تخمیر صنعتی و زیستفرآوری
تخمیر صنعتی و زیستفرآوری، کشت میکروبی را در بیوراکتورهای مهندسیشده برای تولید طیف وسیعی از محصولات از مواد اولیه ارزانقیمت، در مقیاس بزرگ انجام میدهند.
Definition
تخمیر صنعتی و زیستفرآوری عبارت است از کشت کنترلشده و در مقیاس بزرگ میکروارگانیسمها یا اجزای آنها برای تولید محصولات و مهندسی فرآیندهایی که این محصولات از طریق آنها ساخته و بازیابی میشوند.
Scope
این موضوع شامل طراحی و عملکرد بیوراکتورها؛ تمایز بین متابولیتهای اولیه و ثانویه؛ فرآیندهای دستهای، دستهای تغذیهشونده و پیوسته؛ انتخاب و بهبود سویه؛ کنترل شرایطی مانند هوادهی، دما و pH؛ و بازیابی و خالصسازی محصولات در پاییندست میشود. این مبحث، کشت میکروبی را به عنوان یک رشته مهندسی مبتنی بر اصول فیزیولوژیکی بررسی میکند.
Core questions
- چگونه میکروارگانیسمها در مقیاس صنعتی کشت میشوند؟
- چه چیزی تولید متابولیت اولیه را از متابولیت ثانویه متمایز میکند؟
- چگونه شرایط بیوراکتور برای به حداکثر رساندن بازده کنترل میشود؟
- محصولات چگونه از یک فرآیند تخمیر بازیابی میشوند؟
Key concepts
- طراحی و عملکرد بیوراکتور
- متابولیتهای اولیه در مقابل متابولیتهای ثانویه
- تخمیر دستهای، دستهای تغذیهشونده و پیوسته
- انتخاب و بهبود سویه
- فرآوری پاییندست
Mechanisms
در یک بیوراکتور، شرایطی مانند تأمین مواد مغذی، اکسیژن، دما و pH برای حمایت از رشد و تشکیل محصول کنترل میشوند. متابولیتهای اولیه در طول رشد فعال تجمع مییابند، در حالی که متابولیتهای ثانویه، مانند بسیاری از آنتیبیوتیکها، معمولاً پس از کند شدن رشد تولید میشوند. استراتژیهای فرآیند، از جمله افزودن سوبسترا به روش دستهای تغذیهشونده، عملکرد را بهینه میکنند و فرآوری پاییندست، محصول را از محیط کشت جدا و خالص میکند.
Clinical relevance
تخمیر صنعتی آنتیبیوتیکها، آنزیمها، اسیدهای آلی، اسیدهای آمینه، ویتامینها و پروتئینهای نوترکیب را در مقیاس وسیع تولید میکند و اصول زیستفرآوری زیربنای تولید بسیاری از داروها، مواد غذایی و مواد شیمیایی صنعتی است.
History
فرآیندهای میکروبی در مقیاس بزرگ از صنایع تخمیری سنتی به یک صنعت مبتنی بر علم در قرن بیستم تبدیل شدند، با نقاط عطفی مانند تخمیر صنعتی استون-بوتانول و افزایش مقیاس تولید پنیسیلین در زمان جنگ که روشهای زیستفرآوری مدرن را پایهگذاری کردند.
Key figures
- Louis Pasteur
- Chaim Weizmann
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- متابولیت ثانویه چیست؟
- متابولیت ثانویه یک محصول میکروبی است که برای رشد ضروری نیست و معمولاً پس از کند شدن رشد فعال ساخته میشود. بسیاری از آنتیبیوتیکها متابولیتهای ثانویه هستند، به همین دلیل تولید آنها در تخمیر اغلب در مراحل پایانی کشت به اوج خود میرسد.