بخشی از مقاله
چکیده
پلاستیک های طبیعی از زباله های بازیافتی و منابع طبیعی تولید می شوند. پلی هیدروکسی بوتیرات - PHB - از جمله پلیمر های گروه پلی هیدروکسی آلکانوات ها - PHAs - می باشد که بعنوان پلاستیک طبیعی توسط میکروارگانیزم ها تولید می شودو قابلیت جایگزینی پلاستیک های تولید شده از مشتقات نفتی را دارد. خرمای بازیافتی درجه 3 بعنوان منبع قند طبیعی برای رشد میکروارگانیزم ها مفید است . بیوپلیمر PHB قابلیت تجزیه کامل و بازیافت در طبیعت را دارد. سرعت تجزیه بالا به آب ودی اکسید کربن و سازگاری در چرخه مصرف کربن از جمله خواص این بیوپلیمر می باشد. روش های آماری بسیاری برای تحلیل داده ها و نتیجه گیری جهت بهینه سازی متغیرهای آزمایشگاهی وجود دارد. روش تاگوچی یکی از مدل های آماری برای بهینه سازی و حذف متغیر های غیر ضروری و همچنین بدست آوردن بهینه نتایج با حداقل تعداد آزمایش لازم است. بهینه سازی متغیرهای دما، غلظت سوبسترای خرما، زمان وpH با استفاده از روش تاگوچی برای تولید حداکثر PHB از باکتری آلکالیژینوس یوتوفروس صورت گرفت.
کلمات کلیدی: پلی هیدروکسی بوتیرات، روش تاگوچی، خرمای بازیافتی، باکتری آلکالیژینوس یوتوفروس
.1 مقدمه
پلی هیدروکسی بوتیراتٌ یا PHB، بیوپلیمر طبیعی است که از ویژگی های استثنایی مانند فرآیند پذیری ترموپلاستیک، مقاومت کامل در برابر آب و تجزیه کامل بیولوژیکی برخوردار است .[1] این هموپلیمرٍ، سفت و سخت، گرمانرم و شکننده از لحاظ ساختاری، همگن با مولکول نامتقارن و در نتیجه بسیار کریستالی می باشد. بر خلاف بسیاری دیگر از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، PHB دارای دمای ذوب 177 درجه سانتیگراد، مقاوم در برابر رطوبت، نفوذ ناپذیر به اکسیژن و در آب نامحلول است که آن را به خصوص برای صنعت بسته بندی مواد غذایی بسیار مفید نشان می دهد. آلکالیژنز یوتروفوسَ - PTCC No.1615 - باسیل گرم منفی با درجه حرارت مطلوب رشد 28 درجه سانتیگراد می باشد .[2]
مهمترین عامل رشد این باکتری فراهم بودن کربن بعنوان منبع تغذیه می باشد. ضایعات محصولات کشاورزی غنی از کربن، بعنوان منبع غذایی برای تغذیه میکروارگانیزم ها مورد استفاده قرار می گیرند. خرما که محتوی قند های ساکاروز و فروکتوز و مواد معدنی آهن، منیزیم، پتاسیم، فسفر، سدیم، روی و ده ها عنصر دیگر است از بزرگترین محصولات کشاورزی ایران در مناطق گرمسیر جنوب می باشد.[3] ضایعات این محصول بعنوان خرمای درجه 3 قابلیت استفاده در تولیدمحصولات غذایی، کشاورزی و دامی مختلف مانند شیره خرمای خوراکی، کمپوست و تهیه غذای دام دارای اهمیت بسیار است .[3]
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
در اواخر سال 1940 میلادی دکتر تاگوچی مفاهیم آماری جدیدی را مطرح کرد و بعدها ثابت شد که این مفاهیم ابزارهای با ارزشی در مقوله کنترل و بهبود کیفیت برای تولید کنندگان است .[4] بسیاری از صنعتگران کشور ژاپن از این روش در بهبود محصولات و کیفیت فرآیند استفاده میکنند. افزایش کیفیت خودروهای ساخت این کشورشدیداً به استفاده گسترده از این روش ارتباط دارد.[4] روش تاگوچی نسبت به روشهای متدوال و رایج مهندسی دارای کیفیتیکاملاً متفاوت است.
درحالی که روشهای متداول بر مبنای بازرسی و کنترل کیفیت در حین فرآیند تولید و یا بعد از تولید محصول است، متدولوژی تاگوچی بر طراحی کیفیت در هنگام طراحی محصولات و فرآیند تأکید دارد. تاگوچی در روش های افزایش کیفیت از ابزارهای آماریکاملاً متداولی استفاده کرده است.[4] اما وی با شناسایی مجموعهای از راهکارهای قدرتمند در طراحی آزمایشات و تحلیل نتایج، این روشها را سادهتر کرده است. روش تاگوچی در افزایش کیفیت محصولات کشور ژاپن بسیار مؤثر واقع شده استاخیراً،. کشورهای صنعتی غربی نیز برای بهبود محصولات و افزایش کیفیت فرآیند در صنایع خود از روش تاگوچی بعنوان روش ساده و مؤثر استفاده میکنند.[4]
.3 مواد و روش ها
هدف در این تحقیق، بهینه سازی شرایط فیزیکی و شیمیایی جهت تولید PHB با سوبسترای خرمای درجه 3 توسط باکتری آلکالیژنز یوتروفوس است. اجرای آزمایش ها به 5 بخش تقسیم می شود:
- 1 تهیه محیط کشت اولیه - 2 فعالسازی باکتری - 3 تهیه محیط کشت ثانویه - 4 تلقیح و کشت باکتری - 5 تهیه محصول و خالص سازی چهار فاکتور - A - pH، غلظت سوبسترا - B - ، دما - oC - و زمان کشت - D - بعنوان متغیر ها جهت بهینه سازی شرایط رشد معرفی شدند. با استفاده از جدول تاگوچی L9 شرایط آزمایش و نحوه چیدمان متغیر ها در هر سطح تعیین شد .[4] با توجه به جدول - 1 - برای هر متغیر سه سطح درنظر گرفته شد.
بهترین شرایط فعالسازی و محیط کشت برای رشد باکتری که در بانک میکروبی ایران طبق جدول - 2 - انتخاب شد. محیط کشت اولیه مایع به حجم یک لیتر در دمای 121 درجه سانتیگراد به مدت 20 دقیقه در دستگاه اتوکلاو قرار گرفت تا استریل شود .[5] وسایل مورد نیاز آزمایش نیز قبل و پس از انجام آزمایش توسط این روش استریل شد. کپسول محتوی باکتری قبل از فعال شدن، با توجه به شرایط نگهداری استاندارد ارائه شده توسط سازمان پژوهش در دمای بین 8 تا 10 درجه سانتیگراد و در محیط تاریک نگهداری شد.چند قطره از محلول کشت اولیه به درون کپسول تزریق شد و پس از مخلوط کردن، محلول همراه باکتری به محیط های کشت اولیه انتقال یافت. با توجه به نمودار رشد، محلول محتوی باکتری به مدت 24 ساعت در دمای 30 درجه جهت فعال شدن باکتری نگهداری شد .[6]
برای تهیه سوبسترای خرما و محیط کشت ثانویه، 100 گرم خرمای درجه 3 را در یک لیتر آب مقطر 80 درجه سانتیگراد بر روی گرمکن مهزن دار به مدت 1 ساعت قرار گرفت. جامدات طی دو مرحله توسط صافی پارچه ای و کاغذ صافی از محلول جدا شدند. 5 میلی لیتر از محلول 24 ساعت حرارت داده شد تا آب آن بخار شده و جامد باقی مانده وزن شد تا میزان گرم شربت خرما در یک لیتر محلول محاسبه شود. محلول خرمای بدست آمده در اتوکلاو بمدت 20 دقیقه و دمای 121 درجه استریل شد. آب مقطر برای رقیق سازی محلول خرما و گرم کردن محلول جهت تبخیر آب جهت غلیظ سازی استاده شد.
pH محلول با دستگاه pH سنج، بین 6 تا 7 قرائت و محلول آمونیاک 0/1 مولار و اسید کلریدریک0/1 نرمال جهت افزایش و کاهش pH استفاده شد. الگوی طراحی شده با توجه به تعداد متغیر و سطوح هر متغیر برای انجام آزمایش از جداول تاگوچی استخراج شد. با توجه به جدول L9 تاگوچی شرایط انجام آزمایش و ترکیب متغیر ها در هر سطح مشخص شد. های کشت شده بر روی آگار به محیط کشت ثانویه منتقل شد. بعد از طی مدت زمان کشت، محلول حاوی باکتری از دستگاه تنظیم دما خارج و در دستگاه سانتریفیوژ به مدت 15 دقیقه با سرعت محوری 8000 دور بر دقیقه جداسازی شد.
مایع - محلول محیط کشت - از جامدات - باکتری حاوی - PHB ته نشین شده جدا و دور ریخته شد. برای شکستن دیواره سلولی و خارج شدن مواد سلولی، کلروفرم به نسبت 50:1 وزنی به لوله ها اضافه شد و به مدت 1 ساعت در دستگاه شیکر قرار گرفت PHB .[5] بطور کامل در کلروفرم حل شده و از جامدات سلولی جدا می شود. سپس با سانتریفوژ کردن محلول و عبور از کاغذ صافی جامدات و مواد سلولی از محلول حاوی PHB جدا شد. محلول بدست آمده را در ظرف حاوی آب و اتانول سرد به نسبت حجمی70:30 قطره قطره وارد کرده و محلول شیری رنگ PHB حاصل می شود .[5]
