في أي عملية تخمير، لا يعتمد النجاح فقط على المفاعل الحيوي أو السلالة المستخدمة. هناك عنصر ثالث، غالبًا ما يتم تجاهله، يميز بين العملية الحيوية الفعالة والعملية الحيوية المحدودة: وسط الاستزراع.
وسط الاستزراع هو البيئة الغذائية التي تنمو فيها الكائنات الحية الدقيقة وتتطور وتنتج المنتج المطلوب أثناء التخمير. من المهم فهم تركيبته واختياره لتحسين الأداء وخفض التكاليف وضمان قابلية تكرار العملية.
لماذا يعتبر وسط الاستنبات مهمًا جدًا؟
لكي يتطور الكائن الحي الدقيق ويحقق أقصى إمكاناته الأيضية، فإنه يحتاج إلى تركيبة متوازنة من العناصر الغذائية. تشكل السلالة وظروف التخمير (القيمة الحمضية، درجة الحرارة، الأكسجين، التحريك) ووسط الاستزراع ثلاثية لا تنفصل تحدد فعالية العملية الحيوية.
الوسط المناسب من الناحية الغذائية هو وسط يلبي احتياجات الكائنات الدقيقة من الطاقة والبنية، ويعزز نمو وإنتاج المستقلب أو البروتين المستهدف.
المكونات الأساسية لوسط التغذية:
1. المغذيات الكبيرة (جم/لتر)
وهي تشكل الأساس لنمو الميكروبات ويجب أن تكون متوفرة بكميات كافية:
- مصادر الكربوهيدرات: الجلوكوز، الفركتوز، السكروز، النشا… ضرورية كمصدر للطاقة.
- مصادر النيتروجين: أملاح الأمونيوم، الببتونات أو مستخلصات البروتينات، ضرورية للبروتينات والأحماض النووية.
- الفوسفور، الكبريت، المغنيسيوم والبوتاسيوم، ضرورية للوظائف الهيكلية والإنزيمية.
2. المغذيات الدقيقة (ميكروغرام-ملليغرام/لتر)
وهي تحتوي على معادن مثل:
- الحديد
- المنغنيز
- الموليبدينوم
- الكالسيوم
على الرغم من أن الكميات المطلوبة منها قليلة، إلا أنها تلعب دوراً حاسماً في العديد من عمليات التمثيل الغذائي.
3. عوامل النمو
الفيتامينات والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية التي تحفز النمو أو تسمح بالتطور الكامل للكائنات الدقيقة.
أنواع الأراضي الخصبة وكيفية اختيار الأنسب منها
يمكن تصنيف وسائط الثقافة على أنها طبيعية أو اصطناعية (تركيبية):
➡️ وسائل الإعلام التجارية المصممة
وهي مخصصة لمجموعات ميكروبية معينة وتوفر تركيبات قياسية وقابلة للتكرار. وهي مثالية عندما تكون الاستقرار والتحكم مطلوبين.
➡️ حاملات فردية
يمكن تجميع مادة فردية من المواد الخام لتكوين مادة فردية تتيح ما يلي:
- تكييف تركيبة العناصر الغذائية مع السلالة أو العملية.
- تخفيض التكاليف.
- زيادة الإنتاجية.
- مراقبة جودة المكونات.
➡️ الموارد الطبيعية والمنتجات الثانوية للزراعة والصناعات الغذائية
بفضل الاتجاه نحو الاقتصاد الدائري، أصبح استخدامه أكثر شيوعًا. تتمتع العديد من المنتجات الثانوية بخصائص غذائية مثيرة للاهتمام وتتيح عملية تخمير مستدامة ومنخفضة التكلفة.
ومن الأمثلة الحديثة على ذلك التخمير الصلب للنفايات العضوية، وهي ممارسة تشجع على إعادة استخدام المواد وتقلل من الأثر البيئي.
تعقيم ومراقبة بيئة المكان من الناحية الميكروبيولوجية
بغض النظر عن الوسط المختار، يجب التأكد من خلوه من التلوث الميكروبي. وإلا فإن الكائن الحي الدقيق المستهدف سيتنافس مع كائنات أخرى غير مرغوب فيها، مما يؤثر على الأداء وقابلية التكرار.
طرق التعقيم الشائعة:
- التعقيم في الموقع (SIP) في المفاعلات الحيوية الصناعية
- التعقيم خارج الموقع للأحجام الصغيرة
- البسترة
- استخدام المواد الكيميائية، حسب الإجراء ونوع الوسط
الحجم المطلوب: دفعة واحدة، تغذية دفعية أم مستمرة؟
عند تخطيط عملية حيوية، من المهم حساب حجم وسط الاستزراع بشكل صحيح. وهذا يعتمد بشكل مباشر على نوع التخمير:
🔹 Batch
يتم تحميل الدعم بالكامل في بداية العملية.
🔹 Fed-batch
يتم إضافة الوسط بشكل متحكم فيه أثناء التخمير، مما يحسن العائد ويطيل مرحلة الإنتاج.
🔹 Continuous
يتم إضافة وسط الاستزراع بشكل مستمر أثناء استخراج المنتج. للحفاظ على توازن النظام، يلزم إجراء حسابات دقيقة.
كل طريقة لها متطلبات مختلفة من حيث الكمية والتركيز واستراتيجية التغذية.
الخلاصة: الوسط الثقافي هو محور العملية الحيوية.
يتيح الاختيار الصحيح وتركيب وسط التغذية ما يلي:
- زيادة الإنتاجية
- خفض التكاليف
- تحسين قابلية التكرار
- تسريع عملية التخمير
- تعزيز العمليات المستدامة والفعالة
نحن في Techmi Group ندرك أن العملية الحيوية المثلى تبدأ قبل وقت طويل من تنشيط المفاعل الحيوي. ولهذا السبب، قمنا بتطوير حلول تكنولوجية تتيح التحكم الدقيق في جميع المعلمات التي تؤثر على محصول الثقافات.
إذا كنت ترغب في تحسين عمليات التخمير أو اختيار المفاعل الحيوي المثالي لمختبرك أو منشأتك التجريبية، يسعدنا تقديم المساعدة لك.
لمزيد من المعلومات، يرجى زيارة: www.techmigroup.com