سرکه فرآورده­ای است که از مواد مختلف قندی و نشاسته­ای از طریق تخمیر الکلی و استیکی تهیه می­ شود. سرکه می ­تواند از مواد خام مختلف و با روش­های متفاوت تولید گردد. در گذشته از سرکه به­عنوان نگهدارنده استفاده می­شد به­ طوری که یا به­صورت طبیعی در ماده غذایی تولید می­گردید و یا به آن اضافه می­شد تا از رشد میکروبی نامطلوب در ماده غذایی جلوگیری کرده و ویژگی­های حسی آن را حفظ نماید (دی اوری و همکاران، 2002). استیک اسید یک طعم­دهنده و ترکیب ضد­میکروبی در سرکه می­باشد. همچنین مطالعاتی در زمینه اهمیت اسید استیک به­عنوان یک افزودنی غذایی جهت کمک به فرایندهای غذایی به­منظور از بین بردن آلودگی قبل از توزیع و مصرف انجام گرفته است (مارشال و همکاران، 2000).

فرایندهای مورد استفاده برای تولید سرکه، شامل فرایند اورلئانز[1] (به­عنوان فرایند آهسته شناخته        می­ شود)، فرایند سریع (به نام فرایند ژنراتور نیز شناخته می­ شود) و فرایند کشت غرقابی[2] می­باشد. فرایندهای سریع و غرقابی توسعه یافته­اند و جهت تولید صنعتی و تجاری سرکه مورد استفاده می­باشند.

تولید اسید استیک طی چهار مرحله انجام می­ شود: تبدیل نشاسته به ساکارز توسط آنزیم آمیلاز، تبدیل بی­هوازی ساکارز به اتانول از طریق تخمیر الکلی توسط مخمر، تبدیل اتانول به استالدهید هیدراته و دهیدروژناسیون توسط آلدهید دهیدروژناز و تولید اسید استیک. دو مرحله آخر به­صورت هوازی وتوسط باکتری­ های اسید استیکی انجام می­گیرد (تان، 2003). باکتری­ های اسید استیکی که به­عنوان باکتری سرکه نیز شناخته می­شوند، از باکتری­ های هوازی مطلق هستند که دارای قابلیت اکسیداسیون الکل به اسید استیک می­باشند. باکتری­ های اسید استیکی به خانواده Acetobacteriacea و جنس Acetobacter تعلق دارند و برای تولید صنعتی سرکه مناسب می­باشند. باکتری­ های اسید استیکی به دلیل مقاومت بالا در برابر اسید و همچنین تنوع سوبسترای مصرفی جهت تولید انرژی، در طبیعت دیده می­شوند. این باکتری­ ها تاکنون از منابع مختلفی از جمله نوشیدنی­های الکلی،‌ سرکه، میوه­ ها، گل­ها، عسل، خاک و آب جداسازی شده ­اند. جداسازی باکتری­ های اسید استیکی با توان بالای تولید اسید و مقاوم در برابر اسید توسط محققین مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. با این وجود به دلیل دانش کمتر در زمینه فیلوژنتیکی باکتری­ های اسید استیکی همچنان نیاز به جداسازی و شناسایی این گروه باکتریایی احساس می­ شود (برگی، 1957). امروزه از آنالیز ناحیه S rDNA16 در ژن باکتری به منظور شناخت روابط فیلوژنتیکی میان باکتری­ های اسید استیکی و شناسایی آن­ها در محصولات مختلف به­ طور گسترده استفاده می­گردد. بنابراین تکثیر این ناحیه در باکتری­ های اسید استیکی توسط واکنش­های زنجیره­ای پلیمراز (PCR)[3]، به­عنوان روش شناسایی سریع و دقیق، مورد استفاده قرار می­گیرد. هدف از این پژوهش در مرحله اول جداسازی و شناسایی باکتری­ های اسید استیکی موجود در سرکه خرما و در مرحله دوم استفاده از جدایه­های شناسایی شده جهت تولید سرکه خارک خرما و مدل­سازی عوامل موثر بر تخمیر این فرآورده می­باشد.

1-1- فرایند تخمیر

تخمیر یک فرایند متابولیک می­باشد که در سلول به­عنوان یک مسیر برای تولید انرژی به شمار می ­آید و طی آن مولکولی چون گلوگز در شرایط بی­هوازی شکسته می­ شود. در بیشتر سلول­ها این عمل در بخش حاوی مایع سیتوپلاسمی صورت می­گیرد. علم مطالعه فرایندهای تخمیری را زیمولوژی[4] می­نامند. از سال­ها پیش، فرایند تخمیر جهت تولید مواد غذایی و نوشیدنی­ها مورد استفاده قرار گرفته است. به­عنوان مثال، در محصولاتی مانند ترشی­ها، خیار شور، کیمچی، ماست، سرکه و نوشیدنی­های نخمیری فرایند تخمیر جهت تولید اسید استیک و اسید لاکتیک استفاده می­ شود. همچنین اسید موجود در این محصولات منجر به حفظ محصول در مدت زمان طولانی­تری می­ شود. فرایند تخمیر صنعتی توسط میکروارگانیسم­های مناسب و در شرایط تعریف­شده مانند غلظت مشخصی از مواد مغذی انجام می­گیرد. محصولات تولیدی حاصل از تخمیر متنوع می­باشد: الکل، گلیسرول و دی­اکسید کربن از تخمیر قندهای مختلف توسط مخمرها ؛ بوتیل الکل، استون،‌ لاکتیک اسید، مونوسدیم گلوتامات و اسید استیک توسط انواع مختلفی از باکتری­ ها و مقدار اندکی آنتی­بیوتیک، ویتامین 12B و ریبوفلاوین (ویتامین 2B) از تخمیر قارچ­ها تولید می­ شود (لیو و همکاران، 2004).

1-1-1- مخمرها

تخمیر الکلی یا به­صورت طبیعی و یا کشت خالص انجام می­گیرد. در تخمیر طبیعی، مخمرهای موجود در ماده اولیه فرایند تخمیر را پیش می­برند. در تخمیر به­صورت کشت خالص، نژادهای مشخصی از مخمر که معمولاSaccharomyces cerevisiae  می­باشد، انتخاب شده و با جمعیتی حدود cfu/ml107-106 به محصول تلقیح می­گردد. به­ طور کلی، تخمیر کشت خالص فرایند تخمیر سریع­تر و قابل پیش­بینی­تری محسوب می­ شود. تخمیر طبیعی متابولیت­های نهایی بیشتری تولید می­ کند و به دلیل حضور محدوده وسیع­تری از مخمرها، این نوع تخمیر جهت تولید نوشیدنی­های الکلی مورد توجه می­باشد (بوردیکون و همکاران، 2012).

در طول تخمیر الکلی، مخمرها میکروارگانیسم­های غالب را تشکیل می­دهند. ترکیب محیط تخمیر، خصوصا محتوای اسیدها و قندها، و pH محیط برای رشد مخمرها و تولید اتانول مناسب می­باشد اما از رشد و تکثیر باکتری­ ها و قارچ­ها جلوگیری می­ کند. در تخمیر طبیعی، الگوی مشخصی برای رشد مخمرها وجود دارد که در جدول 1-1 ارائه شده است. فرایند تخمیر با رشد مخمرهای مختلفی شامل Kloeckera ، Hanseniaspora ، Candida ، Metschnikowia و ساکارومایسز سرویزیه آغاز می­گردد. در برخی موارد رشد Pichia و Kluyveromyces نیز دیده می­ شود. رشد مخمرها به جز جنس ساکارومایسز، در مدت 4-2 روز اول تخمیر وجود خواهد داشت و پس از آن مخمرها از بین می­روند. با این وجود در مرحله رشد به جمعیتی در حدود cfu/ml107-106 افزایش می­یابند. علت مرگ سلول­های مخمر عدم توانایی تحمل غلظت­های بالای اتانول می­باشد که بخش عمده آن توسط ساکارومایسر سرویزیه تولید می­گردد. تحقیقاتی که در طول سال­ها و در کشورهای مختلف انجام گرفته، نشان داده است که ساکارومایسز سرویزیه مخمر غالب در بیشتر تخمیرهای الکلی می­باشد. بنابراین به­عنوان مخمر اصلی و آغازگر صنعتی در تخمیر الکلی شناخته می­ شود. گفته می­ شود که تلقیح مخمر ساکارومایسز سرویزیه جهت انجام تخمیر نسبت به تخمیر طبیعی مناسب­تر می­باشد. با این وجود، مخمرهای تلقیح شده باید با مخمرهای طبیعی رقابت کنند اما به نظر نمی­رسد که این مخمرها قادر به غلبه بر مخمرهای طبیعی و تشکیل مخمرهای غالب باشند (فلیت، 1998).

[1] Orleans Process

[2] Submerged culture process

[3] Polymerase Chain Reaction

[4] Zymogoly