ביוטכנולוגיה/שמרים - כתוצר

שימושים בשמרים במסחר

1. לצורך פרטי : אפייה ביתית או אפייה תעשייתית.
2. כיצרנים בתהליך ייצור של תוצרים אחרים כמו אתנול, בירה, לחם ועוד.
3. כתוסף מזון כיוון שהם עשירים בחומצות גרעין וויטמינים.

דרישות לגידול שמר

• חנקן, פחמן ומקורות נוספים במצע הגידול.
• חמצן - בכדי לייצר שמרים יש לגדל אותם בתנאים אירובים כיוון :
  • השמר גדל מהר יותר (יותר ATP)
  • הצטברות של אתנול פוגעת בחיות של שמרים. בתהליך זה אנו מעוניינים בשמרים חיים ופעילים בכמויות גדולות.
• טמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס.
• Ph = 4-6

הבעיה בתהליך ייצור שמר כתוצר

הבעיה : הגורם המגביל - מסיסות החמצן.

מדוע מהווה בעיה?

החמצן לא מתמוסס טוב במים ולכן כמות מוגבלת ובמהלך יצור השמרים אנו חייבים תהליך אירובי. אין באפשרותנו להגדיל את התמוססות החמצן ולכן הוא הגורם המגביל.

אם תהליך הייצור לא יהיה בתהליך מנתי מוזן, מקורות גדולים של חנקן ייכנסו למצע ולכן השמרים יגדלו במהירות. בשלב מסוים קצב הגידול של השמרים יעלה על קצב המסיסות של החמצן והשמרים יעברו לנשימה אנאירובית.

הפיתרון

תהליך מנתי מוזן - אספקה מבוקרת של חמצן.

החנקן מסופק למצע באופן מנתי מוזן, כך שכמותו מוגבלת. במצב כזה, גידול השמרים מוגבל בעקבות כמות קטנה של חנקן אך השמרים גדלים רק בנוכחות חמצן, גדילים בנשימה אירובית.

תהליך הייצור של שמרים

חלק א' - ההכנות

1. הכנת האינוקלום (תרבית המזרע הראשונה) - השמרים מגודלים בתוך אינוקולום ומועברים לתרביות מזרע גדולות יותר (פרמטורים גדולים יותר), בהתאם לכמותם.
2. סרכוז ודנטריפוגציה - התרבית מתרכזת והופכת למשחה. משחת התאים משמשת לזריעת הפרמנטור הראשי.

חלק ב' - תהליך התסיסה בפרמנטור

תהליך התסיסה המנתי מוזן, בו מזורם פחות מ-0.1.% פחמן ובמקביל הזרמת החמצן באמצעות אוויר סטרילי מטבעת הפיזור שבתחתית הפרמנטור (מהווה גם אמצעי ערבול).

מקור הפחמן המקובל בייצור שמרי אפייה הוא מולסה שפרט להיותה מקור פחמן (סוכרים), היא מכילה מינרלים חיוניים, חומצות אמינו וויטמינים. התהליך נמשך בין 10-20 שעות.

התרחיף שמתקבל עובר קירור, סרכוז בו התאים נקצרים (הופכים להיות קצרים) ונשטפים. לאחר סרכוז נוסף מתקבלת משחה (מכילה 17%-19% מוצקים) שמקוררת ועוברת את השלב האחרון לפי סוג השמרים שנרצה.

עיבוד - סוגים שונים של שמרים

קימיים סוגים שונים של שמרים. עבור כל שמר, יש תהליך עיבוד שונה :

1. שמרים פעילים (דחוסים/יבשים) – כוללים שלב מקדים הוצאת המים מהמשחה לקבלת עוגת לחץ.
2. שמרים לא פעילים - אין שלב מקדים.

התהליך

שמרים דחוסים

הייצור (לאחר הוצאת המים מעוגת הלחץ) :

1. הוספה ל"עוגת הלחץ" מים וחומר מתחלב (לאיחוד השמן והמים).
2. חותכים את העוגה לחתיכות ועוטפים בנייר או שמעבירים אותה דרך חריץ מחורר לקבלת פירורים.

יציבות אכסנית : בין 4-5 שבועות.

משמשים : תעשיית המוזון - שימוש ביתי לאפיה ושימוש תעשייתי למאפיות ומבשלות בירה ליצור אתנול.

שמרים יבשים פעילים

אלו שמרים ייחודיים היכולים לשמור על פעילותם גם אחרי יבוש ומחזיקים בין 3 חודשים (ללא קירור) וכשנה. שלבי יצור (לאחר הוצאת המים מעוגת הלחץ):

1. מכניסים את עוגת הלחץ לרשת כדי לקבל שמרים מפוררים.
2. מיבשים אותם בטמפרטורה 24-45 מעלות צלזיוס.
3. לבסוף מתקבל תוצר בעל 8% לחות.

יציבות אכסנית : 3 חודשים לשנה.

משמשים בעיקר : לתעשייה (מאפיות וייצור בירה ואתנול).

שמרים יבשים לא פעילים

אלו שמרים מתים שאינם משמשים לתסיסה. שמרים אלו משמשים כתוסף מזון או כחומר להפקת חומרים תוך תאים. הם תוצר לוואי של השמרים הפעילים או מייצור בירה לאחר פסטור.

אם רוצים לייצרם; שלבי הייצור זהה לשלבי הייצור של שמרים יבשים פעילים רק שנוסף שלב פסטור בו השמרים מתים.

יציבות אכסנית: גבוהה.

משמשים בעיקר : כתוסף מזון (לאדם, בע"ח ולמצע גידול) או לתוצרים תוך תאים, הפקת חומרים מתוך השמר.

שימושים לשמרים כתוצר

שמרים כתוסף מזון

השמרים כתוצר מעובדים, מיובשים ומשמשים כתוסף מזון (בעיקר לבע"ח). ערכם התזונתי הגבוהה (ריבוי בויטמינים, חומצות גרעין ועוד) מאפשר לנצלם לתפקיד זה.

תוצרים תוך תאיים

הפקת תוצרים תוך תאים משמרים כמו : אנזמים, RNA וגליקן.

• אנזימים – בעיקר אינברטאז (=פירוק סוכרוז) ולקטאז (פירוק לקוט), המשמשים בתעשיית המזון.
• RNA – שמקורו משמרים עובר שינויים כימיים ומשמש כתוסף מזון וכחומר טעם בתעשיית המזון.
• גליקן – מרכיב סוכרי בדופנות השמרים המופק מהם ומשמש כחומר מתחלב בתעשיית המזון.

תוצרים של שמרים (על פי עלות - מהזול ליקר)

1. שמרים למאפיה (שמרים כתוצר) - איסוף הביומסה ללא שיטות נוספות. השמרים משמשים לייצור ואפייה כמו למשל, לחם.
2. אתנול - חוץ תאי, מופק בקלות באמצעות זיקוק.
3. (שווה ערך בעלות לסעיף הבא) אנזימים חוץ תאי - נדרשות שיטות להפרדת החלבונים.
4. ויטמין תוך תאי - נדרשת שבירה של תאים + ניקוי מסובך בשל ריבוי חומרים אורגנים בתא.