فارسی   |   English
  منوی اصلی  
· خانه
· صفحه شخصی کاربر
· جستجو
· سوالات پرسیده شده
· لیست کاربران
· انتقادات و پیشنهادات
· مقالات
· ارسال خبر
· پیوندها
· دانلودها
· خروج
  شرکت آناسلول طب  
آناسلول طب تولید کننده و توزیع کننده انواع کیتهای آزمایشگاهی، مسترمیکس، آنزیم و مواد شیمیایی تخصصی آزمایشگاه سلولی و مولکولی همراه با ضمانت اصالت و کیفیت کالا


ورود به سایت شرکت
  سرویس خبری  
· تغییر ناگهانی یکی از مدیران ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی (شنبه، ۲۳ اسفند ۱۳۹۹)
· یادداشت: چالش های گیاهان تراریخت در ایران (شنبه، ۰۸ آذر ۱۳۹۹)
· پیام تسلیت (پنجشنبه، ۰۸ شهریور ۱۳۹۷)
  اخبار مهم  
· وضعیت جهانی تولید و تجاری سازی گیاهان تراریخت در سال 2017 (سه شنبه، ۰۳ مهر ۱۳۹۷)
· آنزیم تجزیه کننده پلاستیک (پنجشنبه، ۳۰ فروردین ۱۳۹۷)
· پیام دبیراجرایی همایش بیوتکنولوژی به مطبوعات (چهارشنبه، ۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۴)
  مقالات آموزشی  
· ویروس کرونا چه مدت بر روی سطوح فعال می ماند (پنجشنبه، ۳۰ بهمن ۱۳۹۹)
· کریسپر به عنوان یک سیستم ایمنی در باکتری ها مقابل ویروس ها (یكشنبه، ۲۵ اسفند ۱۳۹۸)
· کریسپر چیست و چه کاربردهایی دارد؟ (چهارشنبه، ۰۲ مرداد ۱۳۹۸)
  فرصت های علمی  
· بیست و هشتمین دوره آموزشی تکنیک های آزمایشگاه ژنتیک مولکولی (چهارشنبه، ۲۳ بهمن ۱۳۹۸)
· دعوت به همکاری (سه شنبه، ۰۳ مهر ۱۳۹۷)
· اولین دوره عملی تکنیک‌های ویرایش ژنومی (کریسپر) (دوشنبه، ۲۳ بهمن ۱۳۹۶)
  پیوندها  
· مرکز علمی بیوتکنولوژی و ژنتیک ایران (irbiogene)
· انجمن ژنتیک ایران
· انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران
· حمایت از کودکان نیازمند
· موسسه حمایت از کودکان مبتلا به سرطان (محک)
· مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاهی
· شبکه پزشکی مولکولی ایران
· وبلاگ بیوتکنولوژی
· سرویس خبری ژنتیک و بیوتکنولوژی ایران
  آمار  
· آمار مشاهدات
· فعال ترین صفحات و کاربران


مفهوم و کاربرد بیوتکنولوژی در مهندسی شیمی
در تاریخ چهارشنبه، ۰۴ فروردین ۱۳۸۹ توسط irbiotechnews

مقالات آموزشی این مقاله با متنی ساده مفاهیم فنی مرتبط با بیوتکنولوژی را برای خواننده توضیح می‌دهند. لازم به ذکر است که این مطلب جهت چاپ در خبرنامه تخلیص و ویرایش علمی شده است.

گستردگی و تنوع کاربردهای بیوتکنولوژی، تعریف و توصیف آن‌را کمی مشکل و متنوع ساخته است. برخی بیوتکنولوژی را مترادف میکروبیولوژی صنعتی و استفاده از میکروارگانیسم‌ها می‌دانند وبرخی آن‌ را معادل مهندسی ژنتیک تعریف می‌کنند. در این‌جا به تعاریف متفاوت کوتاهی که از بیوتکنولوژی ارائه شده است اشاره‌ای می‌کنیم. روشن است که این تعاریف دارای وجوه اشتراک زیادی نیز هستند.
1- بیوتکنولوژی مجموعه‌ای از روش‌ها برای تولید، تغییر و اصلاح فرآورده‌ها (نظیر محصولات دارویی، کشاورزی و غذایی)، نژاد گیاهان و جانوران و تولید میکروارگانیسم‌ها جهت کاربرد‌های ویژه است که به این منظور، از ارگانیسم‌های زنده استفاده می‌کند.
2- کاربرد روش‌های علمی و فنی در تبدیل بعضی مواد به کمک عوامل زیستی (میکروارگانیسم‌ها، یاخته‌های گیاهی و جانوری و آنزیم‌ها) جهت تولید محصول مورد نیاز و ارائه خدمات در عرصه کشاورزی، صنایع غذایی و دارویی و پزشکی.
3- کاربرد تکنیک‌های مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی، صنعتی، درمانی و تشخیص بیماری‌ها؛ با راندمان تولید بالاتر و در بیشتر مواقع با قیمت ارزان‌تر.
4- استفاده از سلول زنده یا اجزای آن‌ها به منظور فرآوری و تولید محصول در مقیاس انبوه
اگر چه تعاریف بالا هیچ یک به تنهایی توصیف کاملی از بیوتکنولوژی ارائه نمی دهند، اما با در نظر گرفتن مجموع مفاهیم ارائه شده، تا حدودی می‌توان به تعریفی جامعی از بیوتکنولوژی دست یافت. با مرور زمان دانشمندان به مفاهیم مشترکی در مورد تعریف بیوتکنولوژی نزدیک‌ شده‌اند. علت این تنوع تعاریف را نیز باید در ماهیت بیوتکنولوژی جست.
بیوتکنولوژی همانند زیست‌شناسی، ژنتیک یا مهندسی بیوشیمی یک علم پایه یا کاربردی نیست که بتوان محدوده و قلمروی آن را به سادگی تعریف کرد. بیوتکنولوژی شامل حوزه‌ای مشترک از علوم مختلف است که در اثر همپوشانی و تلاقی این علوم با یکدیگر به وجود آمده است. بیوتکنولوژی معادل زیست‌شناسی مولکولی، مهندسی ژنتیک، مهندسی شیمی یا هیچ یک از علوم سنتی و مدرن موجود نیست، بلکه پیوند میان این علوم در جهت تحقق بخشیدن به تولید بهینه یک محصول زیستی یا انجام یک فرآیند زیستی به روش‌های نوین و دقیق با کارآیی بسیار بالا می‌باشد.
بیوتکنولوژی را می‌توان به درختی تشبیه کرد که ریشه‌های تناور آن را علومی بعضاً با قدمت زیاد مانند زیست ‌شناسی به ویژه زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک،‌ میکروبیولوژی، بیوشیمی، شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی بیوشیمی، گیاه‌شناسی، جانور شناسی، داروسازی، کامپیوتر و ... تشکیل می‌دهند، لیکن شاخه‌های این درخت کم و بیش به تازگی روییدن گرفته‌اند و هر لحظه با رشد خود شاخه‌های فرعی بیشتری را به وجود می‌آورند.
تقسیم‌بندی بیوتکنولوژی به شاخه‌های مختلف نیز برحسب دیدگاه متخصصین و دانشمندان مختلف فرق می‌کند و در رایج‌ترین تقسیم‌بندی از تلاقی و پیوند علوم مختلف با بیوتکنولوژی استفاده می‌کنند و نام شاخه‌ای از بیوتکنولوژی را بدین ترتیب وضع می‌کنند. مانند: بیوتکنولوژی پزشکی که از تلاقی بیوتکنولوژی با علم پزشکی به وجود آمده است یا بیوتکنولوژی کشاورزی که کاربرد بیوتکنولوژی در کشاورزی را نشان می‌دهد. بدین ترتیب می‌توان از بیوتکنولوژی دارویی، بیوتکنولوژی دام و آبزیان، بیوتکنولوژی قضایی یا پزشکی قانونی، بیوتکنولوژی محیط زیست، بیوتکنولوژی غذایی، بیوانفورماتیک، بیوتکنولوژی صنعتی و ... نام برد.
این شاخه‌های متعدد در عمل، همپوشانی‌ها و پیوندهای متقاطع زیادی دارند و باز به دلیل ماهیت همه جانبهی بیوتکنولوژی نمی‌توان در این مورد نیز قاطعانه محدوده‌هایی را برای آنها تعیین نمود.
گستردگی کاربرد بیوتکنولوژی در قرن بیست و یکم به اندازه‌ای است که اقتصاد، بهداشت، درمان، محیط زیست، آموزش، کشاورزی، صنعت، تغذیه و سایر جنبه‌های زندگی بشر را تحت‌تأثیر شگرف خود قرار خواهد داد. به همین دلیل اندیشمندان جهان قرن بیست و یکم را "قرن بیوتکنولوژی" نام‌گذاری کرده‌اند.
بدین ترتیب با توجه به مفهوم کلی و همه جانبه بودن بیوتکنولوژی و بین رشته ای بودن آن، می توان اذعان داشت که مهندس شیمی-بیوتکنولوژی فردی است که از مهندسی شیمی به مبحث بیوتکنولوژی وارد می‌شود.
برای نمونه در طراحی یک بیورآکتور باید پارامترهای مختلفی همچون فشار، دما، pH و نوع رآکتور مدنظر قرار گیرد که تمام این موارد در رشته مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی مورد بحث قرار می‌گیرد. در واقع در مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، با فهم و اطلاعات مهندسی پا به عرصه بیوتکنولوژی می‌گذاریم؛ در نتیجه یک فرد با تخصص مهندسی قادر خواهد بود که یک بیورآکتور را طراحی کند.
مثال‌های زیادی وجود دارد که مهندسی شیمی-گرایش بیوتکنولوژی را از مهندسی شیمی جدا می‌کند. استفاده از جاذب‌های مختلف در فرآیندهای تخلیص و جداسازی، نمونه ای از آن می‌باشد. طراحی این ذرات جاذب برعهده یک مهندس شیمی- گرایش بیوتکنولوژی می‌باشد که با درایت بتواند ذرات جاذب را طراحی نماید.

بیوتکنولوژی در مهندسی شیمی، هسته‌ مرکزی با دو جزء
بیوتکنولوژی در مهندسی شیمی را می‌توان به صورت هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء در نظر گرفت، که در آن یک جزء به دنبال دستیابی به بهترین کاتالیست برای فرایندی خاص بوده و دیگری با فراهم کردن ساختمان و اجزای فنی در پی ایجاد بهترین محیط ممکن جهت به کارگرفتن کاتالیست است.
در بیشتر مواردی که تاکنون توسعه یافته است مؤثرترین، مناسب‌ترین و پایدارترین شکل برای یک کاتالیست در یک فرایند بیوتکنولوژیک موجود کامل بوده است و به همین دلیل بیشتر کارهای بیوتکنولوژی بر پایه فرآیندهای میکروبی می‌باشد. بنابراین استفاده از میکروارگانیسم‌ها در فرایندهای بیوتکنولوژی از اهمیت بسزایی برخوردار است.
میکروارگانیسم ها در مقایسه با تمام موجودات عالی مانند گیاهان و جانوران میزان رشد بسیار سریعی دارند. پس تحت شرایط محیطی مناسب در مدت زمان کوتاه می‌توان مقادیر هنگفتی از آنها را تولید کرد.
روشی که عموماً مورد استفاده‌اند، انتخاب میکروارگانیسم‌های مناسب از گنجینـه طبیعی محیط و در صورت لزوم تغییر و تبدیل میکروارگانیسم‌ها توسط مهندسی ژنتیک است.
میکروارگانیسم‌های انتخاب و دستکاری شده از لحاظ ژنتیکی باید به شکلی تغییر ناپذیر حفظ شوند که این‌ کار مستلزم طیف دیگری از فنون برای حفظ ارگانیسم‌ها به منظور ابقای خصوصیات اصلی‌شان طی فرایندهای صنعتی و بالاتر از همه حفظ قدرت و قابلیت زیست آنهاست.
در بسیاری از موارد کاتالیست به شکلی جدا و خالص شده، یعنی آنزیم به کار گرفته می‌شود و امروزه اطلاعات بسیار زیادی در رابطه با تولید انبوه، جداسازی و خالص کردن تک تک آنزیم‌ها و تثبیت آنها به روش‌های مصنوعی در دست است.
دومین بخش هسته مرکزی بیوتکنولوژی شامل تمام جنبه‌های سیستم یا راکتوری است که کاتالیست‌ها در آن عمل می‌کنند. در اینجا دانش ویژه‌ای از مهندسی شیمی یا تولید به کار می‌آید که طرح و ابزار لازم برای بقا و کنترل محیط فیزیکی-شیمیایی مانند دما، هوادهی(اکسیژن رسانی)، pH و غیره را فراهم می‌کند و بدین ترتیب تجلی بهینه کاتالیست را امکان پذیر می‌سازد.
بنابر آنچه ذکر شد روشن است که موفقیت در یک طرح بیوتکنولوژی صنعتی به کاربرد وسیع چندین نظام نیاز دارد. قلمروهای اصلی کاربرد بیوتکنولوژی در مهندسی شیمی را می‌توان در پنج بخش عمده خلاصه کرد.

کاربردهای بیوتکنولوژی در مهندسی شیمی
1- تکنولوژی تخمیر
از نظر تاریخی مهم‌ترین قلمرو بیوتکنولوژی صنعتی، تکنولوژی تخمیر است. تولید مخمرها و آنتی بیوتیک‌ها، تولید فراورده‌های جدید مانند پلی ساکاریدها، داروهای مهم پزشکی، حلال‌ها، مواد غذایی غنی از پروتیین نمونه‌های بارزی از این نوع تکنولوژی است.

2- مهندسی آنزیمی
برای کاتالیز واکنش‌های شیمیایی بسیار ویژه اهمیت بسزایی دارد. به عنوان مثال می‌توان به تولید تبدیل کننده‌های مولکولی ویژه (واکنشگرهای زیستی)، فرآورده‌های تولیدی نظیر اسیدآمینه، شربت غنی از فروکتوز، پنی سیلین‌های نیمه مصنوعی، هیدولیز یا آبکافت نشاسته و سلولز اشاره نمود.

3- تکنولوژی مواد پسماند
این تکنولوژی از نظر تاریخی اهمیتی قدیمی دارد، اما امروزه بر همراه کردن این فرآیندها با حفظ منابع طبیعی و برگرداندن آنها به چرخه طبیعت، تاکید بیشتری می‌شود. از این نمونه می‌توان تولید کودهای شیمیایی و سوخت‌های زیست شناختی را نام برد.

4- تکنولوژی زیست محیطی
این تکنولوژی چشم انداز وسیعی به منظور کاربرد مفاهیم بیوتکنولوژی برای حل بسیاری از مشکلات زیست محیطی مانند کنترل آلودگی، از بین بردن مواد سمی و جداکردن فلزات از سنگ‌های معادن می‌باشد.

5- تکنولوژی منابع تجدید شونده
استفاده از مواد تجدید شونده، برای تولید منابع جدیدی از مواد خام شیمیایی و انرژی مانند اتانول، متانول، متان و هیدروژن به کار برده می‌شود.

آنزیم‌ها
آنزیم ها یکی از محصولات عمده در فرآیندهای بیوتکنولوژی صنعتی به حساب می‌آیند. آنها در چند دهه اخیر به عنوان مناسب‌ترین و جدیدترین ماده در تغییر و تبدیل ترکیبات در صنایع کاربرد پیدا کرده‌اند. نقش زیستی آنها در بهبود کیفیت محصولات تولیدی در صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین شناخت، توانایی، و نحوه کاربرد این ترکیبات در این صنایع لازم به نظر می‌رسد.
آنزیم‌ها کاتالیزورهای زیست شناختی با ماهیت پروتیینی هستند که توسط سلول‌های زنده (حیوانی، گیاهی و میکروارگانیسم‌ها) تولید می‌شوند. آنزیم‌ها در واکنش‌های زیست شناختی نقش بسیار عمده‌ای برعهده دارند و در اغلب واکنش‌های درون سلولی باعث شکستن پیوندهای شیمیایی ترکیبات می‌شوند. بنابراین، ویژگی عمده این مواد، افزایش سرعت واکنش‌هاست بدون اینکه خود در واکنش شرکت داشته باشند.
قابلیت کاتالیزگری آنزیم‌ها به خاطر ماهیت پروتیینی با ساختمان‌های ویژه در آنهاست و واکنش‌های شیمیایی در موضع مخصوصی بنام جایگاه فعال آنزیم انجام می‌پذیرند. اصولاً پاره‌ای از برهم کنش‌های فیزیکی و شیمیایی در این موضع باعث انجام این واکنش‌ها برای یک آنزیم ویژه می‌شود.

تفاوت‌های عمده واکنش‌های آنزیمی با واکنش‌های شیمیایی در موارد زیر خلاصه می‌شود:
1- یک آنزیم کاتالیزگر دارای ویژگی خاصی است که فقط قادر است یک یا تعداد کمی از واکنش‌ها را کاتالیز کند.
2-سرعت انجام واکنش‌های شیمیایی با حضور آنزیم به مراتب بالاتر از حالت بدون آنزیم است و معمولاً با به کارگیری مقادیر بسیار کمی آنزیم، واکنش‌ها کاتالیز می‌شوند.
3- شرایط فیزیکی، نظیر دما، فشار و pH محیط در واکنش‌های آنزیمی معمولاً در حدمتعادل بوده و از فشارها و دماهای بالا، کمتر استفاده می‌شود
4- آنزیم‌ها در مقابل تغییرات ناگهانی شرایط، حساس و ناپایدارند و کارکردن با آن‌ها مستلزم دقت و توجه خاص است.

آنزیمهای تجارتی، به سه گروه اصلی طبقه بندی می شوند:
1. آنزیم‌های صنعتی که در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی به کار گرفته می‌شوند، مانند: آمیلاز، پروتئاز، گلوکوزایزومراز، لیپاز، کاتالاز و پنی سیلین آسیلاز.
2. آنزیم‌های تجزیه‌ای که در تجزیه مواد از آنها استفاده می‌شود. نظیر گلوکوزاکسیداز، گالاکتوزاکسیداز، الکل دهیدروژناز، هگزوکیناز، مورامیداز، کلسترول اکسیداز.
3. آنزیم‌های پزشکی که در مسائل پزشکی مورد توجه‌اند مثل آسپارژیناز، پروتئاز، لیپاز و استرپتوکیناز.

کاربرد آنزیم‌ها در صنایع، روز به روز گسترش می‌یابد و دلیل عمده آن، تولید محصولی با درجه خلوص و کیفیت بالاتر است. به طورکلی مزایای کاتالیزگرهای آنزیمی به مراتب بیش از کاتالیزگرهای غیرآنزیمی است زیرا با استفاده از کاتالیزگر اختصاصی آنزیمی می‌توان از واکنش‌های ناخواسته جانبی که در طی مصرف کاتالیزگرهای غیراختصاصی انجام می‌شوند، اجتناب کرد.

تکنولوژی تولید آنزیم
گرچه بیشتر آنزیم‌های مفید از منابع گیاهی و جانوری استخراج شده است، ولی انتظار می‌رود که بیشتر پیشرفت‌های آینده در تکنولوژی آنزیمی متکی بر آنزیم‌هایی از منشأ میکروبی باشد.

توسعه استفاده از میکروارگانیسم‌ها (میکروب ها) به عنوان منبع تولید آنزیم چند دلیل مهم دارد:

1. معمولاً به ازای واحد وزن خشک فراورده، فعالیت ویژه بالایی وجود دارد.
2. نوسان‌های فصلی مواد خام و کمبودهای احتمالی ناشی از تغییرات اقلیمی و تغییرات ناگهانی سیاسی شامل منابع میکروبی نمی‌شود.
3. در بین میکروب‌ها برای انتخاب، طیف گسترده‌ای از خصوصیات آنزیم مانند دامنه pH و مقاومت به دما، وجود دارد.
4. ژنتیک صنعتی از راه انتخاب سویه مطلوب، جهش، القا و انتخاب شرایط رشد و اخیراً با استفاده از توانایی‌های بدیع تکنولوژی انتقال ژن‌ها، امکان بهینه سازی بازده و نوع آنزیم را به شکل مؤثری افزایش داده است.

انتخاب یک گزینه در بین میکروارگانیزم‌های گوناگون امری پیچیده است و عوامل متعددی چون اقتصادی بودن کشت میکروب، این که آیا آنزیم مورد نظر به محیط کشت مایع ترشح می‌شود و یا در سلول باقی می‌ماند و احتمال حضور آنزیم‌های زیان‌بخش را در برمی‌گیرد. برحسب نوع منبع، آنزیم‌ها از نظر پایداری در برابر دما و تحمل حد نهایی pH بسیار متفاوتند.
متخصصین ژنتیک صنعتی در انتخاب یک آنزیم برای تولید باید در پی بهینه‌سازی خواص مطلوب، یعنی بازده زیاد آنزیم، پایداری، بی‌نیازی به مواد القاکننده، بازیافت مطلوب و غیره باشند؛ در عین حال باید برای از بین بردن یا مهار خواص نامطلوب، یعنی همراهی متابولیت‌های زیان‌بخش، بو، رنگ و غیره کوشش کنند.
مواد خام لازم برای تخمیرهای صنعتی آنزیم‌ها معمولاً به موادی محدود بوده است که در مقادیر زیاد به بهای کم در دسترس هستند واز نظر تغذیه‌ای بی خطر می‌باشند. معمول‌ترین مواد به کار رفته عبارتند از ترکیبات حاصل از هیدرولیز نشاسته، ملاس‌ها، لیکور خیسانده ذرت، آب پنیر و تعدادی از غلات.
فرایندهای تخمیری با شرایط کشت موقت و هوادهی خوب به طور سنتی در تولید آنزیم‌ها بکار گرفته می‌شوند. اما همین فرایند را با ورود یک یا چند جزء در طی تخمیر(fed-batch) بهتر می‌توان انجام داد. فرایندهای تخمیری با کشت مداوم به ندرت در تولید صنعتی آنزیم‌ها بکار می‌روند. مراحل بازیافت استاندارد آنزیم‌های بیرون سلولی عبارتند از: جداکردن میکروارگانیسم‌ها، تغلیظ آنها، افزودن نگهدارنده‌ها، استاندارد کردن و بسته‌بندی. برای استخراج آنزیم‌های درون سلولی تخریب دیواره سلولی یا غشاء توسط روش‌های مکانیکی، فیزیکی یا شیمیایی ضروری است.
در پایان فرایند تخمیر، شرایط ایده آل شامل بدست آوردن مایعی حاوی غلظت زیاد آنزیم است؛ همچین بیومس ارگانیزمی که جداکردن آن ساده بوده و تا حد ممکن کمترین مقدار را نسبت به سایر فراورده‌های محلول در این مایع دارا می‌باشد.
یک فراورده آنزیمی سالم باید آلرژی‌زایی پائینی داشته و بویژه به صورت عاری از غبار باشد. همچنین باید از مواد سمی و میکروارگانیسم‌های زیان‌بخش عاری باشد. در مورد تمام آنزیم‌های جدید باید آزمون‌های سم شناختی دقیقی به عمل آید.

موادخام برای فرآورده‌های بیوتکنولوژی
موادخام حاوی قند، نیشکر و غلات سودمندترین و در دسترس ترین موادخام برای فرآورده‌های بیوتکنولوژی صنعتی هستند، اما با توجه به این‌که استفاده‌های سنتی از قند با راه‌های کارآمدتری جایگزین می شوند، وجود مازاد موادقندی در بازار فروش، انگیزه‌ای برای توسعه کاربردهای جدید خواهد بود.
از جمله فرآورده‌های کشاورزی می‌توان به مواد حاوی نشاسته، شامل انواع غلات، نظیر ذرت، برنج و گندم اشاره کرد که به‌عنوان ماده‌ی خام در صنعت بیوتکنولوژی به‌کار برده می شوند. در این میان باید به معایبی که در برخی از این مواد خام وجود دارد نیز توجه داشت. برای نمونه نشاسته باید به کمک فرآیند هضم یا هیدرولیز به مونوساکاریدها یا الیگوساکاریدها تجزیه شود. توجه به این نکته ضروری است که در بسیاری از فرآیندهای بیوتکنولوژیک، از نشاسته در جهت تولید سوخت، استفاده می گردد.

استراتژی‌های بیوتکنولوژیک در بکارگیری پسماندهای آلی مناسب
اهداف اصلی بیوتکنولوژی بهبود مدیریت و استفاده از مقادیر عظیم پسماند مواد آلی است که در سراسر جهان یافت می شود که درصورت استفاده از این پسماندها یکی از منابع آلودگی، به ویژه‌ آلودگی آب از بین خواهد رفت. مهمتر از آن، با به کارگیری فرایندهای بیوتکنولوژیک این پسماندها به شکل فرآورده‌های فرعی مفید در می آیند. ملاس چغندر قند و آب پنیر دو ماده‌ی پسماندی است که در کاربردهای تخمیری به‌طور فراوان مورد استفاده قرار می گیرند. ملاس فراورده‌ی فرعی صنایع قند است و تقریباً 50 درصد مواد قندی دارد. ملاس به‌عنوان منبعی برای تولید آنتی بیوتیک‌ها، اسیدهای آلی و مخمرهای تجارتی جهت نانوایی به‌طور وسیعی بکار می رود و مستقیماً نیز در تغذیه‌ حیوانات کاربرد دارد. از آب پنیر هم که طی تولید پنیر بدست می آید، به‌عنوان منبع اصلی تخمیر استفاده می کنند.
از جمله استراتژی‌های بیوتکنولوژیک در به‌کارگیری پسماندهای آلی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- بالابردن کیفیت پسماندهای غذایی برای مناسب ساختن آنها در جهت استفاده‌ خود انسان.
2- تغذیه‌ی ماکیان‌ها، خوک‌ها، ماهی‌ها یا سایر جانوران تک معده‌ای که می‌توانند به‌طور مستقیم از پسماندها، خواه به شکل اولیه و یا پس از فرآوری آنها، استفاده کنند.
3- تغذیه‌ی چهارپایانی همانند گاو و سایر نشخوارکنندگان توسط پسماندهای غذایی که به دلیل محتوای بالای فیبر آنها، وجود برخی سموم یا علل دیگر برای جانوران تک معده‌ای قابل استفاده نیستند.
4- تولید بیوگاز (متان) و سایر فرآورده‌های تخمیری، در جایی که به‌عمل آوردن مقدماتی پسماندها برای تغذیه مقرون به‌صرفه نباشد.
5- انتخاب دیگر اهداف همانند استفاده مستقیم به‌عنوان سوخت، مواد ساختمانی، استخراج موادشیمیایی و غیره.

تکنولوژی‌های محیط زیستی
کار تصفیه کننده‌های بیولوژیکی متکی بر توانایی متابولیسمی میکروب‌هایی است که به منظور انجام عملیات تصفیه مورد استفاده قرار می گیرند. خصوصیت بنیادی تصفیه کننده بیولوژیک آنست که باید حاوی انواع میکروارگانیسم هایی باشد که توانایی تجزیه هر نوع ترکیب وارد شده به سیستم را داشته باشد. در واقع کاربرد میکروارگانیسم‌ها در تصفیه پساب و فاضلاب بزرگترین جنبه‌ی کاربردی میکروارگانیسم‌ها محسوب می گردد. بدین ترتیب تصفیه فاضلاب (پساب‌های خانگی یا صنعتی) یکی از مهمترین کاربردهای بیوتکنولوژی و در عین حال ناآشناترین آنها برای توده‌ مردم است. از این تکنولوژی می توان جهت تصفیه فاضلاب و زدودن باکتری‌های عفونی مضر برای انسان و جانداران، جهت سمیت زدایی از انواع حشره کش‌ها، جهت تجزیه نفت و پاکسازی سکوهای نفتی، استخراج فلزات ارزشمند از پساب‌های نفتی و صنایع معدنی استفاده کرد.

تکنولوژی تولید سوخت بیولوژیک
بحث «بحران انرژی» که در سراسر جهان به گوش می رسد توجه همه را به محدود بودن منابع سوخت فسیلی جلب کرده است. این بحران همراه با افزایش چشمگیر صنعتی شدن بسیاری از کشورهای جهان سوم موجب فشار اقتصادی و بازرگانی زیادی برای دستیابی به منابع مطمئن و ارزان‌تر انرژی شده است. به این ترتیب تنها منبع جایگزین برای صنایع شیمیایی، فرآورده‌های فتوسنتزی یعنی قندها، نشاسته و سلولز خواهد بود.
از سه راه اصلی می توان به این منابع زیستی دست یافت:

1- کشت محصولات دارای انرژی (نیشکر، غلات، درختان ویژه)
2- جمع آوری رویش‌های طبیعی (علوفه، خاشاک، الوار، جلبک‌ها)
3- به کارگیری پسماندهای کشاورزی و سایر پسماندهای آلی.

تبدیل این منابع زیستی به سوخت‌های قابل استفاده را می توان از راه‌های زیستی یا شیمیایی و یا ترکیبی از این دو انجام داد. دو فرآورده اصلی حاصل، متان یا اتانول هستند، گرچه برحسب منابع اولیه و فرآیندهای بکار رفته سایر فرآورده‌ها، برای نمونه سوخت‌های جامد، هیدروژن، گازهای کم انرژی، متانول و هیدروکربن‌های با زنجیره‌ی بلند نیز پدید می آیند.
در بیشتر نواحی دنیا، مطالعات در جهت استفاده از پسماندهای آلی، برای نمونه پسماندهای کشاورزی، شهری و صنعتی صورت می پذیرد که تبدیل آنها به سوخت‌های زیستی (سوخت‌های بیولوژیک) جایگزین خوبی برای انرژی نفت و نیز مواد شیمیایی خواهد بود.

منبع: سرویس مسائل راهبردی دفتر مطالعات خبرگزاری دانشجویان ایران


Copyright© 2005-2017, biotechnews.ir, All Rights Reserved. , Kasra Esfahani, PhD