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 : ❖ )( )( : : ً : )(؛ )(. ً : )( – – – –
: )(
:
ً ً ً ❖ : : : :
: : : :
: – : : : : : : )(:
:
: :
:
❖ ❖ : :
✓ ✓ :
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ❖ :
: 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 و نیز سود بیشتر می شود.
7. سهولت جداسازی میکروارگا نیسم ها از م حیط کشت تخمیر : بعد از تولید محصول، باید محصول از حجم بالای محیط کشت و میکرارگانیسم جدا شود تا قابلا استفاده شود، چنانچه این عمل به سختی و با روشهای گران قیمت صورت بگیرد باعث افزایش بهای محصول و نیز کاهش سود دهی خواهد شد.
8. تولید محصول بصورت خارج سلول میکروبی : چناتچه محصول در داخل میکروارگانیسم تولید شود و میکروب قادر به ترشح آن به بیرون از خود نباشد، باید سلول میکروبی با روشهای مختلف شکسته شود تا محصول آزاد شود. شکست سلول میکروبی باعث افزایش بهای محصول و مقرون به صرفه نبودن آن می شود.
9. سهولت شکسته شدن سلول میکروبی اگر فرآورده نهایی درون سلول ی باشد: چنانچه محصول در داخل سلول تولید شود، اگر شکسته شدن سلول میکروبی به سختی صورت گیرد ، تولید محصول توجیه اقتصادی نخواهد داشت.(
10. تولید کم محصولات جانبی به منظور سهولت خالص سا زی: چنانچه میکروب در حین تولید محصول مورد نظر ما ،محصولات و یا آنزیمهای دیگری را نیز تولید کند، این عمل باعث بروز مشکلاتی در خالص کردن محصول تولیدی می شود در نتیجه امکان دارد محصولی ناخالص بدست آید.
11. سلولهای میکروبی نباید حساس 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 .
آموزش میکروبیولوژی
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 ی صنعتی به شمار می روند و توانائی رشد میکرو ارگانیسم در شرایط پر تنش محیطی مانند گرما ، فشار اسمزی ، سرما و … در یک سویه مولد ، امتیاز بزرگی محسوب می شود .
کلیه مراحل تولید میکروبی هر نوع محصولی را به دو فاز فرآیندهای بالا دستی و پایین دستی تقسیم کرد. در فرآیندهای بالا دستی، کلیه مراحل و پیش زمینه های لازم برای عمل تخمیر از جمله غربالگری سویه مولد، انتخاب محیط مناسب رشدو تخمیر برای سویه ها و فراهم کردن دیگر شرایط لازم برای ارتقای تولید محصول باید رعایت شود.
گاهی محصولات میکروبی، متابولیت های اولیه هستند که در فاز لگاریتمی رشد میکرواورگانیس م تولید میشوند. در فاز سکون رشد نیز متابولیت ثانویه تولید می شود.
آموزش میکروبیولوژی صنعتی
صرف نظر از نوع تخمیر، می توان کلیه مراحل تولید میکروبی و فرآیند تخمیری هر نوع محصولی را به دو فاز فر آیندها ی بالا دستی و پایی ن دستی تقسیم کرد.
فر آیند بالا دس تی:
1. غربالگری سوی ه مولد: انتخاب میکروارگانیس م صنعتی ی ا توسعه میکروارگانیس م تا حصول میکروارگانیسم صنعت ی با روشهای مختل ف
2. انتخاب م حیط مناسب رشد و تخمیر برای سو یه ها: انتخاب م حیط کشت مناسب از نظر صنعتی، ارزان، فراوان و مناسب از نظر رشد و تولید محصو ل
3. تنظیم ترکیب م حیط کشت با توجه به وضعیت موجود برای مرحله ی توسعه مای هی تلقی ح و تخمیر اصل ی
4. استریل و سترون سازی م حیط کشت، تجهیزات ،لوازم کشت و هو ا
5. توسعه مای ه تلقی ح مناسب ) بهترین تعداد میکروارگانیسم در بهترین شر ایطش (
6. تامین تجهیزات و لوازم کل فرآیند
7. افزودن مایه تلقی ح )میکروارگا نیسم( به م حیط کشت استریل شد ه
پس از انجام عملیات بالا دس تی در ح ین فرآین د تولید محصول یا میکروارگانیسم، بای د شرایط زیر رع ایت شود:
– کنترل فرآیند در حی ن تخمیر
– حفظ وضعیت استریل در حی ن تخمیر
– تامین مواد افزود نی در حین تخمیر
– انتخاب زمان مناسب بر ای خاتمه تخمیر در وضعیت بست ه
فر آیند پایین دست ی
1. جداسا زی توده زیستس یا بیومس
2. تخریب دیواره سلول برا ی آزاد سازی محصولات درون سلولی و چسبیده به دیواره سلول ) در محصولات ترشح شده به خارج سلول این مرحله وجود ندارد(
3. تغلیظ محصول
4. کنترل کیفی و کمی محصول
5. بسته بند ی
6. استریل کردن پسماندها در صورت استفاده از ارگانیسم مهندسی شد ه
• : )( ¬: )-( : ) – – ( : )( : ) ( : : )(
:
• • : : ❖ ً 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.
در اکثر فرآیندهای تخمیر در صنعت ، مراحل مختلفی وجود دارد که هر یک محیط کشت ویژه ای نیاز دارند . این مراحل شامل تکثیر مایه ی میکروبی ) کشت استارتر ( ، تخمیر در ابعاد نیمه صنعتی و تولید فراورده های نهائی در مقیاس صنعتی است . در مواردی که محصول مورد نظر متابولیت اولیه یا زیست توده می باشد ، باید از محیط های کشتی بهره برد که موجب رشد بهینه ی میکرو ارگانیسم شود و چنانچه فرآورده ی نهائی، بخشی از متابولیت ثانویه میکروبی است باید از محیطی استفاده کرد که یک دوره مقدماتی رشد سلولی را فراهم کرده و بعد از آن شرایط مناسب را برای تولید متابولیت ثانویه ایجاد کند، چرا که تولید این محصولات وابسته به رشد نیست. در این حالت با کاهش یک یا چند ماده غذائی، رشد رامتوقف می کنند .
نیازهای عمومی برای انجام فرآیند تخمیر: منابع کربن ، نیتروژن ، فسفر و گوگرد ، برخی عناصر نادر و کمیاب ، گاهی ویتامین هایی مثل بیوتین و ریبوفلاوین ، بافرها و یا عوامل کنترل کننده pH و ضد کف می باشند .
منابع کربن:
کربوهیدرات ها مهم ترین منابع کربن و انرژی جهت انجام تخمیرهای میکروبی هستند ، البته گاهی الکل ها ، آلکان ها و اسیدهای آلی و در مواردی چربی های حیوانی و روغن های گیاهی به عنوان مکمل منبع اصلی کربن اضافه می شود.
– ملاس ، شربت سیاهرنگ و چسبناکی است که محصول فرعی تولید قند از چغندر و نیشکر به شمار آمده و متداول ترین و در عین حال ارزان ترین منبع ساکارز است . هسدرول ملاس ، منبع کربن دیگری است که محصول جانبی فرآوری نشاسته ی ذرت بوده و عمدتاً حاوی گلوگز می باشد.
– در ساختار عصاره مالت حدود 90% کربوهیدرات وجود دارد که بخش عمده آن دی ساکاریدها به خصوص مالتوز می باشد . این 
– ً ً – – – — – -/
فهرست مطالب