التخمير الصناعي والمعالجة الحيوية
يعمل التخمير الصناعي والمعالجة الحيوية على توسيع نطاق زراعة الميكروبات في المفاعلات الحيوية المصممة هندسيًا لتصنيع مجموعة واسعة من المنتجات من مواد خام غير مكلفة.
Definition
التخمير الصناعي والمعالجة الحيوية هو الزراعة الخاضعة للتحكم وعلى نطاق واسع للكائنات الدقيقة أو مكوناتها لتصنيع المنتجات وهندسة العمليات التي يتم من خلالها صنع هذه المنتجات واستعادتها.
Scope
يغطي هذا الموضوع تصميم وتشغيل المفاعلات الحيوية؛ التمييز بين المستقلبات الأولية والثانوية؛ عمليات الدُفعات، والدُفعات المغذاة، والعمليات المستمرة؛ اختيار السلالات وتحسينها؛ التحكم في الظروف مثل التهوية ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة؛ واستعادة المنتجات وتنقيتها لاحقًا. يعالج هذا الموضوع زراعة الميكروبات كانضباط هندسي مبني على المبادئ الفسيولوجية.
Core questions
- كيف تُزرع الميكروبات على نطاق صناعي؟
- ما الذي يميز إنتاج المستقلبات الأولية عن الثانوية؟
- كيف يتم التحكم في ظروف المفاعل الحيوي لزيادة العائد إلى أقصى حد؟
- كيف تُستعاد المنتجات من عملية التخمير؟
Key concepts
- تصميم وتشغيل المفاعل الحيوي
- المستقلبات الأولية مقابل المستقلبات الثانوية
- التخمير الدفعي، والدفعي المغذى، والمستمر
- اختيار السلالات وتحسينها
- المعالجة اللاحقة
Mechanisms
في المفاعل الحيوي، يتم التحكم في الظروف مثل إمداد المغذيات والأكسجين ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة لتفضيل النمو وتكوين المنتج. تتراكم المستقلبات الأولية أثناء النمو النشط، بينما تُنتج المستقلبات الثانوية، مثل العديد من المضادات الحيوية، عادةً بعد تباطؤ النمو. تعمل استراتيجيات العملية، بما في ذلك الإضافة الدفعية المغذاة للمادة الأساسية، على تحسين العائد، وتفصل المعالجة اللاحقة المنتج وتنقيته من المزرعة.
Clinical relevance
ينتج التخمير الصناعي المضادات الحيوية والإنزيمات والأحماض العضوية والأحماض الأمينية والفيتامينات والبروتينات المؤتلفة على نطاق واسع، وتدعم مبادئ المعالجة الحيوية تصنيع العديد من المستحضرات الصيدلانية والأغذية والمواد الكيميائية الصناعية.
History
تطورت العمليات الميكروبية واسعة النطاق من حرف التخمير التقليدية إلى صناعة قائمة على العلم في القرن العشرين، مع معالم مثل التخمير الصناعي للأسيتون-البيوتان وتوسيع نطاق إنتاج البنسلين في زمن الحرب، مما أرسى أساليب المعالجة الحيوية الحديثة.
Key figures
- Louis Pasteur
- Chaim Weizmann
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- ما هو المستقلب الثانوي؟
- المستقلب الثانوي هو منتج ميكروبي غير مطلوب للنمو ويُصنع عادةً بعد تباطؤ النمو النشط. العديد من المضادات الحيوية هي مستقلبات ثانوية، ولهذا السبب غالبًا ما يبلغ إنتاجها في التخمير ذروته في المراحل المتأخرة من الزراعة.