بخشی از مقاله
چکیده
اخیرا، پلی هیدروکسی بوتیرات به دلیل دارا بودن پتانسیل برای تولید پلاستیک های زیستی مورد توجه قرار گرفته است. در این بررسی زیست توده ماکرو جلبک هیدرلیزشده به عتوان تنها منبع کربن برای تولید پلی هیدروکسی بوتیرات مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا زیست توده توسط سولفوریک اسید با غلظت 1 نرمال در دمای 121 درجه سانتی گراد برای 60 دقیقه تیمار شدند. میزان قند کاهیده به دست آمده به 20 گرم بر لیتررسید. سپس، تخمیر با استفاده از محیط کشت معمولی آغاز شد. میزان PHB به 55/34 درصد رسید. درفرآیند ناپیوسته دیگر 4 گرم بر لیتر نمک سدیم کلرید به محیط کشت اضافه شد و در این شرایط 67 درصد PHB حاصل شد. بیوپلیمر استخراج شده توسط FTIR آنالیز شد.
مقدمه
مطالعه دربارهی پلیمرهای قابلتجزیه در سالهای اخیر به دلیل افزایش قیمت منابع نفتی و همچنین افزایش آلودگیهای زیستمحیطی، بسیار موردتوجه قرارگرفته است .[1] پلی هیدروکسی آلکانوات ها پلاستیک هایی با تجزیه پذیری کامل، به طریق تخمیر میکروبی تولید میشوند. پلی هیدروکسی آلکانوات ها بهصورت درونسلولی در بسیاری از میکروارگانیسمها بهمنظور ذخیره کربن و انرژی تجمع مییابند.
فرآیند سنتز پلی هیدروکسی آلکانوات باوجود مقادیر زیاد کربن در محیط کشت و عاری بودن محیط کشت از سایر مواد غذایی مانند نیتروژن، فسفات یا سولفور در محیط کشت آغاز میشود [2. 4] از میان پلی هیدروکسی آلکانوات ها، پلی هیدروکسی بوتیرات اولین نوعی بود که در سال 1923 توسط میکروبیولوژیست فرانسوی به نام موریس لمون کشف .[5,6] پلی هیدروکسی بوتیرات به دلیل خواص مشابهی که با پلاستیکهای مشتق شده از نفت دارد میتواند بهعنوان جایگزینی برای آنها باشد و بهعلاوه مزایایی مانند زیست سازگاری و زیستتخریبپذیری دارد و همچنین میتواند از منابع کربن تجدید پذیر تولید شود.[7,8]
یکی از بزرگترین مشکلات در زمینه تجاریسازی تولید این بیوپلیمرها هزینه منبع کربن است که حدود نیمی از هزینه تولید آن را شامل میشود. بنابراین تولید پلی هیدروکسی بوتیرات با استفاده از منابع لیگنوسلولزی فراوان و ارزان موجود در محیطزیست باعث کاهش هزینهها میشود .[1,9] در مقایسه با مواد لیگنوسلولزی، زیستتوده جلبکهای دریایی دارای مقادیر ناچیزی لیگنین میباشند و به همین دلیل بهآسانی، بدون نیاز به پیش تیمارهای خشن و پیچیده به قندهای ساده تبدیل میشوند به همین دلیل گزینه مناسبی برای استفاده بهعنوان منبع کربن فرآیندهای تخمیری میباشند .[10] همچنین ماکرو جلبک قهوهای سارگاسوم به میزان گسترده در ایران وجود دارد و حاوی میزان زیادی کربوهیدرات میباشد. [11] در این پژوهش گونهی Cupriavidus necator PTCC 1615 برای امکان تولید پلی هیدروکسی آلکانوات با استفاده از زیستتوده جلبک تیمار شده بهعنوان منبع کربن موردبررسی قرار گرفت.
مواد و روشها -1-2 میکروارگانیسم و شرایط کشت
باکتری Cupriavidus necator PTCC 1615 برای تولید پلیهیدروکسیآلکانواتها از مرکز پژوهشهای علمی و صنعتی ایران خریداری شد و در محیط کشت Luria Broth - LB - شامل - 10 g/l پپتون، 5 g/l عصاره مخمر و 5 g/l نمک - NaCl در دمای 30 درجه سانتیگراد در دور 200 دور بر دقیقه در انکیباتور کشت داده شد.
-2-2 محیط کشت
اجزای تشکیلدهنده محیط کشت تلقیح شامل KH2PO4، Na2HPO4·12H2O، MgSO4·7H2O، و - NH4 - 2SO4 با غلظتهای وزنی به ترتیب 1,5، 9، 0,2 و 1 گرم بر لیتر از محیط کشت و 1 میلیلیتر عناصر ضروری در هر لیتر میباشد .[12] پس از هیدرولیز زیستتوده ماکرو جلبک سارگاسوم، از محلول حاوی قندهای ساده بهدستآمده بهعنوان منبع کربن به میزان 20 g/l استفاده شد.
-3-2 ماکرو جلبک و هیدرولیز اسیدی
ماکرو جلبک قهوهای سارگاسوم از سواحل خلیجفارس جمعآوری شد. پساز خشک شدن در ظروف پلاستیکی دربسته در دمای محیط ذخیره شد. به میزان - w/v - %15 ماکرو جلبک با اسیدسولفوریک 1 نرمال در دمای 121 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه در اتوکلاو هیدرولیز شد که به میزان 20 g/l قند کاهیده شده آزاد شد. پس از تنظیم میران pH بر روی 7 سایر اجزای محیط کشت به آن اضافه شد و فرآیند تخمیر آغاز شد.
-4-2 روشهای آنالیز
ساختار زیست توده ماکروجلبک قبل از هیدرولیز و بعد از هیدرولیز اسیدی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - بررسی شد. اندازهگیری میزان قندهای کاهش پذیر حاصل از هیدرولیز زیستتوده با روش DNS انجام شد. میزان پلی هیدروکسی آلکانوات تولیدشده بهوسیله دستگاه کروماتوگرافی گازی انجام شد.[13] آنالیز FTIR بهمنظور شناسایی گروههای عاملی بیوپلیمر تشخیص نوع پلیمر انجام شد.
نتایج و بحث آنالیز SEM
تصاویر آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی زیست توده ها قبل و بعد از هیدرولیز اسیدی در شکل 1 نشان داده شده است. در تصویر الف، سطح زیست توده قبل از تیمار صاف و هموار است و هیچگونه ترک و خلل و آسیبی در نمونه وجود ندارد. در تصویر ب پس از این که زیست توده در معرض حمله آنزیمی قرار گرفت، تغییرات فیزیکی قابل توجهی در ساختار آن به وجود آمد. ایجاد ترک ها و منافذ بیشتر در نمونه باعث آزاد شدن میزان بیشتر قندهای ساده می باشد. به همین دلیل وجود تیمار های اسیدی نیاز می باشد.
