بیوتکنولوژی میکروبی و اهداف آن

میکروبیولوژیست نقش دائمی و مهمی در صنایع میکروبی بر عهده دارد. او میکروبهای مورد نیاز را انتخاب کرده و محیط کشت مناسب و شرایط مساعد ( تهویه ، بهم زدن محیط ، PH و درجه حرارت) را تعیین می‌نماید. او با انجام فرایند در لوله آزمایش و ارلن ، طرح را در سطح کارخانه پیاده می‌کند، همواره روش آزمایشگاهی در سطح وسیع نتیجه مطلوب نمی‌دهد لذا تنظیم مجدد برای متناسب کردن آن برای کاربرد تجارتی ضرورت دارد. در سرتاسر فرایند آماده کردن مواد غذایی نظارت جهت حفظ کیفیت فرآورده ضرورت دارد. کاربرد صنعتی میکروبیولوژی شامل میکروارگانیسمها در مقیاس بزرگ ، سنتز انواع مواد شیمیایی می‌باشد.  

کشت میکروارگانیسمها در مقیاس بزرگ

در صنعت میکروارگانیسمها را در مقیاس بزرگ پرورش می‌دهند. مخمر نانوایی در شیرینی‌پزی و تهیه انواع نانها جهت خمیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. کشاورزان دانه‌های گیاهان تیره نخود را جهت ایجاد گرههای ریشه‌ای به باکتری ریزبیوم آغشته می‌کنند. تهیه مایه میکروبی جهت تهیه کره و انواع پنیرها در صنایع شیری لازم است. به علاوه مخمرها و کپکها به عنوان غذا یا جهت تهیه غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند. و باکتریهای بیماریزا در مقیاس وسیعی برای تهیه واکسنها به منظور ایجاد ایمنی در انسان و حیوانات کشت داده می‌شوند.

مخمر نانوایی

مخمر نان سویه‌ای از قارچ ساکارومایسس سروزیه است که قدرت تولید گاز و مزه مطبوع دارد. ابتدا باید کشت خالصی از مخمر را در آزمایشگاه تهیه کرده و بعد آن را در مقیاس بزرگ تهیه نموده و سرانجام آن را در بشکه‌های بزرگ وارد سازند. در جریان این مراحل توجه زیادی باید بکار رود تا از بروز آلودگی جلوگیری شود. مخمرها را با سانتریفوگاسیون و شستشو از محیط جدا ساخته و آن را با نشاسته مخلوط کرده و سپس تحت فشار را به صورت کیک درمی‌آورند. کیک مخمری را در شرایط سرما نگه می‌دارند تا از فساد آن توسط میکروبهای دیگر ممانعت به عمل آید. مخمرها را می‌توان تا 10 درصد رطوبت خشک کرد. در این حالت مخمرها ماهها سالم باقی می‌مانند.

تهیه میکروارگانیسمها جهت استفاده پزشکی

عامل ایمنی‌زایی که آن را واکسن می‌نامند عبارت است از: سوسپانسیون غلیظ میکروبی ضعیف شده یا کشته شده. در این کار سویه‌هایی از میکروبها انتخاب می‌شوند که قدرت ایمنی‌زایی بیشتری داشته باشند. .واکسنها را تحت شرایط کاملا کنترل شده تهیه می‌کنند. واکسنهای باکتریایی را از کشت میکروبها در آگار بدست می‌آورند. سلولهای سطح آگار غذایی را با محلول سرم فیزیولوژیک شستشو داده، باکتریها را با سانتریفوگاسیون جدا کرده و آنها را در سرم فیزیولوژیک در تراکم استاندارد (مثلا یک بیلیون سلول در هر میلی‌لیتر) وارد می‌سازند.
بسیاری از واکسنها را با حرارت 60 - 55 درجه به مدت 60 - 30 دقیقه یا پرتو فرابنفش ، فرمالدئید و فنل کشته یا غیر فعال می‌سازند. فرآورده نهایی را از نظر محتوا و ماده ایمنی‌زا و قدرت ایمنی‌زایی و خالص بودن مورد سنجش قرار می‌دهند و در مورد واکسن کشته شده، سترونی آن نیز باید تائید گردد. آنگاه آنها را در لوله‌های کوچک ریخته و تا زمان مصرف در درجه حرارت پایین نگهداری می‌کنند. گاهی مواد شیمیایی نگهدارنده برای متوقف کردن رشد میکروارگانیسمهای آلوده کننده اضافه می‌کنند. باید اضافه کرد که امروزه در مورد برخی از بیماریها واکسنهای نوترکیب تهیه شده است.

تخمیر الکلی
این واکنش فرمول کلی تخمیر الکلی توسط مخمر است.

C6H12O6→2C2H5OH +2CO2

این فرمول نشان می‌دهد که قند ماده اولیه بوده و فرایند بی‌هوازی است. اتانول و دی‌اکسید کربن به مقدار زیاد (تا 90 درصد) متراکم می‌شود و معمولا مقادیر کمی از سایر فرارده‌ها نیز تشکیل می‌شود. مخمرها عادی قادرند گلوکز ، فروکتوز ، ساکارز و مالتوز را تخمیر کنند. پلی ساکاریدهایی مانند نشاسته و سلولز را نمی‌توان بوسیله مخمرها تخمیر کرد. ابتدا بایستی آنها را به قندهای ساده تجزیه کرده، سپس تحت تاثیر مخمرها قرار داد. در صنعت از مخمرها بدین گونه استفاده‌های زیادی می‌شود.

تولید حلالهای صنعتی

تخمیر استون- بوتانول یکی از چندین فرایند میکروبیولوژیک مهم و در تهیه حلالها می‌باشد. علاوه بر بوتانول و استون ، اتانول ، دی‌اکسیدکربن ، هیدروژن و مقدار کمی اسید استیک و اسید بوتیریک تولید می‌شود. استون را در تهیه مواد منفجره ، استات سلولز و چسبها بکار می‌برند. در کشور آمریکا ماده خام اولیه ، ملاس و ذرت است. ملاس سترون یا مالت ذرت پخته شده را در بشکه‌هایی با باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکوم مخلوط می‌کنند.
تخمیر در شرایط بی‌هوازی در حرارت 37 درجه سانتیگراد بعد از 72 - 48 ساعت پایان می‌یابد. دی‌اکسید کربن و هیدروژن متصاعد شده را که شامل 60 درصد هیدرات کربن تخمیر پذیر می‌باشد برای مصارف صنعتی جمع آوری می‌کنند. حلالهای خنثی ، بوتانول ، استون و اتانول را با تقطیر بخشی بدست می‌آورند.

تخمیر کپکی

کپکها انواع اسیدهای آلی را با اکسیده کردن گلوکز یا سایر مواد نظیر اسید گلوکونیک ، اسید اگزالیک و اسید سیتریک تولید می‌کنند. اسید گلوکونیک از گونه‌های معینی از قارچها به نام آسپرژیلوس نیگرا ، تهیه می‌شوند و گلوکونات کلسیم به عنوان دارو برای کودکان و زنان باردار استفاده می‌شود. اسید گالیک از تانن یا اسید تانیک بوسیله آسپرژیلوس نیگرا تهیه می‌شود که در صنایع تهیه رنگ و جوهر مصرف می‌شود.

تهیه آنزیمها

چند نوع آنزیم میکروبی جهت مصارف صنعتی تهیه می‌شود. آمیلاز ، انورتاز ، پروتئیناز و پکتیناز. بطور کلی میکروارگانیسم را تحت شرایط مناسب جهت تهیه آنزیم پرورش می‌دهند و آنگاه آنزیم را عصاره گیری کرده و با راسب کردن خالص می‌سازند. به عنوان مثال آنزیم آمیلاز را با فرایند خاصی از گونه‌های آسپرژیلوس و گونه‌های باسیلوس بدست می‌آورند.
آمیلاز را برای هیدرولیز نشاسته به دکسترین یا قندهای دیگر یا هر دو تهیه چسبها ، در صنایع نساجی ، شفاف کردن آب میوه‌ها بکار می‌برند. آنزیم پروتئیناز آسپرژیلوس و باسیلوس ، پروتئینها را هیدرولیز کرده و در گوشت نرم کن ، صنایع چرم سازی بکار برده می‌شود. علاوه بر موارد فوق باکتریها و کپکها در تهیه موادی نظیر دکسترن و هورمونهایی مانند جیبرلین (هورمون گیاهی) و استروئیدها نقش مهم به عهده دارند.