مرق التخمير: نظام متعدد المراحل معقد

مرق التخمير هو نظام متعدد المراحل معقد. عادة ما يكون تكوين مرق التخمير بعد التخمير الميكروبي معقدًا ، ومعظمه من الماء ، يليه شذرات ميكروبية أو حيوانية ونباتية وكمية صغيرة من وسط زراعة غير مستخدم. بالإضافة إلى ذلك ، هناك كمية معينة من المستقلبات. قد يؤثر وجود هذه المواد على تأثير الترشيح.

1. الخصائص الرئيسية لمرق التخمير:

فهم هذه الخصائص من مرق التخمير له أهمية كبيرة لاختيار أساليب ومعدات الترشيح المناسبة وتحسين عمليات الترشيح. في التشغيل الفعلي ، يجب اتخاذ تدابير مقابلة وفقًا للظروف المحددة للحصول على منتجات مستهدفة عالية الجودة. بشكل عام ، تتجلى خصائص مرق التخمير بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

(1) تركيبة معقدة: مرق التخمير هو نظام متعدد المراحل يحتوي على مرحلتين ، صلبة وسائلة. من بينها ، تشمل المكونات الصلبة البكتيريا ووسط الاستنبات الصلب غير المستخدم ، وتشمل المكونات السائلة كمية كبيرة من الماء والمواد الأخرى المذابة في الماء. بالإضافة إلى ذلك ، قد يحتوي مرق التخمير أيضًا على مواد أخرى مثل المادة المعلقة والجسيمات والبروتينات وأيونات المعادن وما إلى ذلك.

(2) تركيز منخفض للمنتج المستهدف: عادة ما يكون تركيز المنتج المستهدف في التخمير منخفضاً ، في الغالب مرق-، وهو أيضًا سمة مهمة لترشيح مرق التخمير. نظرًا لأن تركيز المنتج المستهدف منخفض ، يجب إزالة الشوائب والمواد المتداخلة الأخرى قدر الإمكان أثناء عملية الترشيح للحصول على منتج مستهدف عالي النقاء.

(3) يحتوي على كمية كبيرة من الماء: يحتوي مرق التخمير عادة على كمية كبيرة من الماء ، وذلك لأن كمية كبيرة من الماء مطلوبة أثناء نمو واستقلاب الكائنات الحية الدقيقة. لذلك ، يجب إزالة كمية كبيرة من الماء أثناء عملية الترشيح للحصول على تركيز عالٍ من المنتج المستهدف.

(4) قد تحتوي على جزيئات بأحجام وأشكال مختلفة: قد يحتوي مرق التخمير على جزيئات بأحجام وأشكال مختلفة ، والتي قد تكون ناجمة عن تحلل البكتيريا ، تحلل متوسط الثقافة الصلبة ، إلخ. قد تؤثر هذه الجسيمات على تأثير الترشيح ، لذلك يجب معالجتها أو إزالتها.

(5) يحتوي على مواد نشطة بيولوجيًا: يحتوي مرق التخمير على العديد من المواد النشطة بيولوجيًا ، مثل الإنزيمات والسيتوكين وما إلى ذلك. قد تؤثر هذه المواد على وسط المرشح ، لذلك يجب الانتباه إلى اختيار ومعالجة وسط المرشح أثناء عملية الترشيح.

2. طرق المعالجة المسبقة من مرق التخمير:

أو. تقليل اللزوجة السائلة

يمكن تحقيق تقليل اللزوجة السائلة عن طريق التسخين والتخفيف بالماء. طريقة التسخين هي تقليل لزوجة مرق التخمير عن طريق تسخينه. زيادة درجة حرارة مرق التخمير يمكن أن يقلل بشكل فعال من لزوجة السائل ، وسوف يتخثر البروتين أيضًا لتشكيل جزيئات كبيرة من الجلطات ، وتم تحسين خصائص الترشيح في مرق التخمير بشكل أكبر. ومع ذلك ، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التدفئة والوقت لتجنب التأثير على نشاط المنتج المستهدف وانقسام الخلايا الذاتي. طريقة إضافة الماء هي تقليل لزوجة مرق التخمير بإضافة الماء لتخفيفه. هذه الطريقة يمكن أن تقلل من لزوجة مرق التخمير إلى حد ما ، ولكنها في الوقت نفسه تزيد من حجم مرق التخمير وتقلل من تركيز المنتج المستهدف ، الذي يجب أن يتم وزنه وفقًا للحالة الفعلية.

أو. تعديل قيمة الرقم الهيدروجيني

يمكن تحسين خصائص الترشيح عن طريق ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني. المواد amphilic مثل الأحماض الأمينية والبروتينات يمكن ترسيبها وإزالتها عند نقطة isoelectric. عن طريق تغيير درجة التأين وخصائص الشحن للمادة ، تتأثر قابلية ذوبان المواد مثل جدران الخلايا الميكروبية والبروتينات ، وبالتالي تحسين خصائص الترشيح. أثناء الترشيح الغشائي ، يمكن لتعديل قيمة الرقم الهيدروجيني تغيير خصائص الشحن للجزيئات الممتزة بسهولة وتقليل انسداد الغشاء وتلوثه. عند قيمة الرقم الهيدروجيني المناسبة ، ستميل الخلايا وشقوق الخلايا وبعض المواد الغروية إلى التلبد وتشكيل جزيئات أكبر ، مما يساعد على عملية الترشيح.

أو. مفاعل إضافة

إضافة المواد المتفاكة وبعض الأملاح القابلة للذوبان إلى مرق التخمير لا يؤثر على المنتج المستهدف ، ويمكن أن يتفاعل مع الشوائب لتشكيل رواسب غير قابلة للذوبان ، التي يمكن أن تقضي على تأثير بعض الشوائب في مرق التخمير على الترشيح وتحسين معدل الترشيح.مثل CaSO4 ، AlPO4 ، إلخ. يمكن أن يمنع المترسب الناتج الميسيليوم من الالتصاق معًا ، مما يجعل الميسيليوم يحتوي على بنية كتلة. يمكن أيضًا استخدام الراسب كعامل مساعد للمرشح ، ويمكنه تقوية الغرويات والمواد المعلقة لتحسين أداء الترشيح. في منتجات التخمير مع السكريات كمصادر كربون ، يحتوي مرق التخمير على السكريات غير القابلة للذوبان ، والتي يتم تحويلها إلى السكريات الأحادية بواسطة الإنزيمات لزيادة معدل الترشيح.

أو. إضافة مرشح الإيدز

المادة المعلقة مثل الخلايا الجرثومية والبروتينات المتخثرة في مرق التخمير غالبًا ما تكون صغيرة وسهلة التشويه. يمكن أن يتسبب الترشيح المباشر بسهولة في حظر ثقوب المرشح لوسائط التصفية مثل قماش المرشح ، مما يؤدي إلى صعوبات في الترشيح. من أجل تحسين سرعة مرق التخمير ، عادة ما تضاف مساعدات الترشيح أثناء المعالجة المسبقة لمرق التخمير. أدوات التصفية عبارة عن جزيئات مسامية غير قابلة للانضغاط يمكنها تخفيف كعكة المرشح وزيادة معدل الترشيح. يتم امتصاص عدد كبير من الجسيمات الغروية الدقيقة في التعليق على سطح أداة المرشح ، مما يغير هيكل كعكة المرشح. يتم تقليل مقاومة الترشيح. تشمل وسائل مساعدة المرشحات المستخدمة عادة المعادن غير المعدنية مثل الأرض الدياتومي ، ومسحوق البيرلايت ، والكربون المنشط ، ورمال الكوارتز ، ومسحوق الأسبستوس والطين. والمواد العضوية مثل السليلوز (مثل نشارة الخشب وقصب السكر) النشا. مساعدات التصفية المعدنية لها تأثيرات تصفية جيدة. لكنها تؤثر على الاستخدام الشامل للكعك مرشح. على سبيل المثال ، يتم تقليل محتوى البروتين بعد إضافة مساعدات التصفية المعدنية إلى كعكة مرشح البكتيريا. هناك بشكل عام ثلاث طرق لاستخدام أدوات التصفية: أحدها هو طلاء مساعد المرشح مسبقًا على سطح وسيط المرشح ، والآخر هو إضافته مباشرةً إلى سائل التخمير ، أو كلا الطريقتين يمكن استخدامها في نفس الوقت. عند اختيار واستخدام وسائل مساعدة المرشح ، يجب تحديد النوع وحجم الجسيمات ومقدار إضافة أداة المرشح وفقًا للمنتج المستهدف ومتوسط المرشح وظروف الترشيح.

أو. التخثر والتلبد

يمكن أن يؤدي استخدام تقنية التخثر والتلبد إلى تغيير حالة تشتت الخلايا وشتلات الخلايا والجزيئات الكبيرة المذابة بشكل فعال ، وتدمير استقرارها ، وتجمعها إلى جسيمات أكبر قابلة للفصل لزيادة معدل الترشيح وتسهيل الفصل ؛ في نفس الوقت ، فإنه يمكن أيضا إزالة الشوائب بشكل فعال مثل البروتينات والشوائب الصلبة وتحسين نوعية الترشيح. يشير التلبد إلى عملية تشكيل الندفات الخشنة للجسيمات الغروانية القائمة على الربط في وجود ندفات بوليمر معينة. إنها عملية تعتمد على التجميع المادي. الندف هو بوليمر قابل للذوبان في الماء مع وزن جزيئي نسبي من عشرات الآلاف إلى عشرة ملايين. لديها بنية سلسلة طويلة وتحتوي على العديد من المجموعات الوظيفية النشطة على روابط السلسلة. يتم امتصاصها بقوة على سطح الجسيمات الغروانية من خلال الجاذبية الكهروستاتيكية ، قوة فان دير والس أو الترابط الهيدروجيني. يشير التخثر إلى الظاهرة التي يصبح فيها النظام الغرواني غير مستقر بسبب تقليل إمكانات تنافر الطبقة المزدوجة تحت تأثير الملح المحايد. عند إضافة إلكتروليت معين إلى التعليق الغرواني ، تتناقص الإمكانات بسبب الحد من التنافر الكهربائي ثنائي الطبقة بين الجسيمات الغروية تحت تأثير أيونات الإلكتروليت المشحونة مغايرة ، مما يجعل النظام الغرواني غير مستقر (غير مستقر). تتصادم الجسيمات الغروية مع بعضها البعض وتتجمع في المجاميع بحجم 1 مم.

العوامل التي تؤثر على تأثير التلبد هي كما يلي:

(1) نوع وجرعة الندف: يؤثر نوع وجرعة الندف على تأثير الندف. أنواع مختلفة من الندف لها آليات عمل مختلفة ونطاق التطبيق. من الضروري اختيار النوع المناسب من الندف وفقًا للحالة الفعلية. في الوقت نفسه ، ستؤثر جرعة الندف أيضًا على تأثير التلبد. قليل جدًا أو كثير جدًا من الندف سيكون له تأثير سلبي على تأثير التلبد.

(2) وقت التفاعل ودرجة الحرارة: سيؤثر وقت رد الفعل ودرجة حرارة الندف وسوائل التخمير أيضًا على تأثير التلبد. بشكل عام ، يستغرق رد فعل التلبد قدرًا معينًا من الوقت لإكماله. قد يؤدي وقت رد الفعل القصير جدًا إلى التلبد غير الكافي. في الوقت نفسه ، ستؤثر درجة الحرارة على النشاط ومعدل رد الفعل للندف. درجة حرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا لا تؤدي إلى تأثير التلبد.

(3) خصائص وتكوين مرق التخمير: ستؤثر خصائص وتكوين مرق التخمير أيضًا على تأثير التلبد. درجة الحموضةالقيمة والقوة الأيونية وحجم وشكل الجسيمات المعلقة في مرق التخمير سوف تؤثر على تأثير التلبد. بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤثر المواد الجزيئية مثل البروتينات وعديد السكريات الموجودة في مرق التخمير أيضًا على تأثير التلبد.

(4) ظروف التحريك والترشيح الميكانيكية: تعد ظروف التحريك والترشيح الميكانيكية من العوامل المهمة التي تؤثر على تأثير التلبد. التحريك الميكانيكي المناسب يمكن أن يعزز التشتت وامتصاص الندبات في مرق التخمير ويحسن تأثير التلبد. ستؤثر ظروف الترشيح على فصل وتجميع منتجات التلبد ، وقد تؤدي ظروف الترشيح غير المناسبة إلى تأثير التلبد الضعيف. باختصار ، بغض النظر عما إذا كان المنتج الذي نحتاجه داخل الخلايا أو خارج الخلية ، يجب علينا أولاً معالجة مرق التخمير وفصل الصلبة والسائلة قبل الشروع في العمليات اللاحقة. الطرق المذكورة أعلاه لها خصائصها الخاصة ، وعادة ما يتم استخدام عدة طرق مجتمعة لتحسين كفاءة معالجة مرق التخمير.