جزوه میکروبیولوژی صنعتی PDF

جزوه میکروبیولوژی صنعتی
دانلود جزوه

صنایع غذایی کتاب میکروبیولوژی صنعتی مایکل جی دکتر شجاع الساداتی دکتر مرتضوی کروگر ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﻓﺮﺩﻭﺳﻲ ﻣﺸﻬﺪ استاد سجاد یزدان دکتر پذیر

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

میکروبها ابزارها ی کارآمد : ❖ )( )( : : ً : )(؛ )(. ً : )( – – – –  

: )(
:
ً ً ً ❖ : : : :
: : : :
: – : : : : : : )(:
ی آزم ایش رو ی حیوانات آزم ایشگا هی در دانشگاه اکسفورد از ط ریق:
1. توسعه روش اندازه گی ری مقدار پنی سیل ین تولید شده و اندازه گی ری سنتیک فراین د تخمیر
2. توسعه روش کشت اسا ن
3. توسعه روش ج دید بازیابی پنی سیلین
18 ماه بعد از شروع پروژه: تست موفقیت امیز پنی سیلین بر انسان:
1. پتانسیل بالای پنی سیلین در درما ن
2. نیاز به پنی سیلین در مقیاس با لا
3. لزوم ترکیب دانش های مهندسی و بیوتکنولو ژ ی
انتقال پروژه از بریتانیا به ایالات متحده که از جنگ دور بود و امکانات بیشتری داشت. استراتژی :
❖ تلاش بر ای سنتز شیمیایی پنی سیلین
❖ تولید پنی سیلین در مقیاس پایلوت بروش تخمیری
سال 1943 : شکست همه روشهای شیمیایی و تصمیم به تولید پنی سیلین به روش تخمیر ی در مقیاس بزر گ مشکلات عمده روش تخمیر در آن زمان:
✓ بازده بسیا ر پایین محصول 1 م یلی گرم در لیتر
✓ ناپایدا ری محصول
در حالیکه امروزه در تولید غلظت پنی سیلین 50 گرم در لیتر است.
نکات کلیدی که باعث به ثمر نشستن و پیشرفت میکروبیولوژی صنعتی در تولید پنی سیلین شد شامل :
✓ درک بهتر فیزیولوژ ی قارچ
✓ درک بهتر metabolic pathway
✓ شناسایی ساختار پنی سیلین
✓ توسعه روشه ای موتاسیون و و انتخاب میکروارگانیسم ق وی
✓ توسعه روشه ای کنترل فرایندهای تخمیری
✓ طراحی راکتوره ای تخمیری
پایه گذ ایی پا یه ه ای دانش مهندسی بیوپروسس در پایان پروژه پنی س یلین اتفاق افتاد.

❖ میکرو ارگانیسم های صنعتی و سیستم های تخمی ر خصوصیات میکروارگانیسم صنعت ی
بدون در نظر گرفتن منشاء یک میکروارگانیسم صنعتی، ا ین میکروارگانیسم ها ب اید شر ا یط زیر را داشته باشند:
1. ثبات ژنتیکی : عدم ثبات ژنتیکی باعث جهش و تغییر در میکروب شده در نتیجه میزان تولید تحت تاثیر قرار می گیرد وشاید ژن تولید را از دست بدهد.
2. تولید موثر فرآورده مورد نظر که مسیر بیوسنتز آن به خوبی شناخته شده باشد: با شناخته شدن مسیر کامل بیوسنتزی و تولید یک ماده، می توان با فراهم کردن کوتاهترین و سریعترین مسیر تولید، تولید را بالا برد.
3. عدم )ی ا در حد محدود( نیا ز به ویتامین ها و فاکتورها ی اضافی رشد: ویتامین ها و فاکتورهای رشد اغلب گران بوده و تامین آنها باعث افزایش قیمت محصول نهایی و کاهش سود دهی می شود.
4. انعطاف نسبت به دستکا ریه ای ژنتیکی : با دستکاریهای ژنتیکی میتوان تولید محصول را افزایش داد، چنانچه میکروارگانیسم از نظر دستکاری ژنتیکی منعطف نباشد نمیتوان تولید را در مقادیر زیاد افزایش داد.
5. ایمنی و بیماریزا نبودن و عدم تولید مواد سمی بجز در مواردی که این مواد فرآورده مورد نظر باشد : بیماریزا نبودن میکروب باعث سهولت کار و نیز سلامت محصول می شود.
6. استفاده از دامنه وسیعی از منابع کربن قابل دسترس و ارزان : استفاده از محیط کشت های گران و محدود، باعث افزایش بهای محصول شده و نیز تولید مقرون به صرفه نخواهد بود، در حالیکه میکروارگانیسم چناچه بتواند در محیط کشت ارزان و متنوع رشد و تولید محصول کند، باعث کاهش بهای محصول : : : (
: به تنش برشی بوده یا بیش از حد کف تولید نمایند: چناچه میکروارگانیسم در زمانتولید محصول در داخل فرمانتور، با چرخش فرمانتور، از هم جدا شده و نیز تولید محصول بخاطر این تنش کاهش پیدا کند به این حالت تنش برشی گویند. حساس بودن به تنش برشی باعث کاهش تولید محصول شده و باعث کاهش راندمان تولید می شود. در فرمانتورهای همزن دار، هنگام همزدن محیط کشت همراه میکروب، کف تولید می شود .
تولید کف باعث کاهش راندمان تولید ، امکان جزوه میکروبیولوژی صنعتی و ممانعت از رسیدن اکسیژن به تمام قسمتهای محیطکشت و میکروبها می شود. برخی میکروارگانیسم ها در حین تولید، باعث ایجاد کف بسیار بالا شده و در نتیجه باعث اختلال در تولید می شود .

میکرو ارگانیسم های ایمن
صنایع تخمیری برای انتخاب یک میکرو ارگانیسم صنعتی ، علاوه بر توانایی تولید موثر یک یا چند محصول در کنار رشد سریع و کاربرد مواد غذایی ارزان و در دسترس ، ترجیح می دهند تا از میکرو ارگانیسم های Generaly ( GRASrecognized as safe( یا ایمن استفاده کنند . به همین دلیل است که برای به کار بردن میکرو ارگانیسم های پاتوژن و یا
نژادهای دستکاری شده به لحاظ ژنتیکی یا Genetically manipulated microorganisms (GMM( باید بسیار احتیاط کرد . در جدول شماره 1 به مهمترین میکرو ارگانیسم هائی که به عنوان GRAS یاد می شود اشاره می کنیم.
نمونه هایی از انواع میکرو ارگانیسم های GRAS
میکرو ارگانیسم های ایمن ) GRAS(
قارچ های رشته ا ی مخمره ا باکتری ها
آسپرژیلوس نایجر کاندیدا یوتیلیس باسیلوس سوبتیلیس
آسپرژیلوس اریزا کلویورومایسس مارکسیانوس لاکتوباسیلوس بلگاریکوس
موکورژاوانیکوس لاکتیس کلویورومایسس لاکتی س لاکتوکوکوس
پنی سیلیوم راکفورتی ساکارومیسس سرویزبه لوکونوستوک ائنوس

ثبات ژنتیکی ، مشخص بودن مسیر بیو سنتزی محصول مورد نظر ، کم نیاز بودن ، سهولت جدا سازی میکرو ارگانیسم وفرآورده نهائی از محیط کشت تخمیر و تولید کم محصولات جانبی از دیگر ویژگی های مهم یک سویه  

 

:
: : ) (
)( :
– – – – ) (
• : )( ¬: )-( : ) – – ( : )( : ) و .. ( به ونوع فر آیند بستگی دارد. برای رسیدن به اپتیمم یا مناسب ترن وضعیتمقدار تولید محصول مورد نظر در فرآیند تولید صنع تی، کشت مناسب و ص حی ح مایه تلقی ح بسیار حائز اهمیت است .
مرحله 3: کشت مقدما ت ی
به منظور به دست آوردن مای ه تلقی ح کافی برای یک فرمانتور بزرگ، با ید کشت مقدماتی انجام شود. اگر فرمانتور تولید با مقدار کم مایه تلقی ح شروع به کار کند، رشد به تاخیر افتاده و سرعت تولید محصول رضا یت بخش نخواهد بود .
مرحله 4: تخ می ر )تولید محصول(
بسته به نوع فرآیند تخمیری یا تولید محصول، فرمانتورهای ی با اندازه ه ای گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند و بنابرا ین نمی توان الگ وی خاص و ک لی ارائه داد. بر ای تولید بای د پارامترهایی بهینه شوند که عبارتند از:
• ترکیب شیمیایی مواد سازنده م حیط، کیفیت منبع کربن، نسبت کربن به منبع نیتروژ ن و ناخالصیها
• میزان انحلال یا تعلیق پ ذیری اجزای تشکیل دهنده م حیط غذایی ، مقدار pH قبل و بعد از استریلیزاسیون، تاثیر استریلیزاسیون بر ر وی خود محلول غذایی و ی ا هر یک از اجزای آن. کنترل تغییرات پس از استریلیزاسیو ن پارامترهایی که در ط ی تخمیر بیشترین اهمیت را دارند عبارتند از: درجه حرارت، هواد هی ، فشار، همزدن، pH مرحله 5: مراحل پایین دستی ، تخلی ص و تغلی ظ محصو ل
پس از اتمام مراحل تخمیر، محصول مورد نظر بای د خالص شده و قابل استفاده باشد. در روشها ی پایین دست ی و مبحث بازیافت محصول به این مسئله پرداخته می شود.

❖ محیط کشت تخمیر و تولید
م حیط هایی که جهت کشت میکروارگانیسم ها، استفاده می شوند، باید تمام عناصر لازم بر ای سنتز مادۀ سلولی و تولید محصولات متابولیک را به شکل مناسبی دارا باشند. در تحقیقات آزمایشگا هی که با میکروارگانیس م ها انجام م ی شوند، بر ای تهیۀ م حیطها ی کشت، ممکن است از مواد شیمیایی خالص و معینی استفاده شود، اما در تخمیرهای صنعتی، اغلب به دلای لاقتصادی سوبستراها ی تقریباً نامعلومی مورد استفاده قرار می گیرند، در بسیا ری از موارد، ترکیبات تشکیل دهندۀ م حیط کشت، محصولات جانب ی سا یر صنای ع بوده، و از نظر ترک یب شیمیایی، تا حد زیادی ، متغیر می باشند، ا ین نوسانات بر ر وی رشد ارگانیسم و کنترل تخمیر، حائز اهمیت می باشند.
برا ی به دست آوردن حداکثر تولید، وجود یک م حیط کشت کاملاً متوازن، الزا می است. در صورت لزوم، ب ای د از مکمل عناصر اصل ی و ضرو ر ی نیز استفاده کرد. با استفاده از روشهای آمار ی و برنامه ه ای کامپیوتری، م ی توان م حیطه ای کشت را بهینه کرد.
ترکیب شیمیایی م حیطهای کشت، باید همواره منطبق بر نیازهای فرآیند تخمیر باشد. محموله ه ای جدی د یک سوبستر ا را باید قبل از استفاده در فرآیند تولید، در تخمیرهای آزمایشی به دقت مورد ارزیا بی قرار داد. علاوه بر بازده و میزان تولید محصول، میزان بازیافت محصول نیز با یستی در تخمیرهای آزمای شی مورد برر سی قرار گیرد.
در صورت ی که ممانعت کاتابولیت یا ممانعت فسفات را نتوان با بهینه کردن م حیط کشت غذایی و ی ا با اداره کردن مناسب فرآیند تخمیر )مثلاً میزان وارد کردن سوبسترا( حذف نمود، بایستی از موتانه ایی که در آنها مکانیسمهای تنظیمی مختل شده، به عنوان نژاد تولید کنند ه استفاده کرد.
– ً – % عصاره که از جو تهیه می شود، منبع کربن مناسبی جهت رشد قارچ های رشته ای، مخمرها و اکتینومیستها می باشد . عصاره مالت مانند ملاس حاوی درصد کمی مواد نیتروژن دار ، برخی ویتامین ها و مواد معدنی است.

– نشاسته و دكسترين هم می توانند گاهی به عنوان منبع کربن بخصوص در مورد قارچ های رشته ای به کار روند ، البته معمولاً از نشاسته ، شربت قند که عمدتاً حاوی گلوگز بوده تهیه می کنند و سپس آن را مورد استفاده قرار می دهند . نشاسته مهمترین پلی ساکارید است که از نظر بیولوژیک و صنعتی، ارزان و در دسترس است اما در آب حلالیت کی دارد که در موقع صاف کردن ایجاد مشکل میکند.
– ضایعات حاوی قندی که از کارخانجات تولید خمیر کاغذ تهیه می شود و حاوی دی اکسید سولفور می باشد ، پس از انجام پاره ای تغییرات ، تحت عنوان ليكور ضایعات سولفیت جهت کشت مخمرها به کار می رود.
– ليگنوسلولز موجود در دیواره سلولی گیاهان که از سه پلیمر سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است، توسط تعداد کمی از میکرو ارگانیسم ها هیدرولیز شده و بیشتر در تخمیرهای با بستره جامد و برای تولید قارچ های خوراکی کاربرد دارد. این ماده یکی از فراوانترین مواد بیولوژی در طبیعت است و برای استفاده از این ماده بعنوان منبع کربن، میکروارگانیسم بایددارای آنزیم سلولاز باشد.
– بخش عمده آب پنير، ساخته شده از قند لاکتوز بوده که اگرچه در مقایسه با ساکارز اهمیت کمتری در فرآیندهای تخمیری دارد ، اما هنوز هم برای تولید اتانول ، پروتئین های تک یاخته ، اسید لاکتیک ، صمغ زانتان ، ویتامین 12B و اسید جیبرلیک به کار می رود. برای جلوگیری از فساد آن باید خشک شود که این امر باعث کاهش هزینه حمل و نقل نیز می-شود. به علاوه از لاکتوز در گذشته به مقدار زیادی جهت تولید پنی سیلین استفاده می شد .
– هیدروکربن ها – -/