الجواب المختصر
تنتج الرغوة عن البروتينات والمواد الفعالة سطحياً في الوسط، التي تخفقها التهوية والتحريك إلى فقاعات مستقرة. أكثر ثلاثة إجراءات فعالية من جهة الوسط: اختر مصادر نيتروجين ذات نسبة بيبتيدات عالية وقليل من البروتينات الكبيرة (بيبتونات عالية التحلل المائي، درجات مرشَّحة بالترشيح الفائق)؛ لا تزد جرعة النيتروجين «احتياطاً»، لأن فائض البروتين لا يتحول إلا إلى رغوة؛ وأضف مستوى أساسياً من مضاد الرغوة إلى الوسط من البداية بدلاً من مطاردة الرغوة بعد تكوّنها. وإذا لم يعد مضاد الرغوة يضبطها بعد جرعة تراكمية معينة، فالمشكلة في التركيبة أو شروط التشغيل، لا في كمية مضاد الرغوة.
من أين تأتي الرغوة
تحتاج الرغوة إلى شيئين: غاز يدخل، وشيء يثبّت جدران الفقاعات. توفّر التهوية والتحريك الغاز؛ ويوفّر الوسط والخلايا المثبّتات:
- جزيئات البروتين الكبيرة. البروتين الذي لم يُقطَّع إلى قطع قصيرة في البيبتونات، ومعقدات الأحماض النووية والبروتين في مستخلص الخميرة، وشدف الكولاجين في مستخلص اللحم. كلما كان الجزيء أكبر وأكثر ازدواجية في الألفة، كانت الرغوة أكثر استقراراً.
- ما تفرزه الخلايا نفسها. الخافضات الحيوية للتوتر السطحي (السورفاكتين من Bacillus هو المثال الكلاسيكي)، وعديدات السكاريد الخارجية، والبروتين والدهون المنطلقة عند تحلل الخلايا. الرغوة التي تزداد في أواخر الدورة سببها هذا عادة.
- الزيوت والمستحلبات في الوسط. بوليسوربات 80، الليسيثين، الزيت النباتي. الكميات الصغيرة تكسر الرغوة؛ والفائض يثبّتها.
إذن يشير التوقيت إلى السبب: الرغوة بعد التلقيح مباشرة هي الوسط؛ والرغوة في أواخر الطور اللوغاريتمي هي نواتج الاستقلاب؛ والرغوة قبل الحصاد مباشرة هي تحلل الخلايا عادة.
أي مصادر النيتروجين أكثر إرغاءً
القاعدة العامة: كلما انخفضت درجة التحلل المائي وزادت الجزيئات الكبيرة، زادت الرغوة.
- إرغاء عالٍ: مستخلص اللحم، بيبتون الجيلاتين، بيبتونات اللحوم خفيفة التحلل، متحلل الخميرة الذاتي (الغني بحطام جدار الخلية).
- متوسط: التريبتون المعتاد، بيبتون الصويا، مستخلص الخميرة.
- إرغاء منخفض: البيبتونات عالية التحلل المائي (نسبة نيتروجين أميني عالية)، أحماض الكازامينو (Casamino acids)، البيبتونات ومستخلصات الخميرة المرشَّحة بالترشيح الفائق (أُزيلت منها الجزيئات الكبيرة أصلاً).
ضمن النوع الواحد من البيبتون، انظر إلى نسبة AN/TN في شهادة التحليل: كلما ارتفعت النسبة، قلّت الجزيئات الكبيرة وقلّت الرغوة. المتحللات المائية المرشَّحة بالترشيح الفائق من درجة زراعة الخلايا أقلها إرغاءً لكنها مكلفة للتخمير الصناعي؛ والحل الوسط العملي هو بيبتون بنسبة نيتروجين أميني عالية، أو الاستعاضة عن جزء من البيبتون بنيتروجين غير عضوي (كبريتات الأمونيوم، فوسفات الأمونيوم الأحادي).
استخدام مضاد الرغوة
- الأنواع. مضادات الرغوة من البولي إيثر (الأكثر عمومية، جرعة منخفضة، ثابتة حرارياً)؛ مضادات الرغوة السيليكونية (قوية، لكن تحقق من التنقية اللاحقة واللوائح الغذائية)؛ الزيوت النباتية (شائعة في العمليات الغذائية، لكنها أيضاً مصدر كربون، وتُستهلك، وتحتاج إلى تعويض في أواخر الدورة).
- الجرعة. أضف كمية أساسية إلى الوسط قبل التعقيم، عادة 0.01 إلى 0.05%؛ وعوّض أثناء الدورة بالاعتماد على مجس الرغوة. اجعل كل إضافة صغيرة؛ فالكمية الكبيرة من مضاد الرغوة دفعة واحدة تقلّل انتقال الأكسجين وتبطئ النمو.
- الحد الأقصى. إذا لم تضبط جرعة تراكمية 0.2 إلى 0.3% من مضاد الرغوة البولي إيثري الرغوة بعد، فارجع إلى التركيبة وإعدادات التهوية.
يقلّل مضاد الرغوة كفاءة انتقال الأكسجين؛ والمزيد ليس أفضل.
متى تغيّر التركيبة بدلاً من إضافة مضاد الرغوة
- تملأ الرغوة الوعاء بعد التلقيح مباشرة قبل النمو: بروتين زائد أو نوع نيتروجين غير مناسب. قلّل الجرعة أو انتقل إلى بيبتون أعلى تحللاً.
- كل تحضيرة تحتاج إلى إضافات كبيرة من مضاد الرغوة: استعض عن جزء من النيتروجين العضوي بنيتروجين غير عضوي، أو انتقل إلى الدفعة المغذاة (fed-batch) بحيث لا يكون تركيز النيتروجين في الوعاء عالياً أبداً.
- تحمل الرغوة الخلايا إلى الخارج والمردود متقلب: قلّل أولاً التهوية أو التحريك إلى الحد الذي يكون فيه الأكسجين المذاب كافياً بالكاد، ثم أعد النظر في التركيبة.
الأسئلة الشائعة
لا يُرغي في دوارق الرج لكنه يُرغي في المخمّر. لماذا؟ لا توجد في دوارق الرج تهوية قسرية وسطح التلامس بين الغاز والسائل صغير. أما المخمّر فينفث عدة أحجام من الهواء بحجم الوعاء في الدقيقة وتكسّر المروحة الفقاعات، فتظهر النزعة إلى الإرغاء غير المرئية في الدورق كاملة في الوعاء. عند فرز التركيبات في الدوارق، أضف اختبار إرغاء منفصلاً: رُجّ الوسط المحضَّر وقِس الوقت الذي تستغرقه الرغوة لتنهار.
غيّرت البيبتون فتغيّرت الرغوة كثيراً. هل هذا طبيعي؟ نعم. يمكن أن تختلف المواد الخام ودرجات التحلل المائي المختلفة في النزعة إلى الإرغاء بعدة أضعاف. اعتبر الإرغاء أحد معايير الاختيار إلى جانب المردود عند تغيير مصدر النيتروجين.
أي مضادات الرغوة يمكن استخدامها في عملية غذائية؟ فقط المسموح بها كمضافات غذائية، والقوائم تختلف من بلد إلى آخر؛ في تايوان تنطبق معايير المضافات الغذائية لإدارة الغذاء والدواء التايوانية (TFDA). لا تحتوي بيبتونات STBIO على مضاد رغوة؛ وما يُضاف إلى التركيبة قرار يخص العملية.
هل يمكنكم التوصية ببيبتون قليل الإرغاء؟ بيبتونات الخميرة وبيبتونات الصويا ذات نسبة النيتروجين الأميني العالية أقل إرغاءً، والمنتجات المرشَّحة بالترشيح الفائق من درجة زراعة الخلايا أقلها جميعاً. أخبرنا بالسلالة وشروط التهوية ومصدر النيتروجين الحالي وسنقترح مرشحات ونوفّر عينات لمقارنة مباشرة في الإرغاء والنمو؛ انظر طلب العينات.