إدارة الموسوعة 1: مراجعة واحدة

2013-11-05T16:05:37Z

مراجعة واحدة

صفحة جديدة

يشير مصطلح '''التخمر الصناعي''' {{إنج| Industrial fermentation}} إلى الاستخدام المقصود لعملية [[تخمر (كيمياء حيوية)|التخمر]] بواسطة [[ميكروب|الكائنات الدقيقة]] كال[[بكتريا]] وال [[فطر|فطريات]]، بهدف تصنيع منتجاتٍ مفيدةٍ للبشرية. حيث تمثل المنتجات المخمرة تطبيقاتٍ عدةٍ ومنها تصنيع ال[[غذاء]] وكذلك في مجال [[صناعة|الصناعة]] العامة.

==تخمر الغذاء==
{{مقال تفصيلي| تخمر (الغذاء)}} {{إنج| Fermentation (food)}}
يمكن تأريخ عمليات التخمر القديمة والتي منها على سبيل المثال صناعة [[خبز|الخبز]]، [[خمر|الخمر]]، [[جبن|الجبن]]، [[خثارة اللبن]] {{إنج| curd}}، [[إدلي|الإدلي]] {{إنج| Idli}}، [[دوسا|الدوسا]] {{إنج| Dosa}}، إلخ إلى [[الألفية الخامسة ق م]]. حيث كان قد تم تطويرها قبيل أن يكون للإنسان أية معرفةٍ بمشاركة مثل تلك [[ميكروب|الكائنات الدقيقة الميكروبية]] في عملية التخمر بعهدٍ طويلٍ من الزمن. هذا وتمثل عملية التخمر حافزاً اقتصادياً مؤثراً للدول شبه الصناعية، وذلك من خلال إرادتها لتصنيع [[إيثانول حيوي|الإيثانول الحيوي]].
==الأدوية وصناعة التقانة الحيوية==

توجد خمسة مجموعاتٍ رئيسيةٍ من التخمرات الهامة اقتصادياً:
#[[خلية|الخلية]] [[ميكروب|الميكروبية]] أو [[كتلة حيوية|الكتلة الحيوية]] كمنتجٍ، ومثال ذلك [[بروتين أحادي الخلية|البروتين أحادي الخلية]] {{إنج| Single cell protein}}، [[خميرة بيكر]] {{إنج| Baker's yeast}}، [[ملبنة|الملبنة]] {{إنج| Lactobacillus}}، [[إشريكية قولونية|الإشريكية القولونية]]، إلخ.
#[[إنزيم|الإنزيمات]] الميكروبية: [[كاتالاز|الكاتالاز]]، [[أميليز|الأميليز]] {{إنج| Amylase}}، [[بروتيز|البروتيز]] {{إنج| protease}}، [[بكتيناز|البكتيناز]] {{إنج| Pectinase}}، [[إيزوميراز الجلوكوز]] {{إنج| Glucose isomerase}}، [[سيلولاز|السيلولاز]] {{إنج| Cellulase}}، [[هيمسيلاز|الهيمسيلاز]] {{إنج| hemicellulase}}، [[ليباز|الليباز]] {{إنج| lipase}}، [[لكتاز|اللكتاز]] {{إنج| Lactase}}، [[ستربتوكيناز|الستربتوكيناز]] {{إنج| Streptokinase}}،...إلخ.
#[[آيض|الآيضات]] الميكروبية:
##الآيضات الأولية –ال[[إيثانول]]، [[حمض الليمون]]، [[حمض الجلوماتيك]] {{إنج| glutamic acid}}، [[ليسين|الليسين]]، [[فيتامين|الفيتامينات]]، [[عديد السكاريد]]...إلخ.
##الآيضات الثانوية- كل تخمرات [[جسم مضاد|الأجسام المضادة]].
#المنتجات المؤتلفة: [[إنسولين|الإنسولين]]، [[لقاح الالتهاب الكبدي الوبائي ب]] {{إنج| Hepatitis B vaccine}}، [[انترفيرون|الانترفيرون]]، [[عامل تحفيز المستعمرة المحببة]] {{إنج| Granulocyte colony-stimulating factor}}، [[ستربتوكيناز|الستربتوكيناز]].
#التحولات الحيوية: [[فينيل أسيتول الكربينول]] {{إنج| phenyl acetyl carbinol}}، [[تحول حيوي|تحول]] [[ستيرويد|الستيرويد]] [[تحول حيوي|الحيوي]] {{إنج| biotransformationsteroid}}، إلخ.

===مصادر تغذية للتخمرات الصناعية===
من متطلبات عملية التخمر الصناعي توفير وسيطٍ للنمو، حيث أن أي ميكروب يتطلب توفير المياه، (الأكسجين)، مصدر للطاقة، مصدر للكربون، مصدر للنيتروجين، ومغذياتٍ دقيقةٍ من أجل النمو.
كربون ومصدر للطاقة + مصدر نتروجين + O2 + متطلبات أخرى → كتلة حيوية + منتج + منتجات ثانوية + CO2 + H2O + حرارة

{|class="wikitable" style="text-align:center"
!مغذيات||مادة خام
|-
|colspan=2|'''كربون'''
|-
|[[جلوكوز]]||[[سكر الذرة]]، [[نشا]]، [[سليلوز]]
|-
|[[سكروز]]||[[قصب سكر]]، [[شمندر سكري|دبس]] [[دبس السكر|الشمندر السكري]]
|-
|[[جليسرول]]
|-
|-
|[[نشا]]
|-
|-
|[[مالتوديكسترين]] {{إنج| Maltodextrine}}
|-
|-
|[[لاكتوز]]||[[مصل اللبن]]
|-
|[[دهن|الدهون]]||[[زيت نباتي|زيوت نباتية]]
|-
| [[هيدروكربون|هيدروكربونات]]||[[نفط|بترولية نفطية]] قطع
|-
|colspan=2|'''نتروجين'''
|-
|[[بروتين]]||[[فول الصويا|وجبات فول الصويا]]، [[خمور الذرة الحادة]] {{إنج| corn steep liquor}}، محاليل المقطرات
|-
|[[أمونياك]]||الأمونيا النقية أو يوريا أملاح الأمونيوم
|-
|[[نترات]]||أملاح النترات
|-
|مصدر فسفوري||أملاح الفوسفات
|-
|colspan=2|'''الفيتامينات وعوامل النمو'''
|-
| ||الخميرة، مستخلص الخميرة
|-
| ||وجبة جرثومة القمح/ وجبة بذور القطن
|-
| ||مستخلص اللحم البقري
|-
| ||خمور الذرة الحادة {{إنج| Corn steep liquor}}
|-
|-
|}

[[عنصر أثري|عناصر أثرية]] {{إنج| Trace element}}: [[حديد|الحديد]]، [[زنك|الزنك]]، [[نحاس|النحاس]]، [[مغنسيوم|المغنسيوم]]، [[موليبدنوم|الموليبدنوم]]، [[كوبالت|الكوبالت]]

[[مضاد الرغوة|عناصر مضادة للرغوة]] {{إنج| Antifoaming agent}}: [[إستر]]، أحماض دهنية، السيليكون، السلفونات، مادة البولي بروبيلين غليكول

[[مصد|مصدات]] {{إنج| Buffer}}: كربونات الكالسيوم، الفوسفات.

[[عامل نمو|عوامل النمو]]: لا تستطيع بعض الميكروبات تصنيع مكونات الخلية المطلوبة بنفسها ومن ثم تحتاج إلى أن يتم تكميلها ودعمها بها، ومثال ذلك مع [[ثيامين|الثيامين]]، [[بيوتين|البيوتين]]، [[بينتوثينات الكالسيوم]] {{إنج| calcium pentothenate}}.

[[عامل طليعي (كيمياء)|العوامل الطليعية]] {{إنج| Penicillin G }}: يتم دمجها مباشرةً ضمن المنتج المرغوب: دمج فينيل الإيثيلامين ضمن بنزيال البنسلين، وكذلك دمج حمض الفينيل الخلي ضمن مجموعة البنسلين.

[[مثبط إنزيم|مثبطات الإنزيم]]: للحصول على المنتجات المحددة: ومثال ذلك [[باربيتال الصوديوم]] من أجل [[ريفاميسين|الريفاميسين]] {{إنج| rifamycin}}.

[[محفز|المحفزات]]: غالبية الإنزيمات المستخدمة في عملية التخمر الصناعية هي محفزات ويتم تركيبها كاستجابةٍ للمحفزات: ومثال ذلك النشا من أجل الأميلاز {{إنج| amylases }}، المالتوز {{إنج| maltose}} من أجل البولولاناز {{إنج| pollulanase}}، البكتين {{إنج| pectin}} من أجل البكتيناز {{إنج| pectinase}}، هذا ويستخدم زيت الزيتون والتوين {{إنج| tween}} في بعض الأحيان.

[[تمخلب|الخالب (التمخلب أو التكالب)]]: تمثل الخوالب عناصراً كيميائيةً تستخدم لتجنب ترسيب الأيونات المعدنية. حيث تستخدم الخوالب والتي منها حمض [[إي دي تي آ|ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل]]، [[حمض الليمون]]، و[[فوسفات متعدد|أملاح الفوسفات المتعدد]] {{إنج| Polyphosphate}} بتركيزاتٍ منخفضةٍ.

==التخلص من مياه الصرف الصحي==
{{مقال تفصيلي| معالجة الصرف الصحي}}

يتم هضم مياه الصرف الصحي في عملية معالجة مياه الصرف الصحي بواسطة إنزيمات تفرزها البكتريا. فيتم تكسير المواد العضوية الصلبة إلى موادٍ قابلةٍ للانحلال غير ضارةٍ وكذلك إلى ثاني أكسيد الكربون. هذا ويتم تطهير السوائل الناجمة بهدف إزالة الممرضات قبيل تفريغ الشحنة إلى داخل مياه الأنهار أو البحار أو حتى إعادة استخدامها كأسمدةٍ سائلةٍ. في حين يتم تجفيف المواد الصلبة المهضومة والمعروفة باسم الرسوب أو الطين اللزج واستخدامها كمخصباتٍ أو أسمدةٍ. في حين يمكن استخدام المنتجات الغازية كالميثان كوقود حيوي لتشغيل المولدات. ومن مزايا الهضم البكتيري تقليل كتلة ورائحة مياه الصرف الصحي، ومن ثم تقليص المساحة المطلوبة للضخ، وعلى الجانب الآخر، من المساويء الرئيسية للهضم البكتيري في عملية معالجة مياه الصرف الصحي هو أنها عمليةٌ بطيئةٌ جداً.

===مراحل النمو الميكروبي===
عندما يتم وضع كائن عضوي ما ضمن وسط نموٍ معينٍ، يتم تلقيح الوسط بذلك العضيّ المحدد. وهنا نلاحظ أن نمو الملقح لا يحدث في التو واللحظة بمجرد الدمج، إلا أنه يأخذ وقتاً ما لحدوث ذلك. وهي تتمثل في الفترة الزمنية اللازمة للتكيف، والتي يطلق عليها مرحلة التأخر {{إنج| lag phase}}. ويلي مرحلة التأخر تلك، مرحلة معدل نمو الكائن الحي بازديادٍ مطردٍ بثباتٍ، ولمدةٍ محددةٍ – ويطلق على تلك الفترة فترة السجل أو الفترة الأسية. حيث بعد مرور فترةٍ محددةٍ من المرحلة الأسية، فإن معدل النمو يبدأ في التباطؤ، بسبب النقص المستمر في تركيزات المغذيات و/ أو التزايد المستتمر في تركيزات (مجمعة) المواد السامة. وتلك المرحلة، والتي يتم فحص معدل التزايد في النمو فيها، يطلق عليها اسم مرحلة التباطؤ. وبعد مرور مرحلة التباطؤ، يتوقف النمو وتدخل المزرعة الميكروبية مرحلةً جامدةً أو مرحلةً استقرار أو ثبات. حيث تظل الكتلة الحيوية ثابتة، إلا عندما تقوم موادٌ كيميائيةٌ مجمعةٌ ومحددةٌ في المزرعة بتحليل الخلايا (التحليل الكيميائي). وإذا لك تقوم الميكروبات الأخرى بتلويث المزرعة، تظل البنية الكيكميائية غير متغيرةٍ كما هي. كما أن تحور وتغير عضيات المزرعة قد يمثل مصدراً للتلوث كذلك، والذي يُطلق عليه التلوث الداخلي.

==انظر أيضاً==
*[[رقعة تغذية]] {{إنج| Fed-batch}}
*[[كيموستات|ناظم كيميائي]] {{إنج| Chemostat}}
*[[علم الأحياء الدقيقة الصناعي]] {{إنج| Industrial microbiology}}
* [[علم الأحياء الدقيقة الغذائي]]

==وصلات خارجية==
===مجلات مرتبطة===
* [http://www.tandf.co.uk/journals/titles/08905436.asp ''تقانة الغذاء الحيوية'']
* [http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/jhome/71002188?CRETRY=1&SRETRY=0 ''الهندسة والتقانة الحيوية'']
* [http://www.journalarchive.jst.go.jp/english/jnltop_en.php?cdjournal=jbb1977 ''مجلة تقنية التخمر'']

==المراجع==
* Schutyser, M.A.I., 2003, [http://library.wur.nl/wda/dissertations/dis3411.pdf Solid state fermentation], PhD Thesis, Wageningen UR
* Biochemical Engineering Fundamentals by J.E. Bailey and P.F. Ollis, McGraw Hill Publication
* Principles of fermentation technology by Stansbury, P.F., A. Whitaker and S.J. Hall, 1997
* Penicillin: '''A Paradigm for Biotechnology''' by Richard I Mateles [http://www.cplbookshop.com/contents/C22.htm ISBN 1-891545-01-9]

[[تصنيف:تقنيات علم الأحياء الدقيقة]]
[[تصنيف:تخمر]]
[[تصنيف:أساليب علم الأحياء الدقيقة]]
[[تصنيف:علم الأحياء الدقيقة]]
[[تصنيف:تقانة حيوية]]
[[تصنيف:صناعة دوائية]]
[[تصنيف:تقنية معالجة المخلفات]]
[[تصنيف:عمليات صناعية]]

تخمر صناعي - تاريخ المراجعة

إدارة الموسوعة 1: مراجعة واحدة