انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

fermentation

يختلف مفهوم التخمر Fermentation للعاملين في حقل الكيمياء الحياتية عن مفهومه لدى العاملين في حقل الاحياء المجهرية الصناعية اذ يعني بالنسبة للمجموعة الاولى هو توليد الطاقة بوساطة الايض الهدمي للمركبات العضوية. اما تعريف التخمر Fermentation  على مستوى الاحياء المجهرية الصناعية فهو اكثر شمولية اذ انه يعني التحولات التي تطرأ على المواد العضوية بفعل الاحياء المجهرية وانزيماتها ويتم من خلال هذه التحولات الحصول على منتجات ذات قيمة على المستوى التجاري.

توجد اربع مجاميع رئيسة من المنتجات الحيوية ذات اهمية على المستوى التجاري وهي :

1-  انزيمات الاحياء المجهرية Microbial enzyme

    أنتجت الأنزيمات تجاريا من النباتات والحيوانات والأحياء المجهرية. تتميز انزيمات الاحياء المجهرية بامكانية انتاجها بكميات كبيرة بوساطة تقنيات التخمر الراسخة. وتستعمل الانزيمات في الصناعات الغذائية وانتاج المنظفات.

2- المنتجات المتكونة  بالتحولات الحيوية Bioconversions  

     تستعمل خلايا الاحياء المجهرية لغرض تحوير مركبات معينة مضافة للوسط الزرعي الى مركبات قريبة منها على المستوى الكيمياوي لكنها اكثر قيمة على المستوى التجاري. تشمل هذه التحولات الهدرجة Hydration   والاكسدة Oxidation  واضافة مجموعة الهيدروكسيل Hydroxylation  وغيرها. تتميز التحولات الحياتية عن التحولات الكيمياوية الاعتيادية بالتخصص والعمل في درجات حرارة واطئة وعدم الحاجة الى استعمال المعادن الثقيلة الملوثة ، مثلا انتاج الخل من المحاليل الكحولية اذ ينتج من اكسدة الكحول الاثيلي بوساطة بكتريا  Acetobacter  الى حامض الخليك عن طريق Acetaldehyde  وتحت ظروف هوائية . كذلك انتاج المضادات الحيوية والهرمونات وغيرها.

3- منتجات الاحياء المجهرية الايضية Microbial metabolite  وتشمل:

أ- المنتجات الايضية الأولية Primary metabolite products  

    تنتج الاحياء المجهرية خلال الطور اللوغارتمي او ما يسمى بطور النمو السريع Trophophase مركبات اساسية تساهم في نموها كالاحماض الامينية والاحماض النووية والنيوكلوتيدات والبروتينات والدهون والكربوهيدرات وغيرها. وتسمى بالمنتجات الايضية الاولية ، ويكون للعديد منها اهمية تجارية ويتم انتاجها بطرائق تخمرية كالكحولات العضوية و الاحماض الامينية والاحماض النووية والنيوكلوتيدات والسكريات المضاعفة والفيتامينات.

ب- المنتجات الايضية الثانوية  Secondary metabolites

4- الكتلة الحيوية للاحياء المجهرية Microbial biomass

    تشمل هذه التخمرات انتاج الخميرة لغرض استعمالها في صناعة الخبز والمعجنات وانتاج الاحياء المجهرية لغرض استخدامها غداءا للانسان وعلفا للحيوانات مثل انتاج العرهون Mushroom وبروتين احادي الخلية Single cell protein.

السيطرة على انتاج المواد الايضية:

زيادة انتاج مواد الايض الاولي:

بما ان الخلايا لا تنتج كميات كبيرة من هذه المواد نتيجة لعمليات التنظيم الخلوي فهنالك بعض الوسائل لزيادة الانتاج وتشمل:

1- التلاعب الوراثي لغرض الحصول على سلالات ذات انتاج مفرط.

2- التلاعب بتركيب الوسط الزرعي بحيث يؤدي الى تغيرات في نضوحية اغشية الخلايا او وسيلة اخرى تؤدي الى زيادة الانتاج.

السيطرة وتنظيم عمليات الايض الثانوي:

 ان السيطرة على هذة العمليات يمكن ان تتم بعدة طرق:

1- السيطرة عن طريق الكروموسومات حيث تحدد المعلومات الوراثية المسؤولة عن انتاج وتخليق الانزيمات الخاصة المشتركة في انتاجها.

2- السيطرة على كمية الطاقة في الخلية من خلال التحكم بالتراكيز المسؤولة عن الطاقة التي تكون على شكل ATP, ADP, AMP وقد جاء هذا الاستنتاج من العديد من عمليات الايض الثانوي يمكن ان تبدأ عندما تقل كمية الفوسفات في الوسط الغذائي.

3- يعتقد ان عمليات الايض الثانوي تم السيطرة عليها بواسطة عمليات الكبح بالماد الاساس فقد وجد ان المزارع التي تتوفر فيها السكريات البسيطة الاحادية مثل الكلوكوز تثبط فيها الانزيمات المسؤولة عن عمليات الايض الثانوي.

الصفات العامة لمواد الايض الثانوي:

1- هذه المواد لا تكون لها علاقة بعمليات النمو خصوصا التزايدي لذلك تظهر في الطور النهائي او طور الانتاج

2- تنتج من قبل الخلايا التي هي في حالة Stationary phase  وفي بعض الاحيان تنتج من قبل الخلايا التي هي في حالة النمو بمعدلات واطئة جدا.

3- اغلب مواد الايض الثانوي اما مضادات حيوية او مواد صيدلانية او سموم او انزيمات خارجية لذا يعتقد ان لها دورا بيئيا على الخلايا المنتجة لها والبعض الاخر ليس له دور فسلجي بالنسبة للاحياء المجهرية ولها دورا اساسيا في بعض الفعاليات الحيوية عالية التخصص.

4- اغلب المواد تفرز خارج الخلية

5- تنتج مواد الايض الثانوي بكميات كبيرة مقارنة بمواد الايض الأولي.

6- تنتج المواد من قبل مجاميع خاصة من الاحياء المجهرية او النباتات ويكون لكل نوع مادة معينة يتخصص في انتاجها.

7- المسارات التخليقية التي تنتج بوساطتها المواد تكون محدودة واغلبها لها علاقة بمواد الايض الاولي اذ تشتق من مواد معينة خلال مسارات الايض الأولي.

مواد الايض الثانوي في النباتات والاعفان: تشمل المواد الصيدلانية ومواد النكهة والمبيدات الحشرية التي تكون منتجة من النباتات, اما الاعفان تنتج المضادات الحيوية والسموم والانزيمات.

انتخاب السلالات المستعملة بالتقنيات الحياتية:

يتم انتخاب السلالات على اساس قدرتها الانتاجية والكلفة الاقتصادية ومن الصفات التي ينبغي توفرها بسلالة المجهرية المختارة ما يلي:

1- يفضل اختيار العزلات التي تستطيع النمو على مواد اولية رخيصة الثمن ومتوفرة على مدار السنة ويتم ذلك بادخال هذة المواد في تركيب الاوساط الزرعية المستعملة بالعزل.

2- تنتخب العزلات التي تحتاج الى درجات حرارية عالية للنمو لان معدلات نموها تكون عالية وتقوم بعمليات التحول الحيوي بمعدل اسرع مما يساعد على تقليل كلفة التبريد عند استخدامها في عمليات انتاجية واسعة.

3- تنتخب العزلات ذات الانتاجية العالية ولاسيما ذات النواتج العرضية القليلة لتسهيل عمليات الفصل والتنقية التي تتم بعد الانتهاء من التخمر.

4- يفضل انتخاب السلالات الثابتة التي لا تظهر فيها ظاهرة تعدد الاشكال وذلك لتسهيل عملية اكتشاف التلوث مبكرا.

5- انتخاب السلالات الثابتة من الناحية الوراثية والسلالات القابلة لتطويع الوراثي Genetic manipulation لغرض تحسين انتاج السلالات.

6- انتخاب السلالات غير منتجة للسموم تحت أي ظرف من ظروف النمو.

7- انتخاب السلالات التي يمكن حفظها لمدة طويلة من الزمن.