تحقیق درباره بیوتکنولوژی، مواد غذایی، صنایع غذایی، ارزش افزوده

دانلود پایان نامه ارشد

پیشرفت‌های چشم‌گیر شده است. تلاش و کوشش ما بر این بوده است که کاربرد این علم را در فرآیندهای تولید آنتی‌بیوتیک مورد بررسی قرار دهیم.

فصل اول

هدف
شرایط بهینه محیط‌کشت در تمامی مراحل فرآیند، برای رسیدن به بازده بالاتر حائز اهمیت است. چندین فاکتور برای رشد بهینه میکروارگانیسم‌ها مطرح است که عبارتند از : منبع انرژی، مواد‌غذایی مورد نیاز، عدم وجود مهارکننده‌ها، مایه تلقیح مناسب و شرایط فیزیکی و شیمیایی که در این میان عوامل اول و دوم و پنجم تا حد زیادی به طراحی و تهیه محیط‎کشت وابسته است.
در فرآیندهای زیستی، وجود محیط کشت مناسب اهمیت زیادی بر عملکرد فرآیند دارد که این خود بخش عمده هزینه‎های فرایند تولید است. در نتیجه کم کردن هزینه مواد‌اولیه می‌تواند منجر به کاهش هزینه تمام شده تولید دارو شود که این امر با توجه به مصرف روزافزون آن از اهمیت زیادی برخوردار است.در همین راستا تاکنون فنون زیادی برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه از جمله آنتی‌بیوتیک‌ها بکار رفته است، از جمله تغییر ترکیبات موجود در محیط‌کشت با منابع ارزانتر.آرد سویا یکی از منابع نیتروژنی شناخته شده برای تولید اریترومایسین بوده است اما تاکنون پژوهشی در مورد جایگزینی اوره که ماده‌ای ارزان‌قیمت‌تر در مقایسه با سویا است بر روی میزان تولید اریترومایسین انجام نشده است.
در راستای اهداف این پژوهش سوالاتی مطرح می‌شود که شامل :
الف) آیا افزودن غلظت‌های مختلف اوره در محیط‌کشت تخمیر باکتری Saccharopolyspora erythraea اثری بر تولید اریترومایسین دارد؟
ب) بهترین غلظت اوره در محیط‌کشت تخمیر باکتری Saccharopolyspora erythraea برای دستیابی به بیشترین مقدار تولید آنتی‌بیوتیک ، چه مقدار بوده است؟
ج)افزودن اوره به عنوان منبع نیتروژنی در مقایسه با منبع سویا تا چه میزان موجب صرفه‌جویی اقتصادی است؟

بیوتکنولوژی میکروبی
بیوتکنولوژی میکروبی، استفاده از ویژگی‌های انواع میکروب‌ها در تولید و تجزیه مواد مختلف نظیر هورمون‌های انسانی به روش نوترکیبی، حشره‌کش‌های میکروبی، تولید انواع ماکرومولکول‌ها و استخراج کانی‌ها تا زدودن مواد سمی در شرایط متعارف است. این راه در کاهش هزینه‌های تولید و همگام کردن تکنولوژی با سلامت محیط زیست فوق‌العاده مؤثر می‌باشد.
تکنولوژی میکروبی قدمت طولانی و چندین هزار ساله دارد. به لحاظ تاریخی، کارهای گذشته را بر اساس تکنیک‌های به کار رفته، کارآیی تکنولوژی و میزان آگاهی و کنترلی که انسان بر انجام فرآیندهای میکروبی داشته است، می توان به سه دوره «روش‌های سنتی» ، «میکروبیولوژی صنعتی» و «بیوتکنولوژی میکروبی نوین» تقسیم نمود.

1-2-1) روش‌های سنتی
پییشینه کاربرد میکروب‌های مفید به گذشته‌های دور زندگی انسان باز می‌گردد. هشت هزار سال پیش، سومریان و بابلیان اولین کسانی بودند که تخمیر الکلی را شناختند. چهار هزار سال پیش از میلاد مصری‌ها کشف کردند گازی که در حین تخمیر الکلی به دست می‌آید در بهبود کیفیت نان مؤثر است و برای تخمیر نان به آن شراب افزودند. تولید سرکه نیز هفت هزار سال قدمت دارد. استفاده از کپک‌های مولد آنتی بیوتیک در درمان زخم‌ها در تمدن مایا در آمریکا و تمدن کهن چین مرسوم بوده است و به این ترتیب روش‌های سنتی کاربرد میکروب‌ها که از چند هزار سال تا حدود دویست سال پیش ادامه داشته بدون هرگونه آگاهی از وجود میکروارگانیسم‌ها ، نقش آن‌ها و چگونگی واکنش‌هایی که هدایت می کنند انجام گرفته است.

1-2-2) میکروبیولوژی صنعتی
شناخت میکروارگانیسم‌ها به عنوان موجوداتی که می‌توانند به خدمت انسان درآیند، به دو قرن اخیر برمی‌گردد. لویی پاستور پدر دانش میکروب‌شناسی، که پایه گذار دانش میکروبیولوژی صنعتی نیز هست، تقریباً دو دهه به طول انجامید تا توانست نظریه شیمیایی بودن تخمیر الکل را رد کند. وی ماهیت تخمیر الکلی را به عنوان فرآیند زیستی روشن کرد و نشان داد که تبدیل قند به الکل توسط موجودات میکروسکوپی انجام می‌گیرد و آلودگی مایع قابل تخمیر به دیگر میکروب‌ها سرنوشت تولید الکل را تغییر داده موجب فساد آن می‌شود.
هانسن در سال 1896 میلادی از کشت مخمر برای تولید الکل در کارخانه‌ای در کپنهاگ استفاده کرد و در سال1897 اساس بیوشیمیایی کشف بوخنر نشان داد عصاره فاقد سلول مخمر می‌تواند قند ساکارز را به اتانل تبدیل کند، نقش آنزیم‌ها را در چگونگی فعالیت میکروارگانیسم‌ها آشکار ساخت.
اثرات کپک سبز نان (پنی سیلیوم) مدتها پیش از فلمینگ شناخته شده بود. مردم قبایل مایا آن را بر روی دانه‌های ذرت کشت داده و در درمان زخم‌ها به کار می بردند. در سال 1929 الکساندر فلمینگ خاصیت ضد باکتریایی کپک پنی سیلیوم نوتاتوم را کشف و اثرات درمانی آن را علیه عفونت‌های انسانی نشان داد.
در سال 1940 فلاری و چین پنی‌سیلین خالص را به دست آوردند. سه سال بعد در دانشگاه رتگرز آمریکا استرپتومایسس مولد آنتی‌بیوتیک کشف شد و سال بعد یعنی در سال 1944 این آنتی‌بیوتیک به نام استرپتومایسین به طور خالص به دست آمد.
در فاصله سال های 1940 تا اوایل 1970 به طور متوسط سالانه 200 آنتی‌ بیوتیک جدید و در دهه 70 سالانه حدود 300 آنتی بیوتیک تازه کشف شد. توسعه و بهینه‌سازی روش‌های تولید پنی‌سیلین و استرپتومایسین رشد و شکوفایی دانش مهندسی بیوشیمی را در پیشرفت ژنتیک مولکولی ایفا نمود. طی بیش از 20 سال پس از کشف پنی سیلین به مدد تکنیک جهش زایی و آمیزش پروتوپلاست‌ها، دست کم بیست و یک نسل از جهش یافتگان مولد این آنتی‌بیوتیک به دست آمد و بازده تولید پنی‌سیلین بیش از ده هزار بار افزایش یافت. تکنولوژی تولید پنی سیلین راه را برای تولید مواد شیمیایی و دارویی متعدد هموار کرد(9).

1-2-3)بیوتکنولوژی میکروبی نوین
اگرچه در اغلب نقاط دنیا بیوتکنولوژی مفهوم خود را به عنوان دانش تولید، تبدیل و تجزیه مواد به وسیله موجودات زنده حفظ کرده است، ولی در حال حاضر در آمریکا و اروپا به تدریج معنی دیگری پیدا کرده که در مهندسی ژنتیک خلاصه می‌شود.
در مفهوم گسترده، بیوتکنولوژی به هر نوع تکنولوژی که در آن موجود زنده (یا بخش‌هایی از آن) در تولید یا تغییر فرآورده ها یا اصلاح گیاهان و جانوران و پدید آوردن میکروارگانیسم‌ها به منظور انجام نقش ویژه ای استفاده می‌شود اطلاق می‌گردد.
شاید اکنون بتوان این مفهوم را باز هم گسترش داد و مدلسازی از مواد زنده را نیز به این تعریف افزود.
تاریخ پیدایش بیوتکنولوژی میکروبی نوین به دهه 1970 باز می‌گردد. در سال 1970 ، بویر،کوهن و همکاران آنها آزمایش‌هایی را انجام دادند که منجر به پیدایش تکنولوژی DNA نوترکیب شد.
نخستین ثمره مهم و تجاری این تکنولوژی، انسولین انسانی تولید شده در باکتری‌ها بود که در سال 1982 مصرف بالینی آن به اثبات رسید.
بیوتکنولوژی میکروبی موزائیکی از فرضیه‌ها و تکنیک‌های زمینه‌های گوناگون علوم می‌باشد.
چند نمونه از فرآورده‌های مهم بیوتکنولوژی میکروبی عبارتند از : عصاره‌های تخمیری و لیکورهای تقطیری، پنیر، آنتی بیوتیک‌ها، الکل صنعتی، اسید‌های آمینه، استروییدها، آنزیم‌ها، واکسن ها و …(22).
جنبه‌های اقتصادی بیوتکنولوژی میکروبی
میکروب‌ها راه‌های تولید ترکیبات مفید و مقرون به صرفه را به ما می‌آموزند. اگرچه بسیاری از فرآیندهای بیوتکنولوژیک در مقایسه با سایر فرآیندها جاذبه چندانی ندارند، سیاست‌های دولتی و جنبه‌های اقتصادی در تعیین زمینه‌هایی که بایستی در بیوتکنولوژی میکروبی پیشرفت نماید، نقش‌پرداز است. مقایسه ارزش فرآورده‌های دارویی با فرآورده‌های غذایی این مهم را تأیید می‌کند. برای کشف یک داروی جدید و نشان دادن مؤثر و سالم بودن آن، تلاش، زمان و سرمایه قابل ملاحظه‌ای لازم است.
مع هذا، وقتی این شرایط فراهم شد، مردم آماده‌اند که برای دارو هزینه بالایی را بپردازند. بعلاوه در بسیاری از کشورها ، ارزش دارو با یارانه دولتی کاهش داده می‌شود. ارزش بالایی که بر تولید فرآورده‌های بهداشتی افزوده می‌شود، هدایت پژوهش پرهزینه و پیشرفت و توسعه صنایع داروئی را ترغیت و تحریک می‌کند.
سودی که تولیدکننده می‌افزاید اختلاف بین درآمد فروش و کل بهای مواد، تجهیزات و خدمات تولید درآمد می‌باشد. برای صنایع داروئی ارزش افزوده حدود 45 درصد است. در صنایع غذایی، تکنولوژی لازم برای فراهم آوردن مواد غذایی پر ارزش از قبل وجود دارد. بر خلاف یک داروی تازه یا یک آزمایش تشخیصی تازه برای بیماری خاص، یک تکنولوژی فرآورده غذایی مناسب بایستی با موادغذایی موجود قبلی و مقبول بازار رقابت نماید(9).
در عین حال، بهای پژوهش و توسعه و نمایش سلامت اغذیه با فرآیندهای نو هم ارز فرآیندهای مربوط به فرآیندهای داروئی است. هیچ یارانه دولتی مصرف مواد غذایی نو را نسبت به مواد غذایی تهیه شده به روشهای متداول حمایت نمی‌کند و ارزش افزوده در صنایع غذایی فقط در حدود 25 درصد است. بعلاوه، حمایت فرآیندها و فرآورد‌های بیوتکنولوژی غذایی نسبت به فرآیندها و فرآورده‌های صنایع دارویی از طریق به ثبت رساندن دشوارتر است(5).
مقدمه ای بر فرایندهای تخمیری
عبارت تخمیر برگرفته از واژه لاتین فرور به معنی جوشان است که بیانگر عمل مخمر با کشت روی موادی مانند عصاره میوه یا جو جوانه زده (مالت) است. گازهای جوشان در این واکنش، همان حباب‌های دی اکسید کربن هستند که بر اثر فعل و انفعالات میکروارگانیسم‌های بی هوازی روی قندهای موجود (سوخت و سازهای بی هوازی موادغذایی در بافت‌ها ) در عصاره متصاعد می‌شوند.
از نظر زیست شیمی‌دانان در مفهوم تخمیر با نظر میکروب‌شناسان صنعتی، متفاوت است. تخمیر از نظر زیست شیمی‌دانان، تولید انرژی از سوخت و سازهای ترکیبات آلی است، در حالی که از نظر میکروب‌شناسان صنعتی ، مفهوم وسیع‌تری دارد.
سوخت و ساز بی‌هوازی قندها، نوعی فرایند اکسایش است که به تولید نوکلئوتیدهای پیریدین احیا شده منجر می‌شود که باید برای ادامه فرآیند دوباره اکسید شوند. در وضعیت هوازی، اکسایش مجدد نوکلئوتید پیریدین احیا شده، با انتقال الکترون از طریق سامانه سیتوکروم به عنوان گیرنده نهایی الکترون صورت می‌گیرد، اما در وضعیت بی‌هوازی، اکسایش نوکلئوتید پیریدین احیا شده، با احیای ترکیبی آلی همراه است که اغلب محصول بعدی در سلسله واکنش‌های سوخت و ساز است.در واکنش مخمر روی عصاره میوه و جو،NADH همراه با احیای اسیدپیروویک به اتانول حاصل می‌شود.
گونه‌های مختلف میکروارگانیسم‌ها می‌توانند پیرووات را به طیف وسیعی از محصولات نهایی احیا کنند. بنابراین از نظر زیست شیمی‌دانان، « تخمیر نوعی فرآیند تولید انرژی است که در آن مواد آلی به عنوان گیرنده نهایی و همچنین دهنده الکترون عمل می‌کنند.»
میکروب‌شناسان صنعتی به هر فرآیندی که برای تولید محصولات مورد نظر از طریق کشت انبوه میکروارگانیسم‌ها یا با استفاده از میکروارگانیسم‌ها در مقیاس صنعتی به کار گرفته شود، تخمیر می‌گویند.
سیر تدریجی تکامل صنعت تخمیر را می توان به پنج مرحله تقسیم کرد. توسعه این صنعت تا قبل از قرن بیستم در مرحله یک است. در این مرحله، مهمترین محصولات تخمیری که به صورت صنعتی در مخازن چوبی تا گنجایش 1500 بشکه تولید می‌شد، اتانل و پس از آن سرکه بوده است. تا اواسط قرن 19، اهمیت مخمرها در تخمیر الکلی را به طور مستقل، کاگنیارد – لاتور، شوان و کوتزینگ توضیح داده بودند اما پاستور توانست دانشمندان را نسبت به اهمیت انکارناپذیر میکروارگانیسم‌ها در فرآیند تخمیر الکلی متقاعد کند. در اواخر قرن 19، هانسن روش‌هایی را برای جداسازی و تکثیر سلول‌های مخمر به منظور تولید کشت خالص توسعه داد.
در فاصله سالهای 1900 و 1940، محصولات اصلی تولید شده عبارت بود از: توده زیستی مخمر، گلیسرول، اسید سیتریک، اسیدلاکتیک، استن و بوتانل. احتمالا عمده‌ترین توسعه در خلال این سالها، تولید مخمر نان و حلال‌های آلی بود. تولید مخمر نان فرآیندی هوازی است و مشخص شد که رشد سریع مخمرها در فرمنتور، به کاهش غلظت اکسیژن و تولید

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درباره مورفولوژی، بیوتکنولوژی Next Entries تحقیق درباره بیوتکنولوژی، دی اکسید کربن، شیمی درمانی، مقیاس تجاری