بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله شامل خلاصهای از نتایج نظری ساختار اولتراسانتریفوژو کاربرد آن در صنعت غذا است. اولتراسانتریفوژها، سانتریفوژهاییاند که مجهز به یک یا چند سیستم آشکارساز نوری برای بررسی جداشدن اجزا هستند. از موارد کاربرد التراسانتریفوژها میتوان به تعیین خلوص نمونه، تعیین وزن مولکولی، آنالیز سیستمهای تجمعی و ... اشاره کرد. در این بررسی استفاده از التراسانتریفوژها در پژوهشهای غذا هم مورد مطالعه قرار گرفته است، که تشخیص توکسینهای میکروبی، مطالعه اکسیداسیون چربیها حین نگهداری، شناسایی ویروسهاو ... نمونههایی از آن هستند.
کلمات کلیدی: اولتراسانتریفوژ، آشکارساز، جداسازی
-1 مقدمه
سانتریفوژ عبارت است از تکنیکی که بوسیله آن موادی که شامل دو یا چند جزء با اندازه های متفاوت یا دانسیته های مختلفی هستند از همدیگر جدا می شوند، مثل ماکرومولکولهای حل شده در یک حلال یا ذرات معلق در یک دیسپرسیون.حد مشخصی که تعیین کننده مرز اولترسانتریفوژ باشد وجود ندارد .ولی معمولا سانتریفوژهایی که نیرویی بیشتر از 5000 برابر شتاب ثقلی زمین - g - ایجاد می کنند به نام اولتراسانتریفوژ معروفند. و به دو دسته Preparative -1 و Analytical- 2 تقسیم بندی می شوند.
تعریف اولترسانتریفوژ : اولتراسانتریفوژها، سانتریفوژهایی هستند که مجهز به یک یا چند سیستم آشکارساز نوری هستند بطوری که محقق می تواند حین عمل سانتریفوژ نحوه جداشدن اجزا را از طریق آشکار ساز مشاهده کند .
تاریخچه اولتراسانتریفوژ :این وسیله در سال 1924 توسط یک شیمیدان سوئدی به نام سودبرگ اختراع شد .این دانشمند دستگاه مذکور را جهت بررسی نانوذرات و اندازه گیری اندازه ذرات طلا با قطر 2 نانومتر بکار گرفت .سودبرگ بواسطه این اختراع و کار ارزشمند جایزه نوبل شیمی را در سال 1926 نصیب خود گردانید .پس از چند سال سودبرگ دامنه کاربرد اولتراسانتریفوژ را به حوضه بیوشیمی گسترش داد و برای اولین بار با استفاده از این روش جرم مولکولی بیوپلیمرها مخصوصا پروتئینها را اندازه گیری کرد.به صورت عموم اولتراسانتریفوژ تجزیه ای، یک روش قوی برای بررسی خصوصیات پلی مرها ، بیوپلیمرها، پلی الکترولیتها، نانوذرات، دیسپرسیونها، امولسیونها و سیستمهای کلوئیدی دیگر است .این روش روش مناسبی جهت تعیین جرم مولکولی، اندازهذرات، دانسیته ذرات و تعیین ضرایب واکنش می باشد .همچنین چون اولتراسانتریفوژ یک روش جزء به جزء کردن است، تعیین توزیع جرم مولی، توزیع اندازه ذرات و توزیع دانسیته ذرات هم بوسیله آن امکانپذیر است.
-2 موارد کاربرد عمومی اولتراسانتریفوژ
الف - تعیین خلوص نمونه - Examination of sample purity - اساس تعیین خلوص نمونه های موجود در محلول به وسیله اولتراسانتریفوژ مربوط به سرعت جداسازی ذرات از همدیگر - - sedimentation velocity، حین عمل سانتریفوژ می باشد. استفاده از این روش به عنوان روشی سریع و قدرتمند جهت تعیین خلوص، سالهاست که به کار گرفته می شود و چون نمونه ها در محلول و حلال مشخص و خالص مورد ارزیابی قرار می گیرند، بنابراین این روش را می توان علاوه بر تعیین خلوص مواد، در تعیین ساختار و همچنین تعیین میزان اجتماع و به هم پیوستگی - aggregation - ماکرومولکولها نیز بکار برد.
ب - تعیین وزن مولکولی اولترا سانتریفوژ
تجزیه ای روشی است که جهت اندازه گیری مستقیم وزن مولکولی مواد در حالت طبیعی و در حالت محلول درحلال بکار می رود. از مزایای این روش عدم نیاز به کالیبراسیون و اجرای روشهای زمان بر و پیچیده می باشد. اولتراسانتریفوژ جهت تعیین وزن مولکولی از چند صد - به طور مثال سوکرز - تا چند میلیون - قطعات ویروسی - بکار می رود و تقریبا هیچ روش دیگری وجود ندارد که توانایی تعیین وزن مولکولی مواد در این دامنه وسیع وزن مولکولی را داشته باشد. از این روش در تعین وزن مولکولی پروتئینها، نوکلئیک اسیدها و کربوهیدراتها استفاده می شود. در حقیقت این روش توانایی تعیین وزن مولکولی موادی که دارای جذب نوری یا شکست نوری متفاوتی از حلال می باشند را داراست.
از مزایای تعیین وزن مولکولی به این روش این است که احتیاج به مقادیر کم نمونه - 20 تا 120 میکرولیتر - و غلظتهای پایین /01 - تا ا گرم در لیتر - دارد. با توجه به اینکه روشهایی مانند پراکنش نوری، اسمومتری و استفاده از اشعه x ، روشهایی جهت مطالعه وزن مولکولی هستند ولی هیچکدام از این روشها توانایی تعیین وزن مولکولی را در محدوده وسیع ندارند. همچنین جهت آزمایش، به مقادیر نمونه بیشتری نیاز دارند. در ضمن روشهایی مانند الکتروفورز و روشهای کروماتوگرافی با وجود عمومیت یافتن جهت تعیین وزن مولکولی ، فاقد پایه علمی قوی می باشند و استفاده از آنها نیازمند پذیرفتن یک سری فرضیات است.
ج - آنالیز سیستمهای تجمعی - Analysis of associating systems -
استفاده از روش آنالیز رسوب دهی بوسیله اولتراسانتریفوژ، یک روش با ارزش در مطالعه تغییرات وزن مولکولی مواد، هنگام تجمع مولکولها و تشکیل ساختارهای پیچیده تر می باشد. اکثر فعالیتهای بیولوژیکی بستگی به برهم کنش بین ماکرومولکولهای موجود در آن دارد. روش الکتروفورز حاوی SDS ، به ما اطلاعاتی درباره ترکیبات و استوکیومتری وابسته در ترکیبات را می دهد. در صورتی که روش استفاده آنالیز رسوب دهی بوسیله اولتراسانتریفوژ می تواند وزن مولکولی ترکیبات پیچیده را وقتی در محلول هستند بدون وابستگی به شکل ترکیبات به محقق نشان دهد. ماکرومولکولها در اکثر مواقع دارای چندین حالت تجمعی هستند و روش اولتراسانتریفوژ با استفاده از اساس سرعت رسوب دهی آنها می تواند به صورت مشخصی، انواع حالات تجمعی را از هم تشخیص دهد. با استفاده از آنالیز رسوب دهی می توان وزن مولکولی ترکیباتی را که در کمپلکس شرکت کرده اند به صورت مجزا محاسبه کرد. همچنین اندازه کمپلکس، استوکیومتری و قدرت پیوندهای بین واحدهای تشکیل دهنده کمپلکس ها نیز با این روش قابل تعیین است.
د - تعیین ضرایب رسوب و نفوذ و تشخیص تغییرات کنفورماسیونی
استفاده از اشعه X و تکنیک NMR ، امروزه تنها روشهایی هستندکه جهت تعیین جزییات ساختاری در ابعاد اتم بکار می روند. با این حال تعیین اندازه کلی و شکل ما کرومولکولها یا کمپلکسها در محلول مستلزم اندازه گیری میزان جایجایی ذرات در محلول می باشد.آزمون اندازه گیری سرعت رسوب که بوسیله اولتراسانتریفوژ انجام می شود این امکان را می دهد که ضرایب رسوب دهی و نفوذ را که بیانگر اندازه و شکل ماکرومولکولها و برهم کنش بین آنها است مورد بررسی قرار گیرد. ضرایب رسوبی به طور اخص در تعیین تغییرات کنفورماسیونی ایجاد شده در پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک کاربرد دارد. همچنین میزان خمیدگی در اسیدهای نوکلئیک که در اثر پیوند ایجاد می شود نیز از طریق اندازه گیری در میزان رسوب آنها قابل تعیین است. برخی آنزیمها دارای چندین حالت الیگومری می باشند و تمام انواع این الیگومرها، فعالیت آنزیمی ندارند. با استفاده از اولتراسانتریفوژ و از طریق تکنیکهای جذب نوری و سوبستراهای کروموژنیک می توان میزان فعالیت آنزیمی این حالات مختلف الیگومری را مشخص کرد. این امر بوسیله تعیین رفتار رسوبی آنزیمها در محلولهای بسیار رقیق و نه بطور اخص خالص، امکانپذیر است.
-3 اجزاء دستگاه اولترا سانتریفوژ
اساس کار اولترا سانتریفوژ تجزیه ای، شامل چرخش سریع یک روتور با سرعت دقیق و کنترل شده در محفظه ای که دما در آن به دقت کنترل می شود است. حین چرخش در فواصل زمانی معین ، توزیع غلظت در این دستگاه ثبت می شود. توانایی اندازه گیری و ثبت روند جداسازی نمونه حین چرخش روتور در اولتراسانتریفوژ تجزیه ای به عنوان یک شاخص جهت تمایز این روش از روش اولترا سانتریفوژ preparative قلمداد می شود.در این دستگاه جهت رسیدن به سرعت رسوب گذاری بالا و کاهش میزان انتشار ، کاربرد سرعتهای زاویه ای زیاد امری ضروری است. روتور یک سانتریفوژ تجزیه ای، توانایی چرخیدن در سرعتهای بالای 60000 rpm را داراست. به منظور جلوگیری از افزایش دمای ناشی از اصطکاک و کاهش لرزشهای آئرودینامیکی ،چرخش روتور در یک محفظه تحت خلاء نسبی صورت می گیرد.در شکل شمایی از دستگاه اولتراسانتریفوژ ساخت شرکت Beckman نشان داده شده است.
