التكنولوجيا الحديثة فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان

البان - أجبان - صناعات غذائية
Mego
Site Admin
مشاركات: 188
اشترك في: 22 أكتوبر 2013, 01:39

التكنولوجيا الحديثة فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان

مشاركةبواسطة Mego » 12 يوليو 2012, 19:43

التكنولوجيا الحديثة فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان
التكنولوجيا الحديثة فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان
******************************

مقدمة
****

يعتبر علم الميكروبيلوجيا من العلوم الحديثة الى حد ما والتى برزت الى حيز البحث والدراسة منذ ما يقرب من مائة عام فقط . ويهتم هذا العلم بدراسة الأحياء الدقيقة فى شتى مجالات الحياة كالطب ، الزراعة ، الصناعة وذلك فى نواحى عديدة تتعلق بخواصها وصفاتها المزرعية والحيوية والفسيولوجية . ولقد تطور هذا العلم شأنكل العلوم تطورا سريعا فى السنين الأخيرة مبينا بوضوح اهمية هذة الكا ئنات الدقيقة ومدى اتساع الدور الذى تلعبة فى حياة الانسان .وقد أمكن استغلال كثير من هذة الميكروبات فى صناعة الكثير من منتجات الألبان .والأغذية المختلفة. كما أمكن استخدامها لانتاج الفيتامينات والعقاقير الطبية والكثير من المواد الكيماويةاللازمة للعديد من العمليات الصناعية .



نبذة عما تم فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان
************************************



· فى عام 1845-1916 م قام Metchniykoof بدراسة ميكروبيولوجيا الألبان ومنتجاتها فى أوروبا حيث وجة نظر الناس الى القيمة الصحية للالبان المتخمرة.



· فى عام 1861 أوضح Von Freuderneich الدور الهام الذى تلعبة البكتيريا فى صناعة الجبن حيث بدأ فى دراسة تسوية الجبن السويسرى .




· فى عام 1878م قام Lister بعزل أحد الميكروبات المسؤلة عن تكوين الحموضة فى اللبن وبذلك أيد أبحاث باستير Pasteur التى أثبت فيها أن الأحياء الدقيقة تعتبر مسؤلة عن التخمر .



· فى عام 1886م لفت Soxhelletأنظار الناس الى ضرورة معاملة اللبن بالحرارة المرتفعة خاصة عند استخدامها فى تغذية الأطفال لتجنب الميكروبات المرضية .



· عزل Bruce عام 1887 م الميكروب المسؤل عن مرض الحمى المالطية التى تنتشرعن طريق اللبن الملوث .
· عزل Adametz عام 1889 م لاول مرة أحد الميكروبات المسؤلة عن عيب اللبن الخيطى .



· بدأ Kohn عام1889 فى نشر سلسلة من الأبحاث عن أهمية بعض الميكروبات فى انتاج نكهة مرغوبة فى القشدة المعدة لصناعة الزبد ( وتوصل الى أنها تنشأ فى عمليتين منفصلتين هما تكوين الحموضة وتكوين النكهة ) .



· أظهر Fohker عام 1890 م لأول مرة التأثير المطهر للبن اذ وجد أن لبن الماعز بمجرد حلبة عمل على ابادة بعض ما لقح فية من ميكروبات .



. بدأ Orla -Jensen ( أحد عمالقة الباحثين فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان ) أبحاثة عن الجبن السويسرى ويعتبر المرجع الأول عن كل ما يتعلق ببكتيريا حمض اللا كتيك .






تقسيم علم الكائنات الحية الدقيقة الهلمة فى اللبن ومنتجاتة
**************************************



طبقا لما جاء فى تقسيم Bergeys Manual عام 1957 م فان جميع الكائنات الحية الدقيقة من بكتيريا ،فطر،خميرة،ريكتسيا ، فيروس تتبع المملكة النباتية وذلك من خلال الأقسام الخمسة التالية :


Division 1 : Protophyta .
Division 2 :Thallophyta.
Division 3 :Bryophyta.
Division 4 :Pteridophyta.
Division 5 :Spermatophyta.

وينقسم القسم Protophyta الى :



Class 1 :Schizophycetes - Blue and greenalgae
Class 2 : Schizomycetes - Bacteria and related forms .
Class 3 : Microtetobiotes - Smallest living things.


ويضم قسم ال Schizomycetes عدد من الرتب Orders أهمها فى مجال الألبان :





Order 1 : Pseudomonadales ( Bacterial types pigmented ) .
Order 2 : Eubacteriales (True bacteria ).
Order 3 : Actinomycetales ( Transitional
bacteria to fungi ) .


ثم جاءت التقسيمات الحديثة للكائنات الحية الدقيقة بما يختلف عما سبق ذكرة الى حد ليس بالقليل حيث أصبحت هذة الكائنات تتبع الممالك البيولوجية الأتية :





1- مملكة الكائنات الأولية ... Kingdom : Procaryotae وتضم البكتيريا والريكتسيا .



2- المملكة النباتية ..........Kingdom : Plantae ما زالت الخمائر والفطريات تتبع هذة المملكة بنفس التسلسل التقسيمى السابق .



وعلى ذلك فان Bergeys Manual عام 1974 م قد قسم الكائنات الأولية الى قسمين رئيسيين هما :



Kingdom :Procaryotae

Division 1 : The cyanobacteria .
Division 2 : The Bacteria.

وقد تم تقسيم القسم الثانى The Bacteria الى 19 جزء



17 منها تضم البكتيريا والجزء ال 18 يضم الريكتسيا وال 19 يضم



الكائنات المسماة Mycoplasms



وعلى ذلك فقد حدثت بعض التغيرات فى التسلسل التقسيمى لكثير من



أنواع البكتيريامع بعض الاختلافات فى أسماء البكتيريا المتداولة .





تقسيم علم الميكروبيولوجى من الناحية العلمية والتطبيقية
*************************************************









الجوانب المستقبلية للتقدم فى البحوث والمنتجات



الخاصة ببكتيريا حمض اللاكتيك
******************************

Future aspects in research and product developmeon lactic acid bacter

مقدمة :


ركزت أعداد كبيرة من الأبحاث فى السنين الأخيرة على بكتيريا حمض اللاكتيك واستخداماتها التقليدية والحديثة. فقد قامت مجاميع بحثية من مختلف الجهات بدراسة هذة الميكروبات الخلابة fascinating من عدة نقاط مختلفة تفتح المجال لامكانية ظهور تطبيقات ومنتجات جديدة فى المستقبل ... ومع ذلك فنادرا ما يمكن للعلم التنبؤ كليا بذلك حيث أننا لسوء الحظ لانملك الكرة السحرية القادرة على اطلاعنا على ميلاد هذة الاختراعات ... وقد بنيت المحاولات التالية للاستدلال على انطباعاتنا من قراءة هذة الابحاث ومقارنة نتائجها بما نملكة من خبرة بحثية .



*الجوانب الأساسية للبحوث..........
Fundamental research aspect
**********************************



· لقد تغير تقسيم بكتيريا حمض اللاكتيك تغيرا كبيرا فى السنوات القليلة الماضية ونأمل أن يؤدى مقياس التقسيم الجزيئى الجديد new molecular taxonomic criteria الى :



1- التهدأة تدريجيا من الاضطراب والارتباك فى هذا المجال الذى يشعر بة الأن كثير من الباحثين .



2- تغيرات جديدة تؤدى الى مزيد من الثقة والفهم الجيد لهذة الميكروبات .



· حدث تطور معنوى فى دراسة كلا من الفسيولوجيا والكيمياء الحيوية الخاصة ببكتيريا حمض اللاكتيك( LAB) ) كما أحرز تقدمامشهودا فى النواحى الوراثية لهذة الميكروبات لذلك تستدعى الحاجة الآن الى مزج كلا من genetic & molecular biological techniques مع النواحى الفسيولوجية لكى يمكن اجراء الدراسات المتعمقة للاساسيات البيولوجية لهذة الميكروبات .وتعتبر الدراسات التى أجريت على Proteolysis , Peptidase action , Peptide transport أول الأمثلة على تطبيق طرق التحليل الوراثى الجزيئى molecular genetic analysis لظاهرة فسيولوجية هامة فى LAB .


· يعتبر التفاعل بين LAB وكلا من ال physiology , nutrition , metabolism , and higher animals با لاضافة الى دور هذة الميكروبات فى الصحة والمرض مجالا لكثير من التأمل spectulation .



ومع ذلك فا ن بعض الدراسات الجديدة قد بدأت فى اخفاء الضوء عن ذلك بالرغم من كثرة النزاع والجدال حولة ......وبغض النظر عن أن بعض النتائج والدراسات التى ذكرت بها بعض الضعف وتحتاج الى اعادة نظر فى المستقبل فاننا نشعر بان الطريق قد فتح الآن للتوصل الى بعض الحقائق التى يمكن التسليم بها وتطبيقها فى السنوات القليلة القادمة. ومن هنا فانة لاحاجة للقول بأن فهم هذة الظاهرة سيكون مطلبا مهما لتطبيقها.



التطبيقات المستقبلية Future applications

***********************************

تنعكس نتائج أوأساسيات البحوث الجديدة فى :



1. التطبيقات المتعددة لـ LAB .



2. ظهور بعض الصناعات الجديدة بالكامل .



3. الاستخدامات الطبية ( اذ ا كان للبكتيريا هذة الامكانيات ) .


وفيما يلى بعض مما يمكن أن نتوقعة فى المستقبل :



أ- صناعة الألبان ............. Dairy Industry
**********************************



* يعتبر الاحلال التدريجى ل new starter concentrations محل نظم البادئات التقليديـة Traditional starter systems واحد من صور التقد م التكنولوجية الرئيسية فى هذا المجال حيث يؤدى استخدام هذة المركزات الى :



1. تقليل مخاطر التلوث بالبكتيريا الضارة أوالبكتريوفاج .
2. تقليل التذبذبات فى تركيب سلالة مزرعة البادئ .
3. ضمان ثبات جودة المنتج .



ومما لاشك فية أن التقدم فى معرفة النواحى الفسيولوجية لميكروبات البادئ سوف يساعد على تكوين مركزات البا دتاــــــــت

Starter concentrations وعتى جعل وظائفة مثاليـــة optimized .

* تؤدى نتائج البحوث الوراثية Genetic Research لبكتريا حمض اللاكتيك الى احتمالات تطبيقية عديدة فى مجال الألبان فالتقدم الذى حدث فى انتاج سلالات من البادئ مقاومة للفاج هو أحد أبرز هذة الأمثلة كما أن التحكم فى درجة التحلل البروتينى ، استــــخدام الكربوهيدرات ، تطور او تكوين النكهة من المحتمل تطبيقـــة فى المستقبل القريب كما أن تكون الطرق الفنية للمعالجة الوراثية مقبولة أدبيا وقانونيا ويتقبلها المستهلكون .




ب – بعض التطبيقات الصناعية الأ خرى :
************************

* يمكن أن تقوم الأنواع العديدة من المواد المضادة للميكروبات Antimicrobial substances التى تنتج بواسطة العديد من انواع وسلالات بكتريا حمض اللاكتيك بالعمل كبدائل للاضافـــات الكيماوية " المواد الكيماوية " التى تضاف للغذاء بغرض التحكم فى ال pathogens والملوثات الأخرى الضارة فنجاح استخدام النياسين nisin كأحد المواد التى تضاف للغذاء كـ food additives هو أحد الاحتمالات المشجعة فى هذا المجال ومن هنا فيمكن استخدام هذة السلالات المنتجة لهذة المواد نفسها فى انتاج المواد الغذائية المخمرة فى حين يمكن اضافــــة Antimicrobial substances الى المواد الغذائية الأخرى بعد عزلها وتنقيتها .



* تزايد احتمالات انتاج ال bacteriocins على النطاق الصناعى بعد معرفة الأسس الوراثية لعملية تخليقةوبالرغم من أن هذة المركبات تحتاج الى تقييم آمن قبل استخدامها كاضافات غذائية فان حالة بكتريا حمض اللاكتيك " التى تعتبر آمنة بصفة عامة " تجعل هذا التقدير أقل تكلفة وعمالة مما يحدث مع الكيماويات الأخرى النقية التى تضاف الى الغذاء .



* احتمالات انتاج ال LAB كعائل للبروتينات المختلطة hosts for heterologous proteins يكون نافعا ومقيدا فى مجال الغذاء ، صناعة الأغذية ، والأغراض الطبية الأخرى وذلك بعد التقدم السريع الذى حدث فى التحويرات الوراثية لهذة البكتريا يلاحظ كذلك ان LAB بنشاطها الانزيمى الجديد سوف يكون لها مميزات فى كثير من تطبيقاتهاالتقليدية حتى ولو اعتقد أن انتاج الانزيمات نفسها سوف لايصل الى المستوى الكافى لجعل انتاجها مناسبا على الانتاج الصناعى . هذا ومن الضرورى أيضا التأكد عند اجراء هذة التطبيقات للبكتريا المحورة وراثيا فى مجال الالبان من أن العمليات الجارية أثناء عمليات الانتاج كلها eventual processes والمنتجات المتحصل عليها سوف تكون مقبولة قانونيا وأخلاقيا .



* سوف يحسن التقدم فى البحوث الوراثية والفسيولوجية لبكتريا حمض اللاكتيك من مقاييس اختيار السلالات المستخدمة فىالعمليات المختلفة. ونظرا لأن هذا الاتجاة لا يتضمن أى هندسة وراثية حقيقية " بل هو استمرار لانتاج وتطوير المنتج الذى ينتج بالطرق التقليدية باستخدام طرق حديثة " فانة يجب الآ تتخذ أى ترتبيات regulatory تؤخر من تطبيق هذةالطرق الفنية .



ج‌- انتاج البدائل الحيوية للبدائل الكيماوية والمضادات الحيوية

************************************* Human and Animal probiotic



· تعتبر ال probiotic اضافات غذائية طبيعية تحل محل المضادات الحيوية التى تستخدم فى مجال أغذية الحيوان . وقد ذكر Parter عام 1974 م أن ال probiotics عبارة عن كائنات حية أو مواد تساهم فى جعل الميزان الميكروبى فى الأمعاء مثاليا . هذة المواد يجب أن تكون تدعيمات ميكروبية حية لاستبعاد الشك فى أن هذة المواد تشمل أيضا على الantibiotic .



· هناك بعض التأثيرات الصحية المفيدة والأكيدة المرتبطة ببعض سلالات معينة من LAB ويتطلب ذلك اجراء دراسات كثيرة لتوضيح الميكانيزم الموجود خلف هذة الظاهرة .. ومن ثم فان اختيار ال probiotic strains يمكن أن يوصلنا فقط الى الحالة العلمية وليس للميكانيزم الخاص بهــا .



· يجب التركيز على ايجاد حل للتداخلات بين الميكروبات البكتيرية وبين فسيولوجيا الحيوانات الراقية ويتطلب العمل فى هذا المجال عمالة ووقت كثيرين ولا يعد بأى جائزة سواء كانت علمية أو اقتصادية . ومع ذلك يجب اجراء هذة الدراسات لأنها من المحتمل أن تكون لها نتائج كبيرة فى مجال الصحة والمرض وليس فى مجال تطور سلالات ال probiotic فقط .



· على الرغم من أن الفرد يحتاط كثيرا فى تفسير أو تقدير القيمة النهائية ( هل تسبب مخاطر أم لا ) لبكتريا حمض اللاكتيك عند استخدامها كـ probiotic فانة لا يوجد تساؤل حول الدراسات التى تجرى حاليا فى هذا المجال . على العكس من ذلك فان وجود ال Antibiotic فى أغذية الحيوانات تقدم مثل هذة المخاطر ... حيث يمكنها طرد هذة ال probiotics لتثبت انها الأكثر مناسبة فى هذا المجال البعيديمكن استخدام ال probiotics الى حد ما فى المستحضرات البكتيرية العلاجية للانسان خاصة لبعض حالات من المرضى مثل Pseudomembranious colitis - Viral diarrhea - recurrent gastrointestinal infections .
سوف تنزل كثير من ال new probiotics ، المستحضرات البكتيرية العلاجية سواء المخصصة للنواحى البيطرية أو للاغراض الطبية الى الأسواق خلال السنين القليلة القادمة . ويعد ذلك مسؤلية العلماء ، شركات التسويق ، الرجال المنظمين لهذة الأمور للتأ كد من توافر النواحى الأمنية الصارمة مثلما يحدث مع الأدوية العا دية 0كما يجب ايجا د حل لطرق اختيار السلالات النافعة أو مخاليطها بالاضافة الى تحديد التراكيب الحافظة لهذة الــ probiotics .

Mego
Site Admin
مشاركات: 188
اشترك في: 22 أكتوبر 2013, 01:39

Re: التكنولوجيا الحديثة فى مجال ميكروبيولوجيا الألبان

مشاركةبواسطة Mego » 12 يوليو 2012, 19:44

* التعديل الوراثى لبكتيريا حمض اللاكتيك


*************************

Genetic modification of lactic acid bacteria

**************************************

مقدمة
*****

· بدأت أبحاث وراثية عديدة جدا عن بكتريا حمض اللاكتيك فى عام 1970 اشتملت على مراقبة البلازميد المرتبط بكثير من الصفــات الوظيفية الأساسية للــ Lactobacilli المعروفة فى هذة الفترة باسم Group N streptococci ولكن الطرق الفنيــــة المستخدمة فى نقل الجين معمليا أو خارج المعمل لم تكن متطورة فى هذا الوقت . كما اشتملت الدراسات أيضا على أجناس أخرى من LAB



· فى عام 1980 م أصبحت طريقـــــــــــــــة

Recombinant DNA Technique ممكنة التطبيق فى كثير من الالنواع الهامة وأن الجينات العديدة الخاصة بصفات تخمير اللاكتوز أو coding for proteinases قد نسخت وحللت على المستوى الجزيئى .



· زاد التقدم فى هذا المجال بدرجة سريعة فى السنين القليلة الماضية وشمل تفسيرا لتركيب ووظيفة الجين المرتبط بالصفة وكذلك الجينات الكروماسومية لبكتريا حمض اللاكتيك شرحا وافيا ... وعلية فان امكانية استخدام هذة الـ organisms للعمل كعائل host خاص بـ heterologous proteins قد درست وقيمت .





* وفيما يلى النقاط التى درست فى هذا الفصل من الكتاب :
*****************************************



2- The plasmid biology of LAB:
*********************************




A - Lactococcal plasmids

*************************

1- Lactose fermentation and proteinase plazmids .

2- Fermintation plazmids.
3-Plasmids associated with phage resistance
4- Plasmid - encoded bacteriocine production and resistance .
5- Other plasmid -mediated phenotypes


B -Plasmid in other group of LAB :.

**********************************

1 - Plasmids of Lactobacilli .


2 - Pediococcal plasmids .


3 - Plasmids in the genus of Leuconostoc and
Streptococcus salivarius supsb.thermophilus.


3- Gene transfer in LAB.
***********************

A- 1- Transduction .



2- Conjucation .


B- In vetro gene transfer techniques

.

1- Protoplast techniques .


2- Electroporation


4- DNA repair and mutagensis .
*****************************



5- Genetic recombination in LAB.
*******************************



A- General recombination .



B- Recombination mediated by transposable elements



6- Gene cloning in Lactococci :
***************************

A- cloning vectors .



B- Examples of cloned genes .



1- Proteinases .


2- The lactose utilization system .


3- Citrate permease .


4- Examples of other cloned genes .


C- Expression of heterologous genes .


D- Genetic of Str. Salvarius supsb. thermorphilus .


7- Gene cloning in Lactobacilli :
****************************

A- Cloning vectors



B- Examples of cloned genes



C- Expression of heterologous genes of Lactobacilli .



8- Gene coding in other lactic acid bacteria .
***************************************





*الملخص Summary



*******************



· حدث فى السنوات الماضية زيادة كبيرة فى المعلومات الخاصة



بالنواحى الوراثية والبيولوجيا الجزيئية لــ LAB خصوصا



للـ Lactococci الا أن المعلومات المتعلقة بـ Lactobacilli



وبعض الانواع الأخرى قد زاد ت أيضا.



· أسست الطرق البيولوجية الخاصة بالجزيئــــــــــات



molecular biological methods كما أنجزت :



1. كثير من التحاليل على تركيب ووظيفة الجين .



2. طرق التمثيل الغذائى غير المفهومـــــــــــة



unraveling of metabolic pathways


3. كثير من التحورات الوراثية لتحسين صفات بادئات الـ



mesophilic المهمـــــــــــــــــة



بالنسبة لـ Streptococcus thermophilus فقد بدأت



التحليلات الجزيئية علية بنجاح الا من وجود أسئلة عديدة تحتاج الى



اجابات .




·بالنسبة للـ Lactobacilli تظل الحاجة موجودة لتفسير بعض



النقاط مثال ذلك .....نظم نقل الجين بكفاءة ، قلةالمعلومات عن



gene expression and regulation .. وعلية فإإن تطبيق



ذلك عمليا ينتظر حل هذة النقاط .






انتاج واستعمال LAB من الناحية الصناعية



Industrial use and production of LAB

***********************************

**************

*******



أ- اتجاهات المستقبل فى مجال البادئـات Future trends ...

******************************************



· تظهر برامج الأبحاث الحديثة الاتجاهات المستقبلية للــ LAB

المستخدمة فى انتاج المنتجات الغذائية المتخمرة..فقد تم فهم الخصائص المهمة لهذة السلالات " النقية غالبا " فهما جيدا .. وكان أول اتجاة درس هو فهم السلوك العام لمزرعة تتكون من عدة سلالات بجانب التركيز على العلاقة بين هذة السلالات المكونة للمخلوط .. والفهم الجيد لظاهرة الــ symbiotic والتثبيط inhibition بين السلالات وبعضها يعتبر من أهم الأولويات اللازمة للتحكم فى المزارع المستخدمة فى انتاج المنتجات الغذائية المخمرة.
· ثانى هذة الاتجاهات هو تطوير المعلومات فى الاتجاة الوراثى بهدف توطين صفات أو خصائص جديدة فى السلالات ذات الأهمية الاقتصادية والتكنولوجية ... فعلى سبيل المثال " بجانب التحميض المباشر " يكون من المفيد الحصول على سلالات تنتج الــ bacteriocins يمكن استخدامها فى :
1- انتاج منتجات مخمرة لاتعامل فيها المواد الخام التى تدخل فى الصناعة معاملة حرارية مثل ......... silage ،. sausage ،vegetable products


2- خفض مستوى الملوثات بفعل هذة البكتريا المحورة

لحمض اللا كتيك .





لجعل هذة الطرق الفنية ممكن اجرائها يجب حل المشاكل التالية :

*****************************************



1- معرفة الـــ corresponding genetic determinant أى المحددات الوراثية الملازمة لبعض الصفات أو الخصائص الوراثية .



2- استخدام الطرق التى تسمح بانتقال الجين .



3- ترتيب أو التصرف فى vectors - donor and reciplent للسلالات التى من نفس الأنواع لكى يمكن الحصول



على microorganisms “ GRAS " .



4- حل المشاكل المنتظمة والــ constraints والتى تعتبر



بعيدة مثلما كانت الكائنات الدقيقة المحورة وراثيا محل الاهتمام بعيدة



أيضا .





ب - انتاج البادىء على النطاق الصناعى :

*****************************



خطوات انتاج مركز البادىء starter concentrate

-------------------------------------

Preparation of inoculum .

Preparation of the media .

Fermentaion at constant ph .

Harvesting the culture .

Adding the cryoprotectant .

Freezing .

Freeze - drying .

Packing and storage .


Harvesting

يتم باستخد ام 1- أجهزة الطرد المركزى .



2- أجهزة الــ UF .



وهما الأ كثر استخداما فى الصناعة وأمكن باستخدامهما

التركيز لـ 12 ضعف.



· Cryoprotectant :



- تستخدم من عدة سنين لتحسين مقدرة المزرعة على البقاء حية

بعد عمليات التجميد المختلفةFreezeing - Frozen storage - Freeze – drying



- أكثر المواد الحامية استخداما فى الصناعة هى :



* سكر اللاكتوز أو السكروز ( 7 % ) .



* Mono sodium glutanate ( %5 )


* Ascorbate in water or milk base



· Freezing :





*من أكثر الطرق المستخدمة كفاءة هى التجميد السريع فى النتروجين السا ئل فى صورة Pellets ليسهل استخدامها فى صورة مركز مجمد أو فى الـــ Freeze -drying


العودة إلى “قسم علوم الأغذية”

الموجودون الآن

المستخدمون الذين يتصفحون المنتدى الآن: لا يوجد أعضاء مسجلين متصلين وزائران