تولید روغن ازطریق تخمیر میکروبی، یک فناوری نوظهور است که در آن از میکروارگانیسمها برای تولید روغنهای خوراکی و صنعتی استفاده می شود. برای توضیح این فرآیند، ابتدا به معرفی اجمالی میکروارگانیسمها می پردازیم.
میکروارگانیسم ها، موجودات ریز زنده‌ای هستند که معمولاً با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند و شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها، مخمرها، جلبک‌ها و برخی پروتوزوآ ها (آغازیان) می‌شوند.
باکتری‌ها : باکتری‌ها ساده‌ترین و یکی از متنوع‌ترین انواع میکروارگانیسمها هستند. آن‌ها معمولاً تک‌سلولی و بدون هسته سازمان‌یافته هستند که در تجزیه مواد آلی، تولید انرژی، و حتی بیماری‌زایی نقش دارند. به طور مثال باکتری‌های روده، به هضم غذا و تولید برخی ویتامین‌ها کمک می‌کنند.
ویروس‌ها : ویروس‌ها ذرات بسیار کوچکی هستند که به تنهایی قادر به زندگی نیستند و برای تکثیر به سلول‌های میزبان نیاز دارند. ویروس‌ها می‌توانند هم برای گیاهان و هم حیوانات و انسانها، بیماری‌زا باشند، اما برخی از آن‌ها در فناوری‌های زیستی برای تولید واکسن‌ها و داروها استفاده می‌شوند.
قارچ‌ها : قارچ‌ها شامل کپک‌ها و مخمرها شده و به‌طور معمول، برای تجزیه مواد آلی استفاده می‌شوند. برخی قارچ‌ها نیز در تولید مواد غذایی مانند نان و پنیر و همچنین داروهایی مانند آنتی‌بیوتیک‌ها به‌کار می‌روند. پنی‌سیلین، از قارچی به نام Penicillium تولید می‌شود.
جلبک‌ها: جلبک‌های ریز می‌توانند با استفاده از نور خورشید از طریق فتوسنتز انرژی تولید کنند. جلبک‌ها هم در محیط‌های آبی و هم در خاک زندگی می‌کنند و نقش کلیدی در تولید اکسیژن و مواد غذایی دارند.
پروتوزوآها: پروتوزوآ (Protozo میکروارگانیسم‌های، تک‌سلولی و دارای هسته سازمان‌یافته هستند و معمولاً در محیط‌های آبی یا مرطوب یافت می‌شوند. برخی از پروتوزوآها به‌عنوان انگل در بدن حیوانات و انسانها زندگی می‌کنند و بیماری‌هایی مثل مالاریا را ایجاد می‌کنند.
نقش و اهمیت میکروارگانیسمها:
میکروارگانیسمها در طبیعت به عنوان بازیافت‌کننده عمل می‌کنند و مواد آلی مانند برگ‌ها ومواد گیاهی مرده را به ترکیبات ساده‌تر تبدیل می‌کنند، درصنعت تولید مواد غذایی، درفرآیندهای تخمیری، برای تولید مواد غذایی مثل نان، پنیر، ماست و همچنین برای تولید نوشیدنی‌های الکلی و سرکه استفاده می‌شوند. در صنعت زیست‌فناوری (Biotechnology) برای تولید آنزیم‌ها، سوخت‌های زیستی، و همچنین تولید داروها و واکسن‌ها به‌کار می‌روند. در صنایع آب، از میکروارگانیسمها برای تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌شود، آن‌ها با تجزیه مواد آلی مضر، آب را پاک‌سازی می‌کنند.همچنین از آنجایی که برخی از باکتری‌ها قادر به تجزیه ترکیبات سمی در محیط هستند، از برخی از میکروارگانیسمها برای پاک‌سازی آلودگی‌های نفتی و شیمیایی استفاده می گردد.
به طور کلی میکروارگانیسمها موجودات کوچک ولی بسیار حیاتی هستند که در تمام زیست‌بوم‌ها وجود دارند. آن‌ها نقش‌های متنوعی در تجزیه مواد، تولید غذا، حفاظت از سلامت بدن و حتی در صنعت و محیط زیست ایفا می‌کنند. بدون وجود آن‌ها، بسیاری از فرآیندهای زیستی و صنعتی متوقف می‌شوند.
اکنون پس از بررسی میکروارگانسیم ها، به آخرین دستاوردهای بشری یعنی تولید روغن با استفاده از این موجودات ریز می پردازیم:
در این فرآیند، میکروارگانیسمها را در شرایط خاص محیطی رشد داده و با مواد قندی یا نشاسته‌ای تغذیه می‌کنند تا چربی‌ها و روغن‌ها را در سلول‌های خود تولید و ذخیره کنند.
مراحل کلی تولید روغن از میکروارگانیسمها: ۱. انتخاب مناسب: میکروارگانیسم‌هایی مانند برخی گونه‌های جلبک‌های ریز، مخمرها و باکتری‌های لیپیدزا، برای این کار مناسب هستند، زیرا قابلیت بالایی در تولید و ذخیره چربی دارند. به عنوان مثال، (Yarrowia lipolytica) یاروویا لیپولیتیکا یکی از مخمرهای معروف در این زمینه است.
۲. رشد و تغذیه : در این مرحله، میکروارگانیسمها در محیط کشت سرشار از مواد مغذی (مثل گلوکز یا قندهای دیگر) قرار می‌گیرند و با فراهم آوردن شرایط مناسب دما، pH و اکسیژن، به تولید چربی می‌پردازند.
۳. تجمع چربی در سلول‌ها: در مرحله سوم میکروارگانیسمها شروع به تبدیل قندها و مواد مغذی به چربی می‌کنند و این چربی‌ها را به صورت لیپید درون سلولی، در خود ذخیره می‌کنند. میزان تولید لیپید می‌تواند به ۲۰-۸۰ درصد از وزن خشک سلولی برسد.
۴. استخراج روغن : پس از پایان فرآیند تخمیر، میکروارگانیسمها از محیط کشت جدا شده و لیپیدهای ذخیره‌شده در سلول‌های آن‌ها استخراج می‌شود. این کار معمولاً با استفاده از تکنیک‌های پرس مکانیکی، استخراج با حلال یا حتی فناوری‌های بیوشیمیایی انجام می‌شود.
۵. تصفیه و پردازش نهایی: روغن خام تولید شده از میکروارگانیسمها ممکن است نیاز به فرآیندهای تصفیه داشته باشد تا برای استفاده در صنایع غذایی یا دیگر صنایع مناسب باشد.
مزایای تخمیر میکروبی در تولید روغن: ۱. پایداری زیست‌محیطی: در این روش از مواد اولیه گیاهی (مثل قندها یا زیست‌توده‌ها) به عنوان منبع تغذیه استفاده می‌شود و نیازی به زمین‌های زراعی وسیع برای کشت گیاهان روغنی وجود ندارد. همچنین، در این روش از پسماندهای صنعتی و کشاورزی به‌عنوان منبع کربن استفاده می گردد.
۲. تولید روغن با پروفایل چربی تنظیم‌شده: در این روش می‌توان ترکیب اسیدهای چرب روغن را با استفاده از مهندسی ژنتیک و کنترل شرایط تخمیر به‌طور دقیق تنظیم کرد و روغن‌هایی با نسبت‌های مختلف از اسیدهای چرب اشباع، غیراشباع ، امگا-۳ و امگا-۶ تولید نمود.
۳. سرعت تولید بالا: برخلاف گیاهان روغنی که به دوره‌های رشد طولانی نیاز دارند، میکروارگانیسمها می‌توانند در مدت زمان کوتاهی مقادیر زیادی روغن تولید کنند.
۴. عدم وابستگی به شرایط اقلیمی: این فرآیند، کاملاً در محیط‌های کنترل‌شده انجام می‌شود و تحت تأثیر شرایط آب و هوایی یا فصلی قرار نمی‌گیرد، که به تولید پایدار و مداوم کمک می‌کند.
چالش‌ها و محدودیت‌ها: هزینه‌های بالا: در حال حاضر، این روش هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و هزینه تولید روغن با استفاده از تخمیر میکروبی نسبت به روغنهای سنتی بیشتر است. برای اینکه این روش در مقیاس صنعتی مقرون به‌صرفه شود، نیاز به بهبود بیشتر در فرآیندها و افزایش بهره‌وری دارد. همچنین استخراج روغن از میکروارگانیسمها هنوز یک چالش تکنیکی است که نیازمند روش‌های مؤثرتر و اقتصادی‌تر است
کاربردها:
صنایع غذایی: روغنهای تولید شده از تخمیر میکروبی می‌توانند به عنوان جایگزینی سالم‌تر برای روغنهای گیاهی مرسوم در محصولات غذایی مورد استفاده قرار گیرند. برخی از این روغن‌ها دارای خواص دارویی و آرایشی هستند و می‌توانند در تولید کرم‌ها، لوسیون‌ها و محصولات درمانی به کار روند. همچنین روغنهای تولید شده از طریق تخمیر میکروبی می‌توانند به‌عنوان منبعی برای تولید بیودیزل پایدار و سازگار با محیط زیست استفاده شوند.
در مجموع، تخمیر میکروبی یکی از فناوری‌های آینده‌نگرانه در تولید روغنهای خوراکی است که با توسعه بیشتر، می‌تواند جایگزین مناسبی برای روغنهای گیاهی و حتی نفتی در برخی صنایع شود.
تجهیزات خاص:
تولید روغن از میکروارگانیسمها شامل مجموعه‌ای از تجهیزات پیشرفته برای کشت، جداسازی، استخراج و خالص‌سازی است. این فرآیند به تخصص و فناوری پیشرفته نیاز دارد و معمولاً در مراکز تحقیقاتی یا کارخانه‌های بیوتکنولوژی مدرن انجام می‌شود که شامل :
۱. (Bioreactor)بیوراکتورها جهت کشت میکروارگانیسمها.۲. سانتریفیوژ و فیلتراسیون (Centrifuge)، (Filtration System)به منظور جداسازی سلول‌های میکروارگانیسمها از محیط کشت. ۳. خشک کن ها (Drying Equipment) جهت خشک کردن سلول‌ها.۴. دستگاه‌های شکست دیواره سلولی (Cell Disruption Equipment) برای آزادسازی لیپیدها. ۵. دستگاه‌های هموژنایزر فشار بالا (High-pressure Homogenizer)، آسیاب‌های گلوله‌ای (Ball Mills)، و التراسونیک (Ultrasonicator) و اکسترکشن (Extraction Equipment) برای استخراج روغن با استفاده از حلال‌های شیمیایی یا روش‌های دیگر. ۶. دستگاه تقطیر (Distillation Unit) برای جدا کردن حلال از روغن.۷. سیستم پالایش و خالص‌سازی (Refining and Purification System) روغن به منظور بهبود کیفیت.۸. دستگاه‌های کنترلی و نظارتی (Control and Monitoring Systems). ۹. سیستم‌های ذخیره‌سازی (Storage Tanks): ذخیره‌سازی و بسته‌بندی روغن برای مصارف خوراکی، صنعتی یا دارویی.
کشورهای پیشرو در این فناوری: تکنولوژی تولید روغن از میکروارگانیسمها یکی از حوزه‌های نوآورانه و پیشرفته در زیست‌فناوری (Biotechnology) است که به دلیل پتانسیل بالا برای تولید روغنهای خوراکی و سوخت‌های زیستی مورد توجه کشورهای مختلف مانند ایالات متحده، کشورهای اروپایی، ژاپن، چین و هند قرار گرفته است.
مقایسه روغنهای گیاهی و روغنهای تولید شده از میکروارگانیسمها:
این مقایسه از چندین جنبه کلیدی شامل ترکیب شیمیایی، خواص تغذیه‌ای، فرآیند تولید و تأثیرات زیست‌محیطی قابل بررسی است.
۱. ترکیب شیمیایی و پروفایل چربی: روغنهای گیاهی (مانند روغن آفتابگردان، سویا، کانولا و زیتون) معمولاً حاوی ترکیبی از اسیدهای چرب اشباع نشده (مانند اسید لینولئیک و اسید اولئیک) و اسیدهای چرب اشباع شده هستند. پروفایل چربی این روغن‌ها بسته به نوع گیاه متفاوت است، به عنوان مثال، روغن نارگیل درصد بالاتری از چربی‌های اشباع شده دارد. اما روغنهای تولید شده از میکروارگانیسمها، به ویژه ریزجلبک‌ها، حاوی مقادیر بالایی از اسیدهای چرب امگا-۳ مانند DHA و EPA هستند که به ویژه برای سلامت قلب و عروق مفید هستند. این روغن‌ها اغلب دارای اسیدهای چرب چنداشباع نشده (PUFA) هستند که در روغنهای گیاهی کمتری یافت می‌شوند. به طور خاص، روغنهای جلبکی می‌توانند جایگزین‌های گیاهی برای روغنهای ماهی باشند که غنی از امگا-۳ هستند. پروفایل چربی روغنهای میکروارگانیسم بسته به نوع و شرایط کشت آن قابل تنظیم است و می‌توان آن‌ها را برای تولید روغن‌هایی با ترکیبات خاص بهینه کرد.
۲. خواص تغذیه‌ای: بسیاری از روغنهای گیاهی حاوی ویتامین E (توکوفرول‌ها) و آنتی‌اکسیدان‌ها هستند که می‌تواند به سلامت بدن کمک کنند روغنهای میکروارگانیسم نیزدارای مقادیر بسیار بالای اسیدهای چرب امگا-۳ هستند که برای سلامت قلب، مغز و کاهش التهاب بسیار مفید هستند. برخلاف روغنهای گیاهی، روغنهای میکروارگانیسم مانند جلبک‌ها به‌طور طبیعی فاقد ترانس‌چربی هستند و می‌توانند در کنترل کلسترول و تری‌گلیسیرید خون مؤثر باشند. در روغنهای تولید شده از میکرو ارگانیسم‌ها می‌توان به‌صورت انتخابی ترکیبات مغذی را افزایش داد، از جمله امگا-۳ یا ترکیبات دیگری که معمولاً در روغنهای گیاهی کمتر یافت می‌شوند.
۳. فرآیند تولید: برای تولید روغنهای گیاهی، نیاز به زمین‌های کشاورزی وسیع، آب و منابع طبیعی دیگر است. تولید برخی روغن‌ها مانند پالم، به تخریب جنگل‌ها و زیستگاه‌های طبیعی منجر می‌شوند. اما تولید روغن از میکروارگانیسمها (مانند ریزجلبک‌ها یا مخمرها) در بیورآکتورهای صنعتی انجام می‌شود. این فرآیند نیاز به زمین کشاورزی یا منابع طبیعی گسترده ندارد و می‌تواند به‌صورت کاملاً کنترل‌شده انجام شده و از نظر منابع آبی و کربن‌زدایی بسیار پایدارتر هستند. همچنین تولید روغن از میکروارگانیسمها به ویژه برای کاهش اثرات زیست‌محیطی (مانند کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای) مفید است. با استفاده از کشت‌های صنعتی می‌توان به تولید انبوه و پایدار روغن دست یافت، و به دلیل شرایط کنترل‌شده، امکان تنظیم ترکیبات خاص چربی در روغن‌ها وجود دارد.
۴. هزینه و دسترسی: روغنهای گیاهی به دلیل تولید انبوه و تاریخچه طولانی استفاده در سراسر جهان به‌راحتی در دسترس و نسبتاً ارزان هستند. با این حال، چالش‌های زیست‌محیطی و برخی از مشکلات تغذیه‌ای (مانند وجود چربی‌های اشباع‌نشده و ترانس‌چربی‌ها) ممکن است طی سالهای آتی محدودیت‌هایی برای استفاده از آن‌ها ایجاد کند. تولید روغن از میکروارگانیسمها هنوز به دلیل هزینه‌های بالای تولید، به‌ویژه در مقیاس‌های تجاری، نسبت به روغنهای گیاهی گران‌تر است. با این حال، با پیشرفت فناوری و افزایش مقیاس تولید، هزینه‌ها به مرور زمان کاهش خواهند یافت. این روغن‌ها هنوز به‌صورت گسترده در دسترس عموم نیستند و بیشتر در صنایع خاص یا برای مصارف تخصصی مانند مکمل‌های غذایی غنی از امگا-۳ استفاده می‌شوند.
نتیجه‌گیری: روغنهای تولید شده از میکروارگانیسمها یک گزینه نوآورانه و پایدارتر با پروفایل چربی‌های مفیدتر، به‌ویژه امگا-۳، هستند که می‌توانند به عنوان جایگزین‌های بهتری برای مصارف غذایی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. اگرچه این فناوری هنوز در مراحل توسعه تجاری است، اما با پیشرفت‌های بیشتر، انتظار می‌رود که به‌صورت گسترده‌تری وارد بازار شود و بتواند نقش مهمی در تولید روغنهای پایدار و سالم ایفا کند شاید بتوان گفت، روغنهای با منشا میکروارگانیسمی روغنهای آینده هستند.
موفقیت نتیجه آگاهی است
آگاهی بهترین سرمایه و اصل ثروت است.
با تقدیم احترامات عالیه به محضر اساتید و فعالین فرهیخته صنایع غذایی و کشاورزی ایران زمین.
رجبی
شرکت بازرگانی سینا دی سار
info@feenama.com
www.feenama.com
منابع:
Ai
Google search