خواص المصل وطرق معالجته........منقول

خواص المصل وطرق معالجته
((هام للأغذية والبيئة , وما بعرف إذا بيفيد للحيوية))
تعرف عدة طرق لاستخدام مصل الجبن مثل التجفيف، استخلاص اللاكتوز، تحضير المشروبات المرطبة،…، ينصب اهتمام الباحثين والصناعيين في الأعوام الأخيرة على استخدام الطرق البيوتكنولوجية لمعالجة مصل الجبن.
1 -1- تركيب مصل الجبن وخواصه :
إن تركيب مصل الجبن الكيميائي غير ثابت، ويمكن أن يتعرض لتغيرات كبيرة ترتبط بشكل أساسي بتركيب المادة الأولية ( حليب كامل الدسم، أو حليب منزوع الدسم ) وبطريقة فصل أو ترسيب البروتين ( بتأثير الحموض العضوية، أو الحموض اللاعضوية، أو الأنزيمات، أو بالترشيح فوق العالي ).
ينتقل إلى مصل الجبن – كمعدل وسطي- 48 – 52 % من المادة الجافة التي تتواجد في الحليب،وبهذا الشكل نجد أن المصل يحتوي على جميع مكونات الحليب، كما نجد أن نسبة انتقال المكونات الرئيسية من الحليب إلى المصل تتعلق بشكل أساسي بحجم جزيئاتها

تتألف الكتلة الجافة للمصل بشكل أساسي من سكر اللاكتوز بنسبة 70% والمواد الآزوتية بنسبة 14.5%، الدسم 7.5%, الأملاح المعدنية 8%,


فالقيمة البيولوجية العالية للمصل مشروطة بمحتواه من المواد البروتينية وأيضاً الفيتامينات،الهرمونات، الحموض العضوية والعناصر الأخرى.

1-1-1-المواد الأزوتية الموجودة في المصل:
تتمثل المواد الآزوتية في المصل بالبروتينات والمركبات العضوية غير البروتينية، بدورها تقسم المواد البروتينية بشكل رئيسي إلى الألبومينات والغلوبولينات،والتي تشكل كميتها ما نسبته(90%) أو أكثر من مجمل المواد الأزوتية الموجودة في المصل،بينما يشكل الكازئين حتى ((10% من بروتينات المصل وغالباً ما يكون على شكل ( g- كازيئين ).
تتمثل غلوبولينات المصل بـ -b لاكتوغلوبين، وبسيفيدوغلوبولين، وأيضاً إيفى غلوبولين، التي تختلف عن بعضها البعض بنسبة انحلالها في الماء.
وتعتبر الإيفى غلوبولين والبسيفيدوغلوبولين حوامل الأجسام المناعية، وتقدر نسبتها بـ 10% من بروتينات المصل ككل، تتحلمه الغلوبولينات عندما ترتفع درجة الحرارة إلى ْ90C ودرجة الحموضة إلى PH = 4.7.
إلى جانب الغلوبولينات تضم المواد البروتينية في المصل - aلاكتوألبومين، ألبومين المصل، البروتيوز بيبتونات والأنزيمات.
وكما يحتوي المصل من بين مركباته الأزوتية على الحموض الأمينية الحرة، إن كمية الحموض الأمينية الحرة في المصل عادة قليلة، وترتبط كميتها بنوع المصل، ففي مصل القريش تكون كميتها أكبر بكثير منها في مصل الجبن، وهذا الأمر مرتبط بالحلمهة العميقة لبروتينات الحليب بتأثير أنزيمات البكتيريا اللبنية وحمض اللبن, وكما تتعرض كمية الحموض الأمينية الحرة في المصل لتغيرات كبيرة بتغير فصول السنة (حيث تكون كميتها في فصل الصيف أكثر من فصلي الشتاء والربيع ).
من المركبات الآزوتية العضوية نجد أن:
نسبةالمواد الآزوتية العضوية المنحلة ( (6.2 %.
- الألبومينات( (16.5 %. - البيبتونات (76 %).
- الأمياك (1.1 %) . - الأميدات( 0.2 % ).

1-1-2-المواد السكرية الموجودة في المصل:
تتمثل المواد السكرية في المصل بشكل رئيسي بالسكر الثنائي اللاكتوز
( - D - b - 0 - 4غالاكتوبيرانوزيل - D غلوكوز )، الذي يعطي بعد تحلله الغلوكوز والغالاكتوز.
يعتبر اللاكتوز سكراً ثنائياً من السكاكرالمرجعة، وهو مادة مميزة لمجموعة الحيوانات الثديّة، يتركب سكر اللاكتوز بشكل كامل في الغدد الثديية عن طريق التحويل المتسلسل لغلوكوز الدم إلى غالاكتوز، ومن ثم ربط جزيئتي سكر أحادي (غلوكوز – غالاكتوز) بواسطة رابطة غليكوزيدية.
يحتوي مصل القريش بالإضافة إلى سكر اللاكتوز على % 1.7 - 1.6 سكر الغلوكوز الذي ينتج عن حلمهة اللاكتوز أثناء إنتاج القريش، أما محتوى الغلوكوز في مصل الجبن فيكون ضئيلاً على شكل أثر، ومن السكريات الأخرى التي تتواجد في المصل نذكر الأرابينوز، اللاكتولوز.

1-1-3- العناصر المعدنية في المصل:
تتمثل العناصر المعدنية بشكل مركبات عضوية بنسبة ( % 0.4 - 0.1) ومركبات لاعضوية بنسبة (%0.7 - 0.6)، يرتبط محتوى العناصر المعدنية في المصل بكاتيونات عناصر الصوديوم، البوتاسيوم، المغنيزيوم، الكالسيوم وعناصر أخرى، وكذلك ترتبط بأنيونات حمض الليمون، الفوسفور، الكلور، الكبريت، اللبن.

1-1-4- الحموض العضوية في المصل:
يتواجد العديد من الحموض في مصل الجبن كحمض البروبانيك، وحمض النمل، وحمض الليمون والعديد من الحموض الأخرى, ما عدا حمض الليمون، فإن جميع الحموض العضوية في المصل تعتبر ناتج للنشاط الحيوي للمجموعات المختلفة منالأحياء الدقيقة التي تنمو في الحليب ومن ثم تنتقل إلى المصل.
تبلغ كمية حمض اللبنLactic acid قيمة عظمى وتتراوح (0.8-0.7%) في مصل الجبن البائت،بينما تكون كميته في حدودها الدنيا في مصل الجبن الطازج, وتتواجد الحموض العضوية الأخرى بشكل رئيسي في مصل القريش إذ أن عملية الحصول على القريش مرتبطة بالنشاط الحيوي للميكروفلورا اللبنية في الحليب.

1-1-5- فيتامينات المصل:
تعتبر الفيتامينات واحداً من أهم المكونات في مصل الجبن، إذ تعطي هذه الفيتامينات المصل القيمة الحيوية، و البيولوجية والغذائية العالية.
فقد أثبتت الدراسات المختلفة أنه أثناء إنتاج الجبن ينتقل من الحليب إلى المصل حتى( % 88 من التيامين)، و( % 78 حمض الأسكوربيك)، و( % 90حمض النيكوتين)، و(كامل كمية الريبوفلافين)، و( حتى % 60من فيتامين( B12، و %11)من فيتامين A)، و(32 %من فيتامين( E.
تتعرض كمية الفيتامينات المختلفة في المصل للتغير بدرجة محسوسة، وهذا التغير مرتبط بمحتوى الحليب من الفيتامينات من جهة، وبطرق إنتاج المواد البروتينية المختلفة من الحليب من جهة أخرى.
بالإضافة إلى الفيتامينات المذكورة أعلاه، تتواجد في مصل الجبن بكميات ضئيلة أوعلى شكل أثر فيتامينات أخرى مثل حمض الأورتو "فيتامين B13 " وحمض البانغام " فيتامين B15 ".
1-1-6- المواد الدسمة في المصل:
يحتوي المصل على المواد الدسمة بنسبة قريبة من % 0.045، وهذه النسبة تكون مرتبطة بكمية المواد الدسمة في المادة الأولية وبالطرق التكنولوجية التي تعامل بها.

1-1-7-الأنزيمات الموجودة في المصل:
من الأنزيمات التي تتواجد في المصل نذكر أنزيمات من نمط الهيدرولاز، أنزيمات الفسفرة وأنزيمات التفكك، وأنزيمات الأكسدة والإرجاع، وأنزيمات النقل " الترانسفيراز "، وأنزيمات التناظر أو " الإيزوميراز".
يحدث تحت تأثير الأنزيمات المحللة للبروتينات تفكك المواد البروتينية، كما أن هناك أهمية خاصة لإنزيم اللاكتاز الذي تشكله الأحياء الدقيقة والذي يفكك سكر اللاكتوز.

1-1-8- الغازات الموجودة في المصل:
تتواجد الغازات أيضاً في المصل بشكل منحل مثل، غاز ثاني أوكسيد الكربون CO2 وغاز الآزوتN2 ، وغاز الأوكسجين O2، بحيث تكون كمية هذه الغازات في المصل أقل منها في المادة الأولية (الحليب ).

1-1-9-الماء الموجود في المصل:

يحتوي المصل على الماء بنسبة ( 93 %–( 95 من الكتلة الكلية بحسب نوع المصل، ومعظم الماء الموجود فيه هو من النوع الحر والذي يمكن فصله بسهولة عن مكونات المصل السابقة من دون أن يطرأ عليها أي تغير يذكر.




1-2- الطرق الصناعية لمعالجة مصل الجبن :
لا تزال هناك مصاعب جمّة تحول دون استخدام كامل كميات المصل الناتجة على الوجه الأمثل سواء من الناحية الاقتصادية أوالعلمية أوالبيئية، وذلك في معظم البلدان التي تملك إنتاجاً كبيراً لمادة الحليب ومشتقات الألبان، وهذا الأمر مرتبط بحجم كميات مصل الجبن الكبيرة الناتجة عن استخدام التقنيات التقليدية في صناعة مشتقات الألبان،حيث ينتج عن ذلك كل عام أكثر من 150 مليون طن مصل في العالم.
إن مستوى المعالجة الصناعية لمصل الجبن في روسيا وبلدان رابطة الدول المستقلة منخفض جداً إذ لا تزيد كمية المصل المستخدمة عن ( % 50 ) بما فيها أقل من % 20 في الصناعات الغذائية.
تتم المعالجة الصناعية للمصل بطريقتين, تقوم الأولى على استخدام كامل الكتلة الجافة في المصل، بينما تعتمد الثانية على استخلاص بعض مكوناته.
يمكن بواسطة استخدام الكتلة الجافة لمصل الجبن إنتاج المشروبات المرطبة وإنتاج المواد المكثفة ( المركزة) والمواد المجففة المختلفة من المصل، لكن من الأفضل والأمثل استخلاص المركبات المختلفة من مصل الجبنكالمواد الدسمة وبروتين المصل وسكر اللاكتوز.
من المعروف أن هناك العديد من طرق معالجة مصل الجبن كالتجفيف، والفرز، والتركيز، وطرق كثيرة غيرها، غير أنّه في السنوات الأخيرة يتزايد الاهتمام في العديد من البلدان المتقدمة نحو طرق الترشيح فوق العالية باستخدام الأغشية فوق العالية لمعالجة المصل.
تتيح طرق الترشيح الجزيئي لمصل الجبن باستخدام الأغشية فوق العالية توفير قدر كبير منالطاقة، والحصول على مكونات المصل مع المحافظة على خواصه الأوليّة دون تغيير يذكر، وهي من الطرق النظيفة بيئياً.
تحتل الأساليب البيوتكنولوجية مكانة هامة بين الطرق الصناعية المختلفة لمعالجة مصل الجبن وتهدف الطرق البيوتكنولوجية هذه لتحقيق المهام الأساسية التالية :
· رفع القيمة الاقتصادية للمصل وذلك بتحويله إلى مواد مختلفة ذات أهمية أكبر في الاقتصاد الوطني.
· الاستخدام الأعظمي لكامل مكونات الحليب (عدم استخدام المصل يؤدي إلى فقدان نحو %50 من الكتلة الجافة للحليب ).
· حماية البيئة من التلوث، وذلك بإيجاد طرق تكنولوجية متكاملة تسمح باستخدام كامل مكونات الحليب دون إبقاء مخلفات صناعية، أو أنها تخفض وبشكل كبير نسبة المواد الملوثة الملقاة في مياه صرف مصانع الألبان.
تتضمن الطرق البيوتكنولوجية لإنتاج المواد المختلفة باستخدام مصل الجبن عمليات تخمر هوائية ولا هوائية، تقود عمليات التخمر اللاهوائية للحصول على مركبات التحلل الطاقي لسكر اللاكتوز ( كالحموض والكحولات )، أما في حال استخدام عمليات التخمر الهوائية فإن الهدف هنا يكون الحصول على الكتلة الحيوية وأيضاً التركيب الحيوي النشط للمركبات العضوية المعقدة( كالبروتينات، المواد الدسمة، الفيتامينات ومواد أخرى غيرها...) بواسطة البادئات الميكروبية، إن جميع الطرق البيولوجية المستخدمة للتأثير على مصل الجبن أو على مكوناتها قد أثبتت فعاليتها ونجاحها، وتقدّم نفسها كحلول مناسبة لتأمين الطلب المتزايد على المنتجات الحيوية المختلفة،وتأمين الحلول الاقتصادية المناسبة لمشكلة المصل.
يتزايد الاهتمام حالياً بعمليات إكثار الـ Kluyveromyces lactisعلى مصل الجبن و حلمهة سكر اللاكتوز،لإنتاج الكحول الإيتيلي والبروتين الحيوي.
يمتلك عدد قليل من الأنواع التابعة للخمائر خاصية استقلاب سكر اللاكتوز،فمن خلال دراسة الخصائص الفيزيولوجية والبيوكيميائية للخمائر المستقلبة لسكر اللاكتوز ثبت أن الأنواع التابعة للجنسKluyveromyces، مثل ( ( Kl. lactisتمتلك القدرة على التمثيل الفعّال للاكتوز مع إنتاج الكحول بتراكيز عالية في الوسط وكذلك إنتاج كتلة حيوية بكميات مناسبة.
1-2-1-تقانات الفصل الغشائي المستخدمة :
1- RO لفصل الماء من المصل,راشح الترشيح فوق العالي, ومن المكثفات.
2- NF لإزالة الأملاح الجزيئية من المصل, و راشح الترشيح فوق العالي.
3- UF لتركيز بروتينات المصل في الحليب والمصل، ولتركيز البروتينات في الحليب المعد لصناعة الجبن, اللبن و المنتجات الأخرى.
4- MF لتقليل الحمولة البكتيريةفي حليب الفرز والمصل, وللحصول على المصل الخالي من الدسم والمعد لصناعة بودرة المصل (WPC)، ومن أجل تفكيك البروتينات.
وتقانة الترشيح المستخدمة تعتمد على قطر جزيئات المادة فمثلاً من أجل المصل فإنها تختلف باختلاف قطر مكوناته



1-2-2-1- تقانة الترشيح فوق العالي:
عملية الترشيح فوق العالي للمصل الكامل تنتج بروتينات كمنتج رئيسي, وتيار من السائل يسمى المصل الراشح, الذي يملك مستويات عالية من اللاكتوز (5-7%) مثل السائل الأم الناتج عنه, وبقيمة مناسبة للتخّمر إلى ايتانول.


فمثلاً لاستعادة جزيئات البروتين من المصل أو من المصل المركز قبل عملية التجفيف فإننا نستخدم تقانة الترشيح فوق العالي

1-2-2-المعالجة الحرارية للمصل:
يتم ترسيب البروتينات المصل في وسط حمضي وهي طريقة سهلة ورخيصة التكلفة إلا أنها تؤدي إلى تشوه البروتينات بالتسخين(95 م لمدة 5-10 دقائق عند PH=5) حيث تؤدي إلى خفض قابليتها للذوبان وإعطائها قوام رملي وفقدان خصائصها الوظيفية وهذا ما يؤدي الى الحد من استعمالها دون التأثير على قيمتها الغذائية.

1-2-3-المعالجة بالمبادلات الشاردية:
يتم عبر إمتزاز بروتينات المصل(بالاستفادة من شحنتها السطحية ) على سطوح إمتزاز ومن ثم فصل هذه البروتينات في المرحلة اللاحقة, ويعتمد عمود الفصل المختار والريزينات المستخدمة على نوع المصل وتركيبه:
*المصل الحامضي:يستخدم عمود السفيروزيل كمبادل شاردي موجب عند رقم حموضة منخفض للمصل PH=4.6, فتكون البروتينات على شكل شوارد موجبة تدمص على المبادل الشاردي الموجب.
* المصل الحلو: يستخدم عمودين من السفيروزيل الأول سالب والثاني مبادل للشوارد الموجبة الضعيفة.

1-2- 4-المعالجة الكيميائية للمصل:
بإضافة مادة كيميائية أو أكثر لترسيب محتويات المصل من المواد المختلفة وتحويله الى مادة قابلة للتصريف سواء في الري أو الأنهار مباشرة دون الإضرار بالبيئة مع متطلب كيميائي وبيولوجي للأوكسجين مقبول, ومن هذه المواد الكيميائية(بولي فوسفات, ماءات الكاليسيوم وكبريتات الألمنيوم, كبريتات الحديد), وتعتبر هذه الطريقة هي الأسوأ والأقل فائدة والأكثر كلفة.



الحصول على الكحول الإيتيلي

2-1 – الحصول على الكحول الإيتيلي:
يعد الحصول على الكحول الإيتيلي من مصل الجبن من أهم وأكثر طرق المعالجة فعالية حيث تقسم الطرق الحديثة للحصول عليه على أساس تخمر سكر اللاكتوز إلى المجموعات الأساسية التالية :
* - إنتاج الكحول الإيتيلي باستخدام مصل غير معالج ( غير معرض لعمليات تركيز ) وذو تركيز منخفض لسكر اللاكتوز [2].
* - إنتاج الكحول الإيتيلي باستخدام مصل مركز وذو تركيز عال لسكر اللاكتوز حوالي20 – % 15.[3]
* - إنتاج الكحول باستخدام مصل قد تعرض فيه سكر اللاكتوز لعمليات حلمهة أنزيمية [4].
* - إنتاج الكحول الإيتيلي باستخدام مزيج من مصل الجبن مع مواد أولية أخرى حاوية على الكربوهيدرات [5 ].
يمتلك عدد قليل من الأنواع التابعة للخمائر خاصية استقلاب سكر اللاكتوز ( مع تحويله إلى كحول إيتيلي وثنائي أوكسيد الكربون CO2 ).
من خلال دراسة الخصائص الفيزيولوجية والبيوكيميائية للخمائر المستقلبة لسكر اللاكتوز أثبت أن الأنواع Kluyveromyces ، مثل Kl. Fragilis، و Kl. marxianusوأيضاً النوع Candida pseudotropicalis تمتلك القدرة على التخمر الفعّال للاكتوز مع إنتاج الكحول بتراكيز عالية في الوسط .
مستوى فعالية تخمير المصل ذي التركيز % 4.3 لاكتوز تتراوح بين(% (94.3 - 86.6 من الناتج النظري، لكن عملية تخمر المصل بهذا التركيز المتدني لسكر اللاكتوز غير مجدية اقتصادياً، وهذا ما يفسر قلة استخدامه فيعمليات الحصول على الكحول الإيتيلي مقارنة بالمواد الأوليةالأخرى، إذ أنّ كمية الكحول الناتجة عن معالجة (1 طن) من مصل الجبن تعادل 25.4) ل) أقل بكثير من تلك الناتجة عن استخدام المواد الأولية الأخرى الكلاسيكية للحصول على الكحول في الصناعة كالمولاس 310) ل)، والحبوب (330 ل) [6] .
لهذا من الواضح أن استخدام المصل المركز أجدى وأكثر ملائمة، وهناك الكثير من الدراسات في السنوات الأخيرة التي تبحث في هذا الاتجاه [7].
تبيّن من خلال دراسة نمو 11 سلالة من الخمائر التي تنتمي لثلاث أجناس مختلفة هي Pichia pseudoplymorpha، و Candida salmenticensis، و Kluyveromyces fragilis وKl. Lactisوأيضاً marxianus CBS1555Kl. على أوساط مغذية تحتوي على تراكيز مختلفة من اللاكتوز أنّ سلالتان من النوعين Candida salmenticesis و Pichia pseudopolymorpha تخمر لكن بضعف سكر اللاكتوز، لكن 5 سلالات تتبع للأنواع )Candida kefir،macedonicensis C.،Kluyveromyces fragilis، CBS1555(Kl. lactis ,Kl. maxianus تبين أنّها تخمر اللاكتوز بفعالية كبيرة، بعض سلالات هذه الأنواع تخمر أوساط مغذية حاوية على سكر اللاكتوز بتراكيز حتى % 20، في حين نجد أنّه على العكس من ذلك هناك سلالات تمتاز بقدرتها على تخمير اللاكتوز فقط بتراكيزه القليلة في الوسط .
من الجدير ذكره أنّ جميع السلالات المنتجة قد أعطت بعد زراعتها مباشرة على مصل الجبن وبتراكيز مختلفة من اللاكتوز في الشروط المخبرية مردوداً من الكحول يختلف عنه في الشروط الصناعية، فقط لاحظنا أنّ السلالتين Kluyveromyces Fragilis CBS 397 وKluyveromyces fragilis CBS 5793 التي أعطت المردود ذاته على أوساط مغذية تركيبية حاوية على اللاكتوز في الشروط المخبرية والصناعية، أمّا باستخدام المصل فقد كان المردود مختلفاً، أفضل المؤشرات من حيث سرعة التخمر ومردود الكحول الإيتيلي حصلنا عليها في درجات حموضة الوسط تراوحت بين (PH = 4.0 – 4.5)، ودرجات الحرارة الوسط تراوحت بين( ْ[8] ( 30 - 32C.
عند إجراء عملية تخمر لوسط مصل الجبن بعد تعريضه لعملية الترشيح فوق العالي (حيث تم رفع تركيز اللاكتوز إلى 40 غ /ل ), وبواسطة السلالة Kluyveromyces fragilis CBS397 تمت عملية التخمّر في الشروط اللاهوائية بدرجة حموضة (( PH = 4.0، و بدرجة حرارة ( ْ30 - 32C)، في مثل هذه الشروط يتشكل التركيز الأعظمي من الكحول الإيتيلي والذي يعادل 12 حجم %، تستغرق عملية التخمر مدة 10 ساعات عندما يكون تركيز اللاكتوز في الوسط% 4.0، وحتى 100 ساعة عندما تركيز اللاكتوز% 20[9].
عدا ذلك من المعروف أن تركيز مصل الجبن يبطئ عملية التخمر، أثبتت التجارب أن العامل المثبط لعملية تخمر المصل المركز هو الضغط الحلولي العالي، وبهدف الإقلال من الضغط الحلولي، من المجدي استخدام المصل المركز منزوع الأملاح المعدنية، ولكن نزع الأملاح المعدنية عملية معقدة وعالية التكاليف.
تم وضع مخطط من أجل الحصول على الكحول الإيتيلي من مصل الجبن لمصانع الألبان ذات الطاقة الإنتاجية الصغيرة، حيث تم اختيار السلالة Candida pseudotoropicalis ATCC 8619 بسبب تمتعها بقدرة كبيرة على تخمير المصل المركز، لقد أنتجت هذه السلالة9.7 حجم % من الكحول الإيتيلي من مصل مركز منزوع البروتين الحاوي على نسبة % 20.1 سكر اللاكتوز.
الشروط المثلى لإنتاج الكحول تضمنت درجة حموضة( PH = 4.5) ، ودرجة حرارة ْ30C، ولم تكن هناك حاجة لإضافة أي مواد مغذية إضافية للمصل، استغرقت عملية التخمر الكاملة للمصل الذي يحوي على تركيز % 5.1 سكر اللاكتوز مدة 4.5 ساعة، عند تركيز البادئ 3.6 غ/ل تركيز الكحول المتشكل في الوسط بلغ 2.7 حجم %.
عند استخدام بادئ بتركيز 13.9 غ / ل من الخمائر هذه لتخمير مصل مركز يحتوي على %17.5 سكر اللاكتوز فإنّ عملية التخمر تستمر لمدة 22 ساعة، والتركيز النهائي للكحول الايتيلـيفي سائل التخمر يصل إلى 8.3 حجم %.
يعتبر المصل الوسط الأفضل لتخمر اللاكتوز وذلك من أجل الحصول على الكحول الإيتيلي لأنّه:
أولاً: المصل لا يحوي على المواد البروتينية، وهذا ما يخفض من قيمته الغذائية كمادة علفية.
ثانياً: كقاعدة عامة كمية المصل في مصانع الألبان تتراوح بين 100 حتى 300 طن/يوم وهذا ما يجعل من عملية معالجته أمراً مجدي، حتى بعد تعريض المصل لعمليات التركيز.
عرض الباحثين [10]طريقة التخمر نصف المستمرة( أو نصف الدورية) للحصول على الكحول الإيتيلي، أنّ هذه الطريقة تمتاز عن الطرق التقليدية بالإنتاجية العالية، فعندما يكون تركيز محلول المصل في بداية التجربة 100 غ/ ل، وثابت (معدل) إضافة اللاكتوز 18 غ/ساعة على مدى 20 ساعة، فإنّه تم الحصول على 64 غ/ل كحول إيتيلي، وبإنتاجية تعادل 3.3 غ/ل.ساعة، وبلغت نسبة استقلاب اللاكتوز % 100.
برأي العديد من الباحثين أنّ الطريقة المستقبلية المثلى لمعالجة المصل هي استخدام عمليات التخمر المستمرة, حيث تم استحداث طريقة للحصول على الكحول الإيتيلي من اللاكتوز باستخدام البادىء Kluyveromyces fragilis والطريقة المستمرة لعملية التخمر في الشروط اللاهوائية، كمادة أولية استخدم في هذه العملية مصل الجبن الناتج عن عملية التنقية بالترشيح فوق العالي، تركيز سكر اللاكتوز في الوسط في بداية عملية التخمر تراوح بين 120 – 100 غ/ ل، وسرعة تمديد الوسط 0.15 h-1D =، الإنتاجية الأعظمية للايتانول بلغت 71.4 غ/ ل.ساعة، علماً أنّه في وسط التخمر الناضج لم يكن هناك أثر لسكر اللاكتوز، و سرعة الدوران في المفاعل كانت 250 دورة / دقيقة، ودرجة الحرارة ْ30C والـ PH = 4.5 .
كما أجريت أبحاث متعددة الجوانب في مجال معالجة مصل الجبن بواسطة عمليات التخمر في معهد "Uglish " بجمهورية روسيا الاتحادية، بحسب هذه الدراسات تم عرض مخطط تكنولوجي لعملية إنتاج الكحول الإيتيلي بالطريقة المستمرة[7]، حيث تجمّع حبيبات الكازئين من المصل بعد عزلهامع حبيبات الدهون من المصل بطريقة الفرزفي وعاء خاص على شكل كتلة بروتينية، تتم عملية الفرز هذه بدرجات حرارة تتراوح بين ( ْ30 C– 40 )، أيّ مباشرة بعد الحصول على المصل ( تمّت عملية ترسيب بروتينات المصل بالطريقة الحامضية)، في هذه الحالة يُسخن المصل إلى الدرجة ( ْ90C–95 ) لفترة 20 دقيقة، وبعد ذلك يضاف حمض كلور الماء المركز حتى الوصول إلى درجة حموضة PH=4.5-5.5، وتتم عمليات فرز البروتينات المعادلة والمخثرة بواسطة فارزات من نوع OTC، بعدها يبرد المصل الناتج للدرجة (ْC28– ( 30 ومن ثم يضخ إلى مفاعل التخمر حيث تتم عملية التخمر التي تستمر مدة 3 - 2 أيام، وبنهاية عملية التخمر يكون قد تشكل في سائل التخمر من ( % 3.5 - 2.5) كحول إيتيلي.
تورد بعض المصادر شرحاً مفصلاً لطرق تخمر ثنائية المرحلة للحصول علىالكحول الإيتيلي من المصل، بحسب هذه التكنولوجيا تشمل المرحلة الأولى على عملية تخمر هوائي لسلالات معدلة وراثياًغير محددة النوع على أوساط مغذية تحتوي على نسبة % 1من مستخلص الخميرة و % 2 بيبتون إضافة إلى % 25 – 5 من المادة المغذية وهي (مصل محلمه، أيّ غلوكوز+ غالاكتوز) من أجل الحصول على الكتلة الحيوية للبادىء بنسبة 30 غ/ليتر.
تتضمن المرحلة الثانية عملية تخمر لاهوائية مع إعادة التدوير لخلايا البادئ، حيث تستخدم في عملية التخمر اللاهوائية الطريقة المستمرة، وتضبط عوامل التخمر المختلفة بحيث يكون تركيز السكريات المتبقية % 1,0 في وسط التخمر، عندها تصل إنتاجية الكحول الإيتيلي حدها الأعظم وتعادل ( 13,1 gr.L-1 . h-1) بسرعة تمديد للوسط المغذي تعادل ( 0,2 h-1) وتركيز اللاكتوز في المصل في بداية التخمّر % 15.
في مثل هذه الشروط يبلغ ناتج الكحول العملي 70 غ / ليتر، وفعّالية استقلاب المصل إلى كحول بمقدار % 94، كما عرضت إمكانية استقلاب مصل جبن بتركيز سكر اللاكتوز % 20، لكن إنتاجية الكحول في هذه الحالة انخفضت إلى ( 5,5 gr.L-1 . h-1 ).
تمّ في مصانع الأجبان لشركة “ Carbery Creamer" في إيرلندا تنظيم عملية إنتاج الكحول الإيتيلي بحسب طريقة “APV- Carbery Prozessen"، استخدمت سلالات خمائر تابعة للأنواع Kluyveromyces lactis و Kluyveromyces fragilisوCandida pseudotropicalisمن أجل حلمهة اللاكتوز إلى غلوكوز وغالاكتوز ومن ثم استقلابها إلى كحول إيتيلي، تمت معالجة مصل جبن ذو التركيز% 12للكتلة الجافة بواسطة معدات من نوع “ Carbery "، يبرد محلول المصل الخارج من الجهاز، والذي تبلغ درجة الحرارة ْC50 ،وتركيز الكتلة الجافة بحدود % 10,5، وتركيز سكر اللاكتوز % 9,5 يبرد إلى الدرجة 30 Cْ ومن ثم يضخ إلى مفاعل التخمر وتضاف إليه الخمائر حيث تتم عملية التخمر، وبانتهاء التخمر يتم فصل الخمائر عن سائل التخمر الذي يتم تقطيره، يمكن الحصول على إيتانول عالي الجودة يمكن استخدامه في المجالات الغذائية، تم عرض مخططين تفصيليين لمجموعتين من المعدات المستخدمة للحصول على كحول إيتيلي بتركيز% 95,3 وصالح للاستخدامات الغذائية.
تم إعداد طريقة حديثة للحصول على الكحول الايتيلي من قبل شركة “Abkor” هذه الطريقة تتألف من ستة مراحل، يتم في المرحلة الأولى فلترة مصل بالطريقة فوق العالية، والتي يتم خلالها الحصول على مركز بروتينات المصل، وتجري في المرحلة الثانية عملية تركيز سكر اللاكتوز عن طريق التناضح العكسي إذ يتم فصل حتى % 75 من ماء المصل، بعد ذلك يعرض المحلول الناتج لعمليات التخمر، ومن ثم تقطير سائل التخمر، والهدرجة، والتقطير النهائي.
تتوالى في الوقت الحالي الإعلانات عن استحداث طرق للحصول على الكحول الإيتيلي بعد تعريض المصل لعمليات حلمهة أولية لسكر اللاكتوز إلى مكوناته الأولية (الغلوكوزوالغالاكتوز) بمساعدة إنزيم الـ b - غالاكتوزيداز .

تستخدم في هذه الحالة أنزيمات حصل عليها من الفطريات العفنية التابعة للنوعAspergillus niger و Aspergillus oryzae و Curvularia inaegualis، والخمائر من النوع Kluyveromyces marxianus، أو أحياء دقيقة أخرى.
في البداية يتم تعريض لاكتوز المصل لعملية حلمهة إنزيمية، الأمر الذي يسمح في مرحلة التخمرباستخدام بادئات ميكروبية لا تخمر سكر اللاكتوز لإنتاج الكحول الإيتيلي.
على سبيل المثال تجريبياً وباستخدام سلالات من Saccharomyces cerevisiae و Kluyveromyces fragilisلتخمير المصل المحلمه اللاكتوز، نجد أنّ سرعة التخمر بالنسبة لخمائر النوع Saccharomyces cerevisiae أكبر منها بالمقارنة مع سرعة التخمر بالنسبة للنوع Kluyveromyces fragilis، لكن يتطلب الأمر بادىء ذي بدء القيام بعمليات تعويد أو أقلمةالخمائر Saccharomyces cerevisiaeللنمو على سكر الغالاكتوز ( ناتج عملية حلمهة اللاكتوز)، يعتبر العديد من الباحثين استخدام النوع Saccharomyces cerevisiae في عمليات التخمّر هذه أمر واسع الأفق والأهمية إذ أنّها تتمتع بقدرة عالية على تحمّل تراكيز عالية من الكحول الإيتيلي في الوسط، وبالتالي تستطيع استقلاب تراكيز أعلى من اللاكتوز إلى كحول إيتيلي.
يضاف مصل الجبن بعد حلمهته بأنزيمات - bغالاكتوزيداز ( في الشروط الصناعية) إلى المواد الأوّلية الغنية بالنشاء كالحبوب بنسبة (% 50 مصل إلى % 50 محلول النشاء)، ويتم التخمّر باستخدام الخمائر الكحولية العادية أيّ Saccharomyces cerevisiae، تمتاز هذه الطريقة بسرعة حدوث عملية التخمّر بالمقارنة مع تلك الطرق التي تعتمد على تخمّير لاكتوز المصل بواسطة الخمائر في الشروط اللاهوائية، تنتج كميات أكبر من الكحول الإيتيلي في الوسط الناضج ( سائل التخمر ) بحدود ( % 10 - 9 )، والخمائر الناتجة بعد عمليات الفرز لسائل التخمر ذات قيمة غذائية أكبر وتستخدم كمادة علفية غنيّة بالبروتينات.
ومن حيث المبدأ ليس هناك حاجة لمعالجة المصل بشكل مباشر بإنزيم - b غالاكتوزيداز، فقد دلّت التجارب أنّه من الأجدى اقتصادياً معالجة الحليب المعد لتصنيع الأجبان أنزيمياً ، حيث يسمح هذا الأمر بالحصول على مصل قد تحلمه فيه نسبة % 80 - 70 من سكر اللاكتوز.
تشمل عملية الحصول على مصل يحتوي على نسبة% 80من اللاكتوز المحلمهة إلى الغلوكوزوالغالاكتوز على المراحل التالية :
· بسترة الحليب المعد لتصنيع الأجبان.
· تبريد الحليب إلى الدرجة C 31ْ.
· المعالجة بإنزيم - b غالاكتوزيداز بمقدار 0,3 غ / ل حليب.
فيّما بعد تسير العملية التكنولوجية حسب المخطط التقليّدي، مثل هذه المعالجة الإنزيمية للحليب لا تخلف أيّ أثر سلبي على نوعية الجبن وقيمته الغذائية وسعره، في الوقت ذاته تسمح بالتخلص من عملية تقنية إضافية لمعالجة مصل الجبن الناتج.
أجريت دراسات موسعة في عدد من الدول التي تملك صناعة ألبان كبيرة ومتطورة باتجاه الحصول على الكحول الإيتيلي من المصل بواسطة خلايا الخميرة المثبتة Immobilized Cells على حوامل عضوية, والقادرة على تخمير اللاكتوز، وأيضاً بمساعدة خلايا الخميرة غير القادرة على تخميّر اللاكتوز المثبتة في آن واحد مع أنزيم - b غالاكتوزيداز.
كرّس عدد من الباحثين جهدهم للحصول على الايتانول بمساعدة الخلايا الخميرية المثبتة على حوامل عضوية والتي تتمتع بمقدرة عالية على تخميّر اللاكتوز وكذلك بقدرة كبيرة على تحمل تراكيز عالية للكحول الإيتيلي.
وقد تمكّن فريق بحث فنلندي من الحصول على الكحول الإيتيلي بهذه الطريقة، وذلك بتثبيت خلايا النوع Kluyveromyces fragilis على حامل من / Ca – اليفينات/، علماً أن أنزيمb- غالاكتوزيداز كان مرتبطاً بواسطة الكارباميد المنحل بالماء، حيث تمّ استخدام الطريقتين الدوريّة والمستمرة للتخمر الكحولي، وحددت الشروط المثلى لاستقلاب اللاكتوز إلى كحول، بلغت نسبة الناتج النهائي للكحول الايتيلي حين استخدام الطريقة الدورية للتخمر % 92,6 من الناتج النظري عند استخدام مصل بتركيز سكر لاكتوز % 5، و% 83,3 من الناتج النظري عندما يكون تركيز اللاكتوز %10، أما زمن التخمر فكان على التوالي 16 ساعة فيالحالة الأولى و31 ساعة في الثانية.
أجرى الباحث Hartmeier وزملائه من جمهورية ألمانيا الغربية أبحاث على تثبيت خلايا الخميرة Saccharomyces cerevisiae والبكتيريا Zymomonas mobilis وبمساعدة أنزيم - b غالاكتوزيداز المستخرج من فطر Aspergillus orysae, وقام بشرح طريقة أخرى للحصول على الكحول الإيتيلي من اللاكتوز بواسطة خلايا طبيعية وخلايا أخرى معدلة وراثياً لخميرة
Saccharomyces cerevisiae المثبتة على حوامل عضوية مع أنزيم
- bغالاكتوزيداز.
تم باستخدام طرق التحام البروتوبلاست Protoplast fusion (البروتوبلاست- خلايا الكائنات الحية الدقيقة المجردة من الجدار الخلوي ) وباستخدام البولي ايتلين غيلكول كمادة محفذة الحصول على خلايا معدلة وراثياً لخمائر النوع Saccharomyce cerevisiaeوخمائر النوع Kluyveromyces lactis، الخلايا الناتجة عن التحام البروتوبلاست تمتلك الخواص الوراثية للخلايا الأبوية كلها، وتخمّر وبفاعلية ونشاط سكر اللاكتوز، فعند استخدام أوساط مغذية تحوي على اللاكتوز كمصدر وحيد للتغذية الكربونية، لوحظ أنّ الخلايا المعدلة وراثياً و الناتجة (أو الفوزانتي Fusant والفوزانت هي الخلايا الجديدة الناتجة عن التحام البروتوبلاست ) تمتلك قدرة تخميرية عالية تفوق تقريباً مرتين القدرةالتخميرية للخلايا الأبوية الناتجة عنها كالسلالة ZW - Kluyveromyces lactis ZW - 14.
عدا ذلك هناك معلومات تشيّر أنّه تم الحصول على خلايا معدلة وراثياً ثابتة PN-13 ناتجة عن التحام البروتوبلاست لخلايا الخمائر التابعة للنوعين Kluyveromyces lactis وSaccharomyces cerevisiae، هذه الخلايا المعدلة PN –13 أعطت عند تخميّر اللاكتوز تراكيز من الكحول الإيتيلي بلغت 43 غ/ ليتر، بينما نلاحظ أنّ خلايا الخميرة غير المعدلة للـ Kluyveromyces lactis أعطت فقط 30 غ / ليتر كحول.
يقترح بعض الباحثين في السنوات الأخيرة استخدام سلالات معدلة وراثياً Recombinant Strains من بكتريا Escherichia coli التي أضيفت إليها حلقة وراثية Plasmid تمّ عزلها من البكتيريا Zymomonas moloilis وذلك لتخميّر أوساط تغذية تحوي سكر اللاكتوز.
تمكنت مجموعة من الباحثين من المملكة المتحدة عن طريق تعريض خلايا السلالة الخميريـةالمقاومة للحرارة العالية Kluyveromyces marxianus IBM-3 لتأثيّر الحقول الكهربائية لمرة واحدة من زيادة إنتاجيّة الايتانول للسلالة المذكور بنسبة % 25 حتى % 35 من الناتج النظري المحتمل خلال 20 ساعة تخمر لوسط مغذي يحوي اللاكتوز، تبيّن أنّه في حال التنشيط أو التحفيز بالحقول الكهربائية مع إضافة 1 مل من MnCl2 قد ضاعف مرتين تقريباً إنتاجية الكحول الإيتيلي خلال 30 ساعة تخمر، أوضحت الدراسات التي أجرتها هذه المجموعة أنّ أنزيم - b غالاكتوزيداز في الرشاحة خارج الخلايا يتمتع بنشاط تحللي منخفض، الأمر الذي بحسب رأي الباحثين مرتبط بتأثير الحقول الكهربائية على نفوذية الجدار الخلوي لخلايا الخميرة.

2-2-الخصائص المورفولوجيةوالفيزيولوجية لخميرة K lactis: 2-2-1-الخصائص المورفولوجية :
· تبدو خلايا السلالة بيضويّة الشكل، ونادراً ما تكون اسطوانية وذلك بعد ثلاثة أيام من النمو على وسط الأغار، تتراوح أبعادها بين (5.5~2,0)x(7,0~3,0) ميكرون، عند نمو السلالة على وسط مغذي سائل وعلى وسط ريدر الحاوي اللاكتوز ( بشكله السائل ومع الأغار ) لا نلاحظ إختلافات جوهرية في شكل الخلايا و حجمها ولا في خصائصها الإستنياتية.
· عند نمو السلالة على وسط مغذ صلب، وعلى وسط ريدر صلب مع اللاكتوز بتركيز%1.0~0.5 لمدة ثلاث أيام بدرجة حرارةْ28 C تبدو المستعمراتبلون كريم مائل للفضي، ملساء، وغير لماعة، تشكل مشيجة (ميسيليوم ) كاذبة متخلّفة ( ضعيفة النمو )، الأبواغ الزقية كروية الشكل، ويحوي الزق (الكيس البوغي) الواحد منها 4~1 أبواغ.
· الحفظ الطويل للسلالة ( في المتحف أو المصرف الحيوي ) يفقدها خاصية تشكيل الأبواغ، وإذا ما حفظت السلالة في وسط مغذي سائل في درجة حرارة الغرفة فإنّها تشكل بعد شهر واحد من الحفظ راسب وحلقة.

2-2-2- الخصائص الفيزيولوجية والبيوكيميائية لخميرة K. lactis :
· علاقتها بمصادر التغذية الكربونية : تخمّر السلالة المنتجة سكر الغلوكوز، السكروز، اللاكتوز والرافينوز، ولا تخمّر سكر المالتوز.
· علاقتها بمصدر التغذية الآزوتية: تستقلب السلالة الآزوت الأموني، ولا تستقلب النترات.
· لا تنمو السلالة في وسط مغذي لا يحوي على الفيتامينات، وتحتاج في نموّها لحمض النيكوتين والبيوتين.
· السلالة غير سامة وغير ممرضة للحيوانات ذوات الدم الحار وللإنسان.
· تنمو السلالة في المجال الحراري (ْ35 ~ 20C )، والحرارة المثلى لنموها (ْ 30 ~ 28 C)، ولا تنمو في درجات حرارية أعلى من ْ37C .
· تنمو السلالة في درجات الـ PH تتراوح بين ( PH= 7,2 ~ 3,4 )، أمّا الدرجة المثلى للنمو فهي PH = 5,5 .
· يمكن رفع فعالية عملية إنتاج الكحول الإيتيلي والكتلة الحيوية لهذه الخمائر باستخدام طريقة النمو نصف المستمرة ( Fed - batch cultivition ) حيث يتم استبدال ثلث 1/3)) حجم وسط النمو بمصل الجبن( بدفعة جديدة منه)، تركيز اللاكتوز في هذه الحالة سيقترب من % 1.5، الأمر الذي يؤمن قيمة عالية للمعامل الاقتصادي وسرعة النمو النسبية ولذلك تستخدم الطريقة النصف مستمرة لإكثار الخمائر اللبنية على المصل.

2-2-3-المميّزات والوظائف الحيوية لخميرة K. lactis:
- إنتاجية عالية من البروتين الحيوي الذي يمكن اعتباره كقيمة غذائية وعلفية:
تمتاز خميرةKluyveromyces lactis بمقدرتها العالية على تمثيل واستقلاب المواد المغذية المتواجدة في وسط الإكثار، أو المواد المقدمة لها أثناء تنميتها على أوساط خاصة معدّة لهذا الغرض، ولاسيّما مقدرتها على التمثيل الحيوي للسكر وخاصة (سكراللاكتوز) مما يتيح الفرصة للحصول على المنتجات الحيوية المرغوبة وفقاً لشروط التنمية المتبعة (شروط هوائية،شروط لا هوائية)، وهذا ما يعبرعن الميزة الوراثية الهامة لهذه الخميرة بما تحويه من أنزيمات ومكتنفات خلويّة تمكنها من استهلاك هذه المغذيات واستقلابها ضمن شروط معينة ينتج عنها تكوين البروتين الحيويالكحول الإيتيلي أو المنتجات الحيوية الأخرى، فهذه الخميرة تعتبر من أنواع الخمائر الهامة المنتجة للبروتين.
- كثافة نمو سريعة و عالية.
- تسهم في إنتاج المضادات الحيوية و الميتانول والإيتانول.
- إمكانية اكثارها صناعياً بسهولة و يسرو إمكانية تنميتها على أوساط رخيصة ومتوفرة و سهلة المعالجة (المصل، المولاس، أو مزيج المصل مع المولاس).
- عدم تأثرها و مقاومتها للتأثير السمي لـ E.coliالموجودة في وسط النمو.
- سهولة فصلها عن سائل التخمر بعد اكثارها.
- إحتوائها على أنزيمβ-galactosidas من ضمن مجموعتها الأنزيمية:
حيث يعتبر أنزيم (ß-galactosidase) من الأنزيمات المميزةخميرة K. lactis ولكافة الخمائر اللبنية الأخرى حيث يساعدها هذا الأنزيم على مهاجمة سلاسل سكر اللاكتوز المتواجدة بغزارة في كافة المنتجات اللبنية على اعتباره من الأنزيمات المفككة والمحلمهة له فيقوم أنزيم (ß-galactosidase) بتفكيك اللاكتوز إلى سكرياته البسيطة(الغلاكتوز، الغلوكوز) الّلذين تستخدمهما الخميرة في تغذيتها كمصدر أساس للكربون العضوي، وبهذا الشكل تتمكن خلايا خميرة K. lactis من النمو و التكاثر على الوسط المستخدم للإكثار (مصل الجبن) من خلال إفرازها لهذا الأنزيم في الوسط التخمّري والإستفادة من سكرياته الموجودة إلى أقصى حدّ ممكن.
2-3- العوامل المؤثرة على إكثار وتنمية خميرة Kl. lactis:
2-3 – 1 - درجة الحرارة:
تعد الخمائر من الأحياء الدقيقة الغير مقاومة للحرارة العالية ويعد المجال 30~29°C هو الأمثل وفيه يكون نشاط الخميرة أعظمياً, وإرتفاع درجة الحرارة إلى أعلى من 36°C يؤدي إلى انخفاض حاد في سرعة نمو الخميرة حتى يتوقف نموها في الدرجة 40°C وتموت نهائياً في الدرجة 45~50°C .
2-3- 2- pHالوسط:
إن المجال الأمثل للـ PH هو 4.5~5.5 وتعتبر الخميرة قادرة على تحمل المجال الحمضي 3~3.5 إلاّ أنّ معدل النمو ينخفض في هذه الحالة، وتشيّر الدراسات إلى أن درجة المثلى لعملية التخمّر الكحولي للخميّرة المدروسة تقع ضمن المجال4.5~5 .
2-3-3-الموجات فوق الصوتية والموجات الكهربائية:
تدل التجارب على أنّ القليل من جرعات الموجات فوق الصوتية 0.72 KJ/Cm² لا تؤثر على نمو الخلايا, أمّا في حال إرتفاع شدّة هذه الموجات 43.6~2.16 Kj/Cm² فيكون التأثير واضحاً ويصل إلى إيقاف النمو بالشكل النهائي حيث يحدث تغير في تركيب البروتين الخلوي، أمّا المجال الكهربائي فإنّه يؤثر على الخلايا بزيادة النشاط الأنزيمي وبالتالي إزدياد النمو.
2-3-4-الشوائب الضارة:
تؤثر الشوائب في الوسط المغذي بشكل مختلف على نشاط خلايا الخميرة بإختلاف هذه الشوائب وإختلاف تراكيزها:
حمض الأوكساليك يبطّئ النمو عند تركيز 10 mg/l ويوقفه تماماً عند تركيز 1000 mg/l, كما أنّ حمض الزبدة يبطئ النمو عند تركيز 5mg/l ويوقفه تماماً عند تركيز 500 mg/l, و كذلك وجود النتريت يبطئ النمو عند تركيز 5mg/l ويوقفه تماماً عند تركيز 200mg/l.
أمّا شوارد المعادن فلها تأثيّر مختلف بإختلاف طبيعتها:
*النيكل يبطئ النمو عند تركيز 3mg/l .
*الألمنيوم يبطئ النمو عند تركيز 45mg/l.
2-4-الطريقة الدورية في إنتاج الايتانول:
إنّ الطريقة الأكثر دراسة والأكثر استخداماً لإنتاج الكحول الإيتيلي من مصل الجبن هي الطريقة الدوريّة، ويمكن استخدام جميع أنواع المصل الناتجة عن صناعة مشتقات الألبان .

2-4-1-مساوىء الطريقة المتقطعة:
1- معظم المخمّرات تعمل بطريقة نصف مستمرة.
2- الوقت الطويل للتخمّرات, فالعمليّة بطيّئة وتحتاج وسطياً الى 20-60 ساعة.
3- الكلفة الماليّة الكبيرة المطلوبة للتخمّرات ذات الحجوم الكبيرة.
4- كلفة الطاقة العالية من أجل فصل وتنقية الايتانول.


2-5-التقطيّر:
يبيّن الشكل (3-6) عملية التقطير حيث يدخل سائل

التخمّر الناتج عن المرحلة السابقة الى البرج اليساري من الأعلى، وفيه يتبخر الايتانول لينتقل إلى برج المعالجة من أجل الحصول على مستخلص نقي.
يستخدم مستخلص Anchor Ethanol Reporoa نظام الأعمدة السبّعة لإنتاج سبّعة درجات مختلفة من الايتانول
1
والاستخدامات العامّة لهذه الدرجات السبعة من الايتانول المنتجة موضّحة في الجدول التالي:
الاستخدامات للدرجات السبّعة من الايتانول المنتجة بطريقة Anchor:
الاستخدام الصناعي
مصدر الاسم الصناعي المستخدم
الاسم
مذيب صناعي ومستخلصات ميتيلية ملونة
إيتيل الكحول 95%
EA95
مذيب صناعي,الخل الأبيض,الطب,مستخلص للتعقيم,تلوين الأغذية,منكهات للأغذية.
المستخلص الأبيض 95%
95WS
مزيلات الروائح العالية الفاعلية,عطورات,مواد التجميل,ملونات الأغذية,منكهات الأغذية,مشروبات كحولية.
-
CTWS
مشروبات كحولية,مزيلات الروائح الأكثر فاعلية,العطورات.
-
NCS
الطلاء,حبر المطابع,الصناعات,مذيبات صناعية.
إيتيل الكحول 99%
EA99
بعض المنتجات الضبابية,استعمالات طبية,وصيدلانية.
الكحول المنقى
AA
مستحضرات التجميل,صيدلانية,منتجات العناية بالشعر.
الكحول الضبابي ذو الدرجة العالية
HGAA

بعد إزالة الايتانول من السائل المتخمر فان تيّار السائل المتبقي يعالج بالترقيد, والخمائر المنهكة إما ترمى لتعالج في أنظمة معالجة دقيقة أو تباع كأعلاف للحيوانات


من خلال المسح المرجعي يمكننا استخلاص النتائج التالية:
*- يعتبر مصل الجبن وسط مغذ كامل، يحوي جميع العناصر المغذيّة الضرورية لنمو الأحياء الدقيقة المختلفة.
*- وجود مصدر التغذية الكربوهيدراتية الذي يستقلب بسهولة من قبل الكثير من أنواع الأحياء الدقيقة، وكذلك وجود عوامل النمو المختلفة في المصل يجعل منه الوسط المغذي الأغنى في العمليات البيوتكنولوجية.
*- الخمائر هي البادئ الأكثر فعالية، والأوسع استخداماً للحصول على الكتلة الحيوية والمركبات الأخرى من مصل الجبن.
*-تعتبر عملية التركيز باستخدام الترشيح فوق العالي الأفضل، لأنّه و باستخدام هذه الطريقة يمكن فصل الأملاح التي تؤثر على الخمائر.

-الطريقة الغشائية المستمرة لإنتاج الايتانول:
2-7-1-مبدأ الطريقة الغشائيّة المستمرة:
طوّر المهندسون في جامعة Illinois (UI) عمليّة تخمّر عالية المستوى والتي تغلّبت على العديد من هذه المشاكل.
يظّهر في الرسم التوضيحي المفاعل الغشائي المستمر الحديث (CMB) التي تستخدم أغشية نصف نفوذة تركيبيّة لفصل وإعادة تدوير الخمائر, بينما انتقال للايتانول يكون بشكل مستمر

2-2-2-مميّزات الطريقة الغشائيّة المستمرة:
1- تخفيّض كلفة الخمائر وزمن الدورة للتخمّر نتيجة الفصل المستمر واستعادة الخمائر وبالتالي اختصار زمن التشغيل والإغلاق كما في المخمرات المتقطعة الموجودة.
2- الحصول على كثافة خمائر أعلى من الطريقة المتقطعة نتيجة استعادة الخمائر.
دراسات أظهرت ازدياد في عدد الخمائر 1000 مرة في الـ (CMB) أثناء العمليّة, وهذا التركيز العالي سمح لنا بالحصول على الايتانول بسرعة أكبر.
3-تخفيض الكلفة نتيجة التخلص من مرحلة غسيل الخلايا.
4- الفصل المستمر الايتانول ( الذي يثبط الخمائر) أدى الى تنشيط الخمائر لانتاج الايتانول.


والفوائد الأخرى الملاحظة هي:
1- مرونة أغشية المفاعلات في فصل الايتانول أكثر من مصافي الايتانول.
2- تحسين عملية التقطير اللاحقة لأنّ العصير الخارج من المخمّر نقي لا يحتوي على مواد معلقة, وهذا سوف يسمح بتخفيض إضافي في الكلّفة.
3- سهولة التوسع في العمليّة لأنّ الوحدات الغشائية متوفرة كأنظمة قياسية.
4- تشغل المفاعلات الحيويّة الغشائيّة مكان أقل من المخمرات المتقطعة.


المراجع

1. Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. – М.: ВО "Агропромиздат", 1990. – 240 с.

2. Bachell R. Этанольная ферментация казеиновой сыворотки. 1-st Tberoamer Conqr. Biotech. Habana, April 17-22, 1989. – Habana, 1989. – P. 11 -36.
3. Выставка молочного оборудования. БИКИ, 77. 01.07.1982. – С. 4
4. Borun Zhang, Tinke Cai. Construction of lactose-fermenting and ethanol-producing fusants by intergeneric protoplasts fussion in yeasts // Acta Microbiol. Sin. – 1990. – V.30, N 3. – P. 182-188.
5. Zakrzewski E., Zmarlicki S. Ethanolic fermentatio-n in whey and wheymolasses mixtures. // Milchwissenschaft. – 1988. – V. 43, N 7. – P. 7-15.
6. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимических контроль / Яровенко В.Л., Устинков Б.А. Богданов Ю.П., Громов С.И. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 336 с.
7. Еремин Г.Е., Мешкова Н.Н. Технология этилового спирта из молочной сыворотки: Сб. науч. тр. – Углич, 1981. – С 55-59.
8. Meyrath J., Bayer K. Biomass from whey. // Economyc microbiology. – London, 1979. – V.4: Microb. Biomass (Ed. A.H. Rose). – P. 207-269.
9. Moulin G., Rose A.H., Gaizy P. Use of yeast for the valorization of whey // Res. Food Sci., a Nutr. Proc. 6th int. Congr. Food Sci. a. Technol., 18-23 Sept., 1983., 1983. – Dublin, 1983. – V.2. – P. 178.
10. Siso Mig, Doval S.S. Kluyveromyces lactis immobilization on Corn Grits for milk whey lactose hydrolysis // Enzyme and Microbial Technology. – 1994. – V. 16, N4. – P. 303-310.


- المراجع العربية:
11- الميدع، إلياس، 1990- الألبان – القسم العملي. مديرية الكتب والمطبوعات – جامعة حلب – حلب، 284 صفحة.
12- الميدع، إلياس، 1994- تكنولوجيا الألبان ومنتجاتها. مديرية الكتب والمطبوعات - جامعة البعث – حمص، 354 صفحة.
13- باشا، س. 1990-الصناعات الميكروبيولوجية. منشورات مديرية الكتب والمطبوعات- جامعة حلب.
14- طيفور،أ. 1993 - تكنولوجيا الألبان- منتجات التخمر. منشورات مديرية الكتب والمطبوعات- جامعة دمشق.
15- محيو، عادل، وآخرون، 1986- علم الألبان. مديرية الكتب والمطبوعات – جامعة حلب – حلب، 582 صفحة.
16- مهنا، نبيل، 2002- التصنيع والخواص الوظيفية لبروتينات اللبن. منشأة المعارف – الإسكندرية، 309 صفحة.
17- عيسى، محسن، وآخرون 1998- أساسيات إنتاج وتصنيع الحليب. مديرية الكتب والمطبوعات - جامعة تشرين – اللاذقية، 400 صفحة.
18- دراسة عن تطوير إنتاج وتصنيع وتسويق الألبان لدى صغار المزارعين في الوطن العربي، المنظمة العربية للتنمية الزراعية، الخرطوم (2003).