාම්ප්‍රදායික කාර්මික ක්‍රම හා සංසන්දනය කරන විට ඔවුන් අඩු උෂ්ණත්ව ශක්තිය හා පීඩන යටතේ ප්‍රතික්‍රියා සිදු කිරීම.
7. සාම්ප්‍රදායික කර්මාන්ත හා සංසන්දනය කරන විට ඔවුන් ලබාදෙන ඉහළ අස්වැන්න සුවිශේෂිතාවයෙන් හා ප්‍රමාණයෙන් ඉහළ ය.
8. ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවකින් බලාපොරොත්තු වන උසස් තත්වයේ ඉහළ අස්වැන්නක් හා ගුණාත්මයන් ලබා ගැනීම සඳහා ක්ෂුද්‍රජීවීන් ප්‍රවේණික වෙනස්කම්වලට භාජනය කළ හැකි ය.

අන්තඵල සෑදීම සඳහා ක්ෂුද්‍රජීවීන්ගේ පරිවෘත්තීය ක්‍රියාවලීන්හි මූලික මූලධර්ම

1. අන්තඵල ලෙස ක්ෂුද්‍රජීවි සෛල යොදා ගැනීම (උදා: තනි සෛල ප්‍රෝටීන්)
2. අන්තඵල ලෙස ක්ෂුද්‍රජිවි පරිවෘත්තීය ඵල යොදා ගැනීම. ඒවා ප්‍රාථමික අන්තඵල හෝ ද්විතීයික පරිවෘත්තිජ විය හැකි ය.  උදා: ප්‍රාථමික අන්තඵල – මද්‍යසාරික පාන, ද්විතීයික පරිවෘත්තිජ – ප්‍රතිජීවක)
3. අන්තඵල ලෙස ක්ෂුද්‍රජීවි පරිවෘත්තීය ක්‍රියාවලි යොදා ගැනීම. උදා: ජෛව ප්‍රතිකර්මය (බැර මූලද්‍රව්‍ය ප්‍රතිකර්මය), ලෝහ නිස්සාරණය (Cu, Fe), පල් කිරිම (කෙදි නිෂ්පාදනය)
4. අන්තඵල ලබා ගැනීමට ප්‍රවේණිකව විකරණය කළ ක්ෂුද්‍රජීවීන් යොදා ගැනීම. උදා: වාණිජමයව එන්සයිම නිපදවා ගැනීම (Aspergillus niger මගින් ඇමයිලේස් නිපදවීම), එන්නත් (Hepatitis B), හෝමෝන (ඉන්සියුලින්).

ක්ෂුද්‍රජීවීන් කාර්මික ක්ෂේත්‍රයෙහි යොදා ගැනීම

• කර්මාන්ත ක්ෂුද්‍රජීව විද්‍යාව යනු ක්ෂුද්‍රජීවීන් සහ ඔහුගේ පරිවෘත්තීය ක්‍රියාවලි භාවිතයෙන් වාණිජමය වැදගත් නිෂ්පාදන මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමයි. මෑත කාලීන තාක්ෂණික හා ජෛව තාක්ෂණික දියුණුව කාර්මික ක්ෂුද්‍රජීව විද්‍යාත්මක විෂය පථය පුළුල් කර ඇත.
• බැක්ටීරියා, දිලීර, ඇල්ගී හා වයිරස කර්මාන්ත සඳහා භාවිත කරයි.
• ශක්තිය නිදහස් කරමින් (අපවෘත්තීය) සහ ශක්තිය උපයෝගි කරමින් (සංවෘත්තිය) විවිධ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා සිදු වන, ක්ෂුද්‍ර රසායනික කර්මාන්ත ශාලා ලෙස කාර්මික ක්ෂුද්‍රජීව විද්‍යාවේ දී ක්ෂුද්‍රජීවීහු හඳුන්වනු ලැබෙති.
• මේ කර්මාන්තශාලාවල දී අමුද්‍රව්‍ය (උපස්තර), අන්තඵල, අතුරුඵල එකක් හෝ කීපයක් බවට හා අපද්‍රව්‍ය බවට පත් වෙයි. සංශුද්ධ කාර්මික ඵලය ලබා ගැනීම සඳහා පිරිසිදු කිරීම මඟින් අන්තඵලය, අතුරුඵල හා අපද්‍රව්‍යවලින් වෙන් කර ගත හැකි වෙයි.

ක්ෂුද්‍රජීවීන් මගින් හා ක්ෂුද්‍රජීවී ක්‍රියාවලි මගින් නිපදවන වාණිජමය ඵල

1. තනි සෛලික ප්‍රෝටීන

ආහාර පරිපූරක ලෙස මහා පරිමාණයෙන් වගා කරනු ලබන ප්‍රෝටීන බහුල ක්ෂුද්‍රජීවි සෛල තනි සෛල ප්‍රෝටීන ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. උදා: යීස්ට්, ස්පිරුලයිනා විශේෂ (Spirulina sp.), ක්ලොරෙල්ලා විශේෂ(Chlorella sp.)

2. මද්‍යසාර හා මද්‍යසාරීය පාන

බියර්, වයින්, සාකේ, රා හා එතිල් මද්‍යසාර වැනි බොහෝ මද්‍යසාරීය පාන නිෂ්පාදන සඳහා ක්ෂුද්‍රජීවීහු දායක වෙති. යීස්ට් (Saccharomyces cerevisiae), එතනෝල් හා කාබන්ඩයොක්සයිඩ් බවට සීනි පැසවනු ලබයි.

• ගෝලීය වශයෙන් එතනොල් නිෂ්පාදනයෙන් 70% කට වඩා පැසීම මගින් නිපදවයි.
• උක්වලින් ලබා ගන්නා සුක්‍රෝස් පැසීමේ උපස්ථරය ලෙස පුළුල්ම භාවිත කෙරෙයි.
• මීට අමතරව ශාකවලින් ලැබෙන සරල සීනි හා කිරි නිෂ්පාදන අපද්‍රව්‍ය ද භාවිත කරනු ලැබේ. උදා:

1. 1. බියර් – ධාන්‍යවල මෝස්ට් පැසීම මගින් නිපදවයි.
   2. වයින් – මිදි හෝ වෙනත් සුදුසු පලතුරු පැසීම මඟින් නිපදවයි.
   3. රා – පොල්, තල් වැනි තාල ශාකවල යුෂය පැසීම මගින් නිපදවා ගනියි.
   4. අරක්කු – පොල් හා උක් වැනි ශාකවල යුෂ පැසීම මගින් නිපදවා ගනියි.

3. විනාකිරි නිෂ්පාදනය

විනාකිරි නිෂ්පාදනය පියවර දෙකකින් සිදු වේ.

1. මද්‍යසාර පැසීම – මෝල්ට් ධාන්‍යවල අඩංගු සීනි, තාල ශාකවල ෆ්ලෝයමීය යුෂය, උක් හා පලතුරු යුෂ S. cerevisiae මඟින් පැසීමට (නිර්වායු තත්ව) භාජනය කරනු ලැබීම. මෙහිදී එතනෝල් →  ඇසිටික් අම්ලය බවට පරිවර්තනය කෙරේ.
2. ඇසිටික් අම්ල පැසීම – මද්‍යසාර පැසීමෙන් ලබා ගත් එතනෝල් අසම්පූර්ණ ඔක්සිකරණයකින් ඇසිටික් අම්ලය බවට පරිවර්තනය කරනු ලැබේ. මෙම පියවර අතිශයින්ම ස්වායු වන අතර Acetobacter විශේෂ හා Gluconobacter විශේෂ එයට දායක වේ.

 4. කිරි නිෂ්පාදන

කිරි පැසීමට ලක් කිරිමෙන් කිරි නිෂ්පාදන සිදු කරයි. ලැක්ටික් අම්ල නිෂ්පාදනය කරන බැක්ටීරියා මගින් කිරිවල අඩංගු ලැක්ටෝස්  සීනි, ලැක්ටික් අම්ලය බවට පැසීම සිදු කරයි. පැස්ටරීකරණයේ දී කිරිවල ඇති බැක්ටීරියා මරා දමන බැවින්, කිරි නිෂ්පාදනවල දී ඔවුන් නැවත එකතු කළ යුතු වෙයි.

උදා:

• මුදවපු කිරි හා යෝගට් නිෂ්පාදනය – කිරිවල අඩංගු ලැක්ටෝස් Lactobacillus bulgaricus, Lactococcus lactis හා Streptococcus thermophilus අඩංගු මිශ්‍ර ගහන මගින් පැසවීමෙන් මුදවපු කිරි හා යෝගට් නිපදවනු ලැබේ. L. bulgaricus මඟින් රසය ද (flavour), Streptococcus විශේෂ මඟින් ක්‍රීම් ආකාර (creamy texture) වයනය ද, රසය ද (flavour) ලබා දෙයි.
• චීස් නිෂ්පාදනය – Streptococcus විශේෂ හා Penicillium දිලීර භාවිත කරයි.
• ලැක්ටික් අම්ල නිෂ්පාදනය – ලැක්ටික් අම්ලය වාණිජව නිෂ්පාදනයේදී චීස් හා බටර් කර්මාන්තයෙන් නිපදවෙන අපද්‍රව්‍ය භාවිත කරයි. L. bulgaricus මඟින් ලැක්ටෝස්, ලැක්ටික් අම්ලය බවට පැසීම සිදු කරයි.

5. කාබනික අම්ල නිෂ්පාදනය

• වාණිජ වශයෙන් නිපදවනු ලබන කාබනික අම්ල වැඩි ප්‍රමාණයක් ලබා ගන්නේ ක්ෂුද්‍රජීවි පැසීම් මඟිනි. මෙහිදී බීට්, උක්, පැණි මණ්ඩි (molasses) වැනි පැසීමේ උපස්තර හා Aspergillus niger දිලීරය භාවිත කෙරෙයි.

උදා: සිට්‍රික් අම්ලය – සුක්රෝස්, Aspergilius niger යොදා ගෙන පැසීම මඟින් සිට්‍රික් අම්ලය නිපදවයි.

6. ලෝහ නිස්සාරණය

• ක්ෂුද්‍රජීවීන් උපකාර කර ගෙන අශුද්ධ ලෝහ සමහර ලෝහ නිෂ්පාදනය කර ගනු ලැබේ. මේ ක්‍රියාවලිය ක්ෂීරණය ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
• එක් උදාහරණයක් වනුයේ අනෙකුත් නිස්සාරණ ක්‍රම වාසිදායක නොවන අවස්ථා වලදී බාල වර්ගයේ අශුද්ධ ලෝහවලින් තඹ නිසාරණය කර ගැනීමයි.
• යකඩ හා සල්ෆර් අඩංගු අශුද්ධ ලෝහවලින් තඹ වෙන් කර ගැනීමට Thiobacillus ferrooxidans බැක්ටීරියාව භාවිත කරයි.
• මේ ක්ෂුද්‍රජීවී ක්‍රියාවලිය මඟින් අශුද්ධ ලෝහ අඩංගු කොපර් 70% ක් පමණ වෙන් කර ගත හැකි ය.
• යුරේනියම්, රත්රන් හා කොබෝල්ට් අඩංගු ලෝපස් ද මෙවැනිම ක්ෂුද්‍රජීවී ක්‍රියාවලි මගින් ක්ෂීරණය කරනු ලැබේ.

7. විටමින් නිෂ්පාදනය

පුද්ගල ආහාර පරිපූරක සඳහා ලාභදායි විටමින් ක්ෂුද්‍රජීවි ප්‍රභව මඟින් සැපයෙයි.  උදා:

1. විටමින් B12 – Pseudomonas sp. විශේෂ හා Propionibacterium sp.
2. රයිබොෆ්ලේවින් – දිලීර මගින් සිදු කරන පැසීමෙන්
3. විටමින් C – Acetobacter විශේෂ

8. එන්නත්

• විවිධ රෝගවලට එරෙහිව සක්‍රිය ප්‍රතිශක්තිකරණ සඳහා වාණිජමය වශයෙන් එන්නත් නිෂ්පාදනයේ දී විවිධ වූ ක්ෂුද්‍රජීවී ප්‍රතිදේහජනක යොදා ගනියි. ඒවායින් සමහරක් ජාන ඉංජිනේරු විද්‍යාව මගින් නිපදවන ලද එන්නත් වේ.

උදා:

• හෙපටයිටිස් – B එන්නත

අක්‍රිය ප්‍රතිශක්තිකරණය සඳහා විවිධ ප්‍රතිදේහ සැකසුම්වල වාණිජමය නිෂ්පාදන භාවිත කරයි.

උදා:

• ජලභීතිකාවට එරෙහිව ඉමියුනොග්ලොබියුලින්
• පිටගැස්මට එරෙහිව ප්‍රතිධූලක
• බොටියුලිනසම් ධූලක

9. එන්සයිම

වාණිජමය වශයෙන් විශාල පරාසයක එන්සයිම ප්‍රමාණයක් ක්ෂුද්‍රජීවීන් විසින් නිපදවනු ලබයි.

1. ඇමයිලේස්  (Amylase) : Aspergillus niger, A. oryzae, Bacillus subtilis
2. ප්‍රෝටියේස්  (Protease) : A. oryzae
3. ලයිපේස් (Lipase) : Rhizopus spp. 
4. ඉන්වර්ටේස්  (Invertase) : Saccharomyces cerevisiae
5. සෙලියුලේස් (Cellulase) : A. niger

10. ප්‍රතිජීවක

ක්ෂුද්‍රජීවීන්ගේ ඉතා වැදගත් ද්විතීයික පරිවෘත්තීජ ද්‍රව්‍ය ප්‍රතිජීවක වෙයි. ප්‍රතිජීවක රාශියක් නිපදවනු ලබන්නේ ක්ෂුද්‍රජීවී පැසීම මගිනි.

• ටෙට්‍රාසයික්ලින් (Tetracycline) : Streptomyces aureofaciens
• පෙනිසිලින් (Penicillin) : Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum
•  ස්ට්‍රෙප්ටොමයිසින් (Streptomycin) : Streptomyces griseus

11. හෝමෝන

1. මානව ඉන්සියුලින් – සාමාන්‍යයෙන් ඉන්සියුලින් නිස්සාරණය කර ගනු ලැබුවේ සත්ත්ව අග්න්‍යාශ වලිනි. මෙය මිල අධික ක්‍රමයක් බැවින් ඉල්ලුමට සරිලන සැපයුමක් සිදු කිරිමට නොහැකි විය. දැනට ලාබදායි ලෙස ඉන්සියුලින් නිපදවනු ලබන්නේ ජාන විකරණයට ලක් කරන ලද E. coli හා S. cerevisiae මගිනි. මේ ඉන්සියුලින් මානව ඉන්සියුලින්වලට සර්වසම වේ.
2. මානව වර්ධක හෝමෝනය – මුල් කාලවල දී මානව වර්ධක හෝමෝනය සඳහා විකල්පයක් ලෙස සතුන්ගෙන් ලබා ගත් හෝමෝන වර්ග භාවිත කර ඇත. මෙහි කාර්යක්ෂමතාව අඩු ය. වර්තමානයේ ජාන ඉංජිනේරු විද්‍යාවෙන් දියුණු කළ E. coli මගින් මේ හෝමෝනය විශාල පරිමාණවලින් සාර්ථක ලෙස නිපදවයි.

12.  පල් කිරීම

• පල් කිරීම යනු – කාෂ්ඨිය කඳෙහි හෝ කොහු වැනි වෙනත් ශාක ද්‍රව්‍යයක හෝ අඩංගු කෙදි ලිහිල් කිරීමේ ක්‍රියාවලියයි.
• මේ ක්‍රියාවලියේ දී ශාක ද්‍රව්‍ය ජලයේ ගිල්ලා තබනු ලැබේ. ජලයේ ගිල්ලා තබන කාලය ශාක ද්‍රව්‍යය මත තීරණය වේ.
• ස්වායු මෙන්ම නිර්වායු බැක්ටීරියා අයත් විෂමජාතීය ක්ෂුද්‍රජීවී ගහනයක් මේ ක්‍රියාවලියේ දී සහභාගි වෙයි.
• ලිහිල් වීම පහසු කිරිමට බැක්ටීරියා මගින් පෙක්ටිනේස්  එන්සයිම(පෙක්ටීන් ජීරණය කරන) ප්‍රධාන වශයෙන් ශ්‍රාවය කරයි

13. ජීව වායු නිෂ්පාදනය

• ජීව වායුව යනු – කාබනික අපද්‍රව්‍ය නිර්වායු වියෝජනයෙන් ලැබෙන වායු වර්ගයකි.
• ජෛව හායනයට භාජනය වන උපස්තරය මත නිෂ්පාදනය වන ජීව වායු ආකාරය රඳා පවතියි.
• සාමාන්‍යයෙන් ජීව වායුවේ සංයුතිය වන්නේ – CH₄, CO₂, N₂, H₂, H₂S
• කාබනික අපද්‍රව්‍ය මත ඇසිටොජෙනික බැක්ටීරියා ක්‍රියාකාරිත්වයෙන් CO₂ හා H₂ ද මෙතනොජෙනික බැක්ටීරියා ක්‍රියාකාරිත්වයෙන් CH₄ ද නිෂ්පාදනය කරයි.

14. ජෛව ඉන්ධන නිෂ්පාදනය

පෙට්‍රෝලියම් පාදක වූ ඉන්ධන සැපයීම මිල අධික වන අතර, සමහර විට අවිනිශ්චිත වෙයි. මෙහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන් එතනෝල්, බියුටනෝල්, ජෛව ඩීසල් හා ජීව වායු වැනි පුනර්ජනනය කළ හැකි ඉන්ධන සඳහා විශාල අවධානයක් යොමු වී ඇත.

• බ්‍රසීලයේ උක් ශාකය ක්ෂුද්‍රජිවි පැසීමට භාජනය කිරීම මගින් ඉන්ධන ප්‍රභවයක් ලෙස භාවිත කළ හැකි එතනෝල් විශාල ප්‍රමාණයකින් නිපදවා ඇත.
• ජාන විකරණය කරන ලද බැක්ටීරියා යොදා ගනිමින් දැව, ඉවතලන කඩදාසි හා ඉරිගු ශාකවල කඳන් (cornstalks) වැනි සෙලියුලෝස් සහිත ද්‍රව්‍ය භාවිතයෙන් එතනෝල් හා බියුටනෝල් නිපදවීම සඳහා උත්සාහයක් දරා ඇත.
• ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවලින් ජීව ඩීසල් නිෂ්පාදනය සඳහා බොහෝ පර්යේෂකයෝ කටයුතු කරති.

15. බේකරි නිෂ්පාදන

• අනන ලද පාන් පිටිවල ඇති සීනි බේකරි යීස්ට්වල අඩංගු S. cerevisiae මඟින් පැසීමට ලක් කරයි.
• පාන්වල සිදු වන පැසීමේ ප්‍රාථමික කෘත්‍යය වන්නේ කාබන්ඩයොක්සයිඩ් නිෂ්පාදනයයි.
• පිටි මෝලිය (dough) සාදනු ලබන්නේ තිරිගු, රයි හා සහල්වලින් ලබා ගත් පිටිවලිනි.
• පිටි මෝලියේ කාබන්ඩයොක්සයිඩ් සිර වී රැඳෙන අතර, පාන් පිලිසීමේ දී ඇති වන පීඩනය නිසා පිපීම සිදු වී අදාළ වයනය (crumb texture) ඇති කරයි.