دانلود مقاله تولید SCP از متانول، راه حل بیوتکنولوژی برای معضل کمبود خوراک دام و طیور

اختصاصی از زد فایل دانلود مقاله تولید SCP از متانول، راه حل بیوتکنولوژی برای معضل کمبود خوراک دام و طیور دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مشکل کمبود آب در سطح جهان و به تبع آن خشکسالی و از بین رفتن منابع طبیعی،‌ باعث شده است که کمبود علوفه و غذای دام، به یکی از مهمترین دغدغه‌های صنعت دامپروری بدل شود. بیوتکنولوژی می‌تواند با تولید پروتئین‌های افزودنی نظیر SCP، ضایعات غنی شده، اسیدهای آمینه و آنزیم‌های کمک‌هضم‌کننده و همچنین با طراحی و تهیه علوفه‌های بهتر با استفاده از تغییر ژنتیکی گیاهان و تعادل اسیدهای آمینه، نیازهای تغذیه‌ای دام و کمبودهای آن را برآورده سازد. متن زیر مروری کوتاه بر برخی روش‌های تولید پروتئین تکنولوژی یاخته (SCP) دارد که یکی از دستاوردهای بیوتکنولوژی در زمینة غذای دام و طیور است:

تاریخچه
تولید SCP از هیدروکربن‌های نفتی
تولید SCP از متان
تولید پروتئین تک یاخته (SCP) از متانول

تاریخچه

پروتئین تک‌یاخته (SCP) اصطلاحی پذیرفته شده برای توده سلولی میکروبی است که به عنوان غذای انسان و خوراک دام به کار می‌رود. این اصطلاح برای اولین بار در سال 1986 توسط پروفسور کارول ویلسون در انستیتو تکنولوژی ماساچوست (MIT)، به کار برده شد. این اصطلاح برای مادة با محتوای پروتئینی کمتر از 65 درصد مناسب نیست و کمیتة تخمیر واحد بین‌المللی شیمی محض و کاربردی، اصطلاح "تودة سلولی تک‌یاخته" را برای چنین مواردی توصیه می‌کند. همچنین مناسب‌تر است، برای تودة سلولی محتوی پروتئین به دست آمده از قارچ، اصطلاح "پروتئین قارچی" که اخیراً در بسیاری از منابع بکارگرفته شده است، استفاده شود.
اولین کنفرانس بین‌المللی در مورد SCP در سال 1967 در انستیتو تکنولوژی ماساچوست برگزار شد. در این زمان بیشتر پروژه‌ها در مراحل آزمایشگاهی بود. در کنفرانس دوم که در سال 1973 برگزار شد، بسیاری از کمپانی‌ها در کشورهای مختلف تولید SCP را در مقیاس صنعتی شروع کرده بودند.
تولید SCP از مخمر تورولا برای اولین بار در جنگ جهانی اول توسط آلمان‌ها انجام شد. در اواسط سال 1930 و جنگ جهانی دوم، این امر مورد توجه بیشتری قرار گرفت و تولید آن به 15 هزار تن در سال رسید. در سال 1959 تیم تحقیقاتی شرکت نفت بریتانیا مشاهده کرد که میکروارگانیسم مورد مطالعة آنها قادر به رشد بر روی نرمال پارافین است و در سال 1965 واحدی برای تولید SCP به میزان 4000 تن در سال، طراحی و ساخته شد و در نهایت در سال 1976 کارخانه‌ای با ظرفیت صد هزار تن در سال مورد بهره‌برداری قرار گرفت.
در آن زمان، به‌دلیل محتوای بالای اسیدهای هسته‌ای SCP (که بخاطر دستیابی به سرعت رشد بالاتر توسط میکروارگانیسم‌های تک‌سلولی تولید می‌شود)، امکان استفاده از آن در خوراک انسان وجود نداشت. اما شرکت RHM در انگلستان با همکاری شرکت ICI در اواسط دهه 80 میلادی پروتئین میکروبی تحت نام تجارتی Quorn تولید کرد که ساختاری شبیه به گوشت داشته و توسط رشد کپکFusarium graminerarum بر روی مواد نشاسته‌ای تولید می‌شد. این محصول بخاطر استفاده از کپک که بطور طبیعی دارای محتوای اسید هسته‌ای کمتری از باکتری‌ها می‌باشد و بخاطر اضافه کردن یک عملیات برای کاهش RNA در فرآیند تولید صنعتی، دارای محتوای هسته‌ای خیلی پایین می‌باشد و لذا استفاده از آن در خوراک انسان در انگلستان مجاز تشخیص داده شد. تولید اولیه این محصول در سال 1985، 1000 تن در سال بود و از موفقیت اقتصادی برخوردار شد، زیرا بجای کنجاله سویا با سویا و گوشت رقابت می‌کرد.

تولید SCP از هیدروکربن‌های نفتی

هیدروکربن‌های موجود در نفت خام به 5 گروه نرمال‌آلکان‌ها، ایزوآلکان‌ها، آلکان‌ها، سیکلوآلکان‌ها و آروماتیک‌ها تقسیم می‌شوند. در بین این مواد، نرمال‌آلکان‌های مایع به عنوان منبع کربن و انرژی، بیش از همه برای تولید SCP به کار برده شده است.
اولین گزارش در مورد میکروارگانیسم‌های مصرف‌کننده هیدروکربن‌ها در سال 1895 توسط میوشی (Miyoshi) ارائه شد. او مشاهده کرد که قارچ Botrytis cinerea می‌تواند پارافین را جذب کند. پریر Perrier در سال 1913 استفاده هیدروکربن‌ها توسط مخمرها را اعلام نمود.
طی جنگ جهانی دوم، مقالاتی در مورد توسعة میکروبیولوژی نفت منتشر شده و جالب توجه این است که اکثر کارهای انجام شده بر روی باکتری‌ها بوده است. در اواخر دهة 40، جزئیات رشد مخمر Candida tropicalis در شرایط غیراستریل گزارش شد. همچنین باکتری‌های Micrococcus sphaeroides که از خاک ایستگاه‌های شارژ گاز جدا شده بودند، قادر به رشد بر روی هیدروکربن‌ها (همانند کربوهیدرات‌ها) بودند. در اواخر دهة شصت و اوایل دهة هفتاد میلادی فرایندهایی برای تولید پروتئین تک‌یاخته از هیدروکربن‌ها در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی توسعه یافت.

به دنبال مطالعه اولیه شرکت نفت بریتانیا در مورد استفادة میکربی از گازوئیل و نرمال‌پارافین، بیشتر شرکت‌های بزرگ نفتی، فعالیت‌هایی را برای تولید SCP از منابع خام کربنی شروع کردند. کارخانه‌های نیمه‌تجاری در اکثر کشورها مانند فرانسه، هند، ژاپن، رومانی، چین، آلمان، شوروی، چکسلواکی سابق و ایتالیا ساخته شد. در بیشتر روش‌ها، از نرمال‌پارافین‌ها به عنوان مادة خام و از مخمرها به‌عنوان میکروارگانیسم برای تولید SCP استفاده شده بود.

خصوصیات تودة سلولی میکروبی

خصوصیات تودة سلولی میکروبی به سه عامل سوبسترا، میکرواورگانیسم و فرآیند انتخاب شده بستگی دارد.
موادی که به‌عنوان خوراک دام مصرف می‌شوند، باید از لحاظ بیولوژیکی و ارزش غذایی در شرایط بدن موجود زنده و یا شرایط آزمایشگاه مورد آزمایش قرار گیرند. تمام آزمایش‌های انجام شده نشان داده است که تودة سلولی میکروبی می‌تواند به عنوان غذایی مناسب برای دام مصرف شود.
تودة سلولی تولید شده باید دارای ارزش غذایی مناسب باشد؛ یعنی به میزان کافی دارای ویتامین، پروتئین و اسیدهای آمینه ضروری باشد. از طرفی قابلیت هضم خوبی داشته و فاقد مواد سمی باشد. طعم این مواد نیز باید حتی‌الامکان مطلوب باشد.
خصوصیات فرآیند مورد استفاده
فرایند مورد استفاده بایستی خصوصیات زیر را دارا باشد:
1- بالاترین بهره‌دهی
2- حداقل بودن هزینه‌های سرمایه‌گذاری و راه‌اندازی
3- بالا بودن بازدهی
4- مصرف تقریباً کامل سوبسترا
5- سهولت بازیافت
6- ساده بودن عملیات در قسمت پایین دستی
موارد ذکر شده به علاوه مواردی مانند غیرمداوم و یا مداوم بودن، سترون و یا ناسترون بودن و عملیات تک‌مرحله‌ای، به‌طور کلی بر انتخاب نوع میکروارگانیسم و تصمیم‌گیری‌های نهایی تاثیرگذار هستند.
تودة سلولی حاصل، از کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و محصولات طبیعی ویژه نظیر ویتامین‌ها، استروئیدها، ایزوپرونوئیدها و مواد غذایی تشکیل شده است. لذا می‌توان از هر کدام از این اجزاء استفاده کرد.

تولید SCP از متان

در بسیاری از کشورهای جهان گاز طبیعی (که قسمت اعظم آن را متان تشکیل می‌دهد) به‌عنوان مادة خام مصرفی مورد توجه قرار گرفته است. اولین گزارش‌های مربوط به استفاده از متان به‌عنوان منبع کربن و انرژی در تولید SCP توسط هامر و همکاران و ولناک و همکاران (Hamer et al & Wolnak et al. 1967) وجود دارد. بیومس باکتریایی حاصل از متان حاوی بیش از 75 درصد پروتئین خام بوده و مقدار زیادی از اسیدهای آمینه ضروری مثل لیزین و ویتامین‌ها را نیز داراست.
فواید متان نسبت به سایر سوبسترا‌ها
متان به آسانی و به صورت مداوم قابل اندازه‌گیری در محلول است، به آسانی از محصول نهایی جدا می‌شود، احتمال آلودگی با سایر میکروارگانیسم‌ها به حداقل می‌رسد و فرایند تولید مداوم آن موثر و نسبتاً ارزان می‌باشد.

معایب استفاده از متان

حلالیت متان در آب کم است و مخلوط آن با اکسیژن و هوا قابل اشتعال و انفجار می‌باشد.
در فرایند مداوم، گرمای زیادی تولید می‌شود که هزینه زیادی برای خنک کردن احتیاج دارد جدول 1 ترکیب SCP حاصل از گاز طبیعی را نشان می‌دهد.

میکروارگانیزم‌های به‌کاررفته

باکتری‌های مصرف‌کنندة متان (متانوتروف‌ها) متعلق به خانواده متیلوکوکاسه (Methylococcacea) هستند که به پنج جنس تقسیم می‌شوند: متیلوموناس، متیلوباکتر، متیلوکوکوس، متیلوسینوس و متیلوکیستیس.
تاکنون تحقیقات زیادی برای تولید SCP از متان صورت گرفته است که یکی از این موارد تحقیقات کمپانی Shell (انگلستان) بود که در حد نیمه‌صنعتی با استفاده از متان میکروارگانیسم متیلوکوکوس کپسولاتوس (Methyiococcus capsulatus) و یا کشت مخلوطی از گونه‌های پسودوموناس، هیفومیکروبیوم و فلاووباکتریوم انجام پذیرفت. کمپانی Kyowa Hakko Kogyo نیز فعالیت‌های مشابهی انجام داده است.
شامل 9 صفحه فایل WORD قابل ویرایش