انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

تصميم المخمر

Share |
الكلية كلية العلوم     القسم قسم علوم الحياة     المرحلة 4
أستاذ المادة ايمان محمد جار الله مسير       5/31/2011 8:34:37 AM

 

وظيفة التخمر:-

 

        لتهئية بيئة مثلى لأي عملية مايكروبايولوجية . وهنالك انواع من المخمرات : مخمرات لاهوائية ، مخمرات هوائية، والاختلاف الرئيسي بينهما هو :-

 

1- مقدار التهوية      2- عملية الرج المطلوبة

 

اولاً :- المخمرات الهوائية:- هذا النوع من المخمرات يتكون عادة من وعاء مغلق يمكن تعقيمه وتهويته وتحريك محتوياته بخلاط Stirrer ودرجة الحرارة لمكوناته يمكن السيطرة عليها بدقة عالية . وشكل المخمر عادة يكون اسطوانياً مع قاعدة دائرية وسطح داخلي املس مما يسهل غسله والارتفاع يكون من 50%  الى 100% اكثر من القطر .

 

وهنالك مصّدات baffles عادة عددها اربعة تنزل على طول محيط المخمر. والخلط يكون في مركز المخمر وبه دفّة (دافع) أودفتين impeller حسب:-

 

 1- ارتفاع المخمر

 

 2- شدة الرج المطلوبة

 

ويسمح motor الخلاط بسرعة دوران الخلاط تؤدي الى امتصاص 0.9 لتر من الهواء لكل 100 غالون من وسط التخمير في كل ساعة.

 

        ونظام التبريد للمخمر مصمم لإزالة الحرارة الناتجة من عملية الرج والحرارة الناتجة بفعل العمليات الحيوية للاحياء المجهرية وبما يضمن بقاء درجة الحرارة داخل المخمر ثابته فمثلاً 25c° لانتاج البنسليـن، 28 لانتاج streptomycin ، 32 لانتـاج الكحـول 2-3 butylene glycol بفعل بكتريا B.polymyxa.

 

        الهواء المعقم بالترشيح يمر خلال صمام بإتجاه واحد وبسرعة جريان قصوى مقدارها يساوي (حجم الوسط الزرعي في المخمر كل دقيقية) من خلال فتحة موجودة في أسفل قعر المخمر وتقع مباشرة تحت دفة الخلاط، ويخرج الهواء من انبوبة في اعلى المخمر الى الجو. وتعقم هذه الانبوبة دورياً واحياناً توضع فلترات خاصة على هذه الانبوبة  لمنع انتشار الاحياء المجهرية الى الجو من المخمر.

 

        ويحوي الوسط الزرعي على فلترات ، وهو بداخل المخمر ،تتكون فيه رغوة بفعل عمليات الرج ويتم السيطرة على هذه الرغوة بإضافة مواد مانعة لتكوين الرغوة Antifoam:- وهي بالغالب زيوت. وبالتالي يبقى حجم وسط التخمر ثابتاً دون خسارة كرغوة foam واهم صفات مضادات الرغوة هي:-

 

1- تسيطر على الرغوة وتمنع حدوثها.

 

2- يجب ان لاتسهلك من قبل الاحياء المجهرية المستخدمة.

 

3- يجب ان لاتكون سامة للسلالة المستخدمة او في المنتوج النهائي.

 

        كما يوجد انبوب لاخذ العينات مغلق بأثنين من الصمامات A,B. يمتد في وسط التخمير الذي يرج بشده لضمان ان تكون العينة المأخوذة من المخمر ممثله للحالة الكلية للوسط. ويرتبط خط من البخار بالانبوب بين الصمامين. ويعمل البخار الحار على تعقيم الانبوبة بعد كل عملية اخذ نموذج وايضاً منع دخول ملوثات خارجية للمخمر.

 

        ونفس مبدأ التعقيم هذا يكون موجوداً في كل الخطوات التي تشترك مع المخمر ويجب ان تبقى معقمة مثل :-

 

- نقطة اضافة المواد الغذائية   - نقطة اضافة اللقاح inoculum

 

- نقطة اضافة موانع الرغوة   - نقطة نقل وسط التخمير من وعاء الى اخر

 

ويضاف اللقاح الى المخمر بطريقة خاصة تتلخص:-

 

        تنمية الاحياء المجهرية المطلوبة في مخمر صغير يمثل 10% من حجم المخمر الاصلي ومربوط معه وبعد نمو الاحياء في المخمر الصغير الى الكثافة المطلوبة ، يتم ضخ محتويات المخمر الصغير بفعل الهواء المعقم المضغوط الى المخمر الاصلي وباسرع وقت ممكن تفادياً لحدوث نقص في التهوية اثناء عملية المرور بالانابيب الرابطة بين المخمرين وتاثير ذلك على الكائن المجهري

 

 

    

ماء للتبريد

 

حوض water

 

ماء jacket

 

Water in

 

Water out

 

Sampling Jar

 

Aerobic agitator

 

Inoculum and medium

 

Addition tube

 

Fomenter Design

 

مخمر هوائي

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ثانياً:- المخمرات اللاهوائية :-

 

        المخمرات المصممة للتخمرات اللاهوائية تكون مشابهة للمخمرات المعدة للتخمرات الهوائية من حيث التصميم الاساسي فيما عدى الجزء الخاص بالتحريك والتهوية الذي يصبح غير موجود . وتصبح عملية التهوية في حالة كون الاحياء المجهرية من نوع Microaerophilic ضرورية بالمقدار الذي يسمح باعطاء افضل نمو للخلايا وعملية الرج هنا يكون الهدف منها لمزج محتويات التخمر.

 

        وهناك العديد من عمليات التخمير للاهوائية تحتاج الى طور نمو هوائي ابتدائي كما في انتاج Dextan والكحولي 2-3 butyleneglycol والعمليات التالية في الانتاج تحتاج الى ظروف لاهوائية او محدودة التهوية، اما عمليات التخمر اللاهوائية الكلية وهي نادرة ومثال عمليات التخمر لبكتريا الكزاز لانتاج لقاح الكزاز Closteridium tetani

 

Foam production and antifoam

 

        عملية التهوية والرج الميكانيكي للاوساط السائلة يمكن ان تسبب في انتاج الرغوة وخصوصاً في الاوسط الحاوية على تراكيز عالية من البروتينات والببتيدات وعلى العكس من ذلك فان الاوساط التي تتكون اساساً من المكونات السكرية النقية فانها اقل تسبباً للرغوة . البكتريا المحللة للبروتينات تسبب مشاكل في تكوين الرغوة بشكل مستمر بسبب ان تكون الرغوة الناتجة من الببتيدات هي بشكل عام ثابته . وفي الحقيقة فان الميكروبات المستخدمة في عملية التخمر والتي لاتسبب في تكوين الرغوة في الاوساط ذات المحتوى العالي من البروتينات ، فان تكوين رغوة ثابته دليل على حدوث تلوث.

 

        وعلى أي حال فان الرغوة يجب ان يسيطر عليها اذا اردنا ان تكون عملية التخمر سليمة اما اذا لم تتم السيطرة على الرغوة فانها سترتفع وتشمل كل الحيز الفارغ الموجود في اعلى المخمر وقد تخرج الى خارج المخمر عبر فتحة الهواء وهذه الحالة تسبب تلوث محتويات المخمر من قبل الميكروبات التي قد تدخله عبر هذه الظاهرة. وفي حالة كون الرغوة ذات تاثير كبير او حادة فانهما تسبب سلسلة من المشاكل الاخرى منها (مشاكل الرغوة) وهي:-

 

1- ان حجماً معيناً من الوسط يتحول الى رغوة.

 

2- فان وجود الرغوة سيمنع عملية التهوية وسيحدد التبادل الغازي بين الوسط والمحيط فوقه.

 

 

عمل المواد المضادة للرغوة :

 

        ان الطريقة الاعتيادية للسيطرة على الرغوة هي:- باضافة المواد المضادة لها والعوامل المضادة للرغوة تسبب:-

 

1- خفض الشد السطحي

 

2- وكذلك تسبب تقليل في زمن بقاء الفقاعات الهوائية وتجعلها تنفجر بسرعة

 

 

وقت اضافة مضادات الرغوة

 

        مضادات الرغوة يمكن ان تضاف الى الوسط قبل عملية التعقيم او قد تضاف بعد عملية التعقيم او اثنائها هنالك نوعان من مضادات الرغوة هما:-

 

1- مضادات الرغوة الخاملة inert antifoam

 

2- مضادات الرغوة الناتجة من المواد العضوية الخام crude organic compound

 

- والنوع الثاني هي عادة غير فعالة في السيطرة على الرغوة . فاذا اضيفت الى الوسط قبل عملية التعقيم لذلك يجب ان تعقم هذه المواد منفردة ثم تضاف الى المخمر وقت الحاجة وعندما تحدث الرغوة هنالك نقطة مهمة جداً وهي:- إنه يجب اضافة الكمية المناسبة فقط عن مضادات الرغوة للسيطرة عليها  بسبب ان الزيادة في الكمية المضافة قد تكون ذات تاثير سام على الاحياء المستعملة في عملية التخمير ، وهي فوق ذلك تصبح غير فعاله في السيطرة على الرغوة التي يمكن ان تحدث لاحقاً.

 

وتكون مضادات الرغوة هي في الغالب صعبة التعقيم وبالاخص عندما تكون ذات طبيعة عضوية والسبب في ذلك هو:-

 

1- بسبب تحملها الضعيف للحرارة . (أي تفككها بالحراة)

 

2- وكذلك انتقال الحرارة خلالها

 

ولهذا يجب ان تتأكد من ان التعقيم المستعمل يعقم ايضاً مضادات الرغوة بعيداً عن التاثير على حيوية الميكروبات المستعملة .

 

مضادات الرغوة المتكونة من المواد العضوية هي على انواع عديدة منها:-

 

1- الزيوت النباتية

 

2- الزيوت الحيوانية

 

        وكثيراً ما تستعمل lard oil و corn oil وزيت فول الصويا، او السلاسل الطويلة من الكحولات ، او octadecanol

 

        كذلك يمكن استخدام خليط من الزيوت والكحولات للسيطرة على الرغوة فمثلاً:-

 

Lard oil يخلط مع octadccanol في عملية تصنيع البنسلين

 

مضادات الرغوة قد تزود الوسط ببعض المواد الغذائية مثل:- الحوامض الشحمية ، كما هي الحالة في المخمر لجنس Streptomyces ومن الحوامض الشحمية ايضاً، يمكن ان تخفض PH الوسط وهذا يجب ان يؤخذ بنظر الاعتبار.

 

-   اما استعمال مضادات الرغوة الخاملة كما هي الحال في استعمال مركبات السليكون وهي الطريقة المناسبة و المثالية للسيطرة على الرغوة ، لكن هذه المواد غالية جداً وبالاخص في حالة استعمالها بكميات كبيرة، ان التاثير لبوحيد لمثل هذه المواد :- هو انها تسيطر على الرغوة فقط ولايمكن استهلاكها من قبل الميكروبات .

 

-       كذلك فهي ليس لها طبيعة سمية .

 

    وهذه المواد يمكن ان تضاف الى المخمر قبل التعقيم ، ويستمر تأثيرها لحد ما بعد التعقييم على الرغم من انه يمكن احياناً ان تحتاج الى بعض منها خلال عملية التخمر. ان مضادات الرغوة الخاملة ذات تاثير كبير في حالة الابحاث الاولية في عمليات التخمر الجديدة! لانها تسمح بدراسة التخمر بغياب السموم او المواد الغذائية الناتجة باضافة المواد المسيطرة على المواد الخام . وعندما تحتاج الى مضادات الرغوة المخمر فأن عملية الاضافة تتم بطريقتين هما:- (عملية اضافة مضادات الرغوة)

 

1. طريقة يدوية   Manally

 

2. طريقة كهربائية  electrically

 

الطريقة العملية الاولى:- تحتاج الى شخص يلاحظ باستمرار التخمر. ويحدد الوقت المناسب لاضافة مضادات الرغوة كلما دعت الحاجة الى ذلك .

 

اما الاضافات بالطريقة الكهربائية :- هي في الغالب بسيطة ومفضلة ! بسبب كونها عملية اوتوماتيكية ولاتحتاج الى جهد وانتباه قليل . وتتم العملية بان يربط المخمر باجهزة حساسة تحدد الوقت والاضافة، بسبب تكون الرغوة داخل المخمر والعملية بسيطة ، تكون بربط قطبين باعلى سطح المخمر وتتدلى قليلاً في فضاء المخمر القطبان الى مضخة، تربط هذه مع خزان به مضادات الرغوة معقمة. وعندما ترتفع الرغوة المخمر فانها سوف تلامس القطبين وتسمح بمرور التيار الكهربائي بين القطبين وتحفز المضخة على اضافة مضادات الرغوة وبالتالي تقلص الرغوة بعيداً عن القطبين ويستطيع الاتصال وتتوقف عملية اضافة مضادات الرغوة .

 

 

 

 

 


المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
download lecture file topic