การหมักเชิงอุตสาหกรรม
การหมักเชิงอุตสาหกรรม (อังกฤษ: Industrial fermentation) เป็นการหมักจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียและเห็ดรา ที่ทำโดยตั้งใจเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นประโยชน์ ที่สามารถใช้เป็นอาหารหรือเพื่อประโยชน์อื่น ๆ ในอุตสาหกรรม สารเคมีที่มีขายทั่วไปบางอย่าง เช่น กรดน้ำส้ม กรดซิตริก และเอทานอล ล้วนผลิตโดยวิธีการหมัก ความช้าเร็วของกระบวนการหมักขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของจุลินทรีย์ เซลล์ องค์ประกอบของเซลล์ เอนไซม์ รวมทั้งอุณหภูมิและค่ากรด และสำหรับการหมักบางชนิด ออกซิเจน กระบวนการสกัดผลิตภัณฑ์ออกมา บ่อยครั้งต้องเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายที่เจือจางนั้น เอนไซม์ที่ผลิตขายทั้งหมด เช่น lipase, invertase, และ rennet จะทำโดยการหมักที่ใช้จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม ในบางกรณี มวลชีวภาพของจุลินทรีย์นั่นแหละเป็นผลิตภัณฑ์ เช่น ยีสต์ขนมอบ (Saccharomyces cerevisiae) และแบคทีเรียที่เปลี่ยนแล็กโทสเป็นกรดแล็กติกที่ใช้ในการผลิตชีส

joker123

โดยทั่วไปแล้ว สามารถแบ่งการหมักได้ออกเป็น 4 จำพวก คือ

  • เพื่อผลิตมวลชีวภาพ (คือจุลินทรีย์ที่ยังมีชีวิตอยู่)
  • เพื่อผลิตเมแทบอไลต์นอกเซลล์ (คือสารเคมีที่ผลิตโดยจุลินทรีย์)
  • เพื่อผลิตองค์ประกอบที่อยู่ในเซลล์ (เช่นเอนไซม์หรือโปรตีนในจุลินทรีย์)
  • เพื่อเปลี่ยนซับสเตรต คือสารที่ใช้เลี้ยงจุลินทรีย์เอง ที่จุลินทรีย์จะเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
    การหมักเพื่อผลผลิต 4 อย่างนี้ ไม่ใช่ว่าต้องทำแยกจากกันโดยสิ้นเชิง แต่เป็นการแยกเพื่อให้เข้าใจความแตกต่างของวิธีการได้ง่าย ๆ สิ่งมีชีวิตที่ใช้อาจเป็นแบคทีเรีย ยีสต์ เห็ดรา เซลล์สัตว์ หรือเซลล์พืช ซึ่งแต่ละอย่างจะมีความต้องการจำเพาะของตนเองเช่น ระดับออกซิเจน ระดับสารอาหาร และอุณหภูมิ

สล็อต

กระบวนการทั่วไปอย่างคร่าว ๆ
ในกระบวนการหมักทางอุตสาหกรรมโดยมาก สิ่งมีชีวิตที่ใช้จะใส่จมไว้ในของเหลว แต่ในบางอย่างเช่น การหมักเมล็ดโกโก้ เมล็ดกาแฟ และการหมักมิโซะ สิ่งที่หมักจะวางไว้ในที่เปียก ๆ ไม่ถึงกับจม[5] มีปัจจัยทางอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่สำคัญต่อกระบวนการหมัก ยกตัวอย่างเช่น เพื่อป้องกันการปนเปื้อนทางชีวภาพ ของเหลวที่ใช้ในการหมัก อากาศ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องต้องทำให้ปลอดเชื้อ การป้องกันฟองสามารถทำได้โดยใช้เครื่องกลหรือสารกันฟอง ปัจจัยอื่น ๆ อีกเช่นความดัน อุณหภูมิ ความแรงของเครื่องกวน และความหนืด ต้องวัดและควบคุมให้ดี
ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับการหมักอีกอย่างหนึ่งก็คือการขยายสเกล ซึ่งก็คือการเปลี่ยนกระบวนการที่ทำในแล็บ ให้ใช้ผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้ เพราะว่า เป็นเรื่องที่รู้กันมานานในสาขาจุลชีววิทยาอุตสาหกรรมแล้วว่า กระบวนการที่เป็นไปได้ดีในห้องปฏิบัติการ อาจจะทำได้ไม่ดีหรือไม่ได้เลยถ้าขยายสเกล คือโดยทั่วไปแล้ว จะไม่สามารถนำวิธีการและปัจจัยที่ใช้ในการหมักระดับห้องปฏิบัติการ มาใช้กับอุปกรณ์เครื่องมือระดับอุตสาหกรรมได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลย แม้ว่าจะมีการทดสอบตัวแปรต่าง ๆ ในการหมัก เพื่อที่จะให้เพิ่มสเกลได้ แต่ว่า ไม่มีสูตรอะไรที่ใช้ได้โดยทั่วไป เพราะกระบวนการหมักมีความต่าง ๆ กัน ถึงอย่างนั้น วิธีการที่สำคัญที่สุดในการปรับสเกลก็คือ การรักษาการใช้พลังงานให้สม่ำเสมอต่อปริมาณของเหลว และการรักษาปริมาตรการถ่ายโอนให้สม่ำเสมอ ข้อมูลจากวิกีอังกฤษเหมือนกับแหล่งอ้างอิง ไม่มีข้อมูลรายละเอียดเพิ่มในเรื่องนี้

สล็อตออนไลน์

ช่วงการขยายพันธุ์ของจุลินทรีย์
การปลูกเชื้อเริ่มขึ้นตั้งแต่ใส่เชื้อลงในของเหลวที่ใช้เพาะเลี้ยง แต่สิ่งมีชีวิตจะไม่เริ่มเจริญขึ้นโดยทันที จะต้องใช้เวลาสักพักหนึ่ง ช่วงนี้เป็นช่วงการปรับตัวที่เรียกว่า lag phase (ช่วงล้า) ในช่วงต่อมา อัตราการเจริญของสิ่งมีชีวิตจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า log phase หรือ exponential phase (ช่วงการเพิ่มแบบชี้กำลัง) หลังจากนั้น อัตราการเพิ่มจะค่อย ๆ ลดลง เนื่องจากความเข้มข้นของสารอาหารลดลง หรือ/และความเข้มข้นของสารพิษเพิ่มขึ้น ซึ่งเรียกว่า deceleration phase (ช่วงลดอัตราเพิ่ม) หลังจากนั้น การเพิ่มขึ้นจะยุติลง และสิ่งเพาะเลี้ยงจะเข้าสู่ช่วง stationary phase (ช่วงคงที่) มวลชีวภาพจะอยู่นิ่ง ยกเว้นถ้ามีสารเคมีสะสมที่สามารถสลายเซลล์ผ่านกระบวนการ chemolysis และถ้าไม่มีจุลินทรีย์อื่นที่มาปนเปื้อน องค์ประกอบสารเคมีก็จะนิ่งเช่นกัน แต่ถ้าจุลินทรีย์กินสารอารหารทั้งหมด หรือว่าความเข้มข้นของสารพิษสูงเกินไป เซลล์อาจจะถึงความเสื่อม (senescence) แล้วเริ่มตาย ดังนั้น แม้ว่ามวลชีวภาพจะไม่ได้ลดลง แต่จำนวนจุลินทรีย์ที่รอดชีวิตอยู่ได้ก็จะมีน้อยลง

jumboslot

ของเหลวที่ใช้หมัก
จุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมัก จะเพิ่มจำนวนขึ้นใน (หรือบน) อาหารเลี้ยงเชื้อที่ทำมาพิเศษ ที่จะให้อาหารตามที่จุลินทรีย์ต้องการ แม้ว่าจะมีอาหารหลายประเภท แต่ทุกประเภทจะมีสารที่ให้คาร์บอน ไนโตรเจน น้ำ เกลือ และสารอาหารรอง (micronutrient) อย่างอื่น ๆ ในการผลิตไวน์ สารอาหารก็คือน้ำองุ่นสด ในการผลิตเอทานอลชีวภาพ สารอาหารจะเป็นแหล่งคาร์บอนอะไรบางอย่างที่มีอยู่และไม่แพงเกินไป
แหล่งคาร์บอนโดยปกติแล้ว จะเป็นน้ำตาลหรือคาร์โบไฮเดรตอย่างอื่น ๆ แต่ว่าในการผลิตโดยเปลี่ยนซับสเตรต (เช่นการผลิตน้ำส้มสายชู) แหล่งคาร์บอนอาจจะเป็นแอลกอฮอล์หรืออะไรอย่างอื่น ๆ ในการหมักขนาดยักษ์ เช่นที่ใช้ในการผลิตเอทานอล จะใช้คาร์โบไฮเดรตที่ไม่แพง เช่น กากน้ำตาล, corn steep liquor ซึ่งเป็นสารละลายจากข้าวโพดมีลักษณะเข้มข้นและเหนียว ๆ และมีทั้งกรดอะมิโน วิตามิน และแร่ธาตุ[7], น้ำอ้อย, หรือน้ำของพืชประเภทบีตรูตที่ใช้ผลิตน้ำตาล เพื่อลดค่าใช้จ่าย แต่ถ้าเป็นการหมักที่ต้องทำอย่างละเอียด ก็อาจจะใช้กลูโคส ซูโครส กลีเซอรีน หรือน้ำตาล ที่บริสุทธิ์ เพื่อช่วยลดความหลากหลาย และให้มั่นใจได้ว่าจะได้ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์ สิ่งมีชีวิตที่ใช้ผลิตเอนไซม์ เช่น beta galactosidase, invertase, และ amylase อย่างอื่น ๆ จะเลี้ยงด้วยแป้งแล้วคัดเลือกสิ่งมีชีวิตที่สามารถผลิตเอนไซม์ได้มากที่สุด
แหล่งไนโตรเจนแบบตรึงแล้ว เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิดเพื่อผลิตโปรตีน กรดนิวคลีอิก และองค์ประกอบของเซลล์อย่างอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับสมรรถภาพของระบบเอนไซม์ อาจสามารถให้ไนโตรเจนในรูปแบบโปรตีนที่ยังไม่ได้ย่อย เช่น สารอาหารจากถั่วเหลือง หรือแบบที่ย่อยแล้วเป็นโพลีเปบไทด์ เช่น เพปโทนหรือ tryptone หรือเป็นแอมโมเนียหรือเกลือไนเตรต ค่าใช้จ่ายเป็นเรื่องที่สำคัญในการเลือกแหล่งไนโตรเจน นอกจากนั้นแล้ว จำเป็นต้องใช้ฟอสฟอรัสเพื่อผลิตฟอสโฟลิพิดที่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ และเพื่อผลิตกรดนิวคลีอิก แต่จำนวนที่ใช้จะต่าง ๆ กันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของของเหลว ความต้องการของจุลินทรีย์ และเป้าหมายของการหมัก ยกตัวอย่างเช่น การเพาะเชื้อบางอย่างจะไม่ให้ผลเป็นเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ (เช่นยาปฏิชีวนะ) ถ้ามีฟอสเฟตอยู่

slot

จะมีการใช้แฟกเตอร์การเติบโต (growth factor) และสารอาหารรอง (trace nutrient) ในของเหลวหมักสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถผลิตวิตามินที่จำเป็นได้ สารสกัดจากยีสต์ เป็นแหล่งสารอาหารรองและวิตามินที่สามัญที่ใช้ สารอาหารอนินทรีย์ รวมทั้งสารอาหารรอง เช่น เหล็ก สังกะสี ทองแดง แมงกานีส โมลิบดีนัม และโคบอลต์ มักจะมีอยู่โดยธรรมชาติในแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนที่ไม่บริสุทธิ์ แต่อาจจะต้องใส่เพิ่มถ้าใช้แหล่งที่บริสุทธิ์ การหมักที่เกิดแก๊สเป็นจำนวนมาก หรือต้องใส่แก๊สเพิ่ม มักจะเกิดฟอง เพราะว่า ของเหลวที่ใช้หมัก ปกติจะมีโปรตีน เพปไทด์ หรือแป้งที่เสริมฟอง เพื่อป้องกันไม่ให้มีฟองหรือไม่ให้มีมาก อาจจะต้องใส่สารกันฟอง (antifoaming agent) เพิ่ม อาจจะต้องใช้เกลือบัฟเฟอร์ เช่น คาร์บอเนตหรือหรือฟอสเฟต เพื่อรักษาค่าพีเอชให้อยู่ในระดับดีที่สุด และเมื่อมีไอออนโลหะในระดับเข้มข้น อาจจะต้องใช้สารคีเลตเพื่อลดความเข้มข้นด้วย

No responses yet

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *