نمو الخلية Cell growth
إن الهدف من إضافة الخميرة إلى المهروس في عملية التلقيح هو نموها وتكاثرها واحتفاظها بحيويتها. ولكن بالنسبة لإنتاج الإيثانول يجب ألا يزيد نمو الخميرة عن الحد الذي يسمح بالإنتاج الأمثل من الإيثانول لأن الزيادة عن هذا الحد سوف تستهلك المواد الكربوهيدراتية لصالح تكوين خلايا جديدة من الخميرة. كما أن نمو الخميرة يجب ألا يقل أيضاً عن الحد الذي يسمح بالإنتاج الأمثل من الإيثـانـول لأن عدم وجود عدد كافي من الخميرة سوف يتسبب أيضاً في نقص إنتاج الإيثانول وفي عدم قدرة الخميرة على مقاومة أي ظروف صعبة داخل المخمر. ونظراً لأن ظروف إنتاج الإيثانول تكون غير هوائية فإن كمية الطاقة المنتجة لكل وحدة جلوكوز مستهلكة تكون قليلة مما يحد من نمو الخميرة ويجعل معظم الكربون الموجود في الكربوهيدرات يتحول إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون. ويحتاج نمو الخميرة في نفس الوقت إلى ظروف هوائية. إنها معادلة صعبة تحتاج إلى دقة في التعامل وخبرة في مجال الميكروبيولوجي بحيث تتوفر ظروف شبه لا هوائية ولكنها فعالة وتسمح ببعض التحولات في مسارات التفاعل بحيث تتكون خلايا جديدة كافية فقط لإنتاج الإيثانول.
التوضيح بالحسابات
لتوضيح ذلك بالحسابات فـإن وزن خـلايـا الخميـرة الجـافـة في التخمـرات الهـوائيـة يـزداد من 0.5 مليجرام/مل (حوالي 2 × 106 خلية/مل) إلى 5 مليجرام/مل أي أن هناك صافي زيادة في وزن الخلايا مقداره 4.5 مليجرام/مل. وعلى افتراض أن تركيبة الخميرة من العناصر كما قدرها العلماء هي C3.72H6.11O1.95N0.61 فقد توصل العلماء إلى أن الكربون يكون 49.3% من وزن الخلية وعلى ذلك فإن الزيادة في الخميرة أثناء التخمر والتي مقدارها 4.5 مليجرام/مل كما أشرنا تحتوي على 2,2 مليجرام كربون. وعلى افتراض أن كل الكربون المستخدم في تكوين خلايا جديدة يأتي من الجلوكوز فإن هذه الكمية من الخميرة النامية سوف تحتاج إلى 5,5 مليجرام جلوكوز/مل (2,2 × 180/72). وهذه الكمية من الجلوكوز التي استهلكت في نمو الخميرة كان يمكن أن تعطي كمية من الإيثانول مقدارها 0.72 جرام/100 مل. أي أن تنشيط عملية التخمر عن طريق إمداد المخمر بكم كبير من أغذية الخميرة والأكسجين يمكن أن يؤدي إلى نمو غزير للخمير زائد عن الحد المطلوب مما يؤدي بدورة إلى فقد في كمية الإيثانول المنتجة تقدر بحوالي 0.72% (وزن/حجم).
أما في تخمرات مهروس الذرة والشعير بغرض إنتاج الإيثانول كوقود فإن صافي كمية الخميرة النامية المطلوب يجب ألا يزيد عن حوالي 1.9 إلى 2.1 جرام (وزن جاف) /لتر وهذه الكمية تعادل حوالي 50% من الكمية النامية في التخمرات العادية التي أوضحناها في المثال السابق، مما يعني تقليل نسبة الفاقد بحوالي 50%. وهذا الفقد الناتج من النمو الزائد للخميرة لا يكون واضحاً في التجارب المعملية بقدر ما يكون واضحاً في المصانع.
وعلى ذلك يجب إضافة مغذيات الخميرة بحيث تكون محسوبة وتؤدي إلى تحول كل الجلوكوز إلى إيثانول تحت مستوى من الأكسجين محسوب أيضاً بحيث يؤدي إلى النمو المطلوب فقط من خلايا الخميرة .
ساحة النقاش