بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راهکارهای پژوهشگران برای جداسازی محصولات بیوتکنولوژی استفاده از سیستم های دو فاری آبی به عنوان جایگزین برای استخراج مایع - مایع با سیستم های رایج آب و حلال آلی می باشد. در این تحقیق جدایی آمینواسید گلیسین در سیستم های دو فازی آبی بررسی شده است. گلیسین کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارد و به عنوان بهبود دهنده ی طعم، برای طول عمر مفید در پنیر خامه ای و عامل بافر در تولید مواد غذایی و در صنعت دارویی کاربرد دارد.
سیستم های دو فازی آبی مورد مطالعه مخلوط های از پلی اتیلن گلایکول - PEG - با وزن های مولکولی 1000 - و - 6000 و نمک سدیم تارتارات و آب در دمای 298 کلوین می باشد. با تجزیه این سیستم ها منحنی های جدایی فازی - منحنی باینودال - و خطوط رابط مربوط به هر سیستم تعیین و ترسیم شده و اثر تغییر جرم مولکولی پلی اتیلن گلایکول بر منحنی باینودال و ضریب تقسیم گلیسین و طول خطوط رابط مورد مطالعه قرار گرفته است که افزایش جرم مولکولی پلیمر باعث افزایش منطقه دوفازی و کاهش ضریب تفکیک و افزایش طول خطوط رابط شده است.
مقدمه و هدف
در بین فرایند های موجود برای جداسازی محصولات فرایند شیمیایی استخراج مایع - مایع یک راهکار مناسب محسوب می شود. به طور کلی استخراج مایع - مایع با انتقال اجزای خالص از یک فاز به فاز دیگر انجام می شود که این فاز ها در یکدیگر نامحلول یا نیمه محلول هستند و در تماس با هم قرار گرفته اند. اما استخراج مایع - مایع که در صنعت و با بکارگیری حلال آلی انجام می شود برای بازیابی محصولات فرایندهای زیستی مناسب نمی باشد چرا که بیومولکول هایی مانند پروتئین به اندازه کافی در حلال های آلی قابل انحلال نیستند و احتمال از بین رفتن آنها وجود دارد.
بنابراین جایگزین کردن سیستم های آب و حلال آلی با سیستم های دو فازی آبی1 می تواند انجام شود. از سیستم های دو فازی آبی برای جداسازی و خالص سازی مواد بیولوژیکی نظیر اسید های آمینه، پروتئین ها و آنزیم ها استفاده می شود. این روش اولین بار توسط بیجرنیک1 میکروبیولوژیست آلمانی در سال 1896 گزارش شده است وی مشاهده کرد در صورتیکه محلول آبی ژلاتین و آگار با یکدیگر مخلوط شوند این مخلوط به مرور زمان به دو فاز تبدیل می شود که هر کدام از فازها با توجه به طبیعت شیمیایی خود اجازه می دهند که یک حل شونده به میزان معینی در آن فاز حل شود
در سال 1958 آلبرتسون2 به صورت اتفاقی در حالی که در جستجوی روشی برای جداسازی سبزینه گیاهان بود به خاصیت جداسازی سیستم دو فازی آبی شامل پلی اتیلن گلایکول و دکستران پی برد بدین ترتیب که فاز غنی از پلی اتیلن گلایکول - فاز بالا - به صورت سبز رنگ و فاز غنی از دکستران - فاز پایین - سبز کمرنگ درآمده بود تحقیقات وی در دهه 60 میلادی به صورت جدی روی این سیستم ها ادامه یافت و در واقع با انجام مطالعات انجام شده توسط آلبرتسون سیستم های دو فازی آبی به عنوان روشی نوین برای فرایندهای جداسازی زیستی مطرح شدند
در این تحقیق جداسازی آمینواسید گلیسین در سیستم دوفازی آبی - پلی اتیلن گلایکول + سدیم تارتارات + آب + آمینواسید گلیسین - بررسی شده است. اثر وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول بر منحنی باینودال، طول خطوط رابط و ضریب تفکیک مورد مطالعه قرار گرفته است.
تئوری و پیشینه تحقیق
تاکنون مطالعات زیادی در سیستم های دو فازی آبی انجام شده است و تاثیر عوامل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. از مهم ترین مطالعات صورت گرفته در این زمینه استفاده کولا3 از این سیستم در مقیاس صنعتی است .
گائو4 و همکارانش اثر وزن مولکولی پلیمر پلی اتین گلایکول را بر روی منحنی باینودال بررسی کردند و نتیجه گرفتند که افزایش وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول باعث گسترش منطقه دو فازی می شود یعنی در پلی اتلن گلایکول با وزن مولکولی بالاتر منحنی باینودال با درصد وزنی خوراک کمتری تشکیل می شود .[4] صادقی و همکارانش اثر دما برروی سیستم دوفاری آبی نمک فسفات و پلی اتیلن اکسید 6000 در دماهای 308,15 - ، 298,15 و - 288,15 را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که افزایش دما باعث گسترش منطقه دوفازی می شود
وزیری و همکارانش اثر pH را در مورد این سیستم ها بررسی کردند و به این نتایج دست یافتند که در pH برابر با نقطه ایزوالکتریک ضریب تفکیک برابر با یک می باشد و در pH بزرگتر از نقطه ایزوالکتریک ضریب تفکیک بزرگتر از یک و جداسازی موفقیت آمیز می باشد و در pH کمتر از نقطه ایزوالکتریک ضریب تفکیک کمتر از یک می باشد. .[6] حق طلب و مختارانی اثر pH را روی تغییر منحنی باینودال سیستم دی پتاسیم فسفات + پلی اتیلن گلایکول و سیستم سدیم سولفات + پلی اتیلن گلایکول مورد مطالعه قرار دادند و نتیجه گرفتند که کاهش pH موجب گسترش منطقه دوفازی می شود
انواع سیستم های دو فازی آبی
تاکنون سیتم های دو فازی آبی براساس اجزای تشکیل دهنده فازهای آنها به چهار دسته اصلی تقسیم بندی شده اند:
- 1 سیستم های دو فازی آبی پلیمر- پلیمر
- 2 سیستم های دو فازی آبی پلیمر- نمک
- 3 سیستم های دو فازی آبی بر پایه ی مواد فعال سطحی
- 4 سیستم های دو فازی آبی بر پایه ی مایعات یونی موارد سوم و چهارم از یافته های اخیر محققان می باشد
پارامترهای موثر بر تفکیک اجزا و منحنی فازی در سیستم دو فازی آبی:
جرم مولکولی پلیمر:
با افزایش جرم ملکولی و افزایش طول زنجیر خطی کوپلیمر ، خاصیت آبگریزی آن افزایش می یابد بنابراین در غلظت های کمتری از پلیمر و نمک تشکیل دوفاز رخ داده و ناحیه دوفازی گسترش می یابد.
: PH
با افزایش pH ، منحنی دوفازی به سمت غلظت های کمتری از پلیمر و نمک انتقال می یابد که منجر به گسترش ناحیه دوفازی خواهد شد.
دما:
دما تاثیر مهمی بر ترکیب دو فاز و نیز تفکیک ملکول ها دارد با افزایش دما،حلالیت پلیمر در نمک کاهش یافته و پلیمر و نمک در غلظت های کمتری تشکیل دو فاز می دهند بنابراین ناحیه دوفازی افزایش می یابد.
منحنی فازی:
منحنی فازی ناحیه دو فازی را از ناحیه تک فازی جدا مینماید. بالای منحنی ، دو فاز در حال تعادل با یکدیگر وجود دارد و در پائین منحنی تنها یک فاز موجود میباشد. هنگامی که ترکیب مخلوط به نقطه بحرانی - نقطه - C نزدیک شود، تفاوت بین خواص دو فاز کاهش یافته و در این نقطه ترکیب دو فاز یکسان می گردد. نقطه بحرانی در نمودار فازی به عنوان نقطهای تعریف میشود که ترکیب و حجم هر دو فاز یکسان می باشد.
