தொழில்துறையில் நுண்ணங்கிகள் — நொதித்தல் மற்றும் உயிர் தொழில்நுட்பவியல்
ஏன் இது முக்கியம்? இன்சுலின் உற்பத்திக்கு பன்றியின் கணையம் தேவைப்பட்டது — இன்று E. coli மூலம் செய்யப்படுகிறது. நுண்ணுயிரிகள் நவீன மருத்துவ தொழில்துறையின் அடிப்படை ஆலை.
Penicillin → Saccharomyces → Streptomyces → இன்று mRNA தடுப்பூசி — நுண்ணுயிர் தொழில்நுட்பம் ஒவ்வொரு தசாப்தமும் வேறொரு வடிவம் எடுக்கிறது.
- இரசாயன செயல்முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது நுண்ணுயிர் செயல்முறைகளின் (microbial processes) நன்மைகளை விளக்குதல்.
- தனிக்கலப் புரதம், மதுபானம், வினிகர், பாலுணவுப் பொருட்கள், நுண்ணுயிர்க்கொல்லிகள், நொதியங்கள், ஓமோன்கள் ஆகியவற்றின் வர்த்தக உற்பத்தியில் ஈடுபடும் நுண்ணங்கிகளை அடையாளம் காணுதல்.
- உயிரெரிபொருள், உயிர்வாயு, உயிர்த்தூய்மையாக்கம் (bioremediation) போன்ற சுற்றாடல் சார்ந்த நுண்ணுயிர் பயன்பாடுகளை விபரித்தல்.
தொழில் நுண்ணுயிரியல் (industrial microbiology) என்பது நுண்ணங்கிகளையும் அவற்றின் வளர்சிதைமாற்றச் செயல்முறைகளையும் (metabolic processes) பயன்படுத்தி பொருளாதார முக்கியத்துவம் வாய்ந்த பொருட்களைப் பாரியளவில் உற்பத்தி செய்வதாகும். நுண்ணங்கிகளை சிறிய இரசாயனத் தொழிற்சாலைகளாகக் (miniature chemical factories) கருதலாம்; இவற்றுள் கட்டியழி (catabolic) மற்றும் கட்டமை (anabolic) தாக்கங்கள் நிகழ்ந்து, மூலப்பொருட்கள் (substrates) இறுதிப் பொருட்களாக மாற்றப்படுகின்றன.
1. இரசாயன செயல்முறைகளை விட நுண்ணுயிர் செயல்முறைகளின் நன்மைகள்
நுண்ணங்கிகளின் வளர்ச்சிக்கு எளிய ஊட்டத் தேவைகள் (simple nutritional requirements) போதுமானவை. இவை பரந்தளவிலான மூலப்பொருட்களை அனுசேபம் செய்யவும், மலிவான மூலப்பொருட்களைத் தொழில் முக்கியத்துவமிக்க பொருட்களாக மாற்றவும் வல்லவை. அதிக வளர்ச்சி வீதம் (high growth rate) காரணமாகக் குறுகிய காலத்துள் பொருட்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன. குறைந்த வெப்பநிலை, ஆற்றல், அழுத்தம் ஆகியவற்றில் தாக்கங்கள் நடைபெறுவதால் வழமையான தொழில்முறைகளை விடக் கூடிய மகசூலும் (yield) கூடிய விசேடத்தன்மையும் (specificity) கிடைக்கின்றன. மேலும், விரும்பிய மகசூலைப் பெற நுண்ணங்கிகளை மரபணுப் பொறியியல் மூலம் மாற்றலாம்.
2. தனிக்கலப் புரதம் (Single Cell Protein)
Spirulina — single cell protein source
Wikipedia → · CC
புரதம் நிறைந்த நுண்ணுயிர்க் கலங்களை உணவு நிரப்பியாகப் (food supplement) பாரியளவில் வளர்ப்பதன் மூலம் பெறப்படும் புரதம் தனிக்கலப் புரதம் எனப்படும். உ-ம்: ஈஸ்ட் (yeast), Spirulina sp., Chlorella sp.
3. அற்ககோலும் மதுபானங்களும் (Alcohol and Alcoholic Beverages)
Ethanol fermentation pathway
Wikipedia → · CC
பீர், வைன், சாக்கே, தாடி (toddy), எதனோல் ஆகிய ஏறக்குறைய அனைத்து மதுபானங்களின் உற்பத்தியிலும் நுண்ணங்கிகள் ஈடுபடுகின்றன. ஈஸ்ட் Saccharomyces cerevisiae வெல்லங்களை எதனோலாகவும் காபனீரொட்சைட்டாகவும் (CO₂) நொதிக்க (ferment) வைக்கின்றது.
C₆H₁₂O₆ —(ஈஸ்ட்)→ 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
உலகளவில் 70% க்கு மேற்பட்ட எதனோல் நொதித்தல் (fermentation) மூலமே தயாரிக்கப்படுகின்றது. கரும்பிலிருந்து பெறப்படும் சுக்குரோசு (sucrose) மிகப் பரவலாகப் பயன்படும் மூலப்பொருளாகும். பீர் — முளைகட்டிய தானியத்தின் நொதித்தல்; வைன் — திராட்சை/பழங்களின் நொதித்தல்; தாடி — பனை, தென்னை சாற்றின் நொதித்தல்; அரக்கு — தென்னை, கரும்புச் சாற்றின் நொதித்தல்.
4. வினிகர் தயாரிப்பு (Production of Vinegar)
வினிகர் தயாரிப்பில் இரு படிகள் உள்ளன. (1) அற்ககோல் நொதித்தல்: தானியம், பனைச்சாறு, கரும்பு, பழச்சாறுகளில் உள்ள வெல்லங்களை S. cerevisiae நொதிக்க வைக்கின்றது. (2) அசற்றிக்கமில நொதித்தல் (acetic acid fermentation): பெறப்பட்ட எதனோல் பூரணமற்ற ஒட்சியேற்றத்திற்கு (incomplete oxidation) உட்பட்டு அசற்றிக்கமிலமாக மாற்றப்படுகின்றது. இது மிக அதிக காற்றோட்ட (highly aerobic) செயல்முறையாகும்; Acetobacter sp., Gluconobacter sp. ஈடுபடுகின்றன.
C₂H₅OH + O₂ —(அசற்றிக்கமில பற்றீரியா)→ CH₃COOH + H₂O
5. பாலுணவுப் பொருட்கள் (Dairy Products)
பாலின் நொதித்தல் மூலம் பாலுணவுப் பொருட்கள் தயாரிக்கப்படுகின்றன. பாலில் உள்ள இலக்றோசு (lactose) வெல்லத்தை இலத்திக்கமில (lactic acid) பற்றீரியா இலத்திக்கமிலமாக நொதிக்க வைக்கின்றது. இப்பற்றீரியா பேஸ்தரைசேற்றத்தின்போது (pasteurization) கொல்லப்படுவதால் வெளியேயிருந்து சேர்க்கப்படுகின்றது.
- தயிர் (curd/yoghurt) — Lactobacillus bulgaricus, Lactococcus lactis, S. thermophilus கலப்புத் தொகுதி. L. bulgaricus சுவை சேர்க்க, Streptococcus spp. கிரீம் பதத்தைச் சேர்க்கின்றன.
- சீஸ் (cheese) — Streptococcus sp., Penicillium பங்கசுகள்.
6. சேதன அமிலங்களும் உலோகப் பிரித்தெடுப்பும்
வர்த்தக ரீதியில் பெரும்பாலான சேதன அமிலங்கள் (organic acids) நொதித்தல் மூலம் பெறப்படுகின்றன. உ-ம்: சிற்றிக்கமிலம் (citric acid) — Aspergillus niger சுக்குரோசை நொதிக்க வைப்பதால். உலோகப் பிரித்தெடுப்பு (metal extraction): தாதுவிலிருந்து உலோகங்களை நுண்ணங்கிகள் உதவியுடன் பிரித்தெடுப்பது கசிவாக்கம் (leaching) எனப்படும். Thiobacillus ferrooxidans குறைந்த தரத் தாதுவிலிருந்து செம்பை (~70%) மீட்டெடுக்கின்றது; யுரேனியம், தங்கம், கோபால்ட் ஆகியவையும் இவ்வாறே பெறப்படுகின்றன.
7. நுண்ணுயிர்க்கொல்லிகள் (Antibiotics)
Penicillin core structure
Wikipedia → · CC
நுண்ணுயிர்க்கொல்லிகள் நுண்ணங்கிகளின் மிக முக்கியமான இரண்டாம் நிலை வளர்சிதைப் பொருட்களாகும் (secondary metabolites). பல நுண்ணுயிர்க்கொல்லிகள் இன்றும் நொதித்தல் மூலமே உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.
| நுண்ணுயிர்க்கொல்லி / Antibiotic | உற்பத்தி நுண்ணங்கி / Producer |
|---|---|
| பெனிசிலின் / Penicillin | Penicillium chrysogenum |
| ஸ்ட்ரெப்டோமைசின் / Streptomycin | Streptomyces griseus |
| டெட்ராசைக்ளின் / Tetracycline | S. aureofaciens |
8. நொதியங்களும் தடுப்பூசிகளும் (Enzymes & Vaccines)
பல்வேறு நொதியங்கள் (enzymes) நுண்ணங்கிகளால் வர்த்தக ரீதியில் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன — அமிலேஸ்: Aspergillus niger, A. oryzae, Bacillus subtilis; புரோட்டியேஸ்: A. oryzae; லைப்பேஸ்: Rhizopus spp.; இன்வேர்ட்டேஸ்: S. cerevisiae; செல்லுலேஸ்: A. niger. தடுப்பூசிகள் (vaccines) பல்வேறு நுண்ணுயிர் ஆன்டிஜன்களைப் பயன்படுத்தி உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன; சில மரபணுப் பொறியியல் (genetic engineering) வழியே தயாரிக்கப்படுகின்றன, உ-ம்: ஹெப்படைட்டிஸ்-B தடுப்பூசி.
9. ஓமோன்கள் — மனித இன்சுலின் (Hormones)
வழமையாக இன்சுலின் (insulin) விலங்குகளின் கணையத்திலிருந்து (pancreas) பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றது; இது விலையுயர்ந்தது, தேவையைப் பூர்த்தி செய்வதில்லை. தற்போது மரபணு மாற்றப்பட்ட (genetically modified) E. coli மற்றும் S. cerevisiae மூலம் மலிவாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றது; இது மனித இன்சுலினுக்குச் சமமானது. அவ்வாறே மனித வளர்ச்சி ஓமோன் (human growth hormone) மரபணு மாற்றப்பட்ட E. coli மூலம் பெரியளவில் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றது.
10. சுற்றாடல் சார்ந்த பயன்பாடுகள்
Biogas plant diagram
Wikipedia → · CC
- Retting (நார் இளக்கம்): மரத்தண்டு/தென்னை நாரிலிருந்து நார்களைத் தளர்த்துதல்; பற்றீரியா முக்கியமாக பெக்ரினேஸ் (pectinase) நொதியங்களைச் சுரக்கின்றது.
- உயிர்வாயு (Biogas): சேதனக் கழிவின் காற்றற்ற செரித்தல் (anaerobic digestion) வாயுக்களை உருவாக்குகின்றது. அமிலம் பிறப்பிக்கும் பற்றீரியா CO₂ + ஹைதரசனையும், மீதேன் பிறப்பிக்கும் (methanogenic) பற்றீரியா மீதேனையும் உருவாக்குகின்றன.
- உயிரெரிபொருள் (Biofuel): எதனோல், பியூட்டனோல், உயிரடிசல், உயிர்வாயு போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க எரிபொருட்கள். பிரேசிலில் கரும்பின் நொதித்தல் மூலம் பெருமளவு எதனோல் எரிபொருளாக உற்பத்தியாகின்றது.
- பேக்கரிப் பொருட்கள் (Bakery): மாவில் உள்ள வெல்லங்களை பேக்கர் ஈஸ்ட் S. cerevisiae நொதிக்க வைக்கின்றது; உருவாகும் CO₂ மாவை விரிய வைத்துத் திறந்த அமைப்பைத் தருகின்றது.
- உயிர்த்தூய்மையாக்கம் (Bioremediation): உயிரினங்களைப் பயன்படுத்திக் கழிவுகளை அகற்றும்/சிதைக்கும்/நச்சு நீக்கும் தொழில்நுட்பம் — எண்ணெய்க் கசிவு, நச்சு உலோகம், ஆபத்தான சேதனக் கழிவுகளைச் சுத்திகரிக்கப் பயன்படுகின்றது.
Bioprocessing Part 1 — Fermentation
iBiology
- நுண்ணங்கிகளைக் கொல்லும் முறை / Killing microbes
- நுண்ணங்கிகளைப் பயன்படுத்திப் பாரியளவு உற்பத்தி / Large-scale production using microbes
- நுண்ணங்கிகளைப் பற்றிய வகைப்பாடு மட்டும் / Only classification
- நுண்ணங்கிகளை அழித்தல் / Sterilization
- -
பதில் / Answer
- பெரிய தொழிற்சாலைகள் / Large factories
- சிறிய இரசாயனத் தொழிற்சாலைகள் / Miniature chemical factories
- உயிரற்றவை / Non-living
- தாவரங்கள் / Plants
- -
பதில் / Answer
- எளிய ஊட்டத் தேவை / Simple nutrition
- குறைந்த வெப்பநிலை/அழுத்தம் / Low temp & pressure
- கூடிய விசேடத்தன்மை / High specificity
- மிக அதிக வெப்பநிலை தேவை / Need very high temperature
- குறுகிய காலம் / Short time
பதில் / Answer
- Penicillium
- Spirulina, Chlorella, ஈஸ்ட் / Spirulina, Chlorella, yeast
- Rhizobium
- Acetobacter
- -
பதில் / Answer
- Acetobacter
- Saccharomyces cerevisiae
- Lactobacillus
- Aspergillus niger
- Thiobacillus
பதில் / Answer
- இரசாயனத் தொகுப்பு / Chemical synthesis
- நொதித்தல் (>70%) / Fermentation (>70%)
- பேஸ்தரைசேற்றம் / Pasteurization
- கசிவாக்கம் / Leaching
- -
பதில் / Answer
- கரும்பு சுக்குரோசு / Sucrose from sugarcane
- இலக்றோசு / Lactose
- பெக்ரின் / Pectin
- மீதேன் / Methane
- -
பதில் / Answer
- திராட்சை / Grapes
- பனை/தென்னைச் சாறு / Palm sap
- தானிய மால்ட் / Grain malt
- பால் / Milk
- -
பதில் / Answer
- அற்ககோல் நொதித்தல் / Alcoholic fermentation
- அசற்றிக்கமில நொதித்தல் / Acetic acid fermentation
- இலத்திக்கமில நொதித்தல் / Lactic acid fermentation
- பேஸ்தரைசேற்றம் / Pasteurization
- -
பதில் / Answer
- Acetobacter sp.
- Lactobacillus
- Saccharomyces
- Streptomyces
- -
பதில் / Answer
- காற்றற்றது / Anaerobic
- மிக அதிக காற்றோட்டம் / Highly aerobic
- ஒளிசார்ந்தது / Photosynthetic
- வெப்ப எதிர்ப்பு / Thermophilic
- -
பதில் / Answer
- சுக்குரோசு / Sucrose
- இலக்றோசு (lactose) / Lactose
- குளுக்கோசு / Glucose
- மால்ட்டோசு / Maltose
- -
பதில் / Answer
- Lactobacillus bulgaricus, Lactococcus lactis
- Penicillium chrysogenum
- Thiobacillus ferrooxidans
- Azotobacter
- Rhizobium
பதில் / Answer
- விலை மலிவு / Cheap
- பேஸ்தரைசேற்றத்தில் கொல்லப்படுவதால் / Killed during pasteurization
- வேகமாக வளர / To grow fast
- சுவைக்காக மட்டும் / Only flavour
- -
பதில் / Answer
- Aspergillus
- Penicillium
- Rhizopus
- Saccharomyces
- -
பதில் / Answer
- Aspergillus niger
- Lactobacillus
- Acetobacter
- E. coli
- -
பதில் / Answer
- நொதித்தல் / Fermentation
- கசிவாக்கம் (leaching) / Leaching
- பேஸ்தரைசேற்றம் / Pasteurization
- Retting
- -
பதில் / Answer
- Thiobacillus ferrooxidans
- Penicillium
- Lactobacillus
- Nostoc
- -
பதில் / Answer
- முதன்மை விளைபொருட்கள் / Primary products
- இரண்டாம் நிலை வளர்சிதைப் பொருட்கள் / Secondary metabolites
- தனிக்கலப் புரதம் / SCP
- ஓமோன்கள் / Hormones
- -
பதில் / Answer
- Streptomyces griseus
- Penicillium chrysogenum
- S. aureofaciens
- Bacillus subtilis
- -
பதில் / Answer
- Penicillium chrysogenum
- Streptomyces griseus
- Acetobacter
- Rhizobium
- -
பதில் / Answer
- Aspergillus niger
- Lactobacillus bulgaricus
- Acetobacter sp.
- Nitrobacter
- -
பதில் / Answer
- A. oryzae
- Thiobacillus
- Streptomyces griseus
- E. coli
- -
பதில் / Answer
- விலங்கு கணையத்திலிருந்து / From animal pancreas
- மரபணு மாற்றப்பட்ட E. coli / S. cerevisiae மூலம் / Via GM E. coli / S. cerevisiae
- தாவரத்திலிருந்து / From plants
- இரசாயனத் தொகுப்பு / Chemical synthesis
- -
பதில் / Answer
- ஹெப்படைட்டிஸ்-B / Hepatitis-B
- BCG
- DPT
- Polio (OPV)
- -
பதில் / Answer
- அமிலேஸ் / Amylase
- பெக்ரினேஸ் (pectinase) / Pectinase
- லைப்பேஸ் / Lipase
- புரோட்டியேஸ் / Protease
- -
பதில் / Answer
- அமிலம் பிறப்பிக்கும் பற்றீரியா / Acetogenic bacteria
- மீதேன் பிறப்பிக்கும் (methanogenic) பற்றீரியா / Methanogenic bacteria
- Acetobacter
- Penicillium
- -
பதில் / Answer
- காற்றற்ற செரித்தல் / Anaerobic digestion
- காற்றோட்ட ஒட்சியேற்றம் / Aerobic oxidation
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
- பேஸ்தரைசேற்றம் / Pasteurization
- -
பதில் / Answer
- எதனோல் உற்பத்தி / Produce ethanol
- CO₂ உருவாக்கி மாவை விரிய வைத்தல் / Generate CO₂ to raise dough
- அமிலம் உருவாக்கல் / Produce acid
- நிறம் சேர்த்தல் / Add colour
- -
பதில் / Answer
- உயிரினங்களால் மாசுகளை அகற்றல்/சிதைத்தல் / Using organisms to remove/degrade pollutants
- நுண்ணங்கிகளை அழித்தல் / Killing microbes
- உலோகப் பிரித்தெடுப்பு / Metal extraction
- தடுப்பூசி உற்பத்தி / Vaccine production
- -
பதில் / Answer
- மீதேன் / Methane
- எதனோல் / Ethanol
- உயிரடிசல் / Biodiesel
- ஹைதரசன் / Hydrogen
- -
பதில் / Answer
- வினிகர் தயாரிப்பின் இரு படிகளையும், அவற்றில் ஈடுபடும் நுண்ணங்கிகளையும் கூறுக. / State the two steps of vinegar production and the microorganisms involved. (3)
- இரசாயன முறைகளை விட நுண்ணுயிர் முறைகளின் இரு நன்மைகளைக் கூறுக. / Give two advantages of microbial over chemical processes. (2)
- பெனிசிலின், ஸ்ட்ரெப்டோமைசின் இவற்றை உற்பத்தி செய்யும் நுண்ணங்கிகளைக் கூறுக. / Name the producers of penicillin and streptomycin. (2)
- தற்போது மனித இன்சுலின் எவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது? அதன் நன்மை யாது? / How is human insulin produced now, and its advantage? (3)
மாதிரி விடை / Model answer
(ஆ) எளிய ஊட்டத் தேவை; குறைந்த வெப்பநிலை/அழுத்தத்தில் கூடிய மகசூல்/விசேடத்தன்மை. (2)
(இ) பெனிசிலின் — Penicillium chrysogenum; ஸ்ட்ரெப்டோமைசின் — Streptomyces griseus. (2)
(ஈ) மரபணு மாற்றப்பட்ட E. coli / S. cerevisiae மூலம்; மலிவானது, தேவையைப் பூர்த்தி செய்யும், மனித இன்சுலினுக்குச் சமம். (3)
தொழில்துறையில் நுண்ணங்கிகளின் பயன்பாடுகளை — உணவு/பானம், நுண்ணுயிர்க்கொல்லிகள், நொதியங்கள், ஓமோன்கள், சுற்றாடல் ஆகியவற்றை — எடுத்துக்காட்டுகளுடன் விபரிக்க. / Describe the industrial applications of microorganisms — beverages, antibiotics, enzymes, hormones and environment — with examples.
விடைக் குறிப்புகள் / Answer outline
• மதுபானம்/வினிகர் — S. cerevisiae நொதித்தல்; Acetobacter அசற்றிக்கமிலம்.
• பாலுணவு — Lactobacillus தயிர்; Penicillium சீஸ்.
• நுண்ணுயிர்க்கொல்லி (secondary metabolite) — Penicillium, Streptomyces.
• நொதியங்கள் — Aspergillus அமிலேஸ்/புரோட்டியேஸ்; ஓமோன் — GM E. coli இன்சுலின்.
• சுற்றாடல் — உயிர்வாயு, உயிரெரிபொருள், உயிர்த்தூய்மையாக்கம், கசிவாக்கம்.
பதில் / Show answer
- நொதித்தல் = தொழில்துறை உற்பத்தியின் அடிப்படை.
- விளைபொருட்கள்: நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பி, நொதிகள், மது, கரிம அமிலம்.
- ஒற்றைக்கல புரதம் (SCP), உயிரெரிபொருள்.