مزرعة مكروبية غذائية

المزارع المكروبيَّة الغذائيَّة  هي بكتيريا حية أو خميرة أو عفن يستعمل في إنتاج الغذاء. وقد استخدمها البشر منذ العصر الحجري الحديث. حيث تقوم بإجراء عملية التخمر في المواد الغذائية. مما يساعد في الحفاظ على الأطعمة القابلة للتلف وتحسين خصائصها الغذائية والحسية: التذوق و البصر و الشم واللمس ). اعتبارًا من عام 1995، مثلت الأطعمة المخمرة ما بين ربع وثلث الأطعمة المستهلكة في أوروبا الوسطى. علاوة على ذلك، تم تحديد أكثر من 260 نوعًا مختلفًا من المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة ووصفها في المنتجات الغذائية المخمرة على مستوى العالم، مما يدل على أهميتها.

بدأ بناء الأساس العلمي لوظيفة الميكروبات في التخمير مع اكتشافات لويس باستور في النصف الثاني من القرن 19. ولا تزال الدراسات العلمية المكثفة في توصيف المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة المستخدمة تقليديا في تخمير الأغذية مستمرة من الناحية التصنيفية و الفسيولوجية و الكيميائية الحيوية و الوراثية. مما يسمح بفهم أفضل وتحسين معالجة الأغذية التقليدية ويفتح مجالات جديدة للتطبيق.

 لمحة تاريخية 
تعتبر الكائنات الحية الدقيقة أقدم أشكال الحياة على الأرض، حيث تطورت لأول مرة منذ أكثر من ثلاثة مليارات سنة. واكتشف أسلافنا كيفية تسخير قوتها لصنع أطعمة جديدة، حتى قبل أن يكونوا على دراية بالعلم وراء ما كانوا يفعلونه.

مراحل بارزة
1665 - كان كل روبرت هوك وأنطوني فان ليفينهوك أول من قام بملاحظة الكائنات الحية الدقيقة ووصفها لأول مرة.

1857–1876 — أثبت لويس باستور وظيفة الكائنات الحية الدقيقة في التخمير اللبني و الكحولي.

1881 - عزل إميل كريستيان هانسنخميرة كارلسبيرجينسيس، وهي ثقافة خميرة نقية، تُستخدم إلى اليوم على نطاق واسع في تخمير بيرة اللاجر.

1889–1896— أثبت هربرت ويليام كون وفيلهين ستورش وهيرمان ويجمان أن البكتيريا مسؤولة عن تحمض الحليب وا القشدة.

1897 - قام إدوارد فون فرودينريتش بعزل بكتيريا لاكتوباكيللوس بريفيس.

1919—قام سيجورد أورلا جينسن بتصنيف بكتيريا حمض اللاكتيك على أساس أنماط الإستجابة الفسيولوجية للبكتيريا.

بدءًا من سبعينيات القرن العشرين - إنتاج أولى المزارع الصناعية المركزة، والمزارع المجمدة أو المجففة بالتجميد، للتلقيح المباشر للحليب المعالج، وتحسين انتظام عمليات الإنتاج.

 وظيفة المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة في الغذاء 
المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة تحافظ على الطعام من خلال تكوين مستقلبات مثبطة مثل الأحماض العضوية: حمض اللاكتيك، وحمض الأسيتيك، وحمض الفورميك، وحمض البروبيونيك، و الإيثانول، و البكتيريا، وما إلى ذلك، وغالبًا ما يكون ذلك مصحوبًا بانخفاض نشاط الماء إما عن طريق التجفيف أو استخدام الملح. علاوة على ذلك، فهي تساعد على تحسين سلامة الغذاء من خلال تثبيط مسببات الأمراض أو إزالة المركبات السامة. كما تعمل على تحسين القيمة الغذائية والجودة الحسية للطعام أيضا.

يمكن تقسيم المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة المستخدمة في تخمير الأغذية إلى ثلاث مجموعات رئيسية: البكتيريا والخميرة والعفن.

 البكتيريا 
يمكن تقسيم المزارع الغذائية البكتيرية إلى بادئات التخمر والبروبيوتيك.

بادئات التخمر تؤدي وظيفة تكنولوجية بشكل أساسي في تصنيع الأغذية. حيث تستخدم كمكونات غذائية في واحدة أو أكثر من مراحل عملية تصنيع الأغذية وتطوير النشاط الأيضي المطلوب أثناء عملية التخمر أو النضج. بذلك, تساهم في خاصية واحدة أو خصائص متعددة فريدة من نوعها لمادة غذائية خاصة فيما يتعلق بالطعم والنكهة واللون والملمس والسلامة والحفظ والقيمة الغذائية والفوائد الصحية العامة.

بشكل عام، البكتيريا المستخدمة في بادئات التخمر ليست هي نفسها المستخدمة في البروبيوتيك. ومع ذلك، هناك حالات يمكن فيها استخدام بكتيريا واحدة كبادئة تخمر وكبروبيوتيك. يحاول المجتمع العلمي حاليًا تعميق فهم الأدوار التي تلعبها الميكروبات في معالجة الأغذية وصحة الإنسان.

أهم أنواع البكتيريا المستخدمة في تصنيع الأغذية هي البكتيريا اللبنية، والتي تنتمي إلى مجموعة بكتيريا حمض اللاكتيك.

تعتبر المزارع الغذائية البكتيرية مسؤولة عن رائحة وملمس وطعم الجبن ومنتجات الحليب المخمر مثل الأيران والزبادي، والدوغ، والسكاير، أو اليمر. حيث يساهمون في تطوير نكهة ولون المنتجات المخمرة مثل السلامي والبيبروني ولحم الخنزير المجفف. تقوم بكتيريا حمض اللاكتيك بتحويل حمض الماليك غير المستقر الموجود بشكل طبيعي في النبيذ إلى حمض اللاكتيك المستقر. فيمنح هذا التخمر المالولاكتيكي الاستقرار الذي يميز النبيذ عالي الجودة الذي يتحسن عند التخزين.

بكتيريا حمض اللاكتيك تُستخدم أيضًا في المكملات الغذائية باعتبارها بروبيوتيكًا يساعد على استعادة التوازن في الكائنات الحية المعوية البشرية.

 الخميرة 
الخميرة الأكثر شيوعًا في إنتاج الغذاء هي خميرة البيرة( Saccharomyces cerevisiae )، التي استخدمت في التخمير والخبز لآلاف السنين.[ بحاجة لمصدر ]

تتغذى خميرة البيرة على السكريات الموجودة في عجينة الخبز وتنتج غاز ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي تساعد في تكوين فقاعات داخل العجين، مما يؤدي إلى تمدده وارتفاع الخبز.

يتم استخدام أنواع مختلفة من الخميرة في تخمر البيرة، حيث تقوم بتخمير السكريات الموجودة في الشعير المملح لإنتاج الكحول. أحد أكثر الأنواع شيوعًا هي نفسها خميرة البيرة التي تستعمل أيضًا في صناعة الخبز لصنع أنواع البيرة المختلفة. وهي معروفة باسم خميرة التخمير العلوية لأنها تخلق رغوة على سطح المشروب. بينما تُستخدم الخميرة المخمرة في القاع، خميرة سكارومايسس باستوريانوسك بشكل أكثر شيوعًا لصنع البيرة. إنها تخمر كمية أكبر من السكريات الموجودة في الخليط مقارنة بالخميرة المخمرة من الأعلى، مما يعطي طعمًا أنظف.

يتم تكوين الكحول في النبيذ عن طريق تخمير السكريات الموجودة في عصير العنب، مع ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. تتواجد الخميرة بشكل طبيعي على قشور العنب، وهذا وحده قد يكون كافياً لتخمير السكريات وتحويلها إلى كحول. يتم عادةً إضافة ثقافة الخميرة النقية، غالبًا خميرة البيرة، لضمان موثوقية التخمر. تتواجد ثقافات الخميرة الأخرى مثل البيتشيا (Pichia) وتوغولاسبورا(Torulaspora) والكلويفيرميكس (Kluyveromyces) بشكل طبيعي أو تضاف لخلق نكهات خاصة في النبيذ. أما النبيذ الفوار، بما في ذلك الشمبانيا، فيتم تصنيعه عن طريق إضافة كمية إضافية من الخميرة إلى النبيذ عندما يتم تعبئته. فيتم حبس ثاني أكسيد الكربون المتكون في عملية التخمر الثانية على شكل فقاعات.

تُستخدم الخميرة أيضًا لإنتاج منتجات لبن الكفير، والأجبان الناضجة شبه الناعمة ومشروبات الصويا المخمرة.

 العفن 
هنالك ثلاثة أنواع رئيسية من الجبن تعتمد على العفن نظرا لخصائصه المميزة: الجبن الأزرق، والجبن الناضج الطري مثل الكاممبير والبري، والجبن المغسول بالقشرة مثل الإبواس والتاليجيو.

فلصنع الجبن الأزرق، يتم معالجة الجبن باستخدام عفن "پنيسيليوم روكفورتى" بينما لا يزال في شكل اللبن الرائب المضغوط بشكل فضفاض. عندما ينضج الجبن، ينمو العفن، مما يؤدي إلى ظهور عروق زرقاء داخله والتي تعطي ذلك الجبن نكهته المميزة. تشمل الأمثلة جبن ستيلتون، وروكفور، وجورجونزولا.

يتم تصنيع الجبن الناضج الطري مثل جبن البري والكاممبرت عن طريق السماح لبكتيريا بنسيليوم كاممبرتى بالنمو على سطحه الخارجي، مما يؤدي إلى نضجه من الخارج إلى الداخل. فيشكل العفن قشرة بيضاء ناعمة، ويصبح الجزء الداخلي سائلاً بنكهة قوية.

ينضج الجبن ذو القشرة المغسولة مثل ليمبورجر أيضًا من الداخل، حيث يتم غسلها بالمحلول الملحي ومكونات أخرى مثل البيرة والنبيذ التي تحتوي على العفن. وهذا يجعلها أيضًا جذابة للبكتيريا، التي تضيف إلى النكهة.

تقليديا، يتم تطعيم النقانق بالعفن باستخدام الكائنات الحية الأصلية للمذابح. يمكن استخدام أنواع مختلفة من العفن مثل P. chrysogenum وP. nalgiovense ) لإنضاج أسطح النقانق. حيث تعمل ثقافات العفن على تطوير الرائحة الجيدة وتحسين ملمس النقانق. إضافة إلى ءلك، فإنها تقصر فترة النضج والحفاظ على الجودة الطبيعية. مما يؤدي إلى إطالة مدة صلاحية منتجات اللحوم.

في الماضي، كانت تصنع صلصة الصويا عن طريق خلط فول الصويا والحبوب الأخرى مع عفن الرشاشية الأوريزيه أو صوجا الاسبيرغيلوس والخميرة. ثم يترك هذا الخليط ليتخمر في الشمس. اليوم يتم تصنيعها في ظل ظروف خاضعة للرقابة. وتضم المكونات الأساسية للنكهة التي تشكلت في هذه العملية: أملاح حمض الجلوتاميك الأميني، وخاصة حمض الجلوتاميك أحادي الصوديوم.

 إنتاج المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة 
تتم إجراءات الإنتاج الصناعي لثقافات الأغذية الميكروبية بعد عملية اختيار دقيقة وفي ظل ظروف خاضعة لرقابة صارمة جدا. أولاً، يقوم مختبر علم الأحياء الدقيقة، الذي فيه تحفظ السلالات الأصلية، بإعداد مادة التلقيح، وهي عبارة عن كمية صغيرة من الميكروبات من سلالة نقية واحدة. بعد ذلك، تضاعف مادة التلقيح ونموها إما في المخمر السائل أو على السطح الصلب في ظل ظروف محددة ومراقبة. ثم تحصد الخلايا المزروعة من الثقافة النقية، وتمزج بعد ذلك مع المزارع الأخرى، وأخيرا يتم حفظها للنقل والتخزين اللاحق. تباع في صورة سائلة أو مجمدة أو مجففة بالتجميد.

هناك طريقة أخرى تقليدية لبدء تخمير الطعام تسمى عادةً بالتخمر التلقائي. تأتي المزارع من الحليب الخام، أي ذلك الذي لم يخضع لأي معالجة صحية أو من إعادة استخدام جزء من الإنتاج السابق أو الارتداد العكسي. لأإن تكوين هذه المزارع معقد ومتغير للغاية. فاستخدام مثل هذه التقنيات يتناقص باطراد في البلدان المتقدمة. حتى أن بعضهاةتحظر تقنية الإرجاع إلى الخلف بسبب "احتمالية تضخيم أحمال مسببات الأمراض إلى مستويات خطيرة للغاية".

 البروتينات الميكروبية 
يمكن إنشاء البروتينات الميكروبية (MP) باستخدام الطحالب الدقيقة والبكتيريا والخميرة والفطريات الدقيقة أيضا.

تتضمن أمثلة منتجات MP التجارية المتاحة بالفعل التالي:
 قورن"Microbial Protein: a promising and sustainable food and feed ingredient – North-CCU-hub". Retrieved 1 July 2022.
 سولين من شركة سولار فودز

يمكن أن تحل محل اللحوم والأعلاف، مما يخفف من التأثيرات البيئية للحوم وغيرها من المنتجات الحيوانية. كما يمكنها أن يحل محل مكملات البروتين الحيوانية أيضا.

Banks, Mason; Johnson, Rob; Giver, Lori; Bryant, Geoff; Guo, Miao (1 June 2022). "Industrial production of microbial protein products". Current Opinion in Biotechnology. 75: 102707. doi:10.1016/j.copbio.2022.102707. ISSN 0958-1669. PMID 35276510. S2CID 247338066. ويعمل الباحثون على تحسين الاستدامة والاقتصاد في إنتاج البروتينات الميكروبية وعلى حل التحديات في توسيع نطاق الإنتاج الصناعي.

 الجوانب البيئية والأمن الغذائي والكفاءة 
توصلت إحدى الدراسات إلى أن إنتاج الأغذية الميكروبية باستخدام الطاقة الشمسية من خلال تقنية إلتقاط الهواء المباشر يتفوق بشكل كبير على الزراعة الزراعية للمحاصيل الأساسية من حيث استخدام الأراضي. إضافة إلى ذلك، فإن زراعة مثل هذا الغذاء عن طريق الهواء ينتج 10 أضعاف كمية البروتين وسعرات حرارية أكثر على الأقل من زراعة فول الصويا بنفس مساحة الأرض.

أظهرت دراسة تكميلية لبحوث تقييم دورة الحياة انخفاضًا كبيرًا في إزالة الغابات (56٪) و التخفيف من تغير المناخ إذا من لحوم البقر للفرد تم استبدالها بالبروتينات الميكروبية بحلول 2050.

يمكن أن يحل البروتين أحادي الخلية (SCP) محل الأعلاف البروتينية التقليدية. خاصة أن نقص الأراضي والكوارث البيئية مثل الجفاف أو الفيضانات لا تشكل عقبة أمام إنتاج المبيدات الحشرية والفطرية. [ مطلوب اقتباسات إضافية ]

 الجوانب المتعلقة بالسلامة والتنظيم 
تعتبر المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة من مكونات الأغذية التقليدية ويسمح باستخدامها في إنتاج المواد الغذائية في جميع أنحاء العالم بموجب قوانين الأغذية العامة.

تباع المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة المتاحة تجاريا كمستحضرات، وهي تركيبات تتكون من مركزات من نوع أو أكثر من الأنواع الميكروبية والسلالات بما في ذلك مكونات الوسائط غير القابلة للتجنب التي تنتقل من عملية التخمر والمكونات الضرورية لبقائها وتخزينها وتوحيدها وتسهيل تطبيقها في عملية إنتاج الغذاء.

تعتمد سلامة المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة، على خصائصها واستخداماتها، على مستويات الجنس أو النوع أو السلالة.

 الكائنات الحية الدقيقة ذات التاريخ الموثق للاستخدام الآمن في الغناء 
أول جرد غير شامل للكائنات الحية الدقيقة ذات التاريخ الموثق للاستخدام في الغذاء تم تجميعه لأول مرة في عام 2001 من قبل الاتحاد الدولي للألبان (IDF) والجمعية الأوروبية لثقافات الأغذية والأعلاف (EFFCA).

تم تحديث هذا الجرد في 2012، وهو يغطي حاليا مجموعة واسعة من تطبيقات الأغذية بما في ذلك منتجات الألبان والأسماك واللحوم والمشروبات والخل. ويتضمن تصنيفًا منقحًا للكائنات الحية الدقيقة.Bourdichon, F.; Casaregola, S.; Farrokh, C.; Frisvad, J.C.; Gerds, M.L.; Hammes, W.P.; Harnett, J.; Huys, G.; Laulund, S.; Ouwehand, A.; Powell, I.B.; Prajapati, J.B.; Seto, Y.; Ter Schure, E.; Van Boven, A.; Vankerckhoven, V.; Zgoda, A.; Tuijtelaars, S.; Bech Hansen, E. (2012). "Food fermentations: Microorganisms with technological beneficial use". International Journal of Food Microbiology. 154 (3): 87–97. doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2011.12.030. hdl:10067/936410151162165141. PMID 22257932.

 الولايات المتحدة 
في الولايات المتحدة الأمريكية، تنظم المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة بموجب قانون الغذاء والدواء ومستحضرات التجميل. القسم 409 من تعديل المواد المضافة للأغذية لعام 1958 للقانون، يعفي من تعريف المواد المضافة للأغذية تلك التي يعترف بها الخبراء عمومًا على أنها آمنة ( GRAS ) في ظل ظروف استخدامها المقصود. ولا تتطلب هذه المواد موافقة مسبقة للتسويق من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.

نظرًا لوجود طرق مختلفة للحصول على حالة GRAS لثقافات الأغذية الميكروبية، لا توجد قائمة شاملة لهذه الأخيرة تتمتع بحالة GRAS في الولايات المتحدة.

 الاتحاد الأوروبي 
في الاتحاد الأوروبي، المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة تعتبر مكونات غذائية وتخضع للتنظيم بموجب اللائحة 178/2002، والتي يشار إليها عادة باسم قانون الأغذية العامة.

منذ عام 2007، تحتفظ هيئة سلامة الأغذية الأوروبية (EFSA) بقائمة من الكائنات الحية الدقيقة التي تتمتع بافتراض السلامة المؤهل (QPS). وتغطي هذه القائمة عددًا محدودًا فقط من الكائنات الحية الدقيقة، والتي تمت إحالتها إلى هيئة السلامة لتقييم سلامتها.Anon, 2005. EFSA Scientific Colloquium—Microorganisms in Food and Feed:Qualified Presumption of Safety — 13–14 December 2004, Brussels, Belgium. . التي تعتبر كأداة تقييم داخلية للكائنات الحية الدقيقة المستخدمة في سلسلة إنتاج الأغذية مثلا: مزارع الأعلاف، ومصانع الخلايا التي تنتج الإنزيمات أو الإضافات، وحماية النباتات، التي تحتاج إلى تقييم من قبل اللجان العلمية التابعة للهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية قبل تسويقها في الاتحاد الأوروبي. ومع ذلك، تعتبر المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة التي لها تاريخ طويل من الاستخدام الآمن مكونات غذائية تقليدية ومسموح بها قانونًا للاستعمال في الأغذية البشرية دون تقييم من هيئة سلامة الأغذية الأوروبية.

 الدنمارك 
في الفترة من 1974 إلى 2010، اشترطت الدنمارك الحصول على موافقة مسبقة على المزارع الغذائيَّة المكروبيَّة، والقائمة التي تحتوي المزارع الموافق عليها متوفرة على موقع إدارة الأغذية والأدوية البيطرية الدنماركية. في عام 2010، تغيرت اللائحة. إضافة إلى ذلك، لم تعد هناك حاجة إلى الموافقة ولكن يجب إرسال إشعار إلى إدارة الطب البيطري والأغذية.

 المراجع 

تصنيف:تقانة حيوية
تصنيف:هندسة كيميائية حيوية
تصنيف:بدائل اللحوم
تصنيف:تخمير (أغذية)
تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة