فرآیندهای تخمیری و کاربرد شربت گلوکز DE 95 در این فرآیندها
تهیه کننده: دکتر میلاد پرو
کارشناس تحقیق و توسعه، پالایشگاه غلات زر
تخمیر فرآیندی است که در آن یک محصول ارزشمند توسط ارگانیسم های زنده تولید می شود. در فرآیندهای تخمیری معمولاً از یک ماده کربوهیدراتی به عنوان منبع کربن استفاده می شود. انتخاب منبع کربن وابسته به پارامترهای گوناگونی است که از آن جمله می توان به سهولت دسترسی، مقرون به صرفه بودن، داشتن راندمان بالا، ایجاد سرعت بالا در تخمیر، عدم داشتن اثر سوء بر روی فرآیند تخمیری و نداشتن مخاطرات زیست محیطی اشاره کرد. یکی از پر مصرف ترین منابع کربن برای فرآیندهای تخمیری، گلوکز می باشد. این ماده به دلیل داشتن راندمان بالا، خلوص بالا، سهولت دسترسی و مقرون به صرفه بودن، در بسیاری از فرآیندهای تخمیری مورد استفاده قرار می گیرد.
گلوکز در پالایشگاه های غلات از نشاسته ذرت حاصل می شود. در پالایشگاه غلات، ذرت که حاوی درصد بالایی نشاسته می باشد (بالای 65%) فرآوری شده و نشاسته آن از بقیه ترکیبات ذرت مثل سبوس، جوانه و پروتئین، جدا می شود. سپس نشاسته حاصله تحت تیمارهای آنزیمی، هیدرولیز شده و پس از فرآیندهای خالص سازی، محصول گلوکز بدست می آید.
علاوه بر منبع کربن، منابع دیگری مانند نیتروژن و مواد معدنی نیز در فرآیند تخمیری مورد نیاز می باشند. یکی از محصولات حاصل از پالایش ذرت، گلوتن مایع می باشد که این محصول به دلیل داشتن مقدار زیادی ترکیبات ازته و مواد معدنی، می تواند به عنوان مکمل در تخمیر مورد استفاده قرار گیرد.
اصلی ترین محصولات دارویی که با تخمیر تولید می شوند، آنتی بیوتیک ها می باشند. تخمیر عبارت است از تولید یک ماده شیمیایی با استفاده از یک ارگانیسم زنده که این ماده می تواند نقش کشندگی (bactericidal) یا ممانعت از تکثیر (bacteriostatic) بر سایر میکروارگانیسم ها داشته باشد. تا به امروز، بیشتر از 30 ترکیب توسط میکروارگانیسم ها تولید شده است که در پزشکی یا دامپزشکی دارای کاربرد می باشند. پنیسیلین، سفالوسپورین، استرپتومایسین، تتراسایکلین، گریسئوفولوین و مشتقات آنها مثال هایی از آنتی بیوتیک های مهم تولیدی توسط فرآیند تخمیری می باشند.
تولید پنی سیلین، مثال خوبی از فرآیند تولید آنتی بیوتیک می باشد ولی باید به این نکته توجه کرد که ارگانیسم های مختلف، معمولاً نیازمند شرایط متفاوتی می باشند.
1. اسپورهای کپک پنی سیلین، ابتدا در یک ارلن 100 میلی لیتری کشت می شوند، سپس به یک ارلن 500 میلی لیتری انتقال داده می شوند. بعد از 4 روز، کشت تهیه شده، به یک رآکتور 500 لیتری انتقال داده شده و در نهایت به رآکتور اصلی تخمیر منتقل می شود که در آن به مدت 4 الی 5 روز در دمای 23 الی 28 در pH 4 الی 5 همراه با هوادهی و همزنی آرام باقی می ماند.
2. در پایان تخمیر، محیط تخمیر حاوی 30 گرم بر لیتر پنی سیلین خواهد بود. کپک توسط فیلتراسیون جدا می شود و پنی سیلین با استفاده از حلال (آمیل یا بوتیل استات) استخراج می شود. سپس پنی سیلین را از حلال جدا می کنند و این حلال دوباره می تواند برای تخمیر بعدی استفاده شود.
3. از آنجائی که پنی سیلین، اسید می باشد، با استفاده از هیدروکسید پتاسیم pH آن را به 5 الی 7 رسانده و سپس تحت تیمار کربن قرار می گیرد و در نهایت کریستاله می شود.
ماده کربوهیدراتی مورد استفاده در تخمیر، معمولاً شربت گلوکز DE95 یون زدایی شده می باشد که به محیط تخمیر اضافه می شود. علاوه بر منبع کربوهیدراتی، منبع نیتروژن نیز مورد نیاز می باشد که اغلب از گلوتن مایع به همراه آمینواسید و مواد معدنی استفاده می شود.
درباره مالتوز یکی دیگر از شیرین‌کننده‌ها بیشتر بدانید
از دیگر فرآیندهای تخمیری می توان به تولید آنزیم از میکروارگانیسم ها اشاره کرد. بسیاری از آنزیم های صنعتی را از میکروارگانیسم ها طی فرآیند تخمیری تولید می کنند. معمولاً آنزیم ها به دو روش در مقیاس صنعتی تولید می شوند. تخمیر غوطه وری (submerged) و تخمیر بستر جامد (solid state). روش دوم جزو روش های جدید است ولی روش اولی جزو روش های مرسوم تولید آنزیم از میکروارگانیسم ها می باشد. در روش غوطه وری، از سوبسترای مایع مانند شربت گلوکز استفاده می شود.
میکروارگانیسم ها در سوبسترای مایع غوطه ور می شوند و سپس آنزیم تولید شده توسط میکروارگانیسم، به داخل سوبسترا ترشح می شود. از مزایای روش غوطه وری می توان به سهولت استریلیزاسیون سوبسترای تخمیر و سهولت خالص سازی آنزیم تولیدی اشاره کرد. همچنین کنترل پارامترهای فرآیندی مانند دما، pH و هوادهی راحت تر می باشند. منبع کربن مورد استفاده در این فرآیند نیز معمولاً یک ترکیب قندی مانند شربت گلوکز می باشد.
از سایر فرآیندهای تخمیری که شربت گلوکز به عنوان ماده اصلی در آن مورد استفاده قرار می گیرد می توان به تولید آمینواسیدها، اسید سیتریک و ویتامین C اشاره کرد. البته در رابطه با تولید ویتامین C، ابتدا گلوکز در یک فرآیند جداگانه، تبدیل به سوربیتول می شود و سپس سوربیتول حاصله طی یک فرآیند تخمیری، به ویتامین C یا آسکوربیک اسید تبدیل می شود.
پالایشگاه غلات زر، بزرگترین پالایشگاه غلات در ایران می باشد که با فرآوری ذرت، محصولات ارزشمند مختلفی را که هم کاربرد غذایی و هم کاربرد دارویی دارند تولید می کند. شربت گلوکز DE95 یکی از محصولات این شرکت می باشد که در صنایع بیوتکنولوژی (تولید آنزیم، آنتی بیوتیک، الکل و …) مورد استفاده قرار می گیرد.
