مشكل كمبود آب در سطح جهان و به تبع آن خشكسالي و از بين رفتن منابع طبيعي،‌ باعث شده است كه كمبود علوفه و غذاي دام، به يكي از مهمترين دغدغه‌هاي صنعت دامپروري بدل شود. بيوتكنولوژي مي‌تواند با توليد پروتئين‌هاي افزودني نظير SCP، ضايعات غني شده، اسيدهاي آمينه و آنزيم‌هاي كمك‌هضم‌كننده و همچنين با طراحي و تهيه علوفه‌هاي بهتر با استفاده از تغيير ژنتيكي گياهان و تعادل اسيدهاي آمينه، نيازهاي تغذيه‌اي دام و كمبودهاي آن را برآورده سازد. متن زير مروري كوتاه بر برخي روش‌هاي توليد پروتئين تكنولوژي ياخته (SCP) دارد كه يكي از دستاوردهاي بيوتكنولوژي در زمينة غذاي دام و طيور است:

تاريخچه
توليد SCP از هيدروكربن‌هاي نفتي
توليد SCP از متان
توليد پروتئين تك ياخته (SCP) از متانول

تاريخچه

پروتئين تك‌ياخته (SCP) اصطلاحي پذيرفته شده براي توده سلولي ميكروبي است كه به عنوان غذاي انسان و خوراك دام به كار مي‌رود. اين اصطلاح براي اولين بار در سال 1986 توسط پروفسور كارول ويلسون در انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT)، به كار برده شد. اين اصطلاح براي مادة با محتواي پروتئيني كمتر از 65 درصد مناسب نيست و كميتة تخمير واحد بين‌المللي شيمي محض و كاربردي، اصطلاح "تودة سلولي تك‌ياخته" را براي چنين مواردي توصيه مي‌كند. همچنين مناسب‌تر است، براي تودة سلولي محتوي پروتئين به دست آمده از قارچ، اصطلاح "پروتئين قارچي" كه اخيراً در بسياري از منابع بكارگرفته شده است، استفاده شود.
اولين كنفرانس بين‌المللي در مورد SCP در سال 1967 در انستيتو تكنولوژي ماساچوست برگزار شد. در اين زمان بيشتر پروژه‌ها در مراحل آزمايشگاهي بود. در كنفرانس دوم كه در سال 1973 برگزار شد، بسياري از كمپاني‌ها در كشورهاي مختلف توليد SCP را در مقياس صنعتي شروع كرده بودند.
توليد SCP از مخمر تورولا براي اولين بار در جنگ جهاني اول توسط آلمان‌ها انجام شد. در اواسط سال 1930 و جنگ جهاني دوم، اين امر مورد توجه بيشتري قرار گرفت و توليد آن به 15 هزار تن در سال رسيد. در سال 1959 تيم تحقيقاتي شركت نفت بريتانيا مشاهده كرد كه ميكروارگانيسم مورد مطالعة آنها قادر به رشد بر روي نرمال پارافين است و در سال 1965 واحدي براي توليد SCP به ميزان 4000 تن در سال، طراحي و ساخته شد و در نهايت در سال 1976 كارخانه‌اي با ظرفيت صد هزار تن در سال مورد بهره‌برداري قرار گرفت.
در آن زمان، به‌دليل محتواي بالاي اسيدهاي هسته‌اي SCP (كه بخاطر دستيابي به سرعت رشد بالاتر توسط ميكروارگانيسم‌هاي تك‌سلولي توليد مي‌شود)، امكان استفاده از آن در خوراك انسان وجود نداشت. اما شركت RHM در انگلستان با همكاري شركت ICI در اواسط دهه 80 ميلادي پروتئين ميكروبي تحت نام تجارتي Quorn توليد كرد كه ساختاري شبيه به گوشت داشته و توسط رشد كپكFusarium graminerarum بر روي مواد نشاسته‌اي توليد مي‌شد. اين محصول بخاطر استفاده از كپك كه بطور طبيعي داراي محتواي اسيد هسته‌اي كمتري از باكتري‌ها مي‌باشد و بخاطر اضافه كردن يك عمليات براي كاهش RNA در فرآيند توليد صنعتي، داراي محتواي هسته‌اي خيلي پايين مي‌باشد و لذا استفاده از آن در خوراك انسان در انگلستان مجاز تشخيص داده شد. توليد اوليه اين محصول در سال 1985، 1000 تن در سال بود و از موفقيت اقتصادي برخوردار شد، زيرا بجاي كنجاله سويا با سويا و گوشت رقابت مي‌كرد.

توليد SCP از هيدروكربن‌هاي نفتي

هيدروكربن‌هاي موجود در نفت خام به 5 گروه نرمال‌آلكان‌ها، ايزوآلكان‌ها، آلكان‌ها، سيكلوآلكان‌ها و آروماتيك‌ها تقسيم مي‌شوند. در بين اين مواد، نرمال‌آلكان‌هاي مايع به عنوان منبع كربن و انرژي، بيش از همه براي توليد SCP به كار برده شده است.
اولين گزارش در مورد ميكروارگانيسم‌هاي مصرف‌كننده هيدروكربن‌ها در سال 1895 توسط ميوشي (Miyoshi) ارائه شد. او مشاهده كرد كه قارچ Botrytis cinerea مي‌تواند پارافين را جذب كند. پرير Perrier در سال 1913 استفاده هيدروكربن‌ها توسط مخمرها را اعلام نمود.
طي جنگ جهاني دوم، مقالاتي در مورد توسعة ميكروبيولوژي نفت منتشر شده و جالب توجه اين است كه اكثر كارهاي انجام شده بر روي باكتري‌ها بوده است. در اواخر دهة 40، جزئيات رشد مخمر Candida tropicalis در شرايط غيراستريل گزارش شد. همچنين باكتري‌هاي Micrococcus sphaeroides كه از خاك ايستگاه‌هاي شارژ گاز جدا شده بودند، قادر به رشد بر روي هيدروكربن‌ها (همانند كربوهيدرات‌ها) بودند. در اواخر دهة شصت و اوايل دهة هفتاد ميلادي فرايندهايي براي توليد پروتئين تك‌ياخته از هيدروكربن‌ها در مقياس آزمايشگاهي و صنعتي توسعه يافت.

به دنبال مطالعه اوليه شركت نفت بريتانيا در مورد استفادة ميكربي از گازوئيل و نرمال‌پارافين، بيشتر شركت‌هاي بزرگ نفتي، فعاليت‌هايي را براي توليد SCP از منابع خام كربني شروع كردند. كارخانه‌هاي نيمه‌تجاري در اكثر كشورها مانند فرانسه، هند، ژاپن، روماني، چين، آلمان، شوروي، چكسلواكي سابق و ايتاليا ساخته شد. در بيشتر روش‌ها، از نرمال‌پارافين‌ها به عنوان مادة خام و از مخمرها به‌عنوان ميكروارگانيسم براي توليد SCP استفاده شده بود.

خصوصيات تودة سلولي ميكروبي

خصوصيات تودة سلولي ميكروبي به سه عامل سوبسترا، ميكرواورگانيسم و فرآيند انتخاب شده بستگي دارد.
موادي كه به‌عنوان خوراك دام مصرف مي‌شوند، بايد از لحاظ بيولوژيكي و ارزش غذايي در شرايط بدن موجود زنده و يا شرايط آزمايشگاه مورد آزمايش قرار گيرند. تمام آزمايش‌هاي انجام شده نشان داده است كه تودة سلولي ميكروبي مي‌تواند به عنوان غذايي مناسب براي دام مصرف شود.
تودة سلولي توليد شده بايد داراي ارزش غذايي مناسب باشد؛ يعني به ميزان كافي داراي ويتامين، پروتئين و اسيدهاي آمينه ضروري باشد. از طرفي قابليت هضم خوبي داشته و فاقد مواد سمي باشد. طعم اين مواد نيز بايد حتي‌الامكان مطلوب باشد.
خصوصيات فرآيند مورد استفاده
فرايند مورد استفاده بايستي خصوصيات زير را دارا باشد:
1- بالاترين بهره‌دهي
2- حداقل بودن هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و راه‌اندازي
3- بالا بودن بازدهي
4- مصرف تقريباً كامل سوبسترا
5- سهولت بازيافت
6- ساده بودن عمليات در قسمت پايين دستي
موارد ذكر شده به علاوه مواردي مانند غيرمداوم و يا مداوم بودن، سترون و يا ناسترون بودن و عمليات تك‌مرحله‌اي، به‌طور كلي بر انتخاب نوع ميكروارگانيسم و تصميم‌گيري‌هاي نهايي تاثيرگذار هستند.
تودة سلولي حاصل، از كربوهيدرات‌ها، پروتئين‌ها، اسيدهاي نوكلئيك و محصولات طبيعي ويژه نظير ويتامين‌ها، استروئيدها، ايزوپرونوئيدها و مواد غذايي تشكيل شده است. لذا مي‌توان از هر كدام از اين اجزاء استفاده كرد.

توليد SCP از متان

در بسياري از كشورهاي جهان گاز طبيعي (كه قسمت اعظم آن را متان تشكيل مي‌دهد) به‌عنوان مادة خام مصرفي مورد توجه قرار گرفته است. اولين گزارش‌هاي مربوط به استفاده از متان به‌عنوان منبع كربن و انرژي در توليد SCP توسط هامر و همكاران و ولناك و همكاران (Hamer et al & Wolnak et al. 1967) وجود دارد. بيومس باكتريايي حاصل از متان حاوي بيش از 75 درصد پروتئين خام بوده و مقدار زيادي از اسيدهاي آمينه ضروري مثل ليزين و ويتامين‌ها را نيز داراست.
فوايد متان نسبت به ساير سوبسترا‌ها
متان به آساني و به صورت مداوم قابل اندازه‌گيري در محلول است، به آساني از محصول نهايي جدا مي‌شود، احتمال آلودگي با ساير ميكروارگانيسم‌ها به حداقل مي‌رسد و فرايند توليد مداوم آن موثر و نسبتاً ارزان مي‌باشد.

معايب استفاده از متان

حلاليت متان در آب كم است و مخلوط آن با اكسيژن و هوا قابل اشتعال و انفجار مي‌باشد.
در فرايند مداوم، گرماي زيادي توليد مي‌شود كه هزينه زيادي براي خنك كردن احتياج دارد جدول 1 تركيب SCP حاصل از گاز طبيعي را نشان مي‌دهد.

ميكروارگانيزم‌هاي به‌كاررفته

باكتري‌هاي مصرف‌كنندة متان (متانوتروف‌ها) متعلق به خانواده متيلوكوكاسه (Methylococcacea) هستند كه به پنج جنس تقسيم مي‌شوند: متيلوموناس، متيلوباكتر، متيلوكوكوس، متيلوسينوس و متيلوكيستيس.
تاكنون تحقيقات زيادي براي توليد SCP از متان صورت گرفته است كه يكي از اين موارد تحقيقات كمپاني Shell (انگلستان) بود كه در حد نيمه‌صنعتي با استفاده از متان ميكروارگانيسم متيلوكوكوس كپسولاتوس (Methyiococcus capsulatus) و يا كشت مخلوطي از گونه‌هاي پسودوموناس، هيفوميكروبيوم و فلاووباكتريوم انجام پذيرفت. كمپاني Kyowa Hakko Kogyo نيز فعاليت‌هاي مشابهي انجام داده است.
شامل 9 صفحه فایل WORD قابل ویرایش