مقاله کاربردها و ویژگی ها بیو سورفکتانت های میکروبی در صنایع غذایی

بخشی از مقاله

چکیده

مولکولهاي آمفیفیلیک توانایی حل شدن در محلولهاي قطبی و غیر قطبی را دارند و بسیاري از فعالیت هاي زیستی به حضور آمفیفیلیکها وابستهاند. این مواد در واقع بخش اصلی از غشاهاي بیولوژیکیاند و حمل وانتقال و تبادل مواد را ضمانت میکنند. امروزه بیو سورفکتانتها با وزن مولکولی کم و زیاد، به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی که از خود نشان میدهند، بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. ویژگیهاي خاص آنها باعث شده که بیو- سورفکتانتها در صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی و نفت به طورگسترده استفاده شوند. در سالهاي اخیر با توجه به تحقیقات گسترده بر روي آمفیفیلیکهاي میکروبی، ساختارهاي جدیدي به لیست ترکیبات شناخته شده قبلی اضافه شده است.

این ساختارهاي جدید و کاربردي ناشی از تحقیقیات و آزمایشهاي گسترده با استفاده از گونهها و شرایط جدید میباشد که منجر به دستاوردهاي مثبتی در مطالعات پایهاي در چندین مورد شده است از جمله کاهش کشش سطحی آب - 72mN/m27mN/m , cmc :150 mg/l; rhamnose lipids from Pseudomonas - ، تعیین اندازه میسلها - Iturin A , a lipopeptide from Bacillus Subtilis - ، توانایی معلقسازي، فعالیتهاي بیولوژیکی و همچنین تستهاي کاربردي در بازساري خاك.در این مقاله دستاوردهاي حاصل از کاربرد بیو سورفکتانت هاي میکروبی در صنایع مختلف بخصوص صنعت غذا بررسی گردیده است.

-1 مقدمه

در بسیاري از فرایندهاي حیاتی حضور آمفیفیلیکها ضروري است. این مولکولها در واقع رکن اصلی غشاهاي بیولوژیکی و عهدهدار انتقال و تبدیل مواد هستند. ترکیباتی از جمله اسفینگوزین1، گلایکولیکاسید2 و فسفاتیدیل کولین3 بسیار مشهور هستند. در بعضی از میکروارگانیسم هاي خاص علاوه بر فسفولیپیدهاي موجود، گلیگولیپیدها و لیپیوپتیدها و لیپوپلی ساکاریدها و لیپوپروتئینهاي کمیابی نیز شناسایی شدهاند. ساختار مولکولی این ترکیبات شامل:

-1 نیمه آب گریز که حاوي اسیدهاي چرب به صورت اشباع و غیر اشباع میباشند.

-2 نیمه آبدوست که شامل oligo-,mano‐ یا پلی ساکاریدها، پپتیدها یا پروتئینها هستند. تولید آمفی فیلیک هاي بیولوژیکی توسط باکتر ي ها و قارچ ها آسان تر است زیرا تحقیقات نشان داده است که تولید آن ها توسط میکرو ارگانیسم ها نسبت به تولیدآنها توسط حیوانات و گیاهان زمان کمتري نیاز دارد. اخیراً تحقیقاتی در مورد ساختار بیوسورفکتنت ها انجام شده که دادههایی در مورد کشت میکروبی و تولید انبوه و کاربردهاي تجاري آنها را به دست داده است..[1-4]

به عنوان مثال سویه مخمر Cavdida bomiacola ATCC 22214 قادر است که منبع کربن مخلوط ناشی گلوکز و روغن سبزیجات را به sophorose lipid به مقدار 300-400 g/l با بازده 90% تبدیل کند. خواص فیزیکو شیمیایی ترکیب اخیر و سایر بیوسورفکتنتهاي میکروبی از جمله کشش سطحی محلول آبی آنها مطلوب بوده و دربازه 25-40 nm/m را پوشش داده است. در این بررسی ویژگی هاي کلیدي بیوسنتز بیوسورفکتنت هاي میکروبی، خواص فیزیکوشیمیایی و فعال آنها و همچنین کاربردشان که در تحقیقات گوناگون طی سالهاي اخیر مطالعه شده، مورد بررسی قرار میگیرد.

-2 تولید بیوسورفکتنت رامنولیپید4 از گونه پسودوموناس آئروجینوسا5

تولید رامنولیپید از سال 1949 آغازگردید. در حین کشت بر روي گلوکز، گلیسرول و تري گلیسیریدها، باکتري پسودوموناس آئروجینوسا دو نوع اصلی از رامنولپیدها به نامهاي مونورامنولیپید RL6-1 و دي رامنولیپید RL7-2 را تولید میکند. - شکل. - 1

-1-2 ژنتیک و بیوشیمی

مونورامنولیپید توسط آنزیم رامنوسیلترانسفراز - rhlAB - 8 1 به عنوان کاتالیزور تولید میشود و باواکنش با گلیکوسیل ترسنفر9 ادامه می یابد که طی آن dTP‐L‐rhammse - یک قند فعال - به یک مولکول پذیرنده اسید چرب - β_hydroxydecanoyl_ β_ - hydroxydecanoate انتقال می یابد. راموسیلترانسفراز 2 همراه با گلیکوسیل ترنسفراز دوم در تولید رامنولیپید وارد میشود .

اولین گزارشات در مورد تشخیص و شناسایی ژن - rhlc - اخیراً ارائه شده است .[5] این ژن - Rhlc - پروتئینی است که حاوي 325 آمینواسید با جرم مولکولی 359 KDa می باشد. براي ایجاد جهش کروموزومی در Rhlc جایگزینی ژنی انجام شد. بررسی این عمل تأکید کرد Rhlc در تولید دي رامنولیپید شرکت دارد. در کنار رامنولیپید، پسودوموناس آئروجینوسا قادر است پلی هیدروکیسل کانوئیک اسید - PHAs - و به خصوص پلی هیدروکسی بوتیرات10 را در درون سلول جمع آوري کند .

-2-2 تولید میکروبی و آنالیز ترکیبات رامنولیپید

اخیراً براي تحقیق و بررسی رابطه بین سنتز PHA که در بالا اشاره شده و رامنولیپید، تخمیر n_hexadecane هوازي از پسودوموناس آئروجینوسا سویه ATCC 10145 مورد مطالعه قرار گرفت .[7] محققان دریافتند که تولید PHA تنها در زمان فاز رشد سلولی اتفاق میافتد در حالی که تولید قابل توجه رامنولیپید در شروع فاز سکون آغاز میشود.

به طور کلی پنج ساختار رامنولپید شناسایی شده است. علاوه بر دو ترکیب اصلی - شکل - 1 سه ترکیب کوچکتر دیگر نیز شناسایی شده که β_hydroxydodecanoic acid یا β_hydroxydodecenoic را به عنوان اسید دوم در ساختار خود دارند. تحقیقات دیگري هم در مورد به کارگیري مجدد روغن زیتون و روغن هاي مخصوص سرخ کردن مواد غذایی از جمله گل آفتابگردان به عنوان سوسبترا براي تولد بیوسورفکتنت ها توسط باکتريها و مخمرهاي مختلف انجام شده است .[8] باکتري پسودوموناس آئروجینوسا 47T2 براي این تحقیقات مورد استفاده قرار گرفت.

تأثیر حضور نیتروژن و نرخ کربن به نیتروژن 8 : 1 - C/N - منتج به تولید رامنولیپیدهایی با 2/7 g/l به عنوان رامنوز و بازدة تولید 0/34 g/g شد. Meta‐sandaval و همکاران با استفادة از گونه پسودوموناس آئروجینوسا UG2 تأثیر سوبستراهاي مختلف و شرایط کشت را مورد بررسی قرار دادند .[9] با 29 g/l بعد از 10 روز، گونه باکتري حدود % 64-80 رامنولیپید را تولید کرد که در این مطالعه روغن ذرت به عنوان منبع کربن مورد استفاده قرار گرفت و کارکرد آن با 1‐dodecanal، 1‐tefradecand و گلوکز مقایسه شد. براي غلبه بر مسئله کفزائی در عملیات کشت هوازي پسودوموناس آئروجینوسا، روشی جدید براي تولید رامنولیپید از گونه ATCC 10145 مورد مطالعه قرار گرفت .[10] در غیاب اکسیژن و در شرایط نیتروژن زدائی، اسیدهاي چرب به رامنولیپید تبدیل شدند.

-3-2 خواص فیزیکوشیمیایی

مخلوط رامنولیپید تولید شده توسط پسودوموناس آئروجینوسا UG2 و روغن ذرت به عنوان تنها منبع کربن در علفکش آبگریز تري فلورالین11 حل شد. به نظر میرسد که متابولیسم ناقص محصولات نوعی آبگریز باعث افزایش حجم حلالیت شده باشد. در مقایسه محلول آبی عاري از سلول ناشی از رشد سلولها بر روي روغن ذرت، گونه پسودوموناس 47T2 و سایر هشت گونه پسودوموناس کشش سطحی در حدود 32-36 mN/m نشان دادهاند .[9]