بحث تطبيقي لمزيل رغوة البولي إيثر في عملية تخمير الأحماض الأمينية
1. المقدمة
تعد عملية تخمير الأحماض الأمينية عملية إنتاجية مهمة في مجال التكنولوجيا الحيوية، وتستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل الأغذية والأدوية والأعلاف. ومع ذلك، في عملية التخمير، بسبب الأنشطة الأيضية للكائنات الحية الدقيقة وعمليات التهوية والتحريك، سيتم إنتاج كمية كبيرة من الرغوة حتما. إن وجود الرغوة لن يشغل الحجم الفعال لخزان التخمير فحسب، بل يقلل من كفاءة التخمير، وقد يؤدي أيضًا إلى زيادة خطر التلوث البكتيري، مما يؤثر على إنتاجية وجودة الأحماض الأمينية. البحث في تطبيقات مزيلات الرغوة المصنوعة من مادة البولي إيثر كنوع شائع الاستخداممزيل الرغوةفي تخمير الأحماض الأمينية له أهمية كبيرة.
2. نظرة عامة على عملية التخمير
2.1 درجة حرارة التخمير
تم ضبط درجة حرارة تخمير الأحماض الأمينية في هذه الدراسة عند 37 درجة مئوية، وهي قريبة من درجة حرارة جسم الإنسان. هذه الدرجة الحرارية المحددة ليست محددة بشكل تعسفي، بل تم تحسينها وفحصها من خلال العديد من التجارب الصارمة والمنهجية، والاختبار المتكرر، والمقارنة، والتحليل التفصيلي لمختلف تدرجات درجات الحرارة. من بين العديد من درجات الحرارة البديلة، تبرز 37 درجة مئوية وقد ثبت أنها حالة درجة حرارة رئيسية مناسبة للغاية لنمو الميكروبات والتمثيل الغذائي. في بيئة درجة الحرارة هذه، تعمل أنظمة الإنزيمات المختلفة المشاركة في تخليق الأحماض الأمينية كمحركات فعالة يتم تنشيطها، والحفاظ على مستوى عالٍ من النشاط وتحفيز تفاعلات تخليق الأحماض الأمينية بشكل مستمر ومستقر. في الوقت نفسه، تحت تغذية هذه الدرجة الحرارية، يبدو أن عملية نمو وتكاثر الخلايا الميكروبية قد دخلت قناة عالية السرعة، بالسرعة المناسبة تمامًا، ولا تكون سريعة جدًا وتتسبب في استهلاك سريع للمغذيات واختلال التوازن الأيضي، ولا بطيئة جدًا وتؤثر على كفاءة تخليق الأحماض الأمينية. إن الاتجاه المثالي لنمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة يشبه بناء أساس متين ومستقر بعناية لتخليق الأحماض الأمينية بكفاءة، وتعزيز التقدم المستمر لتفاعلات تخليق الأحماض الأمينية على مسار فعال ومنظم، ووضع أساس متين للحصول على إنتاج كبير من الأحماض الأمينية ومنتجات عالية الجودة في المستقبل. إنه أحد العناصر الأساسية الحاسمة في عملية تخمير الأحماض الأمينية بأكملها.
2.2 مدة التخمير وتغير الرغوة
ال تستمر عملية التخمير بأكملها ل42 ساعة. بعد حوالي 9 ساعات من بدء التخمير، تبدأ الرغوة في الإنتاج، ويرجع ذلك أساسًا إلى إفراز الكائنات الحية الدقيقة لبعض المستقلبات النشطة على السطح أثناء عملية النمو الأولية، وفي الوقت نفسه، تعمل التهوية والتحريك على جعل سائل الثقافة على اتصال كامل بالهواء، مما يشكل الشكل الجنيني للرغوة. مع تقدم عملية التخمير، تصل الرغوة إلى ذروتها خلال 15-21 ساعة. في هذه المرحلة، يدخل النمو الميكروبي في المرحلة اللوغاريتمية، ويصبح التمثيل الغذائي قويًا. تزداد كمية المادة الخافضة للتوتر السطحي الناتجة. كما يعزز التأثير المستمر لحجم التهوية وكثافة التحريك التراكم الهائل للرغوة. ومع ذلك، بعد 30 ساعة، ومع دخول التخمير تدريجيا إلى فترة مستقرة ومتناقصة، تباطأ التمثيل الغذائي للميكروبات وانخفضت الرغوة تدريجيا.
3. تحضير وإضافة مزيلات الرغوة
3.1 تحضير مزيل الرغوة:
مزيل الرغوة من البولي إيثر يتم تخفيفه أولاً بالماء إلى تركيز 3٪، ثم يتم تخزينه في خزان مزيل الرغوة المخصص. بعد معالجة التخفيف هذه، تم تحسين سيولة مزيل الرغوة وقابليته للتشتت بشكل كبير، مما يوفر راحة كبيرة للإضافة الدقيقة اللاحقة إلى خزان التخمير، مما يضمن بشكل فعال إزالة الرغوة في الوقت المناسب وبشكل موحد أثناء عملية تخمير الأحماض الأمينية، ويضمن بشكل فعال استقرار وكفاءة عملية التخمير.
3.2 طريقة الجمع:
خلال عملية التخمير بأكملها، يتم استخدام جهاز ضخ متخصص لحقن مزيل الرغوة المخفف بدقة وبشكل مباشر في خزان التخمير. يجب التحكم في الوقت المحدد وكمية إضافة مزيل الرغوة بدقة وتعديلها بمرونة وفقًا للوضع الفعلي لإنتاج الرغوة في عملية التخمير. بهذه الطريقة فقط يمكننا تحقيق الهدف الأساسي المتمثل في القضاء على الرغوة بشكل فعال وتجنب التراكم المفرط للرغوة من التأثير على العملية الطبيعية للتخمير، وفي الوقت نفسه، منع أي شكل من أشكال التدخل السلبي أو التأثير الضار على الروابط الرئيسية مثل نمو الميكروبات والتمثيل الغذائي وتخليق الأحماض الأمينية في عملية التخمير بسبب الإضافة المفرطة لـمزيل الرغوةأو توقيت الإضافة غير المناسب، وذلك لضمان التقدم الشامل والمستقر والفعال والمنظم لعمليات التخمير، ووضع أساس متين لإنتاج الأحماض الأمينية عالية الجودة.
4. الركيزة والإجهاد
4.1 الركيزة التخمير:
تحتوي الركيزة على مكونات متعددة، من بينها الجلوكوز الذي يعد المصدر الرئيسي للكربون لنمو الميكروبات وتخليق الأحماض الأمينية، حيث يوفر الطاقة والهيكل الكربوني اللازم لتخليق الخلايا والتمثيل الغذائي. يعتبر النيتروجين الكلي مصدرًا مهمًا للمواد الخام للكائنات الحية الدقيقة لتخليق الجزيئات الحيوية المحتوية على النيتروجين مثل البروتينات والأحماض النووية. يتم تصنيع سكر النشا من الذرة ويمكنه إطلاق الجلوكوز ببطء للحفاظ على إمداد ثابت من مصدر الكربون أثناء التخمير. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يحتوي أيضًا على مغذيات أخرى مثل الفيتامينات والمعادن وما إلى ذلك، والتي تلعب دورًا لا غنى عنه في الحفاظ على النمو الطبيعي والوظائف الأيضية للكائنات الحية الدقيقة.
4.2
تعتمد أنواع مختلفة من إنتاج الأحماض الأمينية على سلالات بكتيرية محددة لتحقيقها. أما بالنسبة لإنتاج الليسين، فإن البكتيريا المنتجة لليسين هي بلا شك السلالات الأساسية. في ظل ظروف التخمير المحددة التي تلبي احتياجاتها للنمو والأيض، يمكن لبكتيريا الليسين أن تمتص بشكل كامل وتستفيد بكفاءة من العناصر الغذائية المختلفة الموجودة في الركائز. بفضل نظامها الأيضي الفريد والمعقد، تخضع بشكل منهجي لسلسلة من الخطوات الأيضية الدقيقة والمترابطة ومسارات التفاعل الكيميائي الحيوي، وتحويل المواد الموجودة في الركائز وتوليفها تدريجيًا إلى المنتج المستهدف الليسين، مما يوفر أساسًا بيولوجيًا متينًا وموثوقًا به ودعمًا فنيًا رئيسيًا للإنتاج الصناعي لليسين.
5. مقارنة تطبيقات مزيلات الرغوة المصنوعة من البولي إيثر
5.1
عند تطبيق أول مزيل رغوة بولي إيثر في إنتاج تخمير اللايسين، وجد أن استهلاكه للوحدة كان 3.2 كجم / طن، وهو ما يتجاوز متطلبات استخدام أقل من 3.0 كجم / طن من مزيل الرغوة لكل طن من اللايسين المنتج. من المرجح أن يؤدي مثل هذا الاستهلاك العالي للوحدة إلى زيادة تكاليف الإنتاج بشكل كبير، وفي الوقت نفسه، بسبب الإضافة المفرطة لمزيلات الرغوة، من المرجح أن تمارس درجة معينة من التأثير المثبط على عملية التخمير بأكملها. قد تتداخل مكونات مزيل الرغوة المفرطة مع النفاذية الطبيعية لأغشية الخلايا الميكروبية ضمن نطاق معين، وتعطل توازن تبادل المواد ونقل المعلومات داخل وخارج الخلايا الميكروبية، وبالتالي تتداخل مع الأنشطة الأيضية الفسيولوجية المختلفة للكائنات الحية الدقيقة وتعوقها. في النهاية، سيكون لها تأثير سلبي على محصول التوليف وجودة منتج اللايسين، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة وجودة إنتاج التخمير.
5.2
الاستهلاك الوحدة الثانيةمزيل الرغوة من البولي إيثرخلال نفس عملية تخمير اللايسين هو 2.4 كجم / طن، وهو أقل من الكمية المطلوبة. بالمقارنة مع مزيل الرغوة الأول، تم تقليل جرعة مزيل الرغوة بنسبة 15٪. توضح هذه البيانات تمامًا الأداء المتفوق لمزيل الرغوة الثاني من حيث عرض تأثير إزالة الرغوة والتحكم الدقيق في الجرعة. لا يمكنه فقط التحكم بدقة وكفاءة في الرغوة في عملية التخمير، والحفاظ على كمية الرغوة عند مستوى مناسب، وتقليل التدخل الضار للرغوة في عملية التخمير، ولكن أيضًا تجنب سلسلة من المشاكل السلبية الناجمة عن الاستخدام المفرط لمزيل الرغوة بشكل فعال، مثل التأثير على البيئة الأيضية الميكروبية، وإعاقة عملية تخليق اللايسين وما إلى ذلك، وبالتالي توفير دعم قوي لتحسين كفاءة تخمير اللايسين وتحسين جودة المنتج. من منظور التكلفة الاقتصادية، تم تقليل استهلاك مزيلات الرغوة، مما أدى إلى تقليل تكاليف الإنتاج بشكل مباشر؛ من منظور العملية، فهو يضمن استقرار واستمرارية عملية التخمير، ويقلل من خطر تقلبات العملية الناجمة عن مزيلات الرغوة، وله مزايا بارزة من المنظورين الاقتصادي والعملي. إنه يوفر حلاً أكثر قيمة لتطبيق مزيل الرغوة من أجل التشغيل المكرر والفعال لصناعة تخمير الأحماض الأمينية.
خاتمة
مزيلات الرغوة المصنوعة من البولي إيثرتلعب دورًا حاسمًا في عملية تخمير الأحماض الأمينية. من خلال دراسة معلمات عملية التخمير، وإعداد وإضافة مزيلات الرغوة، وسلالات الركيزة، وتأثيرات تطبيق مزيلات الرغوة المختلفة، فمن المعروف أن الاختيار العقلاني لمزيلات الرغوة البولي إيثرية أمر بالغ الأهمية لتحسين الفوائد الاقتصادية وجودة المنتج من تخمير الأحماض الأمينية. في هذه الدراسة، أظهر مزيل الرغوة البولي إيثر الثاني إمكانات أكبر للتطبيق بفضل استهلاكه المنخفض للوحدة وتأثيره الجيد في إزالة الرغوة. يمكن للأبحاث المستقبلية استكشاف آلية عمل مزيلات الرغوة المصنوعة من البولي إيثر بشكل أكبر، وتحسين تركيباتها وظروف تطبيقها، من أجل تلبية الاحتياجات المتطورة لصناعة تخمير الأحماض الأمينية بشكل أفضل.
