صنعت تخمیر از خانه تا کارخانه
به گزارش معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، تبدیل قند به الکل توسط مخمر نمونه ای از فرآیند تخمیر است. اثربخشی عصاره های تخمیر شده گیاهان بیشتر از تاثیر عصاره های تخمیر نشده گیاهان است. پروتیین های گیاهی حاصل از فرآیند تخمیر اندازه مولکولی کمتر و نفوذ بیشتری به اعماق پوست دارند.
تخمیر پدیده‌ای ناشی از مجموعه فعالیت های زیستی است که در آن ترکیبات آلی دارای مولکول های بزرگ به ترکیبات دارای مولکول های کوچکتر و ساده‌تر شکسته و تجزیه (کاتابولیسم) می شود؛در این فرآیند علاوه بر ایجاد ترکیبات آلی ساده‌تر، گازکربنیک و انرژی نیز آزاد میشود، به بیان دیگر تخمیر تجزیه ناقص بعضی از متابولیت ها (ترکیبات آلی) به ترکیبات ساده‌تر همراه با انرژی توسط عامل تخمیری است.
پاستور اولین کسی است که نقش مخمرهای الکلی را نشان داد. بهترین مثال مخمرها ، مخمرهای خمیرترش یا مخمر نانوایی است. اگر این مخمرها در محیط کشت گلوکز و در حضور اکسیژن کافی قرار گیرند، به شدت تقسیم شده، اکسیژن جذب کرده و دی‌اکسیدکربن آزاد می‌سازند. بیشترین سرعت واکنش های ناشی از تنفس و شدت اکسیداسیون گلوکز این مخمرها که از گروه آسکومیست هستند، هنگامی است که تنفس هوازی دارند. اگر این مخمرها در داخل یک ظرف در بسته کشت داده شوند، پس از مصرف اکسیژن محدود و معین داخل ظرف و آزاد ساختن گازکربنیک دیگر قادر به تنفس عادی نبوده، شروع به تخمیر باقی مانده مواد می‌کنند. آغاز تخمیر ایجاد اکسیدکربن همراه با الکل اتیلیک است و بوی الکل اتیلیک در این هنگام وقوع عمل تخمیر را در محیط کشت معلوم می‌کند.
تخمیر همیشه با تشکیل الکل همراه نیست، در تخمیر ترکیبات دیگری مانند گلیسیرول نیز بوجود می‌آیند. پیدایش ترکیبات فرعی غیر از الکل در پدیده تخمیر و حضور این ترکیبات در محیط عمل از نظر ادامه تغییر اهمیت فراوان دارد. رشد مخمرها در شرایط تخمیری (تنفس بی‌هوازی) بسیار کند است، در شرایط تخمیر انرژی آزاد شده از مقدار معینی مواد قندی مانند یک گرم گلوکز محلول ، درحدود 21 بار کمتر از حالت تنفس عادی (هوازی است) انرژی حاصل از پدیده تخمیر بیشتر به صورت حرارت تلف میشود.
محیط در حال تخمیر نسبت به محیطی که در آن تنفس عادی صورت می‌گیرد بسیار گرم‌تر است. تخمیر الکلی تحت اثر مجموعه درهمی از آنزیم‌های درون سلولی به نام (زیماز) صورت می‌گیرد.
**مخمر چیست؟
خمیر مایه یا مخمر یک قارچ میکروسکوپی است. در طبیعت در همه جا یافت می شود و قادر است قندها را به الکل و گاز دی اکسید کربن و ترکیبات معطر تبدیل کند.
مخمر شرایط اسیدی که پ هاش ph آن چهار تا شش است، برای تخمیر ترجیح می دهد. در خارج از محدوده مذکور، فعالیت مخمر به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. مواد نگهدارنده مانند ترکیبات بازدارنده رشد کپک به قدرت مخمر برای تولید گاز آسیب وارد می کند. درجه حرارت مناسب برای نگهداری مخمر و حفظ فعالیت آن بسیار حائز اهمیت است.
درجه حرارت های خیلی سرد یعنی صفر درجه سانتیگراد و یا کمتر لزوماً مخمر را نمی کشد. در حقیقت مخمر می تواند منجمد شود و زنده بماند اما انجماد غیر صحیح می تواند سلول های مخمر را تخمیر کند که در این صورت توانایی تخمیر را از دست می دهد.
مخمر برای فعالیت و تخمیر به محیط گرم نیاز دارد بنابراین درجه حرارت خمیر باید کنترل شود. درجه حرارت مناسب برای فعالیت مخمر بین 27-24 درجه سانتیگراد است که در این صورت حداکثر گاز را در مرحله تخمیر نهائی تولید می‌کند. در شرایط مرطوب تخمیر نهایی که رطوبت نسبی هوا 85 در صد است درجه حرارت مطلوب 37 درجه سانتیگراد است و تخمیر در بیشترین سرعت انجام می گیرد. درجه حرارت بالاتر از 42 درجه سانتیگراد باعث میشود فعالیت مخمر کم شود و در درجه حرارت بالاتر از 50 درجه سانتیگراد کاملا غیر فعال شود.
**انواع مخمر
مخمر فشرده یا تر: مخمر فشرده یا تر از صاف کردن محلول خامه مانند؛ مخمر بدست میاید. روغن نباتی و امولسیون کننده ممکن است برای کمک به اکسترود کردن و بسته بندی آن به صورت بلوک های 500 تا یک هزار گرمی مورد استفاده قرار گیرد.
رطوبت مخمر تر بین 75-70 در صد است. این نوع مخمر باید در طول مدت نگهداری و حمل و نقل در درجه حرارت بین 1 تا 5 درجه سانتیگراد نگه داشته شود. مشروط بر اینکه تهویه کافی برای خارج ساختن گرمای ناشی از تنفس مخمر وجود داشته باشد. مخمر فشرده میتواند در چنین شرایطی تا سه هفته بدون اتلاف در قدرت تخمیر نگهداری شود.
مخمر خشک: مخمر خشک در دو شکل معمولی و فوری تولید میشود. این نوع مخمر از گونه های خاصی انتخاب و ساخته میشود تا درجه نسبتا بالای خشک کردن را تحمل کند. رطوبت مخمر خشک بین 3 تا 8 درصد است. مخمر خشک در تهیه خمیر ابتدا می بایست قبل از افزودن به دیگر مواد اولیه فعال شود. برای این منظور مخمر با بخشی از آب مورد استفاده در تهیه خمیر، کمی شکر و آرد مخلوط میشود و قبل از افزودن به خمیر به مدت 15 دقیقه رها میشود هر ماه نگهداری حدود 7% از فعالیت آن می کاهد. مخمر خشک فوری بر خلاف مخمر خشک مغمولی نیازی به آماده سازی و فعال شدن نداشته و میتواند مستقیما یعنی به صورت پودر به خمیر اضافه شود.
مخمر مایع: این مخمر یک محلول رقیق سلول های مخمر در آب است به گونه ای که 7.1 لیتر آن معادل یک کیلوگرم مخمر فشرده یا مرطوب است، حمل آن به واحدهای نانوایی بوسیله تانکرهای مجهز به سیستم خنک کننده صورت می گیرد. در طول حمل محلول مخمر دائما هم زده میشود و درجه حرارت آن در 3 درجه سانتیگراد نگهداشته میشود بگونه ای که قدرت تولید گاز خود را به مدت چند روز حفظ کند. این مخمر برای واحدهای صنعتی بزرگ مناسب است.
**تولید مثل مخمرها
مخمرها معمولا با جوانه زدن تکثیر می‌یابند. دراین پدیده، جوانه بر سطح خارجی سلول مادر بوجود می‌آید و با دراز شدن آن، هسته سلول مادر تقسیم شده، به یکی از هسته‌های حاصل بدون جوانه زدن مهاجرت می‌کند. آنگاه مواد دیواره سلولی بین جوانه و سلول مادر بوجود آمده ، سرانجام جوانه از سلول مادر جدا میشود. یک سلول مخمر ممکن است با روش جوانه زدن تا 24 جوانه تولید کند.
در برخی موارد، سلولهای مخمر با شکاف برداشتن سلول مادر رشد می‌کنند. بدین معنی که سلول مادر دراز شده ، هسته آن تقسیم شده و دو سلول بوجود می‌آید. افزایش تعداد سلولهای مخمری بر روی محیط سفت، کلونی شبیه باکتری‌ها بوجود می‌آورد.
**رشد و فعالیت مخمرها
مخمرها قادر هستند به طریقه بی‌هوازی اختیاری، رشد کنند. به این معنی که از اکسیژن یا ترکیبات آلی به عنوان پذیرنده نهایی الکترونها استفاده می‌کنند. در محیط واجد اکسیژن فراوان، مخمرها مواد قندی را تخمیر کرده، اتانول و دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند. این فرآیند اساس صنایع تهیه مشروبات الکلی و شیرینی پزی است.
برخی از گونه‌های ساکارومایسس مانند ساکارومایسس سروزیه را برای تهیه اتانول و دی‌اکسید کربن جهت ورآمدن خمیر نان به کار می‌برند.
**جایگاه صنعت تخمیری در دنیا و ایران
صنعت تخمیری جزء صنایع پیشرفته ای است که در دنیا مورد توجه قرار گرفته است و بازار خوبی دارد، بر اساس گزارش های موجود اگر این صنعت رشد 6 تا 7 درصدی داشته باشد تا سال 1404، حدود 300 میلیارد دلار از سهم بازار دنیا را در دست خواهد گرفت که این، رقم قابل توجهی است.
در ایران نیز معاونت علمی ذیل ستاد توسعه زیست فناوری به صنعت تخمیری ورود کرده است و به گفته دبیر کارگروه صنایع تخمیری ستاد توسعه زیست فناوری، اگر بخواهیم اهداف ستاد توسعه زیست فناوری را برآورده کنیم، باید سهم ایران در این صنعت را به 9 میلیارد دلار برسانیم.
** سهم ایران در افق 1404 در صنعت تخمیری باید به 9 درصد برسد
دبیر کارگروه صنایع تخمیری ستاد توسعه زیست فناوری معاونت علمی در این زمینه گفت: صنعت تخمیری ایران در گذشته رشد خوبی داشت در چند سال اخیر نبود حمایت از تولیدات داخلی روزگار کارخانجات صنایع تخمیری را ناخوش کرده است.
عباس شجاع الساداتی افزود: ستاد توسعه زیست فناوری با حمایت های خود قصد دارد این صنعت دیر پا و پویا را احیا کند.
وی افزود: برنامه‌ریزی و تحقیقات لازم برای مشخص شدن وضعیت فعلی این صنعت در کشور انجام شده است و بررسی های برای افزایش سهم ایران از بازار جهانی صنعت تخمیر ادامه دارد.
دبیر کارگروه صنایع تخمیری ستاد توسعه زیست فناوری معاونت علمی صنعت تخمیری را از صنایع با تکنولوژی(های تک) دانست و گفت: رشد این صنعت در مقایسه با صنایع دیگر سریع و آسان نیست به همین دلیل قصد داریم با مطالعه روی صنایع دیگری که در کشور شکل گرفته است، دلایل شکست یا پیشرفت آنها را بررسی کرده و از این تجربیات آنان بهره بریم.
وی آسیب شناسی صنایع دیگر را با اهمیت دانست و گفت: تا پایان سال جاری آسیب شناسی انجام خواهد شد واز برنامه های موفقیت آمیز دیگر صنایع برای راه اندازی صنعت تخمیر استفاده خواهد شد.
