بیوسنتز استیک اسید (سرکه) بوسیله گلوکونوباکتر ، استوباکتر

فرمنتاسیون و بازیافت استیک اسید - بیوتکنولوژی

استیک اسید/ سرکه :

سرکه در فرهنگ های متعددی برای اسیدی کردن و نگهداری سبزیجات، سالادها، برنج و سایر محصولات غذایی استفاده می شود. استفاده از سرکه در این غذاها و نوشیدنی ها به دوران باستان بر می گردد. سرکه قبلا و درحال حاضر از عصاره ی میوه های تخمیر شده مانند شراب تهیه شده و می شود. در قرن نوزدهم، یک پروسه ی تثبیت در فرانسه توسعه داده شد که در این پروسه شراب رقیق شده به صورت قطره قطره روی صفحات چوبی آغشته به باکتری های استیک اسید چکیده می شد. لوئیس پاستور در سال 1868 موفق به تعیین شرایط انتخابی رشد باکتری های استیک اسید شد و اساس تولید تکنولوژیکی مدرن سرکه را پایه گذاری کرد.

مشخصات و ویژگی های استیک اسید - بیوتکنولوژی
مشخصات و ویژگی های استیک اسید

امروزه، سرکه را از طریق فرمنتاسیون اتانول توسط Acetobacter تولید می کنند. اگر شراب به عنوان ماده ی اولیه استفاده شود محصول سرکه ی شراب یک محلول 6% استیک اسید در آب با 8/4=pH می باشد و اگر از اتانول اصلاح شده استفاده شود، غلظت سرکه 5% می باشد. تولید سالانه ی سرکه در ایالات متحده ی آمریکا حدود 750 میلیون لیتر یا 750000 تن می باشد. استیک اسید گلاسیال (با خلوص 99.7 %) یک ماده ی شیمیایی مهم است که از طریق اکسیداسیون کاتالیتیکی اتیلن تولید می شود و pKa آن 6/5 است. در ایالات متحده، کلسیم منیزیم استات با نام تجاری Cryotech CMA (نقطه ذوب °C 7/7-) برای باندهای فرودگاه استفاده می شود به دلیل اینکه در مقایسه با سدیم کلراید خورندگی کمتری دارد. CMA ی تولید شده از نشاسته ی ذرت به عنوان ضدیخ سبز (green antifreeze) مطرح می باشد (Nicer De-Icer).

ارگانیسم های بیوسنتز کننده ی استیک اسید :

تنها تعداد کمی از گونه های گلوکونوباکتر و استوباکتر می توانند از طریق اکسیداسیون نیمه نهایی، استیک اسید را به اتانول اکسید کنند. طبقه بندی تاکسونومیک این گونه ها به دلیل تغییر سریع فنوتیپ حین رشد، کامل شده است و معمولا از طریق 16S RNA تایپینگ انجام می شود، اخیرا از آنالیز پروفایل پلاسمید ها نیز برای طبقه بندی استفاده می شود. اکسیداسیون اتانول از طریق یک سلسله واکنش متوالی الکل دهیدروژناز و آلدئید دهیدروژناز صورت می گیرد که هر دو آنزیم از آنزیم های متصل به غشا هستند و دارای پیرولوکوئینولین کوئینون به عنوان گروه های پروستتیک می باشند. آلدئید دهیدروژناز یک رزیدوی هم نیز دارد. این آنزیم ها الکترون های حاصل از اکسیداسیون اتانول را از طریق یوبیکوئینون به یک اکسیداز متصل به غشا انتقال می دهند. این باکتری ها حین رشد از طریق گلیکولیز، مسیر KDPG و همینطور از طریق سیکل سیتریک اسید، گلوکز را به پیروات متابولیزه می کنند. هر دو سویه شدیدا حساس به فقدان اکسیژن هستند. یک وقفه ی چند دقیقه ای در تامین اکسیژن منجر به کاهش شدید اکسیداسیون اتانول می شود. اگر اتانول تمام می شود، استیک اسید در حضور اکسیژن به دی اکسید کربن اکسید می شود.

ارگانیسم های بیوسنتز کننده ی استیک اسید - بیوتکنولوژی
ارگانیسم های بیوسنتز کننده ی استیک اسید

فرمنتاسیون و بازیافت استیک اسید :

برای تولید تکنیکی استیک اسید Acetobacter.sp به کار گرفته می شود. این میکروارگانیسم در مخلوطی از شراب رقیق شده یا اتانول اصلاح شده و سایر مواد مغذی کشت داده می شود و بیش از 60gL-1 استیک اسید تحت شرایط هوادهی قوی تولید می شود البته هوادهی به گونه ای باید باشد که مانع از اکسیداسیون بیشتر استیک اسید شود. این پروسه به صورت فرمنتاسیون نیمه خوراک دهی مکرر انجام می شود زمانیکه غلظت اتانول به حدود 2/0% کاهش یافت (از طریق سنسور اتانول غلظت آن اندازه گیری می شود) مقدار معینی از مایع فرمانتور خارج می شود و با ماده اولیه ی تازه جایگزین می گردد. از آن جایی که هوادهی بسیار هموژن ضروری است، استیررهای بسیار کارا استفاده می شوند. تولید اسید به سرعت آغاز می شود که همراه با تولید حرارت می باشد و توسط تهویه کننده، حرارت مازاد خارج می شود.

فرمنتاسیون و بازیافت استیک اسید - بیوتکنولوژی
فرمنتاسیون و بازیافت استیک اسید

متوسط تولید در یک راکتور  100m3 با استفاده از این پروسه حدود 6.1gL-1h-1  می باشد. با استفاده از محیط های استارتر خاص و ردیابی و کنترل مناسب پروسه محلول 17.5% سرکه طی  70-50 به دست می آید. محلول غلیظ تر (تا 21%) که در صنایع کنسروسازی استفاده می شود از طریق ادامه دار کردن پروسه تا 45-55 ساعت به دست می آید. زمانیکه غلظت استیک اسید به 20% رسید باکتری های استیک اسید می میرند و فرمنتاسیون به پایان می رسد. سرکه ی خام فیلتر می شود و با استفاده از پروسه ی غشایی خالص سازی می شود، پاستوریزه می گردد و به محلول 6-5% سرکه رقیق سازی و روانه ی بازار می شود. در میان طرح های رایج تولید سرکه مدل Frings Acetator رایج تر است.

سایر پروسه ها، مانند فرمنتاسیون پیوسته با بازیافت سلول یا استفاده از باکتری های استیک اسید تثبیت شده در یک بیوراکتور هوابالابر، گاها تولید بیشتری نشان می دهند ( بیشتر از 100gL-1h-1) اما هنوز جایگاه وسیعی در سطح بازار پیدا نکرده اند. تولید سنتی سرکه ها از طریق فرمنتاسیون آهسته ی انواعی از میوه ها از جمله انگور، شراب ها، آب نارگیل و … طی هفته ها یا ماه ها انجام می شود. یک رایحه ی دلپذیر طی به عمل آمدن سرکه به وجود می آید که ممکن است سال ها طول بکشد مانند سرکه های بالزامیک ایتالیا. معمولا، استوباکتر به صورت یک لایه در سرکه باقی می ماند.

سایر پروسه های تولید استیک اسید - بیوتکنولوژی
سایر پروسه های تولید استیک اسید

 

 

نویسنده : طاهره صادقیان _ دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی دارویی _ علوم پزشکی اصفهان

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

همچنین شاید مطالب زیر مورد پسندتان باشد...

افزودن یک دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *