มีการใช้จุลินทรีย์ บทบาทของจุลินทรีย์ในธรรมชาติและการเกษตร การรีไซเคิลและการกำจัดของเสียจากการหมัก
ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง
นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง
โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru
การแนะนำ
ความสำเร็จของพันธุศาสตร์และพันธุวิศวกรรมเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นที่จุดตัดของชีววิทยาและเทคโนโลยี เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่มีพื้นฐานอยู่บนความสำเร็จของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ วิศวกรรมศาสตร์ เทคโนโลยี ชีวเคมี จุลชีววิทยา อณูชีววิทยา และพันธุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ใช้วิธีการทางชีวภาพในการต่อสู้กับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและแมลงศัตรูพืชและสัตว์ ความสำเร็จของเทคโนโลยีชีวภาพยังรวมถึงการใช้เอนไซม์ตรึง การผลิตวัคซีนสังเคราะห์ และการใช้เทคโนโลยีเซลล์ในการผสมพันธุ์
แบคทีเรีย เชื้อรา สาหร่าย ไลเคน ไวรัส และโปรโตซัว มีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนใช้สิ่งเหล่านี้ในกระบวนการอบขนมปัง การทำไวน์และเบียร์ และในอุตสาหกรรมต่างๆ ในปัจจุบัน เนื่องจากปัญหาในการได้รับสารโปรตีนที่มีคุณค่า การเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดิน การทำความสะอาดสิ่งแวดล้อมจากมลพิษ การได้รับผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ ตลอดจนเป้าหมายและวัตถุประสงค์อื่นๆ ขอบเขตของการศึกษาและการใช้จุลินทรีย์จึงขยายออกไปอย่างมาก
การเชื่อมโยงหลักของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพคือวัตถุทางชีวภาพที่สามารถดำเนินการปรับเปลี่ยนวัตถุดิบตั้งต้นและสร้างผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง วัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพดังกล่าวสามารถรวมถึงเซลล์ของจุลินทรีย์ สัตว์และพืช สัตว์และพืชดัดแปลงพันธุกรรม เชื้อรา รวมถึงระบบเอนไซม์หลายองค์ประกอบของเซลล์และเอนไซม์แต่ละตัว พื้นฐานของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพที่ทันสมัยที่สุดคือการสังเคราะห์จุลินทรีย์เช่น การสังเคราะห์สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์ น่าเสียดายที่วัตถุที่มีต้นกำเนิดจากพืชและสัตว์ยังไม่พบการใช้อย่างแพร่หลายด้วยเหตุผลหลายประการ ดังนั้นในอนาคตจึงแนะนำให้พิจารณาจุลินทรีย์เป็นวัตถุหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ
ปัจจุบันมีการรู้จักจุลินทรีย์มากกว่า 100,000 ชนิด เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรีย actinomycetes และไซยาโนแบคทีเรีย ด้วยจุลินทรีย์ที่หลากหลาย ปัญหาที่สำคัญมากและมักจะยากคือการเลือกสิ่งมีชีวิตที่ถูกต้องซึ่งสามารถให้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ เช่น ให้บริการตามวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม
1. จุลินทรีย์เป็นวัตถุหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ
ปัจจุบันจุลินทรีย์ช่วยผู้คนในการผลิตโปรตีนสารอาหารและก๊าซชีวภาพที่มีประสิทธิภาพ พวกมันถูกใช้เมื่อใช้วิธีการทางชีวภาพในการทำอากาศและน้ำเสียให้บริสุทธิ์, เมื่อใช้วิธีการทางชีวภาพในการกำจัดศัตรูพืชทางการเกษตร, เมื่อได้รับยารักษาโรค, และเมื่อทำลายวัสดุเหลือใช้ แบคทีเรียบางชนิดถูกใช้เพื่อสร้างสารและยาที่มีคุณค่าขึ้นมาใหม่ พวกมันถูกใช้เพื่อแก้ปัญหาการควบคุมตนเองทางชีวภาพและการสังเคราะห์ทางชีวภาพ และทำให้แหล่งน้ำบริสุทธิ์ จุลินทรีย์และเหนือสิ่งอื่นใดคือแบคทีเรียเป็นวัตถุคลาสสิกในการแก้ปัญหาทั่วไปในด้านพันธุศาสตร์ ชีวเคมี ชีวฟิสิกส์ และชีววิทยาอวกาศ แบคทีเรียถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ปัญหามากมายในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ
ปฏิกิริยาทางจุลชีววิทยาเนื่องจากมีความจำเพาะสูงจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารประกอบธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ มีปฏิกิริยาเคมีประมาณ 20 ชนิดที่เกิดจากจุลินทรีย์ สารหลายชนิด (ไฮโดรไลซิส รีดักชัน ออกซิเดชัน การสังเคราะห์ ฯลฯ) ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในเคมีทางเภสัชกรรม เมื่อทำปฏิกิริยาเหล่านี้ จะใช้แบคทีเรีย, แอกติโนไมซีต, เชื้อราที่มีลักษณะคล้ายยีสต์ และจุลินทรีย์อื่นๆ ชนิดต่างๆ
การใช้จุลินทรีย์ทางอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์อาหารใหม่มีส่วนทำให้เกิดอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ เช่น การอบและผลิตภัณฑ์จากนม การผลิตยาปฏิชีวนะ วิตามิน กรดอะมิโน แอลกอฮอล์ กรดอินทรีย์ เป็นต้น
บทบาทของจุลินทรีย์ต่อเทคโนโลยีชีวภาพ
1. ตามกฎแล้วสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวนั้นมีอัตราการเติบโตและกระบวนการสังเคราะห์ที่สูงกว่าสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่ลักษณะของจุลินทรีย์ทั้งหมด บางชนิดเติบโตช้ามากแต่มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากสามารถผลิตสารที่มีคุณค่ามากได้หลากหลายชนิด
2. สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากเป้าหมายของการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพคือจุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่ใช้พลังงานจากแสงแดดในกิจกรรมของชีวิต บางส่วน (ไซยาโนแบคทีเรียและยูคาริโอตสังเคราะห์ด้วยแสง) ใช้ CO2 เป็นแหล่งคาร์บอน และตัวแทนของไซยาโนแบคทีเรียบางคน นอกเหนือจากที่กล่าวมาทั้งหมด มีความสามารถในการดูดซึมไนโตรเจนในบรรยากาศ (กล่าวคือ พวกมันไม่โอ้อวดต่อสารอาหารอย่างมาก) จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงมีแนวโน้มว่าจะเป็นผู้ผลิตแอมโมเนีย ไฮโดรเจน โปรตีน และสารประกอบอินทรีย์อีกจำนวนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในการใช้งาน เนื่องจากความรู้พื้นฐานที่จำกัดเกี่ยวกับการจัดระเบียบทางพันธุกรรมและกลไกทางอณูชีววิทยาของชีวิต ดูเหมือนจะไม่ควรคาดหวังในอนาคตอันใกล้นี้
3. มีการให้ความสนใจบางประการกับวัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น จุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนซึ่งเติบโตที่อุณหภูมิ 60-80°C
คุณสมบัตินี้เป็นอุปสรรคที่แทบจะผ่านไม่ได้ต่อการพัฒนาจุลินทรีย์จากต่างประเทศในระหว่างการเพาะปลูกที่ค่อนข้างไม่ผ่านการฆ่าเชื้อเช่น ให้การป้องกันที่เชื่อถือได้ต่อการปนเปื้อน พบผู้ผลิตแอลกอฮอล์ กรดอะมิโน เอนไซม์ และโมเลกุลไฮโดรเจนในหมู่เทอร์โมฟิล นอกจากนี้อัตราการเจริญเติบโตและกิจกรรมการเผาผลาญยังสูงกว่า mesophiles ถึง 1.5-2 เท่า เอนไซม์ที่สังเคราะห์โดยเทอร์โมฟิลส์มีลักษณะพิเศษคือมีความต้านทานต่อความร้อน สารออกซิไดซ์บางชนิด ผงซักฟอก ตัวทำละลายอินทรีย์ และปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกันพวกมันจะทำงานเพียงเล็กน้อยที่อุณหภูมิปกติ ดังนั้นโปรตีเอสของหนึ่งในตัวแทนของจุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนจะทำงานที่อุณหภูมิ 20°C น้อยกว่าที่อุณหภูมิ 75°C ถึง 100 เท่า อย่างหลังนี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมบางประเภท ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ Tag polymerase จากแบคทีเรียที่ชอบความร้อน Thermus Aquaticus พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านพันธุวิศวกรรม
2. จุลินทรีย์ในร้านขายยา
อุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพถูกสร้างขึ้นเพื่อผลิตยาปฏิชีวนะ เอนไซม์ อินเตอร์เฟอรอน กรดอินทรีย์ และสารเมตาบอไลต์อื่น ๆ ซึ่งมีจุลินทรีย์จำนวนมาก
ในร้านขายยา การเปลี่ยนแปลงทางจุลชีววิทยาถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้สารออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาหรือผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปมากขึ้น การสังเคราะห์ซึ่งทำได้โดยวิธีทางเคมีล้วนๆ นั้นทำได้ยากมากหรือเป็นไปไม่ได้เลย ปฏิกิริยาทางจุลชีววิทยาใช้เพื่อศึกษาเมแทบอลิซึมของยากลไกการออกฤทธิ์ตลอดจนเพื่อกำหนดลักษณะและการออกฤทธิ์ของเอนไซม์ โปรโตซัวหลายชนิดเป็นผู้ผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรโตซัวที่อาศัยอยู่ในกระเพาะรูเมนของสัตว์เคี้ยวเอื้องจะผลิตเอนไซม์เซลลูโลสซึ่งส่งเสริมการสลายตัวของเส้นใย โปรโตซัวไม่เพียงแต่เป็นผู้ผลิตเอนไซม์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงฮิสโตน เซโรโทนิน ไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ ไลโปโพลีเปปติโดกลูแคน กรดอะมิโน เมตาโบไลต์ที่ใช้ในยาและสัตวแพทยศาสตร์ อุตสาหกรรมอาหารและสิ่งทอ เป็นหนึ่งในวัตถุที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพ
3. จุลินทรีย์ในอุตสาหกรรมอาหาร
การเตรียมเอนไซม์ Aspergillus oryzae ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเบียร์ และใช้เอนไซม์ A. niger ในการผลิตและการชี้แจงน้ำผลไม้และกรดซิตริก การอบขนมอบได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นด้วยการใช้เอนไซม์ A.oryzae และ A.awamori เอนไซม์จากแบคทีเรีย (Bac.subtilis) ใช้เพื่อรักษาความสดของผลิตภัณฑ์ขนมหวาน และในกรณีที่ไม่พึงประสงค์จากการสลายตัวของสารโปรตีนในระดับลึก การใช้เอนไซม์ที่เตรียมจาก Bac.subtilis ในการผลิตขนมและเบเกอรี่ช่วยปรับปรุงคุณภาพและชะลอกระบวนการเกิดสีน้ำตาลของผลิตภัณฑ์
จุลินทรีย์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารและการหมัก ยีสต์นมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนม ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา kumys และ kefir จึงเตรียมพร้อม เอนไซม์ของจุลินทรีย์เหล่านี้สลายน้ำตาลในนมให้เป็นแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่รสชาติของผลิตภัณฑ์ดีขึ้นและความสามารถในการย่อยได้ของร่างกายเพิ่มขึ้น ในการผลิตผลิตภัณฑ์กรดแลคติคในอุตสาหกรรมนม มีการใช้ยีสต์กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งไม่หมักน้ำตาลในนม และไม่สลายโปรตีนและไขมัน ช่วยรักษาน้ำมันและเพิ่มความมีชีวิตของแบคทีเรียกรดแลคติค ยีสต์ฟิล์ม (ไมโคเดอร์มา) ส่งเสริมการสุกของชีสกรดแลคติค เห็ด Penicillum roqueforti ใช้ในการผลิตชีส Roquefort และเห็ด Penicillum camemberi ใช้ในกระบวนการสุกของชีสของขบเคี้ยว
จุลินทรีย์หลายชนิด รวมถึงเชื้อราที่มีลักษณะคล้ายยีสต์และราด้วยกล้องจุลทรรศน์บางประเภท ถูกนำมาใช้มานานแล้วในการเปลี่ยนแปลงซับสเตรตต่างๆ เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์อาหารประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น การใช้ยีสต์ในการผลิตขนมปังที่มีรูพรุนจากแป้ง การใช้เชื้อราจำพวก Rhisopus, Aspergillus สำหรับการหมักข้าวและถั่วเหลือง การผลิตผลิตภัณฑ์กรดแลกติกโดยใช้แบคทีเรียกรดแลกติก ยีสต์ เป็นต้น
การใช้แบคทีเรียกรดแลคติคที่แท้จริง (Bact.bulgaricum, Bact.casei, Streptococcus lactis ฯลฯ) หรือการผสมกับยีสต์ในอุตสาหกรรมอาหาร ทำให้ไม่เพียงแต่ได้รับกรดแลคติคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกรดแลคติคและผลิตภัณฑ์ผักที่มีรสเปรี้ยวด้วย เหล่านี้รวมถึงโยเกิร์ต, มัตโซนี, นมอบหมัก, ครีมเปรี้ยว, คอทเทจชีส, กะหล่ำปลีดอง, แตงกวาดองและมะเขือเทศ, ชีส, kefir, แป้งขนมปังเปรี้ยว, kvass ขนมปัง, koumiss และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ สำหรับการเตรียมโยเกิร์ตและคอทเทจชีสจะใช้ Str.lactis, Str.diacetilactis, Str.paracitrovorus, Bact.acidophilum ในการเตรียมน้ำมัน จะใช้แบคทีเรียปรุงรสและกรดแลคติค Str.lactis, Str.cremoris, Str.diacetilactis, Str.citrovorus, Str.paracitrovorus
4. จุลินทรีย์ในการเกษตร
เกษตรกรรมใช้ปุ๋ยและยาฆ่าแมลง เมื่ออยู่ในสภาวะธรรมชาติ สารเหล่านี้จะส่งผลกระทบเชิงลบต่อความสัมพันธ์ตามธรรมชาติในสารไบโอซีโนส และท้ายที่สุดตลอดห่วงโซ่อาหาร สารเหล่านี้จะส่งผลกระทบเชิงลบต่อสุขภาพของมนุษย์ จุลินทรีย์แอโรบิกและแอนนาโรบิกมีบทบาทเชิงบวกในการทำลายสารเหล่านี้ในน้ำ
ในการเกษตรจะใช้การปกป้องพืชจากศัตรูพืชทางชีวภาพ เพื่อจุดประสงค์นี้ มีการใช้สิ่งมีชีวิตหลายชนิด - แบคทีเรีย เชื้อรา ไวรัส โปรโตซัว นก สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ
5. คุณสมบัติอื่นๆ ของจุลินทรีย์ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ
จุลินทรีย์ยังสามารถใช้ในการสกัดถ่านหินจากแร่ได้อีกด้วย แบคทีเรีย Lithotrophic (Thiobacillus ferrooxidous) ออกซิไดซ์เฟอร์รัสซัลเฟตเป็นเฟอร์รัสซัลเฟต ในทางกลับกันเหล็กซัลเฟตจะออกซิไดซ์ยูเรเนียมเตตระวาเลนต์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ยูเรเนียมตกตะกอนเป็นสารละลายในรูปของสารประกอบเชิงซ้อนซัลเฟต ยูเรเนียมถูกสกัดจากสารละลายโดยใช้ไฮโดรเมทัลโลหกรรม นอกจากยูเรเนียมแล้ว โลหะอื่นๆ รวมถึงทองคำ ยังสามารถชะล้างออกจากสารละลายได้อีกด้วย การชะล้างโลหะของแบคทีเรียเนื่องจากการออกซิเดชันของซัลไฟด์ที่มีอยู่ในแร่ทำให้สามารถสกัดโลหะจากแร่ที่มีความสมดุลต่ำได้
วิธีที่ทำกำไรได้มากและประหยัดพลังงานในการแปลงอินทรียวัตถุให้เป็นเชื้อเพลิงคือการสร้างเมทาโนเจเนซิสโดยการมีส่วนร่วมของระบบจุลินทรีย์หลายองค์ประกอบ แบคทีเรียที่ก่อให้เกิดมีเทน ร่วมกับจุลินทรีย์อะซิโตโนเจนิก เปลี่ยนสารอินทรีย์ให้เป็นส่วนผสมของมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์
จุลินทรีย์สามารถนำมาใช้ไม่เพียงแต่ในการผลิตเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซเท่านั้น แต่ยังเพื่อเพิ่มการผลิตน้ำมันอีกด้วย จุลินทรีย์สามารถสร้างสารที่ออกฤทธิ์ต่อพื้นผิวซึ่งจะช่วยลดแรงตึงผิวที่จุดเชื่อมต่อระหว่างน้ำมันกับน้ำที่เข้ามาแทนที่ คุณสมบัติการแทนที่ของน้ำจะเพิ่มขึ้นตามความหนืดที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำได้โดยการใช้เมือกจากแบคทีเรียซึ่งประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์ ด้วยวิธีการพัฒนาแหล่งน้ำมันที่มีอยู่ ทำให้สามารถกู้คืนน้ำมันสำรองทางธรณีวิทยาได้ไม่เกินครึ่งหนึ่ง ด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์ทำให้สามารถล้างน้ำมันออกจากการก่อตัวและปล่อยออกจากหินดินดานบิทูมินัส แบคทีเรียออกซิไดซ์มีเทนที่อยู่ในชั้นน้ำมันจะสลายน้ำมันและมีส่วนทำให้เกิดก๊าซ (มีเทน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน) และคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อก๊าซสะสม แรงกดดันต่อน้ำมันจะเพิ่มขึ้น และนอกจากนี้ น้ำมันก็จะมีความหนืดน้อยลงด้วย เป็นผลให้น้ำมันจากบ่อเริ่มพุ่งออกมาเหมือนน้ำพุ
ต้องจำไว้ว่าการใช้จุลินทรีย์ในสภาวะใด ๆ รวมถึงสภาพทางธรณีวิทยานั้นจำเป็นต้องสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อระบบจุลินทรีย์ที่ซับซ้อน
การนำสารมานุษยวิทยาส่วนเกินมาใช้ทำให้เกิดการหยุดชะงักของสมดุลทางธรรมชาติที่กำหนดไว้ ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรม การกระจายสารมลพิษออกสู่แหล่งน้ำก็เพียงพอที่จะกำจัดออกไปโดยการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเองตามธรรมชาติ สารก๊าซกระจายตัวไปในอากาศผ่านท่อสูง ปัจจุบันการกำจัดขยะกลายเป็นปัญหาที่ร้ายแรงมาก
ในระบบการทำให้บริสุทธิ์ เมื่อทำน้ำให้บริสุทธิ์จากสารอินทรีย์ วิธีการทางชีวภาพจะใช้ระบบของจุลินทรีย์ผสม (แบคทีเรียแอโรบิก สาหร่าย โปรโตซัว แบคทีเรีย เชื้อรา) ตะกอนเร่ง ฟิล์มชีวภาพ และสารที่เข้ามาออกซิไดซ์ ตัวแทนของส่วนผสมของจุลินทรีย์มีส่วนทำให้กระบวนการบำบัดน้ำตามธรรมชาติมีความเข้มข้นขึ้น แต่ควรจำไว้ว่าเงื่อนไขสำหรับการทำงานที่ยั่งยืนของชุมชนจุลินทรีย์คือความคงที่ขององค์ประกอบของสิ่งแวดล้อม
ภารกิจหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพคือการพัฒนาเทคโนโลยีในการรับโปรตีนโดยใช้จุลินทรีย์จากพื้นผิวพืชประเภทต่างๆ จากมีเทนและไฮโดรเจนบริสุทธิ์ จากส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ จากไฮโดรคาร์บอนปิโตรเลียมหนักโดยใช้ยีสต์หรือแบคทีเรียเมทิลโลโทรฟิก Candida tropicalis แบคทีเรียที่ย่อยสลายมีเทนและเซลลูโลสและจุลินทรีย์อื่น ๆ
การใช้สายพันธุ์เชื้อราที่มีขนาดเล็กมากมีส่วนช่วยในการเพิ่มคุณค่าของโปรตีนและกรดอะมิโนในอาหารสัตว์ เช่น อาหารสัตว์ เยื่อกระดาษ และรำข้าว เพื่อจุดประสงค์นี้ มีการใช้สายพันธุ์ที่เติบโตเร็วที่ไม่เป็นพิษของ micromycetes เทอร์โมและเมโซฟิลิก Fusarium sp., Thirlavia sp. รวมถึงเชื้อราที่สูงกว่าบางประเภท
6. การคัดเลือกวัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพ
การสร้างสารอินทรีย์ทางจุลชีววิทยา
องค์ประกอบสำคัญในกระบวนการสร้างผู้ผลิตที่มีคุณค่าและกระตือรือร้นที่สุด เช่น เมื่อเลือกวัตถุในเทคโนโลยีชีวภาพ การเลือกวัตถุนั้นมีความสำคัญ วิธีการคัดเลือกหลักคือการออกแบบจีโนมอย่างมีสติในแต่ละขั้นตอนของการเลือกผู้ผลิตที่ต้องการ สถานการณ์นี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เสมอไปเนื่องจากขาดวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงจีโนมของสิ่งมีชีวิตที่เลือก ในการพัฒนาเทคโนโลยีจุลินทรีย์ วิธีการที่ใช้การคัดเลือกตัวแปรดัดแปลงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่เป็นประโยชน์ตามที่ต้องการมีบทบาทสำคัญ ด้วยวิธีดังกล่าว การเลือกแบบเป็นขั้นตอนมักจะถูกนำมาใช้: ในแต่ละขั้นตอนของการคัดเลือก จะมีการเลือกสายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์มากที่สุด (การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเอง) จากประชากรของจุลินทรีย์ จากนั้นจึงเลือกสายพันธุ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในขั้นตอนถัดไป เป็นต้น แม้จะมีข้อ จำกัด ที่ชัดเจนของวิธีนี้ซึ่งประกอบด้วยความถี่ต่ำของการเกิดการกลายพันธุ์ แต่ยังเร็วเกินไปที่จะพิจารณาความสามารถของมันที่จะหมดลงอย่างสมบูรณ์
สายพันธุ์ที่เลือกสรรของเชื้อราแคโรทีนสังเคราะห์จากธรรมชาติ Blakeslee trispora ใช้ในการผลิตแคโรทีนทางอุตสาหกรรมซึ่งมีความสำคัญในกระบวนการเจริญเติบโตและการพัฒนาของสัตว์ เพิ่มความต้านทานต่อโรค สายพันธุ์ Trichoderma viride ที่คัดเลือกมาถูกนำมาใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมของยาไตรโคเดอร์มิน โดยมีพื้นฐานมาจากพวกมันเพื่อต่อสู้กับเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปลูกพืชในสภาพเรือนกระจก (ฟิวซาเรียมของแตงกวา โรคของพืชดอกไม้) ฟอสโฟแบคทีเรียนที่ได้จาก Baccilus megathrtium เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มผลผลิตของหัวบีทอาหารสัตว์ กะหล่ำปลี มันฝรั่ง และข้าวโพด ภายใต้อิทธิพลของยานี้ปริมาณฟอสฟอรัสที่ละลายน้ำได้ในดินไรโซสเฟียร์ตลอดจนฟอสฟอรัสและไนโตรเจนในมวลสีเขียวจะเพิ่มขึ้น
โพสต์บน Allbest.ru
เอกสารที่คล้ายกัน
การใช้กระบวนการทางชีววิทยาทางอุตสาหกรรมโดยอาศัยจุลินทรีย์ การเพาะเลี้ยงเซลล์ เนื้อเยื่อและชิ้นส่วน ประวัติความเป็นมาและขั้นตอนการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพ ทิศทางหลัก งาน และวิธีการ: การโคลนนิ่ง พันธุศาสตร์ และวิศวกรรมเซลล์
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 10/22/2016
ภารกิจหลัก ส่วนต่างๆ และทิศทางของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ การผลิตผลิตภัณฑ์และสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่จำเป็นสำหรับมนุษย์โดยใช้สิ่งมีชีวิต ศึกษาวิศวกรรมพันธุศาสตร์ เซลล์ และชีวภาพ วัตถุเทคโนโลยีชีวภาพ
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 03/06/2014
คุณสมบัติของการใช้จุลินทรีย์ไฮโดรคาร์บอนออกซิไดซ์เพื่อแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม วิธีการสมัยใหม่ในการต่อสู้กับมลพิษทางน้ำมันของน้ำและดิน การเปลี่ยนแปลงดำเนินการโดยสปอร์ของเชื้อราและแอคติโนไมซีต ออกซิเดชันร่วมและเมแทบอลิซึม
งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 01/02/2012
จุลินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น วิธีการรวมตัวของยีน กลไกการคัดเลือกจุลินทรีย์ เทคโนโลยีการสังเคราะห์ยีนเทียมและนำยีนเข้าสู่จีโนมของแบคทีเรีย สาขาการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพ
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 22/01/2555
สาหร่ายเป็นส่วนประกอบของปุ๋ยแบคทีเรียและเป็นตัวชี้วัดทางชีวภาพ วิตามินที่มีอยู่ในนั้น การใช้สาหร่ายเพื่อบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ ใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหาร การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 02/02/2017
ลักษณะทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของจุลินทรีย์ฮาโลฟิลิก จุลินทรีย์ฮาโลฟิลิกและการใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม การแยกจุลินทรีย์ฮาโลฟิลิกจากตัวอย่างน้ำจากทะเลสาบมรามอร์โน และการหาจำนวน ผลการวิจัย
งานหลักสูตรเพิ่มเมื่อ 06/05/2552
ธรรมชาติและการประเมินอิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆ ที่มีต่อจุลินทรีย์ ทั้งกายภาพ เคมี และจุลชีววิทยา ความสำคัญของจุลินทรีย์ในการผลิตชีส การพัฒนากระบวนการที่เกี่ยวข้องในการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ขั้นตอนการทำให้สุก
บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 22/06/2014
ทบทวนวิธีการแพร่กระจายแบคทีเรีย แอกติโนไมซีต ยีสต์ และเชื้อรา อิทธิพลของพลังงานรังสีและน้ำยาฆ่าเชื้อต่อการพัฒนาของจุลินทรีย์ บทบาทของผลิตภัณฑ์อาหารต่อการเกิดโรคที่เกิดจากอาหาร แหล่งที่มาของการติดเชื้อ มาตรการป้องกัน
ทดสอบเพิ่มเมื่อ 24/01/2555
จุลินทรีย์ของรูปแบบยาสำเร็จรูป วัตถุประสงค์ของการตรวจสุขอนามัยและแบคทีเรียในร้านขายยา การหาปริมาณการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในวัตถุดิบยาจากพืช การปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในยา ความมุ่งมั่นของจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 03/06/2016
การศึกษาความสามารถของจุลินทรีย์บางชนิดในการทำลายสารไขมันที่มีลักษณะทางเคมีต่างๆ ศึกษาคุณสมบัติทางสัณฐานวิทยา วัฒนธรรม และสรีรวิทยาของจุลินทรีย์พื้นเมือง การวิเคราะห์ และลักษณะเด่นของฤทธิ์ทำลายล้าง
จากจุลินทรีย์ที่รู้จักมากกว่า 100,000 ชนิด มีเพียงไม่กี่ร้อยชนิดเท่านั้นที่ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม เนื่องจากสายพันธุ์ทางอุตสาหกรรมจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดหลายประการ:
1) เติบโตบนพื้นผิวราคาถูก
2) มีอัตราการเติบโตสูงหรือให้ผลผลิตสูงในระยะเวลาอันสั้น;
3) แสดงกิจกรรมสังเคราะห์ต่อผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ การก่อตัวของผลพลอยได้ควรต่ำ
4) มีความเสถียรในแง่ของผลผลิตและข้อกำหนดของสภาพการเพาะปลูก
5) ทนต่อฟาจและการติดเชื้อประเภทอื่น ๆ
6) ไม่เป็นอันตรายต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อม
7) สายพันธุ์เทอร์โมฟิลิก, แอซิโดฟิลิก (หรืออัลโคฟิลิก) เป็นที่ต้องการเนื่องจากจะง่ายต่อการรักษาความเป็นหมันในการผลิต
8) สายพันธุ์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนเป็นที่สนใจเนื่องจากสายพันธุ์แอโรบิกสร้างปัญหาระหว่างการเพาะปลูก - พวกมันต้องการการเติมอากาศ
9) ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจะต้องมีมูลค่าทางเศรษฐกิจและแยกแยะได้ง่าย
ในทางปฏิบัติมีการใช้จุลินทรีย์สี่กลุ่ม:
- ยีสต์;
– เห็ดราแบบเส้นใย (รา)
– แบคทีเรีย;
– แอสโคไซซีต
คำว่า "ยีสต์" ในความหมายที่เข้มงวดไม่มีความหมายทางอนุกรมวิธาน เหล่านี้เป็นยูคาริโอตเซลล์เดียวที่อยู่ในสามคลาส: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes
ประการแรก Ascomycetes ได้แก่ Saccharomyces cerevisiae ซึ่งเป็นสายพันธุ์บางสายพันธุ์ที่ใช้ในการต้มเบียร์ การผลิตไวน์ และการผลิตขนมปังและเอทิลแอลกอฮอล์
Ascomycetes Saccharomyces lipolytica สลายไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันและใช้เพื่อให้ได้มวลโปรตีน
Deuteromycete Candida utilis ใช้เป็นแหล่งโปรตีนและวิตามิน และปลูกโดยใช้วัตถุดิบที่ไม่ใช่อาหาร ได้แก่ เหล้าซัลไฟต์ ไฮโดรไลเสตจากไม้ และไฮโดรคาร์บอนเหลว
Trichosporon cutaneum ดิวเทอโรไมซีตออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์หลายชนิด รวมถึงสารประกอบที่เป็นพิษ (เช่น ฟีนอล) และใช้ในการบำบัดน้ำเสีย
การใช้เชื้อราเส้นใย:
– ในการผลิตกรดอินทรีย์: ซิตริก (Aspergillus niger), กลูโคนิก (Aspergillus niger), อิทาโคนิก (Aspergillus terreus), เฟอร์มาริก (Rhizopus chrysogenum);
– ในการได้รับยาปฏิชีวนะ (เพนิซิลลินและเซฟาโลสปอริน)
– ในการผลิตชีสชนิดพิเศษ: Camembert (Penicillium camamberti), Roquefort (Penicillium roqueforti);
– ทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสในตัวกลางที่เป็นของแข็ง: ในแป้งข้าวเมื่อผลิตสาเก, ในถั่วเหลืองเมื่อผลิตเทมเป้, มิโซะ
แบคทีเรียที่เป็นประโยชน์จัดอยู่ในประเภทยูแบคทีเรีย
แบคทีเรียกรดแลคติคจำพวกแลคโตบาซิลลัส ลิวโคนอสตอค และแลคโตคอคคัสถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมมาเป็นเวลานาน
แบคทีเรียกรดอะซิติกของจำพวก Acetobater และ Gluconobacter เปลี่ยนเอทานอลให้เป็นกรดอะซิติก
แบคทีเรียในสกุล Bacillus ใช้ในการผลิตสารพิษที่เป็นอันตรายต่อแมลง รวมถึงการสังเคราะห์ยาปฏิชีวนะและกรดอะมิโน
แบคทีเรียในสกุล Corynebacterium ใช้ในการผลิตกรดอะมิโน
ในบรรดา actinomycetes ตัวแทนส่วนใหญ่คือสกุล Streptomyces และ Micromonospora ซึ่งใช้เป็นผู้ผลิตยาปฏิชีวนะ เมื่อเติบโตบนตัวกลางที่เป็นของแข็ง แอกติโนไมซีตจะก่อตัวเป็นไมซีเลียมบาง ๆ โดยมีเส้นใยทางอากาศ ซึ่งแยกออกเป็นสายโซ่ของโคนิดิโอสปอร์
ปัจจุบันสารประกอบต่อไปนี้ถูกสังเคราะห์โดยใช้จุลินทรีย์:
– อัลคาลอยด์
- กรดอะมิโน,
– ยาปฏิชีวนะ
– สารต้านเมตาบอไลต์
– สารต้านอนุมูลอิสระ
– โปรตีน
– วิตามิน
– สารกำจัดวัชพืช
– สารยับยั้งเอนไซม์
– ยาฆ่าแมลง
– ไอโอโนฟอร์
– โคเอ็นไซม์
– ไขมัน
- กรดนิวคลีอิก,
– นิวคลีโอไทด์และนิวคลีโอไซด์
– สารออกซิไดซ์,
– กรดอินทรีย์
– เม็ดสี
– สารลดแรงตึงผิว
– โพลีแซ็กคาไรด์
– ตัวแทนต่อต้านพยาธิ
– สารต่อต้านเนื้องอก
– ตัวทำละลาย
– ฮอร์โมนการเจริญเติบโตของพืช
- น้ำตาล,
– สเตอรอลและสารแปลงสภาพ
– ปัจจัยการขนส่งเหล็ก
– สารทางเภสัชวิทยา
– เอนไซม์
– อิมัลซิไฟเออร์
2 การผลิตโปรตีนเซลล์เดียว
สิ่งมีชีวิต
^
2.1 ความเป็นไปได้ในการใช้จุลินทรีย์เพื่อ
การผลิตโปรตีน
ตามมาตรฐานทางโภชนาการบุคคลควรได้รับโปรตีนสมบูรณ์ 60 ถึง 120 กรัมพร้อมอาหารทุกวัน
เพื่อรักษาหน้าที่ที่สำคัญของร่างกาย สร้างเซลล์และเนื้อเยื่อ จำเป็นต้องมีการสังเคราะห์สารประกอบโปรตีนต่างๆ อย่างต่อเนื่อง แม้ว่าพืชและจุลินทรีย์ส่วนใหญ่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนทั้งหมดจากคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ แอมโมเนีย และเกลือแร่ได้ แต่มนุษย์และสัตว์ไม่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนบางชนิดได้ (วาลีน ลิวซีน ไอโซลิวซีน ไลซีน เมไทโอนีน ธรีโอนีน ทริปโตเฟน และฟีนิลอะลานีน) กรดอะมิโนเหล่านี้เรียกว่าจำเป็น ต้องมาจากอาหาร การขาดสารอาหารทำให้เกิดโรคร้ายแรงในมนุษย์และลดผลผลิตของสัตว์ในฟาร์ม
ปัจจุบันการขาดโปรตีนทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 15 ล้านตัน การสังเคราะห์ทางจุลชีววิทยามีแนวโน้มมากที่สุด หากสำหรับโคใช้เวลา 2 เดือนในการเพิ่มมวลโปรตีนเป็นสองเท่าสำหรับหมู - 1.5 เดือนสำหรับไก่ - 1 เดือนจากนั้นสำหรับแบคทีเรียและยีสต์ - จาก 1 ถึง 6 ชั่วโมง การผลิตผลิตภัณฑ์โปรตีนอาหารทั่วโลกเนื่องจากการสังเคราะห์จุลินทรีย์มีมากกว่า 15,000 ตันต่อปี
ลองพิจารณาตัวอย่าง: เวลาที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าของ E. coli คือ 20 นาที จากนั้นหลังจาก 20 นาที เซลล์ลูกสาวสองคนจะถูกสร้างขึ้นจากเซลล์เดียว หลังจาก 40 นาที - "หลานสาว" สี่คน หลังจาก 60 นาที - แปด "หลานสาว" หลังจากนั้น 80 นาที - 16 "หลานสาวทวด" หลังจากผ่านไป 10 ชั่วโมง 40 นาที แบคทีเรียมากกว่า 6 พันล้านตัวจะถูกสร้างขึ้นจากแบคทีเรียหนึ่งตัวซึ่งสอดคล้องกับจำนวนประชากรของโลก และหลังจาก 44 ชั่วโมงจากแบคทีเรียหนึ่งตัวที่มีน้ำหนัก 1 10 -12 กรัม ชีวมวลจะเกิดขึ้นในปริมาณ 6 10 24 ก. ซึ่งสอดคล้องกับมวลของโลก
การใช้จุลินทรีย์หลายชนิดเป็นแหล่งโปรตีนและวิตามินเกิดจากปัจจัยดังต่อไปนี้
ก) ความเป็นไปได้ในการใช้สารประกอบเคมีต่าง ๆ รวมถึงของเสียทางอุตสาหกรรมในการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์
B) เทคโนโลยีที่ค่อนข้างง่ายสำหรับการผลิตจุลินทรีย์ซึ่งสามารถทำได้ตลอดทั้งปี ความเป็นไปได้ของระบบอัตโนมัติ
C) ปริมาณโปรตีนสูง (มากถึง 60...70%) และวิตามิน ตลอดจนคาร์โบไฮเดรต ไขมันในการเตรียมจุลินทรีย์
D) เพิ่มปริมาณกรดอะมิโนที่จำเป็นเมื่อเปรียบเทียบกับโปรตีนจากพืช
D) ความเป็นไปได้ของอิทธิพลทางพันธุกรรมโดยตรงต่อองค์ประกอบทางเคมีของจุลินทรีย์เพื่อปรับปรุงคุณค่าโปรตีนและวิตามินของผลิตภัณฑ์
การผลิตทางอุตสาหกรรมของผลิตภัณฑ์อาหารจากจุลินทรีย์จำเป็นต้องมีการวิจัยทางชีวการแพทย์อย่างละเอียด ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจะต้องผ่านการทดสอบที่ครอบคลุมเพื่อระบุผลกระทบของสารก่อมะเร็ง การกลายพันธุ์ และเอ็มบริโอโทรปิกต่อมนุษย์และสัตว์ การศึกษาทางพิษวิทยา การย่อยได้ของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์จุลินทรีย์เป็นเกณฑ์หลักสำหรับความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีการผลิต
ยีสต์ แบคทีเรีย สาหร่าย และเชื้อราที่เป็นเส้นใยถูกนำมาใช้ในการผลิตโปรตีน
ข้อดีของยีสต์เหนือจุลินทรีย์อื่นคือความสามารถในการผลิต: ความต้านทานต่อการติดเชื้อ ความง่ายในการแยกออกจากสิ่งแวดล้อมเนื่องจากเซลล์มีขนาดใหญ่ สามารถสะสมโปรตีนได้มากถึง 60% ซึ่งอุดมไปด้วยไลซีน ธรีโอนีน วาลีน และลิวซีน (กรดอะมิโนเหล่านี้หาได้ยากในอาหารจากพืช) สัดส่วนมวลของกรดนิวคลีอิกสูงถึง 10% ซึ่งส่งผลเสียต่อร่างกาย จากการไฮโดรไลซิส ทำให้เกิดฐานของพิวรีนจำนวนมาก ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดยูริกและเกลือของมัน ซึ่งทำให้เกิดโรคนิ่วในโพรงมดลูก โรคกระดูกพรุน และโรคอื่น ๆ อัตราที่เหมาะสมในการเพิ่มมวลยีสต์ลงในอาหารสัตว์ในฟาร์มคือ 5 ถึง 10% ของวัตถุแห้ง ยีสต์ใช้สำหรับอาหารและอาหารสัตว์
ข้อดีของแบคทีเรียคือมีอัตราการเติบโตสูงและสามารถสังเคราะห์โปรตีนได้มากถึง 80% โปรตีนที่ได้จะมีกรดอะมิโนที่ไม่เพียงพอหลายชนิด ได้แก่ เมไทโอนีนและซิสเทอีน ข้อเสียคือเซลล์มีขนาดเล็กและมีความเข้มข้นต่ำในอาหารเลี้ยงเชื้อ ซึ่งทำให้กระบวนการแยกซับซ้อน ไขมันจากแบคทีเรียบางชนิดอาจมีสารพิษ เศษส่วนมวลของกรดนิวคลีอิกสูงถึง 16% ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเลี้ยงเท่านั้น
ข้อดีของสาหร่ายคือปริมาณโปรตีนสูงที่มีองค์ประกอบของกรดอะมิโนที่สมบูรณ์ซึ่งสะสมอยู่ในจำนวน 65% แยกสาหร่ายออกจากอาหารเลี้ยงเชื้อได้ง่าย ปริมาณกรดนิวคลีอิกต่ำ - 4% (สำหรับการเปรียบเทียบ - ในพืชที่สูงขึ้น 1 ...2%) สาหร่ายถูกใช้เพื่อเป็นอาหารและอาหารสัตว์
ประเพณีการใช้เชื้อราเส้นใยเป็นผลิตภัณฑ์อาหารในประเทศในแอฟริกา อินเดีย อินโดนีเซีย จีน ฯลฯ โดยสะสมโปรตีนได้มากถึง 50% ซึ่งมีองค์ประกอบของกรดอะมิโนใกล้เคียงกับโปรตีนจากสัตว์ และอุดมไปด้วยวิตามินบี ผนังเซลล์มีความบางและย่อยง่ายในระบบทางเดินอาหารของสัตว์ เศษส่วนมวลของกรดนิวคลีอิกคือ 2.5%
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2528 เป็นต้นมา โปรตีนจากจุลินทรีย์ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ และผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป
การใช้โปรตีนจากจุลินทรีย์มีสามรูปแบบหลักที่พิจารณาในการผลิตอาหาร:
1) มวลทั้งหมด (โดยไม่ทำลายผนังเซลล์)
2) ชีวมวลบริสุทธิ์บางส่วน (มีการทำลายผนังเซลล์และกำจัดส่วนประกอบที่ไม่พึงประสงค์)
3) โปรตีนที่แยกได้จากชีวมวล (ไอโซเลต)
WHO (องค์การอนามัยโลก) สรุปว่าโปรตีนของจุลินทรีย์สามารถใช้ในอาหารได้ แต่ปริมาณกรดนิวคลีอิกที่อนุญาตพร้อมกับโปรตีนในอาหารของผู้ใหญ่ไม่ควรเกิน 2 กรัมต่อวัน การแนะนำโปรตีนจากจุลินทรีย์ไม่ได้ก่อให้เกิดผลเสีย แต่เกิดอาการแพ้ โรคกระเพาะอาหาร ฯลฯ
การเชื่อมโยงหลักของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งกำหนดสาระสำคัญทั้งหมดคือวัตถุทางชีวภาพที่สามารถดำเนินการปรับเปลี่ยนวัตถุดิบตั้งต้นและสร้างผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่น วัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพดังกล่าวสามารถรวมถึงเซลล์ของจุลินทรีย์ สัตว์และพืช สัตว์และพืชดัดแปลงพันธุกรรม รวมทั้งระบบเอนไซม์หลายองค์ประกอบของเซลล์และเอนไซม์แต่ละตัว
พื้นฐานของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพที่ทันสมัยที่สุดยังคงเป็นการสังเคราะห์จุลินทรีย์เช่น การสังเคราะห์สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์ น่าเสียดายที่วัตถุที่มีต้นกำเนิดจากพืชและสัตว์ยังไม่พบการใช้อย่างแพร่หลายด้วยเหตุผลหลายประการ
โดยไม่คำนึงถึงลักษณะของวัตถุ ขั้นตอนหลักในการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพคือการได้รับวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ของสิ่งมีชีวิต (หากเป็นจุลินทรีย์) เซลล์หรือเนื้อเยื่อ (หากเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้น - พืชหรือสัตว์) หลายขั้นตอนของการจัดการขั้นตอนหลังเพิ่มเติม (เช่น กับเซลล์พืชหรือสัตว์) ที่จริงแล้วเป็นหลักการและวิธีการที่ใช้ในการผลิตทางจุลชีววิทยา จากมุมมองของระเบียบวิธี ทั้งการเพาะเลี้ยงเซลล์จุลินทรีย์และการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชและสัตว์แทบไม่แตกต่างจากการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์
โลกของจุลินทรีย์มีความหลากหลายอย่างมาก ตอนนี้
มีสายพันธุ์ที่แตกต่างกันมากกว่า 100,000 สายพันธุ์ที่มีลักษณะค่อนข้างดี (หรือเป็นที่รู้จัก) สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโปรคาริโอต (แบคทีเรีย, แอกติโนมัยซีต, ริกเก็ตเซีย, ไซยาโนแบคทีเรีย) และเป็นส่วนหนึ่งของยูคาริโอต (ยีสต์, ราใย, โปรโตซัวและสาหร่ายบางชนิด) ด้วยจุลินทรีย์ที่หลากหลาย ปัญหาที่สำคัญมากและมักจะซับซ้อนคือการเลือกสิ่งมีชีวิตที่ถูกต้องซึ่งสามารถให้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ เช่น เพื่อรองรับวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม จุลินทรีย์แบ่งออกเป็นประเภทอุตสาหกรรมและไม่ใช่อุตสาหกรรม ได้แก่ จุลินทรีย์ที่ใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรม - ทางอุตสาหกรรม และจุลินทรีย์ที่ไม่ได้ใช้ - ไม่ใช่ทางอุตสาหกรรม
พื้นฐานของการผลิตทางอุตสาหกรรมคือกลุ่มจุลินทรีย์ขนาดเล็กแต่ได้รับการศึกษาอย่างลึกซึ้ง ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุต้นแบบในการศึกษากระบวนการชีวิตขั้นพื้นฐาน จุลินทรีย์อื่นๆ ทั้งหมดไม่ได้รับการศึกษาเลยโดยนักพันธุศาสตร์ นักชีววิทยาระดับโมเลกุล และวิศวกรพันธุศาสตร์ หรือได้รับการศึกษาในระดับที่จำกัดมาก ในอดีต ได้แก่ Escherichia coli (E. coli), Bacillus subtilis (Bac. subtilis) และยีสต์ขนมปัง (S. cerevisiae)
กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพจำนวนมากใช้จุลินทรีย์จำนวนจำกัดซึ่งจัดอยู่ในประเภท GRAS (“ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย”) จุลินทรีย์ดังกล่าว ได้แก่ แบคทีเรีย Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, bacilli และ lactobacilli ชนิดอื่น และ Streptomyces species นอกจากนี้ยังรวมถึงเชื้อรา Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus และ Saccharomyces ของยีสต์และอื่นๆ ด้วย จุลินทรีย์ GRAS ไม่ก่อให้เกิดโรค ไม่เป็นพิษ และโดยทั่วไปไม่ก่อให้เกิดยาปฏิชีวนะ ดังนั้น เมื่อพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ เราควรให้ความสำคัญกับสิ่งเหล่านี้ จุลินทรีย์ที่เป็นวัตถุพื้นฐานของเทคโนโลยีชีวภาพ
อุตสาหกรรมจุลชีววิทยาในปัจจุบันใช้สายพันธุ์หลายพันสายพันธุ์จากจุลินทรีย์หลายร้อยสายพันธุ์ ซึ่งในตอนแรกถูกแยกออกจากแหล่งธรรมชาติตามคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ จากนั้น (ส่วนใหญ่) ปรับปรุงด้วยวิธีการต่างๆ ในการเชื่อมต่อกับการขยายการผลิตและความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ ตัวแทนของโลกของจุลินทรีย์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ มีส่วนร่วมในอุตสาหกรรมจุลชีววิทยา ควรรับรู้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ จะไม่มีใครได้รับการศึกษาในระดับเดียวกับ E. coli และ Bac subtilis และเหตุผลนี้ง่ายมาก - ต้องใช้แรงงานมหาศาลและมีค่าใช้จ่ายสูงในการวิจัยประเภทนี้
วัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพที่พบบ่อยที่สุดคือ:
แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรีย
สาหร่าย;
โปรโตซัว;
การเพาะเลี้ยงเซลล์พืชและสัตว์
พืช – ต่ำกว่า (anabena-azolla) และสูงกว่า – แหน
โครงสร้างเซลล์ย่อย (ไวรัส พลาสมิด DNA)
แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรีย
หน้าที่ทางเทคโนโลยีชีวภาพของแบคทีเรียมีความหลากหลาย
แบคทีเรียกรดอะซิติก จำพวก Gluconobacter และ Acetobacter
แบคทีเรียแกรมลบที่เปลี่ยนเอธานอลเป็นกรดอะซิติก และกรดอะซิติกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
ตัวแทนของพืชสกุล Bacillus - B.subtilis B.thuringiensis ถูกนำมาใช้เพื่อรับโปรไบโอติกสารที่มีฤทธิ์ยาปฏิชีวนะต่อจุลินทรีย์อื่น ๆ เช่นเดียวกับแมลง (B.thuringiensis) พวกมันเป็นแบคทีเรียแกรมบวกที่ก่อตัวเป็นเอนโดสปอร์
B.subtilis เป็นแบคทีเรียชนิดแอโรบิกที่เข้มงวด ในขณะที่ B.thuringiensis สามารถอาศัยอยู่ในสภาวะไร้ออกซิเจนได้
แบคทีเรียที่สร้างสปอร์แบบไม่ใช้ออกซิเจนจะแสดงอยู่ในสกุล Clostridium C. acetobutylicum หมักน้ำตาลเป็นอะซิโตน เอทานอล ไอโซโพรพานอล และ n-บิวทานอล (การหมักอะซิโตบิวทานอล) สายพันธุ์อื่น ๆ ยังสามารถหมักแป้ง เพคติน และสารประกอบที่มีไนโตรเจนต่างๆ
แบคทีเรียกรดแลกติกประกอบด้วยตัวแทนจำพวกแลคโตบาซิลลัส ลิวโคนอสตอค และสเตรปโตคอกคัส ซึ่งไม่สร้างสปอร์ มีเชื้อแกรมบวกและไม่ไวต่อออกซิเจน
แบคทีเรียเฮเทอโรเฟอร์เมนติตีในสกุล Leuconostoc เปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตให้เป็นกรดแลคติค เอทานอล และคาร์บอนไดออกไซด์
แบคทีเรีย Homofermentative ในสกุล Streptococcus ผลิตกรดแลคติคเท่านั้น
ตัวแทนของพืชสกุลแลคโตบาซิลลัสผลิตผลิตภัณฑ์หลายชนิดพร้อมกับกรดแลคติค
สมาชิกประเภท Corynebacterium ซึ่งเป็นเซลล์แกรมบวกที่ไม่เคลื่อนที่ของ C.glutamicum ทำหน้าที่เป็นแหล่งของไลซีนและโมโนโซเดียมกลูตาเมต
corynebacteria สายพันธุ์อื่นๆ ใช้สำหรับการชะล้างแร่ของจุลินทรีย์และการรีไซเคิลของเสียจากการขุด
คุณสมบัติของแบคทีเรียบางชนิดนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่น ไดโซโทรฟีนั่นคือความสามารถในการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ
ไดโซโทรฟมี 2 กลุ่ม:
Symbionts: ไม่มีปมราก (ส่วนใหญ่เป็นไลเคน) มีปมราก (พืชตระกูลถั่ว);
ชีวิตอิสระ: เฮเทอโรโทรฟ (Azotobacter, Clostridium, Methylobacter), ออโตโทรฟ (Chlorobium, Rhodospirillum และ Amoebobacter)
แบคทีเรียยังใช้เพื่อจุดประสงค์ทางพันธุวิศวกรรมด้วย
ไซยาโนแบคทีเรียมีความสามารถในการตรึงไนโตรเจน ซึ่งทำให้พวกมันเป็นผู้ผลิตโปรตีนที่มีศักยภาพมาก ผลิตภัณฑ์ที่อยู่ใกล้กับไกลโคเจนจะสะสมอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์
ตัวแทนของไซยาโนแบคทีเรีย เช่น Nostoc, Spirulina, Trichodesmium สามารถรับประทานได้และบริโภคเป็นอาหารโดยตรง Nostoc ก่อตัวเป็นเปลือกโลกบนพื้นที่แห้งแล้งซึ่งจะบวมเมื่อได้รับความชื้น ในญี่ปุ่น ประชากรในท้องถิ่นใช้ชั้นนอสตอกที่ก่อตัวบนเนินเขาของภูเขาไฟเป็นอาหารและเรียกพวกมันว่าขนมปังข้าวบาร์เลย์เท็งกุ (เท็งกุเป็นวิญญาณแห่งภูเขาที่ดี)
สาหร่ายเกลียวทอง (Spirulina platensis) มาจากแอฟริกา - ภูมิภาคทะเลสาบชาด
Spirulina maxima เติบโตในน่านน้ำของทะเลสาบ Texcoco ในเม็กซิโก ชาวแอซเท็กยังเก็บมันจากพื้นผิวทะเลสาบและใช้เป็นอาหารอีกด้วย
บิสกิตทำจากสาหร่ายสไปรูลิน่าซึ่งเป็นก้อนสาหร่ายสไปรูลิน่าแห้ง
การวิเคราะห์พบว่าสาหร่ายเกลียวทองมีโปรตีน 65% (มากกว่าถั่วเหลือง) คาร์โบไฮเดรต 19% เม็ดสี 6% ไขมัน 4% เส้นใย 3% และเถ้า 3% โปรตีนมีลักษณะเป็นกรดอะมิโนที่สมดุล ผนังเซลล์ของสาหร่ายชนิดนี้ย่อยได้ง่าย
สาหร่ายเกลียวทองสามารถปลูกได้ในบ่อเปิดหรือในระบบท่อโพลีเอทิลีนแบบปิด ผลผลิตสูงมาก: ได้มวลสาหร่ายแห้งมากถึง 20 กรัมจาก 1 m 2 ต่อวันซึ่งสูงกว่าผลผลิตข้าวสาลีประมาณ 10 เท่า
อุตสาหกรรมยาในประเทศผลิตยา "Splat" โดยใช้ไซยาโนแบคทีเรีย สาหร่ายเกลียวทอง (Spirulina platensis) ประกอบด้วยวิตามินและองค์ประกอบขนาดเล็กที่ซับซ้อนและใช้เป็นสารเสริมสร้างความเข้มแข็งและกระตุ้นภูมิคุ้มกันโดยทั่วไป
เอสเชอริเคีย โคไล
เอสเชอริเคีย โคไล- หนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีการศึกษามากที่สุด กว่าห้าสิบปีที่ผ่านมา มีความเป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ อณูชีววิทยา ชีวเคมี สรีรวิทยา และชีววิทยาทั่วไป เอสเชอริเคีย โคไล- เป็นชั้นวางแบบเคลื่อนที่ได้แบบแกรมลบซึ่งมีความยาวน้อยกว่า 10 µm ถิ่นที่อยู่ของมันคือลำไส้ของมนุษย์และสัตว์ แต่มันสามารถอาศัยอยู่ในดินและน้ำได้เช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว อี. โคไล ไม่ก่อให้เกิดโรค แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถทำให้เกิดโรคในมนุษย์และสัตว์ได้
เนื่องจากความสามารถในการทำซ้ำโดยการแบ่งอย่างง่ายบนสื่อที่ประกอบด้วยไอออน Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, NH 4 +, Cl -, HPO 4 2- และ SO 4 2- ไอออน ธาตุติดตาม และคาร์บอน แหล่งที่มา (เช่น กลูโคส ) อี. โคไลได้กลายเป็นวัตถุโปรดของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
เมื่อปลูกแล้ว อี. โคไลบนสื่อสารอาหารเหลวที่อุดมด้วยกรดอะมิโน วิตามิน เกลือ ธาตุและแหล่งคาร์บอน เวลาในการสร้าง (เช่น เวลาระหว่างการก่อตัวของแบคทีเรียและการแบ่งตัวถัดไป) ในระยะการเจริญเติบโตแบบลอการิทึมที่อุณหภูมิ 37 ° C ใช้เวลาประมาณ 22 นาที
อี. โคไลสามารถปลูกได้ทั้งภายใต้สภาวะที่ใช้ออกซิเจน (เมื่อมีออกซิเจน) และไม่ใช้ออกซิเจน (ไม่มีออกซิเจน) อย่างไรก็ตาม เพื่อการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่เหมาะสมที่สุด อี. โคไลมักปลูกภายใต้สภาวะแอโรบิก
หากจุดประสงค์ของการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการคือการสังเคราะห์และการแยกโปรตีนจำเพาะ การเพาะเลี้ยงนั้นจะถูกปลูกในตัวกลางสารอาหารเหลวที่ซับซ้อนในขวด เพื่อรักษาอุณหภูมิที่ต้องการและให้แน่ใจว่ามีการเติมอากาศเพียงพอสำหรับอาหารเลี้ยงเชื้อ ขวดจะถูกวางในอ่างน้ำหรือห้องที่มีอุณหภูมิและเขย่าอย่างต่อเนื่อง การเติมอากาศดังกล่าวเพียงพอสำหรับการสืบพันธุ์ของเซลล์ แต่ไม่เสมอไปสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนบางชนิด
การเจริญเติบโตของมวลเซลล์และการผลิตโปรตีนไม่ได้ถูกจำกัดโดยปริมาณของแหล่งคาร์บอนหรือไนโตรเจนในตัวกลางของสารอาหาร แต่โดยปริมาณของออกซิเจนที่ละลายน้ำ: ที่อุณหภูมิ 20°C จะมีค่าประมาณเก้าส่วนในล้านส่วน สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์ทางอุตสาหกรรม เพื่อให้แน่ใจว่ามีสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการผลิตโปรตีนสูงสุด จึงได้มีการสร้างถังหมักแบบพิเศษและระบบเติมอากาศ
สำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป โปรตีนเสื่อมสภาพและส่วนประกอบสำคัญของเซลล์จะถูกทำลาย ส่งผลให้เซลล์ตาย ที่อุณหภูมิต่ำ กระบวนการทางชีวภาพจะช้าลงอย่างมากหรือหยุดโดยสิ้นเชิงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่โมเลกุลโปรตีนต้องเผชิญ
ขึ้นอยู่กับระบอบการปกครองของอุณหภูมิที่จุลินทรีย์บางชนิดต้องการพวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นเทอร์โมฟิล (จาก 45 ถึง 90 ° C ขึ้นไป), mesophylls (จาก 10 ถึง 47 ° C) และ Psychrophiles (ตั้งแต่ -5 ถึง 35 ° C) จุลินทรีย์ที่แพร่พันธุ์อย่างแข็งขันในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้นสามารถเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการแก้ปัญหาเทคโนโลยีชีวภาพต่างๆ ตัวอย่างเช่น เทอร์โมฟิลมักจะให้ยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ซึ่งใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหรือในห้องปฏิบัติการ และใช้สารออกฤทธิ์ดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อย่อยสลายของเสียที่เป็นพิษในดินและน้ำที่อุณหภูมิต่ำ
นอกจาก อี. โคไลจุลินทรีย์อื่นๆ อีกมากมายถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพระดับโมเลกุล (ตารางที่ 1) สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: จุลินทรีย์เป็นแหล่งของยีนจำเพาะและจุลินทรีย์ที่สร้างขึ้นโดยวิธีพันธุวิศวกรรมเพื่อแก้ไขปัญหาบางอย่าง ยีนจำเพาะรวมถึง ตัวอย่างเช่น ยีนที่เข้ารหัส DNA โพลีเมอเรสที่ทนความร้อนได้ ซึ่งใช้ในปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ยีนนี้ถูกแยกออกจากแบคทีเรียที่ชอบความร้อนและโคลนเข้าไป อี. โคไล- จุลินทรีย์กลุ่มที่สอง ได้แก่ สายพันธุ์ต่างๆ Corynebacterium กลูตามิคัมซึ่งได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อเพิ่มการผลิตกรดอะมิโนที่สำคัญทางอุตสาหกรรม
ตารางที่ 1. จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรมบางชนิดที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพ
|
อะครีโมเนียม ดอกเบญจมาศ บาซิลลัส เบรวิส บาซิลลัส ซับติลิส บาซิลลัส ทูรินเจียนสท์ Corynebacterium กลูตามิคัม เออร์วิเนียเฮอร์บิโคลา เอสเชอริเคีย โคไล ซูโดโมแนส เอสพีพี. ไรโซเดอร์มา เอสพีพี. ไตรโคเดอร์มา รีเซอิ แซนโธโมแนส แคมเปสทริส ไซโมโมแนส โมบิลิส |
ในปัจจุบันปัญหาเกิดขึ้นจากการพัฒนากลยุทธ์และกลวิธีการวิจัยที่จะทำให้สามารถดึงเอาศักยภาพของจุลินทรีย์ใหม่ ๆ ออกมาได้ทั้งหมดซึ่งมีคุณค่ามากที่สุดในการสร้างสายพันธุ์ผู้ผลิตที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมที่เหมาะสมต่อการใช้งานด้วยแรงงานที่เหมาะสม ในกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ วิธีการดั้งเดิมคือการแยกจุลินทรีย์ที่ต้องการออกจากสภาพธรรมชาติ
1. ตัวอย่างของวัสดุถูกนำมาจากแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของผู้ผลิตสมมุติ (เก็บตัวอย่างวัสดุ) และหว่านในสภาพแวดล้อมแบบเลือกที่รับประกันการพัฒนาพิเศษของจุลินทรีย์ที่น่าสนใจ นั่นคือ ได้รับวัฒนธรรมเสริมคุณค่าที่เรียกว่า
2. ขั้นตอนต่อไปคือการแยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์ด้วยการศึกษาวินิจฉัยแยกโรคเพิ่มเติมของจุลินทรีย์ที่แยกได้ และหากจำเป็น จะต้องพิจารณาความสามารถในการผลิตโดยประมาณ
มีอีกวิธีหนึ่งในการเลือกผู้ผลิตจุลินทรีย์ - นี่คือการเลือกสายพันธุ์ที่ต้องการจากคอลเลกชันที่มีอยู่ของจุลินทรีย์ที่ได้รับการศึกษามาอย่างดีและมีลักษณะเฉพาะอย่างละเอียด แน่นอนว่าสิ่งนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการดำเนินการที่ต้องใช้แรงงานจำนวนมาก
เกณฑ์หลักในการเลือกวัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพ (ในกรณีของเราคือจุลินทรีย์ที่ผลิต) คือความสามารถในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย อย่างไรก็ตาม นอกจากนี้ เทคโนโลยีของกระบวนการเองอาจมีข้อกำหนดเพิ่มเติม ซึ่งบางครั้งก็มีความสำคัญมาก ไม่ต้องพูดถึงอย่างเด็ดขาด โดยทั่วไปแล้ว จุลินทรีย์จะต้อง:
มีอัตราการเติบโตสูง
1. ตามกฎแล้วสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวนั้นมีอัตราการเติบโตและกระบวนการสังเคราะห์ที่สูงกว่าสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่ลักษณะของจุลินทรีย์ทั้งหมด มีบางชนิด (เช่น oligotrophic) ที่เติบโตช้ามาก แต่ก็เป็นที่สนใจเนื่องจากสามารถผลิตสารที่มีคุณค่ามากต่างๆ ได้
รีไซเคิลพื้นผิวราคาถูกที่จำเป็นสำหรับชีวิต
2. สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากเป้าหมายของการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพคือจุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่ใช้พลังงานจากแสงแดดในกิจกรรมของชีวิต บางส่วน (ไซยาโนแบคทีเรียและยูคาริโอตสังเคราะห์ด้วยแสง) ใช้ CO2 เป็นแหล่งคาร์บอน และตัวแทนของไซยาโนแบคทีเรียบางคน นอกเหนือจากที่กล่าวมาทั้งหมด มีความสามารถในการดูดซึมไนโตรเจนในบรรยากาศ (กล่าวคือ พวกมันไม่โอ้อวดต่อสารอาหารอย่างมาก)
จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงมีแนวโน้มว่าจะเป็นผู้ผลิตแอมโมเนีย ไฮโดรเจน โปรตีน และสารประกอบอินทรีย์อีกจำนวนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ความคืบหน้าในการใช้งานเนื่องจากความรู้พื้นฐานที่จำกัดเกี่ยวกับการจัดระเบียบทางพันธุกรรมและกลไกทางอณูชีววิทยาของกิจกรรมชีวิต ดูเหมือนจะไม่ควรคาดหวังในอนาคตอันใกล้นี้
ทนทานต่อจุลินทรีย์จากต่างประเทศ เช่น มีความสามารถในการแข่งขันสูง
3. มีการให้ความสนใจบางประการกับวัตถุของเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น จุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนซึ่งเติบโตที่อุณหภูมิ 60–80° C คุณสมบัตินี้เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาจุลินทรีย์แปลกปลอมที่แทบจะผ่านไม่ได้ในระหว่างการเพาะปลูกที่ค่อนข้างไม่ผ่านการฆ่าเชื้อ กล่าวคือ เป็นการป้องกันที่เชื่อถือได้ต่อการปนเปื้อน . พบผู้ผลิตแอลกอฮอล์ กรดอะมิโน เอนไซม์ และโมเลกุลไฮโดรเจนในหมู่เทอร์โมฟิล นอกจากนี้อัตราการเจริญเติบโตและกิจกรรมการเผาผลาญยังสูงกว่า mesophiles 1.5–2 เท่า เอนไซม์ที่สังเคราะห์โดยเทอร์โมฟิลส์มีลักษณะพิเศษคือมีความต้านทานต่อความร้อน สารออกซิไดซ์บางชนิด ผงซักฟอก ตัวทำละลายอินทรีย์ และปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกันพวกมันจะทำงานเพียงเล็กน้อยที่อุณหภูมิปกติ ดังนั้นโปรตีเอสของหนึ่งในตัวแทนของจุลินทรีย์ที่ชอบความร้อนจึงมีฤทธิ์น้อยกว่าที่อุณหภูมิ 200 C ถึง 100 เท่าที่อุณหภูมิ 750 C ซึ่งคุณสมบัติหลังนี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมบางประเภท
ทั้งหมดข้างต้นช่วยลดต้นทุนการผลิตผลิตภัณฑ์เป้าหมายได้อย่างมาก
การคัดเลือก
องค์ประกอบสำคัญในกระบวนการสร้างผู้ผลิตที่มีคุณค่าและกระตือรือร้นที่สุดนั่นคือเมื่อเลือกวัตถุในเทคโนโลยีชีวภาพคือการเลือกของพวกเขา และวิธีการคัดเลือกทั่วไปคือการสร้างจีโนมอย่างมีสติในแต่ละขั้นตอนของการเลือกผู้ผลิตที่ต้องการ ในการพัฒนาเทคโนโลยีจุลินทรีย์ วิธีการที่ใช้การคัดเลือกตัวแปรดัดแปลงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาตินั้น มีลักษณะเฉพาะที่เป็นประโยชน์ที่จำเป็นเมื่อเล่นแล้ว (และยังคงเล่นต่อไป) ซึ่งมีบทบาทสำคัญมาก ด้วยวิธีดังกล่าว การเลือกแบบขั้นตอนมักจะถูกนำมาใช้: ในแต่ละขั้นตอนของการคัดเลือก จะมีการเลือกสายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์มากที่สุด (การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเอง) จากประชากรของจุลินทรีย์ จากนั้นจึงเลือกสายพันธุ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในขั้นตอนต่อไป
กระบวนการคัดเลือกผู้ผลิตที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะถูกเร่งขึ้นอย่างมากเมื่อใช้วิธีการกระตุ้นการกลายพันธุ์
รังสี UV, รังสีเอกซ์และแกมมา, สารเคมีบางชนิด ฯลฯ ถูกใช้เป็นผลกระทบต่อการกลายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ก็ไม่ได้มีข้อเสียเช่นกัน ซึ่งสาเหตุหลักคือความเข้มของแรงงานและการขาดข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะของการเปลี่ยนแปลงเนื่องจาก ผู้ทดลองเลือกตามผลลัพธ์สุดท้าย
ดังนั้นแนวโน้มในปัจจุบันคือการสร้างสายพันธุ์ของจุลินทรีย์อย่างมีสติด้วยคุณสมบัติที่ระบุโดยอาศัยความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการจัดระเบียบทางพันธุกรรมและกลไกทางอณูชีววิทยาของการดำเนินการตามหน้าที่พื้นฐานของร่างกาย
การคัดเลือกจุลินทรีย์สำหรับอุตสาหกรรมจุลชีววิทยาและการสร้างสายพันธุ์ใหม่มักมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มความสามารถในการผลิต กล่าวคือ การก่อตัวของผลิตภัณฑ์เฉพาะ การแก้ปัญหาเหล่านี้ในระดับหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงกระบวนการกำกับดูแลในเซลล์
การเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีในแบคทีเรียสามารถเกิดขึ้นได้อย่างน้อยสองวิธี หนึ่งในนั้นรวดเร็วมาก (ดำเนินการภายในไม่กี่วินาทีหรือนาที) โดยการเปลี่ยนกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของโมเลกุลของเอนไซม์แต่ละตัว อย่างที่สองที่ช้ากว่า (ดำเนินการเป็นเวลาหลายนาที) ประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงอัตราการสังเคราะห์เอนไซม์ กลไกทั้งสองใช้หลักการเดียวในการควบคุมระบบ - หลักการป้อนกลับ แม้ว่าจะมีกลไกที่ง่ายกว่าในการควบคุมกิจกรรมการเผาผลาญของเซลล์ก็ตาม วิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมวิถีทางเมแทบอลิซึมขึ้นอยู่กับความพร้อมของสารตั้งต้นหรือการมีอยู่ของเอนไซม์ การลดลงของปริมาณของสารตั้งต้น (ความเข้มข้นในตัวกลาง) ส่งผลให้อัตราการไหลของสารเฉพาะลดลงผ่านวิถีทางเมแทบอลิซึมที่กำหนด ในทางกลับกัน การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะนำไปสู่การกระตุ้นวิถีเมแทบอลิซึม ดังนั้น โดยไม่คำนึงถึงปัจจัยอื่นใด ความพร้อมใช้งานของสารตั้งต้น (ความพร้อมใช้งาน) ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นกลไกที่เป็นไปได้ของวิถีทางเมแทบอลิซึม บางครั้งวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์เป้าหมายคือการเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์ของสารตั้งต้นเฉพาะ
วิธีที่พบบ่อยที่สุดในการควบคุมกิจกรรมของปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมในเซลล์คือการควบคุมตามประเภทการยับยั้งย้อนหลัง
การสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารหลักหลายชนิดมีลักษณะเฉพาะคือเมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพเพิ่มขึ้น กิจกรรมของเอนไซม์ตัวแรกในวิถีนี้จะถูกยับยั้ง การปรากฏตัวของกลไกการกำกับดูแลดังกล่าวได้รับการรายงานครั้งแรกในปี พ.ศ. 2496 โดย A. Novik และ L. Szillard ผู้ศึกษาการสังเคราะห์ทางชีวภาพของทริปโตเฟนในเซลล์ E. coli ขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดอะมิโนอะโรมาติกนี้ประกอบด้วยหลายขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แต่ละตัว
ผู้เขียนเหล่านี้ค้นพบว่าหนึ่งในการกลายพันธุ์ของ E. coli ที่มีการสังเคราะห์ทริปโตเฟนบกพร่อง การเติมกรดอะมิโนนี้ (ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพนี้) ยับยั้งการสะสมของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งซึ่งก็คืออินโดลกลีเซอโรฟอสเฟตในเซลล์ได้อย่างรวดเร็ว ถึงกระนั้นก็ตาม มีข้อเสนอแนะว่าทริปโตเฟนยับยั้งการทำงานของเอนไซม์บางชนิดที่กระตุ้นการสร้างอินโดลกลีเซอโรฟอสเฟต สิ่งนี้ได้รับการยืนยันแล้ว
จุลินทรีย์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร ครัวเรือน และอุตสาหกรรมจุลชีววิทยาเพื่อผลิตกรดอะมิโน เอนไซม์ กรดอินทรีย์ วิตามิน ฯลฯ การผลิตทางจุลชีววิทยาแบบดั้งเดิม ได้แก่ การผลิตไวน์ การต้มเบียร์ การทำขนมปัง ผลิตภัณฑ์กรดแลคติค และน้ำส้มสายชูสำหรับอาหาร ตัวอย่างเช่น การผลิตไวน์ การต้มเบียร์ และการผลิตแป้งยีสต์จะเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการใช้ยีสต์ ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ
ประวัติความเป็นมาของการผลิตยีสต์เชิงอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้นในฮอลแลนด์ ซึ่งเป็นที่ซึ่งโรงงานผลิตยีสต์แห่งแรกก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2413 ผลิตภัณฑ์ประเภทหลักคือยีสต์อัดที่มีความชื้นประมาณ 70% ซึ่งสามารถเก็บไว้ได้เพียงไม่กี่สัปดาห์ การเก็บรักษาระยะยาวเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเซลล์ยีสต์ที่ถูกกดยังมีชีวิตอยู่และยังคงทำงานต่อไป ซึ่งนำไปสู่การสลายอัตโนมัติและความตาย วิธีหนึ่งในการเก็บรักษายีสต์ในทางอุตสาหกรรมคือการทำให้แห้ง ในยีสต์แห้งที่มีความชื้นต่ำ เซลล์ของยีสต์จะอยู่ในสถานะอะนาไบโอติกและสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลานาน ยีสต์แห้งตัวแรกปรากฏในปี พ.ศ. 2488 ในปี พ.ศ. 2515 ยีสต์แห้งรุ่นที่สองซึ่งเรียกว่ายีสต์สำเร็จรูปก็ปรากฏตัวขึ้น ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา ยีสต์แห้งรุ่นที่สามได้ถือกำเนิดขึ้น: ยีสต์ขนมปัง Saccharomyces cerevisiae,ซึ่งรวมคุณประโยชน์ของยีสต์สำเร็จรูปเข้ากับเอนไซม์การอบพิเศษที่มีความเข้มข้นสูงไว้ในผลิตภัณฑ์เดียว ยีสต์นี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณภาพของขนมปังเท่านั้น แต่ยังต่อต้านกระบวนการหมักอีกด้วย
ยีสต์เบเกอร์ Saccharomyces cerevisiaeยังใช้ในการผลิตเอทิลแอลกอฮอล์อีกด้วย
การผลิตไวน์ใช้ยีสต์หลากหลายสายพันธุ์เพื่อผลิตไวน์แบรนด์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว
แบคทีเรียกรดแลคติคมีส่วนเกี่ยวข้องในการเตรียมอาหาร เช่น กะหล่ำปลีดอง ผักดอง มะกอกดอง และอาหารดองอื่นๆ อีกหลายชนิด
แบคทีเรียกรดแลกติกจะเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นกรดแลกติก ซึ่งช่วยปกป้องผลิตภัณฑ์อาหารจากแบคทีเรียที่เน่าเสียง่าย
ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรียกรดแลคติค ผลิตภัณฑ์กรดแลคติกหลากหลายชนิด คอทเทจชีส และชีสจึงถูกจัดเตรียมไว้
อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์หลายชนิดมีบทบาทเชิงลบต่อชีวิตมนุษย์ โดยเป็นเชื้อโรคในมนุษย์ สัตว์ และพืช อาจทำให้อาหารเน่าเสีย ทำลายวัสดุต่างๆ เป็นต้น
เพื่อต่อสู้กับจุลินทรีย์ดังกล่าว ยาปฏิชีวนะถูกค้นพบ - เพนิซิลลิน, สเตรปโตมัยซิน, กรามิซิดิน ฯลฯ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมของเชื้อรา แบคทีเรีย และแอคติโนไมซีต
จุลินทรีย์ให้เอนไซม์ที่จำเป็นแก่มนุษย์ ดังนั้นอะไมเลสจึงถูกใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร สิ่งทอ และกระดาษ โปรตีเอสทำให้เกิดการสลายโปรตีนในวัสดุต่างๆ ในภาคตะวันออก มีการใช้โปรตีเอสจากเห็ดเมื่อหลายศตวรรษก่อนเพื่อทำซีอิ๊วขาว ปัจจุบันใช้ในการผลิตผงซักฟอก เมื่อน้ำผลไม้บรรจุกระป๋อง จะใช้เอนไซม์ เช่น เพคติเนส
จุลินทรีย์ใช้สำหรับบำบัดน้ำเสียและของเสียจากการแปรรูปอาหาร การสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของอินทรียวัตถุในของเสียจะทำให้เกิดก๊าซชีวภาพ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีโรงงานผลิตแห่งใหม่เกิดขึ้น แคโรทีนอยด์และสเตียรอยด์ได้มาจากเห็ด
แบคทีเรียสังเคราะห์กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ และรีเอเจนต์อื่นๆ จำนวนมากเพื่อการวิจัยทางชีวเคมี
จุลชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ซึ่งความสำเร็จส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาฟิสิกส์ เคมี ชีวเคมี อณูชีววิทยา ฯลฯ
หากต้องการประสบความสำเร็จในการศึกษาจุลชีววิทยา จำเป็นต้องมีความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ที่ระบุไว้
หลักสูตรนี้เน้นเรื่องจุลชีววิทยาในอาหารเป็นหลัก จุลินทรีย์จำนวนมากอาศัยอยู่บนพื้นผิวของร่างกาย ในลำไส้ของมนุษย์และสัตว์ บนพืช บนผลิตภัณฑ์อาหารและบนวัตถุทั้งหมดรอบตัวเรา จุลินทรีย์กินอาหารหลากหลายประเภทและปรับตัวเข้ากับสภาพความเป็นอยู่ที่เปลี่ยนแปลงไปได้ง่ายมาก เช่น ความร้อน ความเย็น ขาดความชื้น ฯลฯ พวกมันขยายตัวเร็วมาก หากไม่มีความรู้ด้านจุลชีววิทยา ก็เป็นไปไม่ได้เลยที่จะจัดการกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพอย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพ รักษาผลิตภัณฑ์อาหารคุณภาพสูงในทุกขั้นตอนของการผลิต และป้องกันการบริโภคผลิตภัณฑ์ที่มีเชื้อโรคของการเจ็บป่วยจากอาหารและความเป็นพิษ
ควรเน้นเป็นพิเศษว่าการศึกษาทางจุลชีววิทยาของผลิตภัณฑ์อาหาร ไม่เพียงแต่จากมุมมองของคุณสมบัติทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าจากมุมมองของความปลอดภัยด้านสุขอนามัยและจุลชีววิทยาเป็นวัตถุที่ซับซ้อนที่สุดของจุลชีววิทยาสุขาภิบาล . สิ่งนี้อธิบายได้ไม่เพียง แต่ความหลากหลายและความอุดมสมบูรณ์ของจุลินทรีย์ในผลิตภัณฑ์อาหารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้จุลินทรีย์ในการผลิตหลายชนิดด้วย
ทั้งนี้ ในการวิเคราะห์ทางจุลชีววิทยาด้านคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร ควรจำแนกจุลินทรีย์ 2 กลุ่ม คือ
– จุลินทรีย์จำเพาะ
– จุลินทรีย์ที่ไม่จำเพาะ
เฉพาะเจาะจง– สิ่งเหล่านี้คือเชื้อชาติทางวัฒนธรรมของจุลินทรีย์ที่ใช้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์เฉพาะและเป็นส่วนเชื่อมโยงที่สำคัญในเทคโนโลยีการผลิต
จุลินทรีย์นี้ใช้ในเทคโนโลยีการผลิตไวน์ เบียร์ ขนมปัง และผลิตภัณฑ์นมหมักทั้งหมด
ไม่เฉพาะเจาะจงคือจุลินทรีย์ที่เข้าสู่ผลิตภัณฑ์อาหารจากสิ่งแวดล้อมปนเปื้อน ในบรรดาจุลินทรีย์กลุ่มนี้จุลินทรีย์ saprophytic จุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคและฉวยโอกาสมีความโดดเด่นเช่นเดียวกับจุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเน่าเสีย
ระดับของการปนเปื้อนขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ซึ่งรวมถึงการจัดหาวัตถุดิบที่ถูกต้อง การจัดเก็บและการแปรรูป การปฏิบัติตามระบบเทคโนโลยีและสุขอนามัยสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ การจัดเก็บและการขนส่ง
กระบวนการทางจุลชีววิทยามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ กระบวนการหลายอย่างขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมที่เกิดขึ้นระหว่างการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์บางชนิด
ด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์จึงผลิตโปรตีนอาหารสัตว์ เอนไซม์ วิตามิน กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ ฯลฯ
กลุ่มจุลินทรีย์หลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
กลุ่มจุลินทรีย์หลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ได้แก่ แบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อรา
แบคทีเรีย.ใช้เป็นตัวกระตุ้นของกรดแลคติค กรดอะซิติก กรดบิวริก และการหมักอะซิโตน-บิวทิล
แบคทีเรียกรดแลกติกที่เพาะเลี้ยงจะใช้ในการผลิตกรดแลกติก ในการอบ และบางครั้งในการผลิตแอลกอฮอล์ พวกเขาเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นกรดแลคติคตามสมการ
C 6 H 12 O 6 ® 2CH 3 – CH – COOH + 75 กิโลจูล
แบคทีเรียกรดแลคติคที่แท้จริง (homofermentative) และไม่เป็นความจริง (heterofermentative) มีส่วนเกี่ยวข้องในการผลิตขนมปังข้าวไรย์ โฮโมเฟอร์เมนเททีฟเกี่ยวข้องเฉพาะในการสร้างกรด ในขณะที่เฮเทอโรเฟอร์เมนเททีฟร่วมกับกรดแลกติกจะก่อให้เกิดกรดระเหย (ส่วนใหญ่เป็นกรดอะซิติก) แอลกอฮอล์ และคาร์บอนไดออกไซด์
ในอุตสาหกรรมแอลกอฮอล์ การหมักกรดแลคติคจะใช้เพื่อทำให้กรดของยีสต์สาโทเป็นกรด แบคทีเรียกรดแลคติกในป่าส่งผลเสียต่อกระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิตการหมักและทำให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปลดลง กรดแลคติกที่เกิดขึ้นจะยับยั้งกิจกรรมสำคัญของจุลินทรีย์แปลกปลอม
การหมักกรดบิวริกซึ่งเกิดจากแบคทีเรียกรดบิวริกถูกนำมาใช้ในการผลิตกรดบิวริกซึ่งมีเอสเทอร์ที่ใช้เป็นสารอะโรมาติก
แบคทีเรียกรดบิวทีริกจะเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นกรดบิวริกตามสมการ
C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + H 2 + Q
แบคทีเรียกรดอะซิติกถูกนำมาใช้ในการผลิตน้ำส้มสายชู (สารละลายกรดอะซิติก) เพราะ พวกมันสามารถออกซิไดซ์เอทิลแอลกอฮอล์ให้เป็นกรดอะซิติกตามสมการ
C 2 H 5 OH + O 2 ® CH 3 COOH + H 2 O +487 กิโลจูล
การหมักกรดอะซิติกเป็นอันตรายต่อการผลิตแอลกอฮอล์เพราะว่า ส่งผลให้ผลผลิตแอลกอฮอล์ลดลง และในการต้มเบียร์ทำให้เบียร์เน่าเสีย
ยีสต์.พวกมันถูกใช้เป็นตัวแทนในการหมักในการผลิตแอลกอฮอล์และเบียร์ ในการผลิตไวน์ ในการผลิตขนมปัง kvass และในเบเกอรี่
สำหรับการผลิตอาหาร ยีสต์มีความสำคัญ - แซคคาโรไมซีสซึ่งสร้างสปอร์ และยีสต์ที่ไม่สมบูรณ์ - ที่ไม่ใช่แซคคาโรไมซีต (เชื้อราคล้ายยีสต์) ซึ่งไม่ก่อตัวเป็นสปอร์ ตระกูล Saccharomyces แบ่งออกเป็นหลายสกุล สกุลที่สำคัญที่สุดคือ Saccharomyces (saccharomycetes) สกุลนี้แบ่งออกเป็นสปีชีส์และแต่ละสปีชีส์เรียกว่าเผ่าพันธุ์ แต่ละอุตสาหกรรมใช้ยีสต์แยกเชื้อชาติ มียีสต์ที่มีฝุ่นและจับตัวเป็นก้อน ในเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายฝุ่น เซลล์จะถูกแยกออกจากกัน ในขณะที่เซลล์ที่ตกตะกอนจะเกาะติดกัน ก่อตัวเป็นเกล็ดและตกลงอย่างรวดเร็ว
ยีสต์ที่ปลูกอยู่ในวงศ์ Saccharomyces S. cerevisiae อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการสืบพันธุ์ของยีสต์คือ 25-30 0 C และอุณหภูมิต่ำสุดคือประมาณ 2-3 0 C ที่อุณหภูมิ 40 0 C การเจริญเติบโตจะหยุดลง ยีสต์จะตาย และที่อุณหภูมิต่ำการสืบพันธุ์จะหยุดลง
มียีสต์หมักทั้งบนและล่าง
ในบรรดายีสต์ที่เพาะปลูก ยีสต์หมักด้านล่างรวมถึงยีสต์ไวน์และเบียร์ส่วนใหญ่ และยีสต์หมักด้านบนรวมถึงแอลกอฮอล์ เบเกอรี่ และยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์บางสายพันธุ์
ดังที่ทราบกันดีว่าในกระบวนการหมักแอลกอฮอล์ผลิตภัณฑ์หลักสองชนิดเกิดขึ้นจากกลูโคส - เอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์รวมถึงผลิตภัณฑ์รองระดับกลาง: กลีเซอรีน, ซัคซินิก, กรดอะซิติกและไพรูวิก, อะซีตัลดีไฮด์, 2,3-บิวทิลีนไกลคอล, อะซิโตอิน , อีเทอร์และน้ำมันฟิวส์ (ไอโซเอมิล, ไอโซโพรพิล, บิวทิลและแอลกอฮอล์อื่นๆ)
การหมักน้ำตาลแต่ละตัวจะเกิดขึ้นในลำดับที่แน่นอน โดยพิจารณาจากอัตราการแพร่เข้าสู่เซลล์ยีสต์ กลูโคสและฟรุกโตสจะถูกหมักอย่างรวดเร็วที่สุดโดยยีสต์ ซูโครสจะหายไป (กลับด้าน) ในตัวกลางที่จุดเริ่มต้นของการหมักภายใต้การกระทำของเอนไซม์ยีสต์ b - fructofuranosidase โดยมีการก่อตัวของกลูโคสและฟรุกโตสซึ่งเซลล์นำไปใช้ได้ง่าย เมื่อไม่มีกลูโคสและฟรุกโตสเหลือในตัวกลาง ยีสต์จะใช้มอลโตส
ยีสต์มีความสามารถในการหมักน้ำตาลที่มีความเข้มข้นสูงมาก - มากถึง 60%; และยังทนต่อแอลกอฮอล์ที่มีความเข้มข้นสูงถึง 14-16 ปริมาตร -
เมื่อมีออกซิเจน การหมักแอลกอฮอล์จะหยุดลง และยีสต์จะได้รับพลังงานผ่านการหายใจด้วยออกซิเจน:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ® 6CO 2 + 6H 2 O + 2824 กิโลจูล
เนื่องจากกระบวนการนี้มีพลังงานมากกว่ากระบวนการหมัก (118 กิโลจูล) ยีสต์จึงใช้น้ำตาลอย่างประหยัดกว่ามาก การหยุดการหมักภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนในบรรยากาศเรียกว่าเอฟเฟกต์ปาสเตอร์
ในการผลิตแอลกอฮอล์ ยีสต์สายพันธุ์ S. cerevisiae ถูกนำมาใช้ซึ่งมีพลังงานในการหมักสูงสุด ทำให้เกิดแอลกอฮอล์และการหมักสูงสุดทั้งโมโนและไดแซ็กคาไรด์ รวมถึงเดกซ์ทรินบางชนิด
ในยีสต์ขนมปัง สายพันธุ์ที่เติบโตอย่างรวดเร็วพร้อมกำลังยกที่ดีและความเสถียรในการเก็บรักษาเป็นสิ่งที่มีคุณค่า
ในการต้มเบียร์ จะใช้ยีสต์หมักด้านล่าง ปรับให้เข้ากับอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำ พวกมันจะต้องสะอาดทางจุลชีววิทยา มีความสามารถในการก่อตัวเป็นก้อน และตกลงไปที่ด้านล่างของอุปกรณ์หมักอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิในการหมัก 6-8 0 C.
ในการผลิตไวน์ ยีสต์มีคุณค่าเนื่องจากมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว มีความสามารถในการยับยั้งยีสต์และจุลินทรีย์ประเภทอื่นๆ และมอบช่อดอกไม้ที่เหมาะสมให้กับไวน์ ยีสต์ที่ใช้ในการผลิตไวน์เป็นของสายพันธุ์ S. vini และหมักกลูโคส ฟรุกโตส ซูโครส และมอลโตสอย่างเข้มข้น ในการผลิตไวน์ ยีสต์ที่ใช้ในการผลิตเกือบทั้งหมดจะถูกแยกออกจากไวน์อายุน้อยในพื้นที่ต่างๆ
ไซโกไมซีเตส– แม่พิมพ์ มีบทบาทสำคัญในฐานะผู้ผลิตเอนไซม์ เชื้อราในสกุล Aspergillus ผลิตเอนไซม์อะไมโลไลติก เพคโตไลติก และเอนไซม์อื่น ๆ ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมแอลกอฮอล์แทนมอลต์สำหรับการทำน้ำตาลเป็นแป้งในการต้มเบียร์เมื่อแทนที่มอลต์บางส่วนด้วยวัตถุดิบที่ไม่มอลต์ เป็นต้น
ในการผลิตกรดซิตริก A. niger เป็นสาเหตุของการหมักกรดซิตริก โดยเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นกรดซิตริก
จุลินทรีย์มีบทบาทสองประการในอุตสาหกรรมอาหาร ในอีกด้านหนึ่งสิ่งเหล่านี้คือจุลินทรีย์ทางวัฒนธรรม ในทางกลับกัน การติดเชื้อจะเข้าสู่การผลิตอาหาร เช่น จุลินทรีย์จากต่างประเทศ (ป่า) จุลินทรีย์ในป่ามีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ (บนผลเบอร์รี่ ผลไม้ อากาศ น้ำ ดิน) และเข้าสู่การผลิตจากสิ่งแวดล้อม
เพื่อรักษาสภาพสุขอนามัยและสุขอนามัยที่เหมาะสมในสถานประกอบการด้านอาหาร วิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำลายและระงับการพัฒนาของจุลินทรีย์แปลกปลอมคือการฆ่าเชื้อ
บทความในหัวข้อ
