تحقیق درباره فیزیولوژی، مورفولوژی، قیمت تمام شده، مواد غذایی

دانلود پایان نامه ارشد

تحت خلا خشک شد. پس از 12 ماه مشاهده شد که هر سه مخمر مورد آزمایش، به طور کامل زنده مانده‌اند.

1-19-2-3) نگهداری در سلولز
روش متداول خشک کردن کشت‌های میکروبی روی تکه‌های کاغذ صافی را هاپ وود و فرگوسن (1969) توضیح داده‌اند. آن‌ها تکه‌های نازک کاغذ صافی اشباع شده را با تعلیقی از ارگانیسم‌ها در شیر بدون چربی ( skim milk ) در داخل لوله‎هایی کوچک ( 6×100 mm ) قرار دادند. سپس لوله‌ها به یک اتصال چند شاخه متصل و در فشار 0.01 mmHg خشک شدند. پس از یک سال نگهداری در دمای 37˚C ، افت زیادی در قابلیت حیات استرپتومایست‌ها مشاهده نشد. استفاده از این روش برای نگهداری سایر میکروارگانیسم‌ها نیز امکان‌پذیر است. آنیر(1964)این روش را با رشته‌های کوچک سلولز به کار برد. او به جای شیر بدون چربی ، از گلوتامات سدیم 10 درصد برای تهیه تعلیقی از باکتریها استفاده کرد. پس از 2 سال نگهداری در دمای اطاق، 59 درصد از باکتریهای سالمونلا ندولو زنده مانده بودند.
1-19-2-4) نگهداری در آب مقطر
کاستلانی (1939) برای اولین بار قابلیت نگهداری اسپور قارچ‌ها در آب مقطر را مطرح کرد. سپس این روش برای نگهداری 594 سویه قارچی آزمایش شد که از آن میان 62 درصد از سویه‌ها خصوصیت‌های حیاتی خود را حفظ کردند. در تحقیق دیگری، زنده ماندن 76 درصد از مخمرها ، قارچ‌های رشته‌ای و اکتینومیست‌ها به مدت 10 سال درآب مقطر مشاهده شد.
1-19-2-5) نگهداری در روغن
یکی از روش‌های اولیه برای نگهداری میکروارگانیسم‌ها، استفاده از روغن معدنی بود. روغن معدنی از تبخیر محیط‌کشت جلوگیری می‌کند و با جلوگیری از دسترسی میکروارگانیسم‌ها به اکسیژن، فعالیت متابولیکی آن‌ها را کاهش می‌دهد. نادویرا و زملیاکوف (1971)‌، سودموناس، باسیلوس و اشریشیا را با استفاده از روغن معدنی 3 سال نگهداری کردند. در خلال این زمان طولانی، احتمال جهش وجود دارد، اما نادویرا و زملیاکوف گزارش کردند که خصوصیات مورفولوژیکی کشت در این 3 سال تغییر نکرده است.
برای نگهداری میکروارگانیسم‌ها در روغن، ابتدا میکروارگانیسم روی یک اسلنت از آگار مغذی رشد داده می‌شود تا یک کلونی درشت بدست آید. سپس روغن معدنی سنگین به مدت 45 دقیقه در فشار 15psi در اتوکلاو یا به مدت 90 دقیقه در دمای 150˚C در اجاق سترون می‌شود. پس از خشک شدن، روغن معدنی روی کلنی ریخته می‌شود. کشت به دست آمده را می‌توان در دمای 10˚C برای مدتی طولانی نگهداری کرد.

1-19-2-6) لیوفیلیزه کردن
لیوفیلیزه کردن یا خشک کردن انجمادی، شامل منجمد کردن کشت میکروبی و سپس خشک کردن آن در خلا است. در فرایند لیوفیلیزه کردن، به جای آن که ماده مورد نظر به طور مستقیم در حالت مایع خشک شود، ابتدا ماده مورد نظر منجمد و سپس در فشار پایین خشک می‌شود؛ زیرا خشک کردن مستقیم از حالت مایع، موجب چروکیده شدن و ایجاد تغییرات نامطلوب در ماده خشک شده می‌شود و آب‌گیری مجدد آن را نیز با مشکل می‌کند.
برای لیوفیلیزه کردن کشت میکروبی، ابتدا میکروارگانیسم تا انتهای مرحله لگاریتمی کشت داده می‌شود و سپس سلول‌ها در یک محیط کشت محافظت کننده مانند شیر، سرم یا گلوتامات سدیم به صورت تعلیق در می‌آیند. چند قطره از تعلیق به یک ظرف کوچک شیشه‌ای مخصوص منتقل و منجمد می‌شود. سپس با ایجاد خلا، عمل تصعید صورت می‌گیرد و پس از کامل شدن تصعید، درب ظرف شیششه‌ای کاملا بسته می‌شود. ظرف حاوی میکروارگانیسم را می‌توان در یخچال نگهداری کرد و به این ترتیب، سلول‌ها به مدت ده سال یا بیشتر، قابلیت حیات خود را حفظ می‌کنند.
لیوفیلیزه کردن میکروارگانیسم‌ها در مجموعه‌های میکروبی متداول است، زیرا پس از خشک و لیوفیلیزه شدن نمونه، تجهیزات یا مراقبت‌های خاصی برای نگهداری نمونه نیاز نیست. استفاده مجدد از میکروارگانیسم‌های لیوفیلیزه‌شده تا حدی وقت‌گیر بوده و ممکن است برای رسیدن به خصوصیات اولیه میکروارگانیسم به چند بار کشت مجدد نیاز باشد(9).
1-20) محیط کشت تخمیر صنعتی
رشد میکروارگانیسم‌ها و تولید محصولات حاصل از سوخت و ساز در یک فرایند زیستی، نتیجه برهمکنش بین عوامل موثر درون و برون‌سلولی است.
عوامل موثر درون‌سلولی ، به میکروارگانیسم مورد استفاده بستگی دارد و شامل ژنوم و مکانیسم‌های کنترل همانندسازی، نسخه برداری و ترجمه اطلاعات ژنتیکی می‌شود.
عوامل موثر برون‌سلولی دارای طبیعت فیزیکی و شیمیایی هستند. عوامل فیزیکی، به نوع کشت و فرمنتور بستگی دارند و معمولا شامل دما، لزجت، وضعیت هوادهی/ همزدن و غیره می‌شود. عوامل شیمیایی شامل تمام مواد مغذی محیط‌کشت مورد استفاده است(56).
اولین نیاز برای راه‌اندازی فرایند زیستی، دسترسی به میکروارگانیسم مناسب با توان بالاست، اما برای دستیابی به بازدهی مناسب باید موقعیت بهینه کشت برای تمام مراحل فرایند فراهم شود. پرت (1975) پنج معیار را برای رشد بهینه میکروارگانسیم‌ها ارائه داده که عبارتند از: منبع انرژی، مواد غذایی مورد نیاز برای رشد، فقدان مهارکننده‌ها، مایه تلقیح مناسب و وضعیت فیزیکی و شیمیایی مناسب. از میان این عوامل، سه عامل اول مربوط به طراحی و تهیه محیط‌کشت است و پنجمین عامل نیز تا حد زیادی به محیط‌کشت مرتبط است. بنابراین در فرایند زیستی، وجود محیط‌کشت مناسب اهمیت به سزایی بر عملکرد فرایند دارد.
برای تهیه هر محیط‌کشت مناسب بررسی دقیق و جداگانه لازم است، اما برخی نیازهای اساسی اولیه برای تمام محیط‌های کشت مشترک است(57).
تمام میکروارگانیسم‌ها به آب، منبع انرژی، کربن، نیتروژن و عناصر‌معدنی نیاز دارند؛ به علاوه نیاز به ویتامین‌ها و در صورت هوازی بودن، اکسیژن نیز باید توجه شود. در مقیاس آزمایشگاهی، طراحی محیط کشت متشکل از ترکیبات شیمیایی خالص نسبتا ساده است. این محیط‌کشت برای رشد میکروارگانیسم مناسب است اما ممکن است برای کاربردهای صنعتی مناسب نباشد.
معمولا در تخمیر صنعتی، از منابع اولیه ارزان‌قیمت برای تهیه محیط‌کشت با خصوصیت‌های زیر استفاده می‌شود:
بازدهی تولید محصول یا توده زیستی به ازای هر گرم سوبسترای مصرفی، بیشترین مقدار باشد
بیشترین غلظت محصول یا توده زیستی به دست آید
سرعت تولید محصول مناسب باشد
تولید محصولات ناخواسته تا حد امکان پائین باشد
از نظر قیمت، ارزان و از نظر کیفیت مناسب بوده و در طول تمام فصول سال به آسانی در دسترس باشد
سهولت هوادهی، به هم زدن، استخراج، خالص سازی و تصفیه پساب(9)
باید به خاطر داشت که نوع محیط‌کشت انتخاب شده، بر طراحی فرمنتور نیز موثر خواهد بود. مشکل مربوط به بسط فرایند از آزمایشگاه به واحد نیمه صنعتی و متعاقبا به سطح صنعتی را نیز باید توجه کرد. محیط کشت مناسب آزمایشگاهی ممکن است برای فرمنتور بزرگ مطلوب نباشد. محیط‌های کشت با لزجت زیاد، در سطح صنعتی، قدرت موثر بیشتری برای به هم زدن نیاز دارند. همچنین در کنار تامین نیازهای مربوط به رشد و تشکیل محصول، محیط کشت ممکن است بر تغییر pH، تشکیل کف، پتانسیل اکسایش و احیا و مورفولوژی موجود زنده مؤثر واقع شود(42).
1-21) نیازهای غذایی میکروارگانیسم‌ها
از بیش از 100 عنصر موجود در جدول تناوبی، 30 تا 40 عنصر دارای ارزش غذایی برای رشد میکروارگانیسم‌هاست. عناصری که غلظت آن‌ها در میکروارگانیسم‌ها بیش از 4-10مول در لیتر باشد به عنوان مواد مغذی پرمقدار(ماکرونوترینت) و سایر عناصر تحت عنوان مواد مغذی کم‌مقدار ( میکرونوترینت ) شناخته می‌شوند. شش غیر فلز: کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و دو فلز منیزیم و پتاسیم بیش از 98 درصد از وزن خشک باکتری‌ها و قارچ‌ها را تشکیل می‌دهند که به این عناصر پرمقدار گفته می‌شود. در جدول(1-3) نقش فیزیولوژیکی عناصر پرمقدار درون سلول و میزان متوسط مورد نیاز آن‌ها آورده شده است(9).
جدول(1-3): نقش فیزیولوژیکی عناصر غذایی پرمقدار درون سلول و میزان متوسط مورد نیاز
عنصر
نقش فیزیولوژیکی
غلظت مورد نیاز(mol.L-1 )
کربن
تشکیل دهنده ماده آلی سلول و به عنوان منبع انرژی در سلول
بیش از 2- 10
نیتروژن
در ساختمان پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و کوآنریم ها
3-10
هیدروژن
ماده آلی سلولی و آب

اکسیژن
ماده آلی سلولی و آب و عنصر مورد نیاز برای رشد سلول های هوازی

گوگرد
در ساختمان پروتئین هاو برخی کوآنریم ها
4-10
فسفر
درساختمان اسیدهای‌نوکلئیک، فسفولیپیدها، نوکلئوتیدها وبرخی از آنریم ها
4-10 – 3-10
پتاسیم
کاتیون معدنی اصلی در سلول و کوفاکتور برای برخی از آنزیم ها
4-10- 3-10
منیزیم
کوفاکتور برای بسیاری از آنزیم ها، کلروفیل ها(میکروارگانیسم های فتوسنتتیک) و حضور در دیواره سلولی و غشا
4-10- 3-10

1-21-1) کربن
کربن نه تنها سازنده اسکلت ساختمانی ترکیبات سلولی است بلکه به عنوان منبع انرژی مورد نیاز میکروارگانیسم برای سوخت و ساز نیز استفاده می‌شود. اهمیت منبع کربن تا حدی است که بر اساس آن میکروارگانیسم‌ها به دو دسته اصلی به نام های هتروتروف و اتوتروف تقسیم می‌شوند.
هتروتروف‌ها، کربن سلولی را از ترکیبات آلی به دست می‌آورند. این گروه شامل کلیه قارچ‌ها، بیشتر باکتری‌ها و پروتوزوآهاست. برخی از جلبک‌ها نیز در وضعیت معینی به صورت هتروتروف رشد می‌کنند(31).

1-21-1-1) عوامل موثر بر انتخاب منبع کربن
در بعضی از فرایندها نظیر تولید اتانل و پروتئین تک یاخته، قیمت محصول تا 60-70 درصد بر اساس قیمت منبع کربن تعیین می‌شود، طوری که قیمت فروش تا حد زیادی به قیمت منبع کربن بستگی دارد. در بعضی از فرایندها باید مواد مزاحم از منبع کربن حذف شود. برای مثال، حذف برخی از یون‌های فلزی برای تولید اسید سیتریک که بر قیمت تمام شده منبع کربن اثر می‌گذارد.
در برخی از کشورها قوانین دولتی در انتخاب منبع کربن موثر است. مثلا در کشورهای جامعه مشترک اقتصادی اروپا، استفاده از چغندرقند و ملاس چغندرقند تشویق شده و قیمت‌ها پائین است، در صورتی که مقدار نیشکر و ملاس نیشکر وارداتی به دقت کنترل می‌شود و به همین دلیل از نظر قیمت با چغندر قند قابل رقابت نیست(29).
روش تهیه و سترون سازی محیط کشت نیز بر انتخاب منبع کربن موثر است.
مشخص شده است که سرعت متابولیزه شدن منبع کربن اغلب در تشکیل توده زیستی یا تولید متابولیت‌های اولیه یا ثانویه موثر واقع می‌شود. قندهایی که به سرعت متابولیزه می‌شوند، بر سرعت تولید متابولیت‌های ثانویه اثر نامطلوب می‌گذارند. قبلا برای حل این مشکل از قندهایی مانند لاکتوز – که با سرعت کمتری متابولیزه می‌شوند – استفاده می‌شد اما در حال حاضر در اغلب فرایندها از سامانه‌های مداوم با نیمه مداوم استفاده می‌شود(9).

1-21-2) نیتروژن
نیتروژن 8 تا 14 درصد از وزن خشک باکتری‌ها و قارچ‌ها را تشکیل می‌دهد. می‌توان طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را برای تامین نیاز میکروارگانیسم‌ها به نیتروژن به کار برد. نیتروژن معدنی را می‌توان به شکل گاز آمونیاک، نمک‌های آمونیوم یا نیترات‌ها مصرف کرد. نمک‌های آمونیوم مانند سولفات آمونیوم، معمولا وضعیت اسیدی ایجاد می‌کنند که این ناشی از مصرف یون آمونیوم و آزاد شدن اسید آزاد است اما گاز آمونیاک و نیترات‌ها معمولا موجب ایجاد وضعیت قلیایی می‌شوند. مصرف نیترات‌های آمونیوم، ابتدا به ایجاد وضعیت اسیدی سپس وضعیت قلیایی منجر می‌شود. ابتدا آمونیاک به عنوان منبع نیتروژن مصرف می‌شود و وضعیت اسیدی به وجود می‌آید اما پس از اتمام آمونیاک، نیترات به عنوان منبع نیتروژن مصرف و موجب ایجاد وضعیت قلیایی می‌شود(31).
بسیاری از قارچ‌های رشته‌ای و برخی از باکتری‌ها و مخمرها می‌توانند NO-3 را به عنوان منبع نیتروژن مصرف کنند. به علاوه بسیاری از باکتری‌ها می‌توانند NO-3 را به عنوان پذیرنده الکترون به جای اکسیژن مصرف کنند.
ترکیبات آلی می‌توانند نیتروژن مورد نیاز میکروارگانیسم‌ها را به شکل اسید‌آمینه، پروتئین یا اوره تامین کنند. اسیدهای آمینه معمولا به صورت ترکیبات آلی پیچیده‎ای که غیر یکنواخت بوده و به آسانی قابل دسترس است به محیط کشت اضافه می‌شود(58).
منابع نیتروژنی که نیتروژن را به صورت پروتئین در اختیار

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درباره نیروی کار Next Entries تحقیق درباره مواد معدنی، حالت طبیعی