જીવરસાયણ ઇજનેરી (biochemical engineering)

જીવરસાયણ ઇજનેરી (biochemical engineering) : જૈવિક (biological) અને જૈવરાસાયણિક (biochemical) પ્રક્રિયાઓનાં  વિકાસ, રચના, પ્રક્રમો, નિયંત્રણ અને વિશ્લેષણનો અભ્યાસ. તે જૈવપ્રાવૈધિક (biotechnology) વિજ્ઞાન પણ કહેવાય છે. તે બહુશાખીય (multidisciplinary) વિદ્યાશાખા છે અને વૈજ્ઞાનિક તેમજ ઇજનેરી ક્ષેત્રની વિશાળ અભ્યાસસામગ્રીને આવરી લે છે. જૈનરસાયણશાસ્ત્ર (biochemistry), સૂક્ષ્મજીવાણુશાસ્ત્ર (microbiology) અને ઇજનેરી વિદ્યાશાખાના સુગ્રથિત વિનિયોગથી સૂક્ષ્મ જીવાણુઓ, સંવર્ધિત કોષો અને તેના ભાગોનો ઉદ્યોગમાં સમુચિત ઉપયોગ કરવાથી થતા જુદા જુદા પદાર્થોના ઉત્પાદનને પણ જીવરસાયણ ઇજનેરી કહેવામાં આવે છે.

આ વિજ્ઞાનના મુખ્ય 5 વિકાસ-તબક્કા છે :

(I) 1865 પહેલાંનો પૂર્વ–પાશ્ચર યુગ (pre-Pasteur era) : તેમાં મદ્યાર્ક(આલ્કોહૉલ)યુક્ત પીણાં (બીર, વ્હિસ્કી વગેરે), ડેરી પદાર્થો (ચીઝ, દહીં વગેરે) અને આથવણથી મેળવેલા અન્ય પદાર્થોનો સમાવેશ કરી શકાય.

(II) 1865–1940નો પાશ્ચરયુગ (Pasteur era) : તેમાં ઇથેનોલ, બ્યુટેનોલ, એસિટોન, ગ્લિસરૉલ, કાર્બનિક ઍસિડ(દા.ત., સાઇટ્રિક ઍસિડ)નું ઉત્પાદન અને વાતજીવી વાહિતમળ પ્રક્રિયા(aerobic sewage treatment)નો સમાવેશ થાય.

(III) 1940–1960નો પ્રતિજૈવિકોનો યુગ (antibiotic era) : તેમાં પેનિસિલીન અને જલમગ્ન આથવણ પ્રવિધિનો સમાવેશ થાય છે. આ કાળ દરમિયાન ઘણા પ્રતિજૈવિકોનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું. તે ઉપરાંત પ્રાણીકોષસ્થના પ્રવિધિ, ચેપી રોગ માટેની રસી, સૂક્ષ્મજીવાણુ સ્ટીરૉઇડ પરિવર્તનનો તેમાં સમાવેશ થાય.

(IV) 1960–1975નો અનુપ્રતિજૈવિકોનો યુગ (post-antibiotic era) : તેમાં ઍમિનોઍસિડ, એક-કોષીય પ્રોટીન (single cell protein), ઉત્સેચકો, અચલિત ઉત્સેચકો (immobilised enzymes) અને કોષ-પ્રવિધિ (ગ્લુકોઝ આઇસોમરેઝ), અવાયુક અપશિષ્ટ જલપ્રક્રિયા પદ્ધતિ (બાયૉગૅસ) અને જીવાણ્વિક બહુશર્કરા (ઝેન્થાન) પ્રવિધિનો સમાવેશ થાય છે.

(V) 1975 પછીનો જૈવપ્રવિધિનો નવો યુગ : એક-વસાહતી પ્રતિદ્રવ્યના ઉત્પાદનની પ્રવિધિ, એક-વસાહતી નિદાનસૂચકો (1980), આનુવંશિક ઇજનેરી, પ્રાણી, અતિસાર અંગેની રસી, માનવ ઇન્સ્યુલિન, ઇન્ટરફેરોન્સ, ઇન્ટરલ્યુકિન્સ અને ઇરિથ્રોપોઇટિનની બનાવટનો આમાં સમાવેશ થાય છે.

ઓગણીસમા સૈકાના ઉત્તરાર્ધમાં જીવવિજ્ઞાનના વિનિયોગથી વિજ્ઞાનના ક્ષેત્રમાં ઘણા ફેરફાર જોવા મળ્યા. જીવાણુઓ આથવણની પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે. તેમાંના કેટલાક જીવાણુઓ રોગોમાં કારણભૂત છે તે જાણકારીનો ઉપયોગ માનવના હિતમાં કરવામાં આવ્યો. 1928માં ઍલેક્ઝાંડર ફ્લેમિંગની પ્રતિજૈવિક પેનિસિલીનની શોધના પરિણામે જીવાણુઓનો ઉપયોગ ઉદ્યોગમાં કરી આલ્કોહૉલ, ઉત્સેચકો, પ્રતિજૈવિકો અને અન્ય ઉપયોગી પદાર્થોનું ઉત્પાદન હાથ ધરવામાં આવ્યું.

ડીએનએના બંધારણની જાણ પછી જનીનના કાર્યની રાસાયણિક રીતે સાચી સમજ કેળવાઈ. તેની શોધ સાથે અને 1970 પછી એવી પ્રવિધિનો વિકાસ થયો, જેથી જનીનના બંધારણમાં નિયંત્રિત રીતે ફેરફાર કરી તેમને બીજા અસંબંધિત જીવાણુમાં દાખલ કરી શકાયા અને આ રીતે પુનર્યોજિત (recombinant) ડીએનએ પ્રવિધિનો ઉદય થયો. જનીન-સ્થાનાંતરણ દ્વારા કાલ્પનિક જીવસંશ્લેષણ શક્ય બન્યું છે અને ચિરપ્રતિષ્ઠિત જૈવપ્રૌદ્યોગિકી પર આધારિત ધમધમતા ઉદ્યોગોનો પાયો નાખવામાં આવ્યો. કોષ અને સ્નાયુ-સંવર્ધન, ગર્ભ-સ્થાનાંતર પ્રૌદ્યોગિકીની પ્રગતિ, જીવદ્રવ્યક સંલયન (protoplast fusion). પ્રોટીનના બંધારણમાં ફેરફાર, ઉત્સેચકો અને કોષોનું અચલન (immobilisation) અને પ્રગતિશીલ જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્ર(bioreactor)ની સંરચના જેવાં પરિબળોને લીધે વિજ્ઞાનની આ શાખામાં સારો વિકાસ થવા પામ્યો છે.

જીવનરસાયણ ઇજનેરી દ્વારા નીચે દર્શાવેલા જુદા જુદા પ્રકારના પદાર્થોનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. લાક્ષણિક જીવરાસાયણિક પ્રક્રિયા તથા તેમાંનાં પ્રક્રમણ-પ્રચાલનો (processing operations) નીચે મુજબ છે :

કાચો માલ ↓ પૂર્વઉપચાર બનાવટ (pretreatment preparation)   ↓ જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્ર (bioreactor) ↓ અનુપ્રવાહ પ્રક્રમણ (down stream processing) ↓ ઉત્પાદિત પદાર્થો (products)

પ્રક્રમણનાં ર્દષ્ટાંતો ↓ કદલઘૂકરણ (size reduction) જળવિભાજન (hydrolysis) રોગાણુનાશન (sterilisation)   ભેગું કરવું, વલોવવું અને વાયુ દાખલ કરવો ગાળણ સ્ફટિકીકરણ સુકવણી

સામાન્ય સિદ્ધાંત

જીવરસાયણ ઇજનેરી અને તેના મૂળ વિષય રાસાયણિક ઇજનેરી એ બંનેના માર્ગદર્શક સિદ્ધાંતમાં સમાનતા છે. પ્રક્રિયા-વિકાસ, સંયંત્રની રચના અને મોટા પાયાના ઉત્પાદન માટે રાસાયણિક ઇજનેરી સિદ્ધાંત ઉપરાંત તેમાં જીવવિજ્ઞાનની અન્ય શાખાઓના વધારાના જ્ઞાનનો સમુચિત ઉપયોગ કરવો જરૂરી બને છે; કારણ કે આ પ્રકારની પ્રક્રિયામાં વપરાતા પદાર્થો પ્રક્રિયાવિષયક સૂક્ષ્મ સંવેદનશીલતા (process sensitiveness) ધરાવે છે અને તેમના ઉપયોગ માટે વિશિષ્ટ સંભાળ રાખવી જરૂરી બને છે; જેથી ગરમી, યાંત્રિક ઘસારા કે અથડામણથી તેમાંના પ્રોટીન કે વિટામિન જેવા પદાર્થોનું વિકૃતીકરણ ન થાય કે જીવાણુનો નાશ ન થાય. જીવરસાયણ ઇજનેરીનું મુખ્ય કાર્ય જૈવ પ્રક્રિયાકારકો(bioreactors)ની સંરચના, પ્રચાલન (operation) અને નિયંત્રણમાં રહેલું છે, જેથી જૈવિક કારકો (biological agents) અને તેમના પર્યાવરણની વચ્ચે દળ અને ઉષ્મા વિનિમયના ભૌતિક પ્રક્રિયાના દરો ઇષ્ટતમ (optimum) રહે, અર્થાત્ જૈવિક પ્રક્રિયા પર અન્ય માઠી અસર ન થાય અને પ્રક્રિયા  દરમિયાન જરૂરી પદાર્થો જ જોઈતા પ્રમાણમાં બને. આ જૈવિક પ્રક્રિયા આર્થિક રીતે સાધ્ય બનાવવા માટે કાચા માલમાંથી વધુમાં વધુ ઉત્પાદન મળે અને પ્રક્રિયા ઝડપી બને એવું કરવું જોઈએ.

કાચો માલ અને ઊપજની ઉપલબ્ધિ : કાચા માલમાંથી ઊપજનું ઉત્પાદન ઉચિત તત્ત્વપ્રમાણિકી (stoichiometric) પ્રમાણે મળવું જોઈએ, એટલે કે કાચા માલમાંથી ઊપજનું શક્ય તેટલું વધુ પ્રમાણમાં ઉત્પાદન થવું જોઈએ. વિશિષ્ટ વાતજીવી (aerobic) પ્રક્રિયામાં કોષજીવભાર(cell biomass)નું ઉત્પાદન કાર્બોહાઇડ્રેટ વાપરવાથી 50 % થાય છે જ્યારે હાઇડ્રોકાર્બન વાપરવાથી 75 % સુધી લાવી શકાય છે. અવાતજીવી (anaerobic) પ્રક્રિયામાં તેનાથી પાંચમા ભાગનો કોષજીવભાર પ્રાપ્ત થાય છે. જૈવિક પ્રક્રિયામાં વપરાતા મુખ્ય પોષક રાસાયણિક તત્ત્વમાં કાર્બન મુખ્ય છે જે કાર્બોહાઇડ્રેટ (મોલેસિસ) અથવા જળવિભાજિત સ્ટાર્ચમાંથી મેળવવામાં આવે છે. બીજું અગત્યનું તત્ત્વ નાઇટ્રોજન છે, જે એમોનિયા અથવા એમોનિયમ સંયોજનો દ્વારા મળે છે. વાતજીવી પ્રક્રિયામાં કાર્બન અને નાઇટ્રોજનનું પ્રમાણ 10 : 1 હોય છે જ્યારે અવાતજીવીમાં તે 30 : 1 હોય છે. બીજાં પોષક દ્રવ્યો ઓછા પ્રમાણમાં જરૂરી છે, તેમાં ફૉસ્ફરસ, પોટૅશિયમ અને સૂક્ષ્મ માત્રાનાં તત્વો છે, જે તેમના ક્ષારોમાંથી મેળવવામાં આવે છે. કોષજીવભારમાં  40–60 % પ્રોટીન હોય છે. જીવરસાયણ-ઇજનેર કોષજીવભાર-ઉપલબ્ધિ ઉપરાંત ઉષ્મીય પરિવર્તન ગુણકો અને જો તે વાતજીવી પ્રક્રિયા હોય તો ઑક્સિજનના પ્રમાણમાં રસ દાખવે છે.

જૈવગતિકી (biokinetics) : કોષઉછેર, ઉત્સેચક જળવિભાજન અને ઊપજ મેળવવાની ગતિકી માટે ઘણાં ગણિતીય સમીકરણો જાણીતાં છે. કોષઉછેર માટેનું અતિ સામાન્ય અને સહેલામાં સહેલું સમીકરણ ઘાતાંકીય (exponential) નિયમને અનુસરે છે. સતત સ્થાયી-અવસ્થા પ્રચાલનો(રસાયણસ્થિરતા, chemostat)માં વિશિષ્ટ ઉછેર દર μને મહત્તમ વિશિષ્ટ ઉછેર દર m=mass, અંતિમ પોષક સાંદ્રતા S, અને પ્રણાલીના ગુણધર્મો (systems property) K_s દ્વારા નીચેના સમીકરણથી દર્શાવી શકાય :

ઉપરના સમીકરણ મુજબ સામાન્યમાં સામાન્ય ઉત્સેચક પ્રક્રિયામાં પ્રક્રિયા પર કાર્યદ્રવની સાંદ્રતાને અનુસરે છે, જ્યારે વિશિષ્ટ પ્રકારની પ્રક્રિયા હોય તો ઉપરના સમીકરણમાં ફેરફાર કરી નવું સમીકરણ બનાવવું જરૂરી બને છે. ઉપરના સમીકરણ ઉપરાંત બીજાં પણ સમીકરણો આ માટે જાણીતાં છે.

ભૌતિક દર પ્રક્રિયાઓ (physical rate processes) : દળ અને ઉષ્માની ભૌતિક પ્રક્રિયાઓની ગતિકી દ્રવગતિકીની પરિસ્થિતિ અને ભૌતિક રાસાયણિક પ્રણાલીના ગુણધર્મો પર આધાર રાખે છે. જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રોમાં દ્રાવ્ય ઑક્સિજન અને પોષક પદાર્થો અથવા ઉપાપચયજ (metabolites) વચ્ચે આંતરપ્રાવસ્થા (interphase) સ્થાનાંતર દર નીચેનાં સમીકરણ દ્વારા મળે છે :

Sh = f (Re. Sc. Gr.) — દળ માટે ……………..        (2)

અને Nu = f (Re. Pr. Gr.) — ઉષ્મા માટે ……..        (3)

અહીં Sh શેરવુડ આંક અથવા Nu ન્યુસેલ્ટ આંક છે, જે કુલ દળ અને ઉષ્માના આણ્વિક પ્રસરણ (molecular diffusion) માટેનો સ્થાનાંતર દર છે. Re (રેનોલ્ડ આંક) જથ્થા(bulk)ના (ધીમા અથવા ધસમસતા) પ્રવાહની તીવ્રતા દર્શાવે છે. Sc (સ્મિટ આંક) અથવા Pr (પ્રાન્ટ આંક) દળ અથવા ઉષ્મા પ્રસરણ અને વેગમાન પ્રસરણને સાંકળતા આંક છે. Gr (ગ્રેશોફ આંક) દળ અને ઉષ્માના સ્થાનાંતર દરની સ્નિગ્ધતા અને ગુરુત્વાકર્ષણ બળનો શક્ય સંબંધ દર્શાવે છે. પ્રકીર્ણન (dispersion) અંશ કુલ પ્રક્રિયા દર પર સારી અસર ધરાવે છે.

પ્રણાલીઓ અને પ્રચાલન અવરોધો (systems and operating constraints) : રાસાયણિક સંયંત્રો કરતાં જીવરાસાયણિક સંયંત્રો વિશિષ્ટ પ્રકારના ગુણધર્મો ધરાવે છે, જેથી તેમાં ચિરપ્રતિષ્ઠિત રાસાયણિક ઇજનેરીના સિદ્ધાંતો વાપરવા થોડી કાળજી રાખવી જરૂરી બને છે. આ અવરોધો અહીં દર્શાવેલ છે : (1) પ્રક્રિયામિશ્રણ સંકીર્ણ હોય છે. જીવરાસાયણિક સ્થાનાંતરની સાથે સ્વાવલંબી જીવદળ(bio-mass)નું પ્રમાણ વધે છે અને જેમ જેમ પ્રક્રિયા આગળ વધે છે તેમ તેમ ઉદ્દીપકના સંશ્લેષણમાં વધારો થાય છે. (2) નિલંબિત જીવંત કોષોનું સ્થૂળ ઘનત્વ (bulk densities) સામાન્ય રીતે તેમના પ્રવાહી પર્યાવરણ જેટલું થવા જાય છે, જેને કારણે પરિક્ષિપ્ત અને સતત પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચેનો પ્રવાહ નીચો રહે છે. આ કારણસર આંતરપ્રાવસ્થાકીય દળ અને ઉષ્મા સ્થાનાંતર દર ન્યૂનતમ રહે છે. (3) એકાકી સૂક્ષ્મ કોષો રાસાયણિક ઉદ્દીપકના પ્રમાણમાં બહુ જ નાના હોય છે. આ કારણસર પ્રક્રિયા દરમિયાન ઊંચો કણવેગ અને પ્રક્ષુબ્ધ-પ્રવાહ સ્થાનાંતર અવસ્થાઓ ઉત્પન્ન કરવામાં મુશ્કેલી પડે છે. (4) બહુલકી કાર્યદ્રવ (polymeric substrates) અથવા ઉપાપચયજ અને કવકજાલકીય (mycelial) વૃદ્ધિ ઘણી વખત ઊંચી સ્નિગ્ધતા ધરાવતાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા મિશ્રણ ઉત્પન્ન કરે છે જે કૂટ-સુઘટ્ય (pseudoplastic) બિનન્યૂટની (non-Newtonian) ગુણધર્મ ધરાવે છે. આ કારણસર જીવપ્રક્રિયા સંયંત્રોમાં ઇચ્છિત ઉચ્ચ પ્રવાહ ગતિકી નીચી હોય છે. (5) ઘણી બહુકોષિક વૃદ્ધિ, ખાસ કરીને ફૂગકીય (fungal), કવકમલ (mycelia), ગુચ્છો (clumps) અથવા ગુટિકા (pellets) ઉત્પન્ન કરે છે જેને પરિણામે આવી પ્રણાલીઓનાં આંતરકણ (intraparticle) વિસરણી (diffusional) અવરોધો ઘણી વાર ગંભીર બને છે. (6) જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રોમાં વારંવાર દ્રાવણ સાંદ્રતા, pH, તાપમાન અને દબાણનું ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રણ કરવું જરૂરી બને છે, જેથી જીવંત પ્રક્રિયકોનો નાશ ન થાય. (7) પ્રક્રિયકોની કે ઊપજની પાણીમાંની સાંદ્રતા ઘણી નીચી હોય છે, જેથી દળ-સ્થાનાંતરનાં બળો ઘણાં સીમિત હોય છે. (8) સૂક્ષ્મ જૈવિક વૃદ્ધિ દર ઘણો નીચો હોવાને લીધે પ્રક્રિયા પૂરી કરવા સંયંત્રનું ઘણું મોટું કદ અને લાંબો સમય જરૂરી બને છે.

વાતજીવી આથવણની પ્રક્રિયા દરમિયાન આ અવરોધો જોવા મળે છે અને પ્રક્રિયા દરમિયાન સતત પૂરતા પ્રમાણમાં ઑક્સિજન આપવો જરૂરી બને છે. ઑક્સિજનની પાણીમાં દ્રાવ્યતા ઓછી હોવાને લીધે આથવણ માધ્યમમાં જે પ્રમાણમાં ઑક્સિજન વપરાઈ જાય તેના પ્રમાણમાં તેમાં ઑક્સિજન પસાર કરવો પડે છે જેથી આથવણના દ્રાવણમાં ઑક્સિજનનું પ્રમાણ કાયમ જોઈએ તે પ્રમાણેનું રહે, નહિ તો તેમાંના પ્રક્રિયા માટેના જીવાણુઓનો નાશ થાય છે.

પ્રક્રમ ઊર્જા (process energy) : જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રોમાં અને  અન્ય પૂર્વોપચાર તથા નીપજની પુન:પ્રાપ્તિ અંગેનાં પ્રચાલનોમાં દળ અને ઉષ્માનાં સ્થાનાંતર દરો જરૂરી પ્રમાણમાં રહે તે માટેની મિશ્રણ અને વલોવણ જેવી ક્રિયાઓ વિશેષ ઊર્જાની આવશ્યકતા ઊભી કરે છે. મોટા પાયે આવા સંમિશ્રણને વલોવવું મોંઘું પડે છે, કારણ કે પ્રતિજૈવકોના ઉત્પાદનમાં કે અવશિષ્ટ પ્રક્રિયા (waste treatment) ઉદ્યોગમાં વપરાતા જીવસંયંત્રોનું કદ ઘણું મોટું રાખવું પડે છે. આ કદ 40,000થી 2,80,000 લિટર અને તેનો દર 100-400 W/100 લિટર હોય છે. આ માટેની યાંત્રિક ઊર્જાની ગણતરી કરવી પડે છે જે નીચેના સમીકરણથી મળે છે :

અહીં P = શક્તિ (power), N=પ્રણોદક પરિભ્રમણ દર (વલોણાનો ભ્રમણ દર – impellar revolution rate), D = પ્રણોદકનો વ્યાસ, ρ = પ્રવાહીની ઘનતા, μ = પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતા અને g = ગુરુત્વબળ-પ્રવેગ છે. આથી પ્રક્રિયાઓ એવી રીતે કરવામાં આવે છે કે જેથી મિશ્રણને વલોવવા માટેની ઊર્જા ન્યૂનતમ રહે.

જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્ર(bioreactor)ના પ્રકારો : જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો ઘણા પ્રકારનાં હોય છે અને તેમનું વર્ગીકરણ બૌતિક, રાસાયણિક અને જૈવિક પ્રક્રિયા પર આધાર રાખે છે.

(1) જૈવિક પ્રક્રિયા પર આધારિત સૂક્ષ્મ જીવાણુયુક્ત જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો : જૈવિક કારકની પ્રકૃતિ પ્રમાણે સૂક્ષ્મજૈવિક(microbial) જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો (કિણ્વકારકો); વનસ્પતિ અથવા સસ્તન પ્રાણીનાં પેશી સંવર્ધન સંયંત્રો; અને કોષ-મુક્ત ઉત્સેચક સંયંત્રો – એમ વર્ગ પાડવામાં  આવે છે. કિણ્વકારકોના જીવાણ્વિક (bacterial), યીસ્ટ અને ફૂગજન્ય સંવર્ધન સંયંત્રો એવા પેટા વિભાગ છે.

(2) ભૌતિક તેમજ ભૌતિકરાસાયણિક પર્યાવરણ આધારિત : જેમ કે નિમ્નતાપપ્રિય (psychrophilic), મધ્યતાપપ્રિય (mesophilic) અને ઉચ્ચતાપપ્રિય (thermophilic) આથવણો; ઍસિડ અને આલ્કલીસહિષ્ણુ આથવણો; વાતજીવી અને અવાતજીવી જીવપ્રક્રિયક સંયંત્રો; પ્રવાહી અને ઘન-કાર્યદ્રવ આથવણો અને અર્ધઘન અથવા ઘટ્ટ અવલંબન (dense-slurry) ઘન અવસ્થા જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો.

(3) વલોણાથી મિશ્રણ કરવા વપરાતી ઊર્જા પર આધારિત : યાંત્રિક રીતે મિશ્રણ બનાવવામાં વપરાતી ટાંકીઓ, બુદબુદ સ્તંભો, વાત-ઉદવાહિત (air lift) જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો, જેમાં બહુપ્રાવસ્થા (multiphase) પંપો વપરાય છે; જેથી જુદી જુદી પ્રાવસ્થા વચ્ચે સારું મિશ્રણ થાય, તરલ સંસ્તર (fluidised beds), સંવેષ્ટિત સંસ્તર (packed beds), પૅક તવા, અચળ જૈવિક ઉદ્દીપકો (immobilised biocatalyst) વાપરતા જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો.

(4) પ્રવાહ પ્રચાલન (flow operation) આધારિત જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રો :

પ્રક્રિયા અભિવર્ધન (scale up) અને તેનું નિયંત્રણ : પ્રયોગશાળામાં સફળ રીતે પાર પાડેલી જૈવિક પ્રક્રિયાઓનું ઉદ્યોગમાં પણ સફળ અભિવર્ધન કરવું જરૂરી છે. તે માટે જૈવ પ્રક્રિયા સંયંત્રોની ચોક્કસ સંરચના કરવી પડે છે. કેટલીક વખતે તેમાં પ્રમાણિત રાસાયણિક ઇજનેરીની ગણતરીમાં બાંધછોડ કરવી પડે છે. તેથી ભૌમિતિક સંરચના અને ગતિકી પ્રચાલનો (kinetic operations) પર ભારે અસર પડે છે. જીવપ્રક્રિયાઓનું ક્રિયાનિયંત્રણ કમ્પ્યૂટરથી કરવામાં આવે છે. સંયંત્રોના નિયંત્રણ માટે જોઈતા સંવેદકો (સેન્સર) સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ નથી; દા.ત., પ્રક્રિયામાં દ્રાવ્ય ઑક્સિજનનું પ્રમાણ નક્કી કરવું મુશ્કેલ છે અથવા તે માપવા માટે કોઈ સારાં યંત્રો નથી; જે પ્રક્રિયા દરમિયાન વાપરી શકાય.

વિજ્ઞાનની આ શાખાનો મુખ્ય ઉપયોગ નીચેનાં ક્ષેત્રોમાં કરવામાં આવે છે :

સ્વાસ્થ્ય–સંભાળ : માનવ-ચિકિત્સકો, માનવ-નિદાન-સૂચકો (diagnostics), પ્રાણીપ્રજનન વગેરે.

ખેતી : વનસ્પતિની વિશેષ સુધારેલી જાતો, ખાતરો, કીટનાશકો, ઝડપથી ઊગતી જાતો, નાઇટ્રોજન-સ્થાપન.

રસાયણો : ઍમિનોઍસિડ, મદ્યાર્ક, સ્ટીરૉઇડ, આલ્કેલૉઇડ, જૈવિક બહુલકો, પરિષ્કૃત રસાયણ.

અન્ય : પ્રદૂષણ-નિયંત્રણ, ખનિજ-નિક્ષાલન, ઊર્જા અને જૈવિક સંવેદન.

એસ. એસ. નાયક

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી