بخشی از مقاله
چکیده:
صمغ زانتان یک پلی ساکارید میکروبی است که به دلیل رفتار رئولوژي منحصر به فردش، اهمیت تجاري زیادي دارد. یکی از اصلی ترین فاکتورهاي محدود کننده براي استفاده از زانتان، هزینه تولید آن می باشد. می توان از ضایعات کشاورزي بعنوان منابع ارزان قیمت براي تولید زانتان، استفاده کرد. در این تحقیق، عصاره گوجه فرنگی هیدرولیز شده اسیدي بعنوان منبع کربنی، براي تولید زانتان بوسیله زانتوموناس کمپستریس - PTCC 1473 - استفاده شد. تخمیر در pH ابتدایی 6/8 و دماي 28 درجه سانتیگراد دریک شیکرچرخان با سرعت چرخیدن 180 rpm انجام شد. مقدار تولید زانتان - پس از 24،48،72،96و120 ساعت فرآیند تخمیر - ، pH محیط کشت درطول تخمیر و نیز میزان توده سلولی، تعیین گردید. نتایج نشان داد که افزایش pH باعث افزایش تولید زانتان شد. حداکثر تولید زانتان پس از 120 ساعت و در pH نهایی 8/35 حاصل شد. توده سلولی در طول دوران تخمیر افزایش یافت و به 3/47 گرم بر لیتر رسید. زانتان تولیدشده با زانتان تجاري مقایسه شد و نتایج نشان داد که ضایعات گوجه فرنگی پتانسیل خوبی جهت استفاده به عنوان منبع کربنی براي تولید صمغ زانتان دارد و پراش اشعه مادون قرمز موقعیت شیمیایی مشابهی را نشان داد.
کلمات کلیدي: صمغ زانتان، عصاره گوجه فرنگی، زانتوموناس کمپستریس
مقدمه:
صمغ زانتان در اواسط سالهاي 1950 در جریان یک تحقیق همه جانبه براي یافتن پلیمرهاي مفید کشف شد. تولید نیمه تجاري آن در سال 1964 آغاز شد و در سال 1969 اداره غذا و داروي آمریکا1 مجوز مصرف آن را در مواد غذایی صادر کرد - . - 5 بیشترین تولید زانتان توسط باکتري زانتوموناس کمپستریس می باشد. باکتري هاي جنس زانتوموناس کوچک، میله اي شکل، گرم منفی، داراي رنگدانه زرد، متحرك و هوازي هستند 3 - و. - 4 زانتان یک هترو پلیمر مارپیچی با وزن مولکولی بالاي -2×106 1 دالتونی است که از D گلوکز، D مانوز، اسید D گلوکورونیک - به نسبت مولار - 1:2:2 تشکیل شده است 1 - ، 3 ،. - 6 یکی از خواص مهم زانتان تولید ویسکوزیته بالا در نیروي برشی پائین و خاصیت سودوپلاستیک بالاي آن می باشد که کاهش قوام در اثر همزدن خواهد داشت . - 2 -
براي تولید زانتان محیط تولید معمولاً حاوي میکرونوترینت - پتاسیم ،آهن ،کلسیم - و ماکرونوترنیت - کربن و نیتروژن - می باشد که گلوکز و فروکتوز به عنوان منبع اصلی کربن براي این باکتري می باشد. مقدار کربن مورد نیاز این باکتري براي تولید زانتان 4 % 2 گزارش شده است 1 - و. - 3 مصرف گوجه فرنگی تازه در جهان صنعتی بسیار گسترده است. گوجه فرنگی حاوي رطوبت، خاکستر، فیبر، پروتئین و قند - فروکتوز و گلوکز - می باشد و سوبستراي مناسب براي تولید صمغ زانتان از زانتومنوناس کمپستریس2 به نظر می رسد . - 6 - در این تحقیق از ضایعات گوجه فرنگی که از نظر اقتصادي ارزش کمی دارند براي تولید صمغ زانتان استفاده شد. که در ایران مقدار ضایعات کشاورزي در سال بیشتر از 210000 تن در سال می باشد. در این تحقیق سعی بر آن شده است که از ضایعات گوجه فرنگی براي تولید زانتان از باکتري زانتوموناس کمپستریس استفاده گردد.
مواد و روش ها:
میکروارگانیسم: باکتري مورد استفاده در این تحقیق، زانتوموناس کمپستریس بود که از کلکسیون کشت میکروبی ایران PTCC به شماره 1473 خریداري شد. باکتري خریداري شده به صورت خشک شده انجمادي بر روي محیط YM آگار کشت داده شد و در دماي 4 درجه سانتیگراد نگهداري گردید. به منظور جلوگیري از ایجاد جهش، باکتري ها هر دوهفته یکبار کشت مجدد داده می شدند.فعال سازي باکتري: عملیات تلقیح در یک فلاسک حجمی 500 میلی لیتري حاوي 300 میلی لیتر محیط YM broth استریل که pH آن روي 6/8 تنظیم شده بود، انجام شد. فلاسک به مدت 24 ساعت با شدت دور همزن rpm180 ، در دماي 30 درجه سانتیگراد گرمخانه گذاري گردیدند. در نهایت دانسیته نوري میکروارگانیسم ها، پس از دوبار شستشو با آب نمک 0/9 درصد، در طول موج 640 نانومتر به 0/5 رسانده شد. محیط تلقیح مورد استفاده - YM broth - حاوي 46.6 g/l گلوگز، 5 g/l پپتون و 3 g/l عصاره مخمربود . - 5 -
عملیات تخمیر:
آماده سازي ماده اولیه: در این تحقیق از گوجه فرنگی هاي درجه دو استفاده شد. براي آماده سازي محیط کشت تخمیر ابتدا گوجه ها شسته شده و سپس توسط دستگاه مخلوط کن خرد شدند. پس از آن در یک فلاسک حجمی، %10 گوشت گوجه خرد شده به حجم 1000 میلی لیتر رسانده شد و به میزان 1/5 درصد، اسید کلریدریک غلیظ به آن افزوده گردید. نمونه به مدت 15 دقیقه در دماي 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو شد. سپس نمونه هیدرولیز شده اسیدي به کمک فیلتر، صاف و توسط سود خنثی گردید.محیط کشت تخمیر: محیط تخمیر مورد استفاده در این تحقیق شامل 10 درصد گوجه هیدرولیز شده اسیدي به عنوان منبع کربن، فسفات دي هیدروژن پتاسیم g/l 0/02 ، سولفات منیزیم g/l 0/2 ، سولفات آمونیوم g/l 2/7 ، اسید سیتریک 2 g/l و کربنات کلسیم g/l 0/02 بود.
پس از تنظیم pH روي 6/8 فلاسک هاي حاوي محیط کشت تخمیر در دماي 121 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه اتوکلاو شدند. باکتري مورد نظر به نسبت 10 درصد - v/v - به محیط کشت تخمیر اضافه شد. فرایند تخمیر در یک همزن با دور rpm 240 ، به مدت 5 روز در دماي 28 درجه سانتیگراد و تحت 6/8 pH انجام شد. بازدهی تولید زانتان پس از گذشت 24، 48، 72، 96 و 120 ساعت فرآیند تخمیر محاسبه شد . تخمیر در دو حالت حضور همه منابع مورد نیاز رشد باکتري و حضور منبع کربن به تنهایی - گوجه هیدرولیز شده اسیدي در محیط کشت تخمیر - به صورت جداگانه بررسی گردید . - 5 - بازیافت توده سلولی: محیط کشت تخمیر پس از اتمام فرآیند، به مدت 20 دقیقه در دور rpm5000 سانتریفوژ گردید و قسمت رسوب کرده جداسازي شد. سپس رسوب - توده سلولی - به کمک آب نمک 0/9 درصد شستشو و از کاغذ صافی عبور داده شد. توده هاي سلولی در دماي 105 درجه سانتیگراد تا رسیدن به دماي ثابت خشک شده و توزین گردید.
بازیافت پلی ساکارید: پس از سانتریفوژ نمونه - با سرعت rpm 5000 ، 20 دقیقه - ، محلول رویی جداسازي شد و پس از مخلوط شدن با اتانول 96 درصد به حجم دو برابر به مدت 12 ساعت تا ترسیب پلی ساکارید نگهداري شد. نمونه ها به مدت 20 دقیقه در دور rpm 5000 سانتریفوژ گردید. رسوب که حاوي پلی ساکارید تولید شده بود، در دماي 40 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت تا رسیدن به وزن ثابت خشک گردید، توزین شد و در نهایت آسیاب و الک شد.طیف سنجی مادون قرمز:3 طیف مادون قرمز نمونه ها، پس از آماده سازي به صورت قرص هاي مخلوط با KBr ، با قدرت تفکیک 1 بدست آمد. طیف ها در محدوده 400-4000 گرفته شدند.آنالیز آماري داده ها: آزمایش ها با سه تکرار انجام شدند. آنالیز آماري داده ها با استفاده از برنامه SAS 9.1 و با استفاده از آزمون دانکن در سطح کمتر از 0/01 انجام شد.
نتایج و بحث:
همان طور که در نمودار 1 نشان داده شده است، pH در طول مدت تخمیر دستخوش تغییر شده و روندي رو به افزایش و با شیب کم را از خود نشان داد. تغییرات مشاهده شده در میزان توده سلولی زانتوموناس کمپستریس در نمودار 2 ارائه شده است. در هر دو نوع محیط تخمیر با پایه آب گوجه فرنگی، توده سلولی به دلیل افزایش رشد باکتري ها در طی دوره پنج روزه تخمیر، افزایش یافت. طی این تحقیق مشخص شد که وجود منابع نیتروژن و فسفر در محیط تخمیر، تاثیر قابل ملاحظه اي روي رشد باکتري ها و به دنبال آن تولید زانتان داشت، بطوري که همان گونه که در نمودار مشاهده می شود، رشد سلولی و در نتیجه میزان زیست توده در محیط B که حاوي نیتروژن و فسفر بود، بسیار بیشتر از محیط A تعیین گردید.
غلظت منبع کربنی در محیط، روي میزان تولید صمغ موثر بود و غلظت 2 تا % 4 جهت این امر پیشنهاد می گردد. با توجه به نتایج ارائه شده در نمودار 3، افزودن KH2PO4 و سولفات آمونیوم به محیط تخمیر، تاثیر قابل توجهی روي تولید زانتان داشت، بطوري که بدون منبع اضافی نیتروژن و فسفر، تولید صمغ کم بوده و در روز سوم که بیشترین تولید را به دنبال داشت، تنها به 4/01 گرم بر لیتر رسید. در حالی که با وجود عناصر نیتروژن و فسفر که تاثیر قابل توجهی روي رشد میکروارگانیسم دارند، میزان تولید زانتان، طی روندي افزایشی در روز پنجم به 7/45 گرم بر لیتر رسید.
