تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور سینی‌دار با استفاده از فرآیند تخمیر حالت جامد WORD
فهرست مطالب فصل11 مقدمه1 1-1. مقدمه2 1-2. تعریف آنزیم2 1-3. تاریخچه آنزیم2 1-4. ساختار آنزیم4 1-5. تقسیم‌بندی آنزیم‌ها5 1-6. تاریخچه آنزیم پروتئاز6 1-7. عملکرد پروتئازها6 1-8. تخمیرحالت جامد7 1-9. ضرورت انجام پروژه8 1-10. اهداف این پروژه8 فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی10 2-1. مقدمه11 2-2. پروتئازها11 2-3. منابع پروتئازها12 2-3-1. پروتئازهای گیاهی12 2-3-2. پروتئازهای حیوانی13 2-3-3. پروتئازهای میکروبی13 2-4. تقسیم بندی پروتئازها16 2-5. پروتئازهای قلیایی19 2-6. مکانیزم عمل پروتئازها22 2-7. کاربردهای صنعتی آنزیم پروتئاز22 2-7-1. صنعت مواد شوینده23 2-7-2. صنایع غذایی24 2-7-3. صنعت چرم25 2-7-4. صنعت عکاسی26 2-7-5. صنایع دارویی26 2-7-6. مدیریت محیط زیست27 2-8. تولید آنزیم پروتئاز27 2-9. تخمیر حالت غوطه ور28 2-9-1. تخمیر حالت جامد29 2-9-2. مقایسه سیستم‌های تخمیر جامد و غوطه‌ور29 2-9-3. انتقال جرم در تخمیر حالت جامد30 2-9-4. عملیات انتقال جرم در مقیاس ماکرو31 2-9-5. عملیات انتقال جرم در مقیاس میکرو32 2-9-6. انتقال اکسیژن32 2-9-7. نفوذ آنزیم‌ها33 2-9-8. جنبه‌های انتقال حرارت34 2-9-9. میکروارگانیزم‌های مورد استفاده در تخمیر حالت جامد35 2-9-10. کاربردهای تخمیر حالت جامد37 2-9-11. آنزیم‌های بدست آمده از فرآیند تخمیر جامد38 2-10. طراحی بیوراکتور39 2-11. انواع بیوراکتورهای مورد استفاده در تخمیر حالت جامد40 2-11-1. بیوراکتورهای سینی‌دار41 2-11-2. بیوراکتورهای بسترپرشده 42 2-11-3. بیوراکتورهای استوانه ای‌دوار43 2-11-4. بیوراکتورهای بستر‌سیال45 2-12. مراحل عمومی برای انجام فرآیند SSF در داخل بیوراکتور46 2-13. عوامل مؤثر در تولید پروتئاز در فرآیند SSF در داخل بیوارکتور47 فصل3 مواد و روش‌ها48 3-1. مقدمه49 3-2. تجهیزات مورد استفاده49 3-3. تعیین مشخصات سوبسترا50 3-3-1. محاسبه میزان خاکستر50 3-3-2. محاسبه میزان رطوبت51 3-3-3. محاسبه میزان قند موجود در سوبسترا51 3-3-4. محاسبه میزان پروتئین52 3-3-5. تعیین درصد مواد استخراجی54 3-3-6. تعیین درصد سلولز54 3-3-7. تعیین درصد لیگنین55 3-3-8. تعیین درصد همی‌سلولز55 3-3-9. محاسبه اندازه ذرات سوبسترا55 3-4. میکروارگانیسم و محیط کشت56 3-4-1. انتخاب میکروارگانیسم56 3-4-2. مشخصات میکروارگانیسم57 3-4-3. محیط کشت57 3-4-4. تهیه مایه تلقیح59 3-4-5. منحنی رشد باکتری60 3-4-6. تعیین pH بهینه باکتری60 3-5. تخمیر حالت جامد61 3-6. نمونه‌گیری و استخراج آنزیم از سوبسترای تخمیریافته63 3-7. فعالیت پروتئاز64 3-7-1. منحنی استاندارد تیروزین65 3-8. بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر روی تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور سینی‌دار66 3-8-1. تأثیر نوع سوبسترای جامد66 3-8-2. تأثیر مدت زمان تخمیر67 3-8-3. اثر دما67 3-8-4. تأثیر pH67 3-8-5. اثر پارامترهای مختلف بر روی استخراج آنزیم68 3-8-6. تأثیر رطوبت اولیه سوبسترا68 3-8-7. تأثیر رطوبت داخلی راکتور68 3-8-8. تأثیر اندازه ذرات68 3-8-9. تأثیر میزان تلقیح69 3-8-10. تأثیر غنی‌سازی سوبسترا با منابع کربنی و نیتروژنی69 3-8-11. تأثیر pH بر فعالیت و پایداری آنزیم تولیدی69 3-8-12. تأثیر دما بر فعالیت و پایداری آنزیم تولیدی70 3-9. کاربردهای آنزیم تولیدی71 3-9-1. افزودنی به مواد شوینده71 3-9-2. پردازش چرم71 3-9-3. هیدرولیز لایه ژلاتینی فیلم‌های عکاسی و آزاد سازی نقره72 3-10. مقایسه تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک72 فصل4 نتایج و تفسیر آنها73 4-1. مقدمه74 4-2. محاسبه خصوصیات سبوس گندم74 4-3. منحنی رشد باکتری75 4-4. pH بهینه رشد باکتری75 4-5. بررسی پارامترهای مختلف بر تولید پروتئاز76 4-5-1. تأثیر مدت زمان تخمیر76 4-5-2. بررسی تأثیر نوع سوبسترای جامد78 4-5-3. بررسی پارامترهای مؤثر بر استخراج پروتئاز79 4-5-4. تأثیر pH ابتدایی82 4-5-5. بررسی دمای داخل بیوراکتور82 4-5-6. تأثیر رطوبت ابتدایی سوبسترا84 4-5-7. تأثیر رطوبت داخلی بیوراکتور85 4-5-8. تأثیر اندازه ذرات86 4-5-9. تاثیر میزان مایه تلقیح87 4-5-10. بررسی تأثیر غنی سازی سوبسترا با منابع کربنی و نیتروژنی87 4-6. بهینه سازی شرایط فعالیت پروتئازی آنزیم92 4-6-1. تعیین pH بهینه فعالیت آنزیم92 4-6-2. تعیین دمای بهینه فعالیت آنزیم94 4-6-3. تعیین pH پایداری آنزیم95 4-6-4. تعیین دمای بهینه پایداری آنزیم96 4-7. کاربردهای آنزیم پروتئاز قلیایی حاصل از B.licheniformis97 4-7-1. عملکرد پروتئاز قلیایی به عنوان افزدونی به شوینده97 4-7-2. موزدایی از پوست98 4-7-3. هیدرولیز لایه ژلاتینی فیلم‌های X-Ray99 4-8. مقایسه تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک100 فصل5 نتیجه‌گیری و پیشنهادها103 5-1. نتیجه‌گیری104 5-2. پیشنهادها106 فهرست اشکال فصل11 قدمه1 شکل1-1. مکانیزم اثر آنزیم بر روی انرژی واکنش3 شکل1-2. شماتیکی از مدل‌های ارائه شده برای جایگاه فعال آنزیمی، (1): مدل قفل و کلید، (2): مدل القایی4 شکل1-3. نقش پروتئازها در کاتالیز کردن پیوندهای پپتیدی7 فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی10 شکل2-1. ارتباط فرآیندهای میکرو و ماکرو در فرآیند تخمیر حالت جامد32 شکل2-2. بیوراکتور سینی‌دار42 شکل2-3. بیوراکتور بسترپرشده بصورت افقی و عمودی43 شکل2-4. بیوراکتور استوانه ای‌دوار44 شکل2-5. بیوراکتور بستر‌سیال45 فصل3 مواد و روش‌ها48 شکل3-1. منحنی استاندارد گلوکز52 شکل3-2. منحنی استاندارد پروتئین53 شکل3-3. تصویر میکروسکوپی از باکتری B. licheniformis56 شکل3-4. نمایی از بیوراکتور مور استفاده جهت تولید پروتئاز در تخمیر حالت جامد62 شکل3-5. دیاگرام شماتیک بیوراکتور سینی‌دار. (1) پمپ، (2) نمایشگر و کنترلر دما و رطوبت، (3) نازل (4) المنت حرارتی، (5) سینی، (6) فن، (7) حسگر دما، (8) حسگر رطوبت63 شکل3-6. نمونه 5گرمی سوبسترای تخمیریافته، (1) : قبل از تخمیر، (2): پس از تخمیر64 شکل3-7. منحنی استاندارد تیروزین66 فصل4 نتایج و تفسیر آنها73 شکل4-1. منحنی رشد باکتری75 شکل4-2. تأثیر زمان تخمیر بر روی فعالیت پروتئاز تولیدی از B.licheniformis77 شکل4-3. تأثیر زمان تخمیر بر روی محتوای پروتئین کل78 شکل4-4. تأثیر نوع سوبسترای جامد بر فعالیت پروتئاز تولیدی از B.licheniformis79 شکل4-5. تأثیر محلول های مختلف بر استخراج پروتئاز تولیدی از B.licheniformis80 شکل4-6. تأثیر حجم بافر بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis81 شکل4-7. تأثیر زمان اقامت در شیکر بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis81 شکل4-8. اثر pH ابتدایی بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis82 شکل4-9. تأثیر دمای داخل بیوراکتور بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis83 شکل4-10. تأثیر رطوبت ابتدایی سوبسترا بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis84 شکل4-11. اثر رطوبت داخلی بیوراکتور بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis85 شکل4-12. تأثیر اندازه ذرات سوبسترا بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis86 شکل4-13. تأثیر میزان مایه تلقیح بر فعالیت و پروتئین کلی پروتئاز تولیدی از B.licheniformis87 شکل4-14. تأثیر منابع کربنی مکمل بر تولید آنزیم پروتئاز تولیدی از B.licheniformis89 شکل4-15. تأثیر غلظت های مختلف سبوس برنج بر تولید آنزیم پروتئاز تولیدی از B.licheniformis89 شکل4-16. تأثیر منابع نیتروژنی مکمل بر تولید آنزیم پروتئاز تولیدی از B.licheniformis91 شکل4-17. تأثیر غلظت های مختلف آرد ذرت بر تولید آنزیم پروتئاز تولیدی از B.licheniformis91 شکل4-18. تأثیر pH بر فعالیت آنزیم پروتئاز پروتئاز تولیدی از B.licheniformis93 شکل4-19. اثر دما بر فعالیت آنزیم پروتئاز94 شکل4-20. اثر pH بر پایداری آنزیم پروتئاز پروتئاز تولیدی از B.licheniformis95 شکل4-21. اثر دما بر پایداری آنزیم پروتئاز پروتئاز تولیدی از B.licheniformis96 شکل4-22. اثر زمان بر پایداری حرارتی آنزیم پروتئاز پروتئاز تولیدی از B.licheniformis97 شکل4-23. عملکرد پروتئاز قلیایی تولیدی از B.licheniformis بعنوان افزودنی به شوینده، (1) کنترل، (2) اثر شوینده تجاری بر روی پارچه لکه شده، (3) اثر آنزیم و شوینده تجاری بر روی پارچه لکه شده98 شکل4-24. موزدایی آنزیمی از پوست گاو با استفاده از پروتئاز قلیایی تولیدی از B.licheniformis (1) کنترل (2) نمونه پس از 16 ساعت انکوباسیون در دمای اتاق98 شکل4-25. هیدرولیز آنزیمی لایه ژلاتینی با استفاده از پروتئاز قلیایی تولیدی از B.licheniformis.. (1) کنترل،(2) فیلم عکاسی پس از هیدرولیز آنزیمی99 شکل4-26. تأثیر زمان بر تولیدآنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک101 شکل4-27. تأثیر دما بر تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک101 شکل4-28. تأثیر رطوبت ابتدایی بر تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک102 شکل4-29. تأثیر محرک‌های پروتئینی مختلف بر تولید آنزیم پروتئاز در بیوراکتور و فلاسک102 فصل5 نتیجه‌گیری و پیشنهادها103 فهرست جداول فصل11 مقدمه1 جدول1-1. گروههای آنزیمی و واکنشهای مرتبط5 فصل2 مروری بر منابع مطالعاتی10 جدول2-1. پروتئازهای قلیایی باکتریایی تجاری، شرکت تولید کننده، منابع و کاربردهای صنعتی 15 جدول2-2. برخی از خواص کارلسبرگ و BPN19 جدول2-3. دمای بهینه و پایداری حرارتی پروتئازهای قلیایی حاصل از گونه های باسیلوس20 جدول2-4. pH بهینه پروتئازهای قلیایی تولید شده توسط گونه باسیلوس21 جدول2-5. میکروارگانیسم‌های مورد استفاده در فرآیندهای تخیمری حالت جامد36 جدول2-6. کاربردهای تخمیر حالت جامد37 جدول2-7. آنزیم‌های تولید شده در فرآیند تخمیر حالت جامد38 جدول2-8. انواع بیوراکتورها در فرآیند تخمیر جامد و محصولات تولیدی46 فصل3 مواد و روش‌ها48 جدول3-1. ترکیب محیط کشت مایع58 جدول3-2. ترکیبات مایه تلقیح60 فصل4 نتایج و تفسیر آنها73 جدول4-1. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سبوس گندم74 جدول4-2. pH بهینه رشد باکتری76 جدول4-3. تأثیر سبوس برنج (1%) و آرد ذرت (2%) بر تولید پروتئاز در بیواکتور سینی دار92 فصل5 نتیجه‌گیری و پیشنهادها103 فهرست علائم اختصاری دور بر دقیقه ........................................................................................................................................rpm مولار ............................................................................................................................................................... M میلی لیتر ........................................................................................................................................................ ml میلی گرم ....................................................................................................................................................... mg فصل1 مقدمه 1-1. مقدمه در این فصل به بیان توضیحاتی کلی درباره آنزیم ها، ساختار و ویژگی‌هایشان پرداخته می‌شود. سپس گروههای آنزیمی و واکنشهای مرتبط بیان می‌شود. در ادامه مطالبی اجمالی درباره پروتئازها به عنوان یکی از مهمترین گروههای آنزیمی ذکر می‌شود. سپس فرآیند تخمیر حالت جامد بعنوان یک سیستم تخمیری کارآمد معرفی می‌شود. در انتها به ضرورت ها و اهداف این پروژه پرداخته می‌شود. آنزیم‌ها، مهمترین گروه از پروتئین‌ها هستند که انجام واکنشهای بیوشیمیایی و سرعت بخشیدن به آنها را بر عهده دارند و می‌توانند سرعت واکنش را تا حدود 107 برابر افزایش دهند. آنزیم‌ها، توسط موجودات زنده، گیاهان و میکروارگانیسم‌ها تولید می‌شوند. انجام تمام واکنش‌ها در سلول زنده به آنزیم خاصی نیازمند است. همانطور که در شکل (1-1) نشان داده شده است، آنزیم مانند یک کاتالیزور غیر‌آلی در واکنش مصرف نشده اما مسیر انرژی پایین‌تر را برای اینکه واکنش صورت گیرد، فراهم می‌کند [1, 2]. کاتالیزورها در واکنش‌ها بدون تغییر می‌مانند، ولی آنزیم‌ها مانند سایر پروتئین‌ها تحت شرایط مختلف پایدار نمی‌مانند. برخی از آنزیم‌ها عمدتا در بازه محدودی از pH، دما و قدرت یونی فعال هستند و در دما و pHهای بالاتر از میزان بهینه، آنزیم تخریب شده و فعالیت خود را ازدست می‌دهد [3, 4]. به دلیل شرایط خاص بسیاری از این آنزیم‌ها ، برای مصارف صنعتی پیشنهاد نمی‌شوند، لذا تلاش جهت یافتن گونه‌های جدیدی که جوابگوی نیاز صنعت باشند، یک فرآیند مستمر می‌باشد [5]. فعالیت کاتالیستی آنزیم‌ها، هزاران سال است که در فرآیندهای مختلف مانند ساخت پنیر، شراب و نانوایی مورد استفاده قرار‌گرفته‌است [6]. تا قرن نوزدهم مشخص شده بود که فرایندهایی نظیر ترش شدن شیر و تخمیر قند به الکل فقط از طریق عمل یک موجود زنده رخ می‌دهند. در سال 1833 عامل فعال‌کننده قند به طور نسبی خالص شد و آن را دیاستاز[1] نامیدند که اکنون به آن آمیلاز[2] می‌گویند. چند سال بعد از شیره معده فردی که رژیم غذایی اوپروتئین بود ، ماده‌ای جدا کردند و آن را پپسین[3] نامیدند. این ترکیبات را تحت نام کلی مخمر می‌نامیدند. لیبیگ[4] در آن موقع اظهارداشت که این مخمرها می توانند مواد غیر زنده‌ای باشند که از سلول‌های زنده به دست می‌آیند در حالی‌که پاستور [5] و دیگران هنوز بر این باور بودند که مخمرها بایستی حاوی مواد زنده باشند. با وجود این اختلاف نظرها ، کوهن[6] در سال 1878، این مولکول‌ها را آنزیم نامید. بوخنرز[7] در سال 1897 نشان داد که وقتی عصاره مخمر به قند اضافه شود، تخمیر قند صورت می‌گیرد. درسال 1926 سامنر[8] آنزیم اوره آز[9] را ازعصاره لوبیا خالص‌کرد و آن را کریستاله نمود. از آن به بعد تعداد زیادی از آنزیم‌ها را توانستند به شکل بلور درآورند [7, 8]. همزمان با بوجود آمدن دانش خالص‌سازی آنزیم‌ها، موارد کاربرد آنها چندین برابر شد و البته با استفاده از آنزیم‌های مهندسی شده، تعداد انتخاب‌ها برای فرآیندهای صنعتی افزایش یافت [6]. جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |
