تولید آنزیمی استر1 بوتیل اولئات با استفاده از - دانلود رایگان
دانلود رایگان آنزیم لیپازکربوکسیلیک استر هیدرولازی است که بر روی‌تری آسیل گلیسیرول جهت آزاد سازی اسیدهای چرب،گلیسریدها و گلیسیرول عمل می‌کند.کشف توانایی لیپاز جهت کاتالی
دانلود رایگان
| تولید آنزیمی استر1- بوتیل اولئات با استفاده از سیستم سلولی قارچ رایزوپوس اوریزا...چکیده آنزیم لیپازکربوکسیلیک استر هیدرولازی است که بر روی تری آسیل گلیسیرول جهت آزاد سازی اسیدهای چرب،گلیسریدها و گلیسیرول عمل می کند.کشف توانایی لیپاز جهت کاتالیز واکنش استریفیکاسیون، فصل گسترده ای را در زمینه کارایی های این آنزیم آغاز کرد. در این مطالعه با آگاهی از توانایی تولید آنزیم لیپاز متصل به غشا سلولی توسط گونه قارچی رایزوپوس اوریزا، منحنی رشد میکروارگانیسم جهت تعیین مدت زمان رشد لگاریتمی و تعیین زمان تولید بهینه آنزیم لیپاز رسم شد.فعالیت سنتزی و آبکافتی برای دو فرم رشد؛ غوطه ور و تثبیت یافته بر پایه سلولزی لوفا، بر حسب مدت زمان رشد محاسبه شد. فعالیت آنزیم متصل به غشا تولیدی توسط گونه تثبیت یافته پس از به حداکثر میزان خود در طول دوره کشت خواهد رسید. سلول های تثبیت یافته در مدت زمان 48hr جهت کاتالیز واکنش سنز استر 1- بوتیل اولئات ، در سیستم بسته، در حضور وعدم حضور حلال هگزان استفاده شد. سیستم شامل هگزان با بهبود پارامترهای انتقال جرمی و سنتیکی و بازدهی 86%و جهت ادامه مطالعات انتخاب شد. سپس پارامترهای موثر بر واکنش سنتز استر در حضور حلال نرمال هگزان جهت دست یابی به حداکثر بازده در کم ترین زمان، بهینه سازی شد. واکنش تعادلی سنتز استر1- بوتیل اولئات در دمای 37°C و دور 250 rpm در حضور حلال نرمال هگزان و 1/5g غربال مولکولی، در نسبت مولی1:1 واکنش دهنده ها با غلظت 0/3 M به بازدهی بالای %95 رسید. هم چنین با استفاده از بیوکاتالیست برای 20 دوره متوالی افت بازده کم تر از 10% مشاهده شد. واژه های کلیدی:قارچ رایزوپوس اوریزا- آنزیم لیپاز- لوفا- استر 1- بوتیل اولئات- بهینه سازی شرایط واکنش
8×5 در محیط کشت پایه قارچ86
شیمی سبز[1] و نیز توسعه پایدار[2] نظریاتی را پیشنهاد می کند که گرایش به آن ها تولید محصولات خطرناک و سمی را کاهش می دهد و یا کاملاً حذف می نماید و در نتیجه سبب تولید کم تر ضایعات و مصرف بهینه انرژی می شود. استفاده از ابزارهای مدرن از جمله علم بیوتکنولوژی در جهت گسترش فرایندهای دوستدار محیط زیست و تولید محصولات زیست شیمایی یکی از راه کارهای گرایش به شیمی سبز و توسعه پایدار است. استفاده بیوکاتالیست ها شامل آنزیم ها و یا کل سلول(به عنوان منبع آنزیمی و یا سیستم تولیدی آنزیم)جهت دست یابی به فرایندهای اقتصادی و دوست دار محیط زیست کاملاً با قوانین شیمی سبز در جهت کاهش آلودگی های زیست محیطی هماهنگی دارد. پیشینه استفاده از فرآیندهای آنزیمی را می توان در تمدن های باستانی بررسی کرد. امروز، نزدیک به 4000 آنزیم شناخته شده است، و از این تعداد، حدود 200 آنزیم در مقیاس تجاری تولید شده اند. اکثر آنزیم های صنعتی منشأ میکروبی دارند. تا دهه 1960، کل درآمد سالانه فروش آنزیم چند میلیون دلار بود، با افزایش علم در زمینه تولیدات بیو شیمیایی، فرآیندهای تخمیری و روش های بازیابی، تعداد گسترده ای از این آنزیم ها به صورت مقرون به صرفه تولیدشده اند. بنابراین رشد چشمگیری در بازار آنزیم تجاری مشاهده شد[1]. گسترش علم تکنولوژی آنزیم،موفقیت مهمی در صنعت بیوتکنولوژی به شمار می آید.بر طبق آمار شرکت نوآزایم[3] این شرکت در طی سال های متوالی% 47 سهم فروش آنزیم های صنعتی در سراسر جهان را دارا است و در سال 2012 با رشد% 7 نسبت به سال گذشته، فروش سالانه ای، تقریباً معادل با 1/984 میلیارد دلار آمریکا را گزارش کرده است [2]، این مهم بیان گر اهمیت و کاربرد روز افزون محصولات آنزیمی در سطح جهانی است. سهم عمده ای از بازار آنزیم های صنعتی متعلق به آنزیم های هیدرولیتیک[4] مانند پروتئازها،آمیلازها، آمیدازها، استرازها و لیپازها است. در سال های اخیر، لیپاز (تری آسیل گلیسیرول آسیل هیدرولاز، 3.1.1.3EC.) به خواص چند وجهی خود که کارایی های گسترده در صنایع مختلف از جمله در صنایع شوینده، مواد غذایی و طعم دهنده، دارویی، آرایشی و بهداشتی، تولید مشتقات استرها و آمینو اسیدها، تولید مواد شیمیایی کشاورزی و پلیمرهای زیستی، تولید محصولات روغنی شیمایی ارزشمند، تفکیک مخلوط های راسمیک، ابزارهای تشخیص و سایر کاربردهای پزشکی، صنایع چرم، پارچه و کاغذ سازی، تصفیه فاضلاب و آلاینده های نفتی، تولید سوخت زیستی، حسگرهای زیستی و غیره، به عنوان یک آنزیم کلیدی در صنایع بیوتکنولوژی به سرعت در حال پیشرفت است. آنزیم لیپاز عضو طبقه هیدرولازها به شمار می رود که در محیط آبی بر روی باندهای کربوکسیلیک استری، حاضر درتری گلیسیریدها، جهت آزاد سازی اسید چرب آزاد و گلیسیرول عمل می کنند. سوبسترای طبیعی لیپازها تری گلیسیریدهای زنجیره بلند هستند که حلالیت اندکی در محیط آبی دارند؛بنابراین واکنش در سطح مشترک آب و لیپید رخ می دهد در محیط آلی در حضور مقدار اندک آب،لیپازها توانایی یگانه ای را در کاتالیز واکنش عکس (واکنش های سنتز استر[5] و انتقال گروه های آلی از یک الکل، اسید، آمید و یا یک استر به استری دیگر[6]) از خود بروز می دهند.بنابراین با وجود عملکرد اختصاصی بالای این آنزیم به علت جایگاه فعال اختصاصی از جهت شیمیایی، فضایی و مکانی دارای گستره وسیعی از سوبستراها می باشد[3]. به علت حضور گسترده لیپیدها در طبیعت، آنزیم لیپاز در اکثر جانداران به صورت طبیعی تولید می شود. از میان منابع حیوانی ، گیاهی و میکروارگانیسم ها؛ آنزیم لیپاز تولیدی توسط منابع میکروبی؛ قارچی و باکتریایی کاربرد گسترده ای در زمینه های بیوتکنولوژی و شیمی آلی از خود نشان داده اند [4]. قارچ های رشته ای پتانسیل بسیار بالایی جهت تولید انواع لیپازهای خارج سلولی از خود نشان داده اند. آنزیم های خارج سلولی معمولاً به فرم خالص تهیه و استفاده می شوند.با این وجود کاربرد عملی این آنزیم ها به علت محدودیت های اقتصادی ناشی از پیچیدگی عملیات خالص سازی و عدم پایداری آن ها به صنایع خاص محدود شده است[5].از این رو لیپازهای درون سلولی(متصل به غشا سلولی) به جهت کاتالیز اختصاصی تر و گزینش پذیری بیشتر نسبت به نوع خارج سلولی و نیز عدم نیاز به مراحل پیچیده بازیابی آنزیم، تخلیص و تثبیت آنزیم، توجه بیشتری را به خود جلب نموده اند[6]. سادگی عملکرد و کاهش هزینه سلول های قارچی خشک شده سبب استفاده مستقیم آن ها در واکنش های هیدرولیز و سنتز استر است که از اهمیت ویژه در مصارف صنعتی برخوردار خواهد بود. با این وجود به دلیل پایین بودن فعالیت ویژه استفاده از آن ها همچنان محدود شده است[7]. فعالیت ویژه پایین توده زیستی را می توان به میزان کم آنزیم درون سلولی در مقایسه با جرم توده سلولی و یا غیر فعال شدن این آنزیم نسبت داد. جهت افزایش بهبود فعالیت سلول و آنزیم درون سلولی تلاش های زیادی جهت افزایش میزان تولید آنزیم و کاهش ترشح آن به خارج از سلول و حفظ فعالیت آن صورت گرفته است. بر طبق مطالعات صورت گرفته تولید و ترشح آنزیم تابعیت فاکتورهایی مانند زمان ،دما،سرعت شیکر، pH و نوع و مقدار سوبسترا محیط کشت سلول و همچنین مورفولوژی رشد سلول خواهد داشت[8]. بیودیزل به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت های فسیلی از طریق بهبود مشکلات اقتصادی ،زیست محیطی و اجتماعی سوخت های فسیلی یکی از سرفصل های مهم در مطالعات اخیر است.از جمله معایب بیودیزل می توان به ویسکوزیته بالای آن نسبت به سوخت های فسیلی اشاره کرد. موتورهای دیزلی جدید با سیستم سوخت رسانی تزریقی، نسبت به تغییرات ویسکوزیته سوخت حساسیت دارند از این رو کاهش ویسکوزیته سوخت یک راه حل مناسب جهت حل این مشکل است. در میان استرهای تجاری تولید شده 1-بوتیل-اولئات کارایی گسترده ای در زمینه افزودنی های سوخت های دیزلی دارد و سبب کاهش ویسکوزیته سوخت می شود. همچنین از سایر موارد کاربرد آن می توان به روان سازی پلی وینیل کلرید (PVC)[7]، عامل مقاوم در برابر آب و سایر سیال های هیدرولیک اشاره کرد[9]. در سال های اخیر استفاده از بیوتکنولوژی در سنتز استرها با توجه به معایب روش شیمیایی، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. معایبی از جمله استفاده از کاتالیزگر های اسیدی و نیازمندی به فرایندهای بالادستی پرهزینه، زمان طولانی، دمای بالا و بازدهی پایین در روش شیمیایی قابل توجه است که با استفاده از فرایندهای بیوتکنولوژی که تحت شرایط متعادل زیستی و با عملکرد اختصاصی بر سوبسترا رخ می دهند برطرف خواهند شد.با این وجود به علت هزینه بالا آنزیم ها و همچنین پایداری محدود آن ها در شرایط واکنش استفاده از آن ها در صنعت محدود شده است. بنابراین عمده چالش در بهینه سازی شرایط واکنش جهت پایداری آنزیم ،دست یابی به بازده بالا و نیز یافتن فرایندهایی جهت تولید محصولاتی با ارزش تر نسبت به فرایندهای سنتی شیمیایی است. در این مطالعه، سنتز آنزیمی استر 1-بوتیل اولئات توسط سلول های قارچی رایزوپوس اوریزا، تثبیت شده بر پایه لوفا در سیستم بسته انجام شد.در فاز اول مطالعه پس از کشت به فرم آزاد و رسم منحنی رشد، زمان فاز لگاریتمی مشخص شد.در فاز لگاریتمی رشد سلول، آنزیم مدنظر جهت تغذیه سلول در حال ترشح است. سپس فعالیت این آنزیم در زمان های مختلف فاز لگاریتمی محاسبه و مقایسه فعالیت فرم آزاد و فرم تثبیت یافته سلول قارچی رایزوپوس اوریزا بر پایه لوفا انجام شد و زمان کشت مناسب جهت دست یابی به ماکزیمم فعالیت درون سلولی سنتزی و آبکافت و حداقل فعالیت خارج سلولی حاصل شد. در فاز دوم پس از حاصل شدن زمان کشت بهینه و ماکزیمم فعالیت، از سلول های تثبیت یافته بر لوفا جهت بهینه سازی پارامترهای موثر بر سنتز استر 1-بوتیل اولئات استفاده شد. پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه از جمله سنتز استر در حضور و عدم حضور حلال،اثر محدودیت های انتقال جرمی بر بازده و سرعت واکنش در این سیستم ها، غلظت سوبسترا،زمان واکنش برای رسیدن به حداکثر بازده ،حذف آب حاصل از واکنش به عنوان محصول ثانویه که سبب بازگشت واکنش تعادلی می شود توسط غربال های مولکولی[8]، مقدار آنزیم(توده سلولی) و نیز تعداد سیکل های امکان استفاده از بیوکاتالیست سلولی بررسی گردید [1]-Green Chemistry [2]-Sustainable development [3] Novazyme Company [4] Hydrolytic [5] Esterification [6] Transesterification [7]Poly Vinyl choloride Plstisizer [8] -Molecular sieve دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |