بخشی از مقاله
چکیده:
سلولز یکی از پرمصرفترین مواد طبیعی جهت تولید کاغذ، منسوج و غیره میباشد. با توجه به محدودیت منبع اصلی سلولز که همان چوب میباشد و حفظ منابع طبیعی، محققان در زمینه تولید سلولز غیرطبیعی و یا جایگزین نمودن آن تلاشهای بسیار انجام دادهاند. یکی از روشهای برای تولید سلولز مصنوعی، روش باکتریائی یا میکروبی میباشد که سلولز حاصل را سلولز باکتریائی یا میکروبی مینامند. جهت این امر از باکتریهای مختلفی بهرهمی برند که در میان آنها استوباکتر بسیار مشهور بوده و مورد استفاده قرار گرفته است. اینگونه باکتریها از طریق فرآیند بیولوژیکی - تخمیر - با استفاده از گلوکز و یا انواع دیگر قندهای موجود، گیسرول و یا حتی موادآلی دیگر تولید زنجیرههای سلولز می نمایند. در این مطالعه تولید سلولز میکروبی به کمک باکتری استوباکتر استی در محیط شرام- هیسترین و محیط های ارزان قیمتی مثل آرد گندم، سبوس گندم، آرد برنج و آرد سویا و هم چنین در حضور قندهای مختلفی مثل گلوکز، ساکروز، ملاس و شیره خرما مردد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز آماری نشان می دهد که سبوس گندم در بین محیط های مختلف و ملاس در بین قندهای مختلف بهترین و بیشترین تأثیر را بر روی تولید سلولز باکتریایی داشتند.
واژه های کلیدی: سلولز باکتریایی، استو باکتر استی، محیط های ارزان قیمت، قندهای مختلف
مقدمه:
سلولز بیوپلیمر اصلی زمین است و از نظر اقتصادی اهمیت فراوانی دارد. سلولز ماده سازنده اصلی پنبه - بیش از - 94% و چوب - بیش از - 50% میباشد. بنابراین پنبه و چوب درختان منابع اصلی برای همه محصولات سلولزی مانند کاغذ، منسوجات، مواد ساختمانی و مقوا میباشد. با افزایش جمعیت و افزایش تقاضا در مورد مصرف سلولز ممکن است یک ضربه مستقیم به چرخه کربنی زمین وارد شود، چرخه کربنی زمین یک فعل و انفعال وسیع ما بین دیاکسید کربن هوا و موادآلی در گیاهان است که نور خورشید صورت گرفته و منجر به تولید سلولز میشود. میزان تولید سالیانه سلولز که به مصرف میرسد در حدود 11 تن برآورده شده است. جهت خالصسازی سلولز و بهدست آوردن سلولزی تمیز و سفید ازفرِآیندهای فیزیکی و شیمیائی مختلفی نظیر عملیات سفیدگری بهره میگیرند که میتواند بر پیکره سلولز آسیبهای شدید و جبران ناپذیری وارد نمایند و باعث افت خصوصیات ذاتی سلولز نظیر استحکام و دوام شود. یکی از راهکارهای ارائه شده جهت جایگزین منابع متداول و رایج سلولز، تولید سلولز میکروبی میباشد.
که میتواند آسیبرسانی به منابع چوبی را کاهش داده و در زمان، هزینه، انرژی و همچنین حفظ خصوصیات سلولز بسیار مؤثر باشد. علاوه بر آن فرآیند تولید سلولز تحت کنترل بوده و میتوان تغییرات جزئی لازم را بر سلولز حاصله اعمال نمود. - - 4 سلولز باکتریایی پلی ساکاریدی میکربی است که از نظر شیمیایی با سلولز گیاهی مشابهت دارد سلولز باکتریایی توسط باکتری های جنس استوباکتر به عنوان یک بیوفیلم ساخته می شود .در این جنس،گونه گزیلینوم بیشترین میزان سلولز را تولید می کند .در طول بیوسنتز سلولز، این باکتری ترکیبات مختلف محیط شرام - هسترین را مورد مصرف قرار داده و زنجیره های خطی بتا- 1و 4 گلوکان را تولید می کند .این زنجیره ها توسط منافذی از سطح سلول به خارج ترشح و با اتصال به یکدیگر نهایتا یک نوار شل و ژلاتینه با ماهیت سه بعدی را تشکیل داده که شامل نانوفیبریل های سلولزی فوق نازک و بسیار شفاف و مقاومت مکانیکی بالا می باشد. - - 2 استوباکتر استی یکی از مشهورترین باکتریهائی است که تاکنون جهت سنتز سلولز بهکار رفته است.
در محیط کشت مناسب برای باکتری استوباکتر استی، که نوعی باکتری گرم منفی، هوازی و میلهای است، سلولز در سطح مشترک مایع محیط کشت با هوا تولید می شود. این سلولز به صورت خود به خود خالص بوده و عاری از لیگنین و همی سلولز - دو ناخالصی اصلی سلولز طبیعی - میباشد، دارای درجه پلیمریزاسیون بالائی میباشد و نیازی به انجام فرآیندهایی نظیر پخت و سفیدگری ندارد، ضمن آنکه توسط این باکتری امکان تولید سلولز رنگی، مشتقات سلولز و نیز سلولزی با قابلیتهای خاص نیز میباشد. - 7 - گونه های باکتریایی مختلفی مثل سارسینا، آگروباکتر، ریزوبیوم،استوباکتر، آکروموباکتر،ائروباکتر، ازوتوباکتر، سالمونلا و اشرشیا در شرایط مناسب قادر به تولید سلولز هستند. - 5 - استوباکتر زایلینوم یکی از باکتری هایی است که در زمینه تولید سلولز میکروبی بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. در این بررسی تولید سلولز باکتریایی به کمک باکتری استوباکتر استی مورد مطالعه قرار گرفته است.
مواد و روش ها:
- میکروارگانیسم:
استواباکتر استی - PTCC 1735 - میکروارگانیسم مورد استفاده برای تولید سلولز در این پژوهش بود. ابتدا این میکروارگانیسم در محیطی استریل شامل: %2 - وزنی- حجمی - گلوکز، %0/5 پپتون، %0/5 عصاره مخمر، %0/27 دی سدیم فسفات و %0/115 سیتریک اسید، تلقیح شد و به منظور رشد به مدت 48 ساعت در 30 درجه سانتی گراد انکوبه گذاری شد. - - 6
- محیط کشت:
محیط شرام- هیسترین شامل شامل: %2 - وزنی- حجمی - منبع قندی، %0/5 پپتون، %0/5 عصاره مخمر، %0/27 دی سدیم فسفات و %0/115 سیتریک برای تولید سلولز میکروبی استفاده شد. براس این منظور %2 از مایه تلقیح آماده شده استوباکتر استی به 100 میلی لیتر از محیط کشت افزوده شد. سپس محیط کشت به مدت 144 ساعت در 30 درجه سانتی گراد انکوبه گذاری شد. سپس سلولز از سطح محیط مایع جدا می شود. - - 1
- جداسازی و خالص سازی سلولز:
سلولز تولید شده توسط استوباکتر استی در محیط شرام- هیسترین، به وسیله فیلتراسیون یا سانتریفیوژ کردن در تعداد دور 5000 rpm جدا می شود. سپس سلولز به دست آمده جهت جداسازی سلول ها در سود %2 به مدت 20 دقیقه جوشانده می شود. و در آخر سلولز نهایی به دست آمده خشک و وزن می گردد. - - 3
استفاده از محیط های کشت ارزان قیمت برای تولید سلولز میکروبی:
امکان تولید سلولز باکتریایی با استفاده از ضایعات کشاورزی مثل کاه گندم و ضایعات بافتنی پنبه دانه در تعدادی از آزمایشات به اثبات رسیده است. یکی از مزایای استفاده از ضایعات کشاورزی یا صنعتی برای تولید سلولز باکتریایی، هزینه پایین این مواد است. در این بررسی از محیط های آرد برنج، آرد گندم، سبوس گندم، آرد سویا برای تولید سلولز باکتریایی استفاده شد..
نتایج و بحث:
- اثر محیط های مختلف در این مطالعه ابتدا تولید سلولز باکتریایی به کمک استوباکتر استی در محیط های مختلفی مانند محیط اختصاصی شرام- هیسترین و محیط های ارزان قیمتی مثل آرد برنج، آرد گندم، سبوس گندم، آرد سویا بررسی و مقایسه شد. در جدول 1 میزان سولز تولید شده در این محیط ها به صورت میانگین بیان شده است - تمامی آزمایشات به صورت 3 تکرار صورت گرفته اند و میزان سلولز تولیدی بر حسب گرم در لیتر می باشد - . همان طور که نتایج آنالیز آماری نشان می دهد، مشاهده می شود میزان سلولز تولید شده در محیط سبوس گندم تفاوت معناداری با محیط های دیگر دارد.
اثر قندهای مختلف:
در این بررسی هم چنین تأثیر افزودن قندهای مختلف - گلوکز، ساکاروز، شیره خرما و ملاس - به محیط های ارزان قیمت، بر روی میزان سلولز تولید شده مورد بررسی قرار گرفت - تمام آزمایشات به صورت 3 تکرار صورت گرفته اند و میزان سلولز تولیدی بر حسب گرم در لیتر می باشد - . همان طور که مشاهده می شود ملاس در مقایسه با قندهای دیگر تأثیر بیشتری بر روی میزان تولید سلولز داشته است، اما طبق آنالیز آماری به صورت کلی در محیط های آرد برنج، آرد گندم و آرد سویا تفاوت معنی داری در میزان سلولز تولید شده در جضور یا عدم حضور قند و در بین قندهای مختلف مشاهده نمی شود.
نتیجه گیری کلی: سلولز بیوپلیمر اصلی زمین است و از نظر اقتصادی اهمیت فراوانی دارد. با توجه به کاربردهایی که سلولز در موارد مختلف دارد و هم چنین محدودیت در منابع تولید کننده آن یعنی پنبه و چوب درختان، تلاش هایی برای تولید سلولز با کیفیت مناسب به وسیله میکروارگانیسم ها صورت گرفته است. گونه های استوباکتر از باکتری هایی هستند که در زمینه تولید سلولز باکتریایی بسیار مورد مطلعه قرار گرفته اند. در کنار محیط کشت شرام- هیسترین که محیط کشت اختصاصی این باکتری برای تولید سلولز می باشد استفاده از محیط کشت های ارزان قیمت به دست آمده از ضایعات کشاورزی برای تولید سلولز امری اقتصادی و مناسب می باشد.
