تماس با ما

فید خبر خوان

نقشه سایت

فروشگاه فایل های دیجیتالی کمیاب

فروشگاه فایل های دیجیتالی کمیاب


اگر به یک وب سایت یا فروشگاه رایگان با فضای نامحدود و امکانات فراوان نیاز دارید بی درنگ دکمه زیر را کلیک نمایید.

ایجاد وب سایت یا
فروشگاه حرفه ای رایگان

دسته بندی سایت

پرفروش ترین ها

پر فروش ترین های فورکیا


پر بازدید ترین های فورکیا

برچسب های مهم

پیوند ها

اشتراک در خبرنامه

جهت عضویت در خبرنامه لطفا ایمیل خود را ثبت نمائید

Captcha

آمار بازدید

  • بازدید امروز : 1005
  • بازدید دیروز : 2315
  • بازدید کل : 698538

تولید بیو پلیمر پلی هیدروکسی آلکانوآتها وبررسی امکان استفاده آنها در نانوکامپوزیتهای پلیمری...


تولید بیو پلیمر پلی هیدروکسی آلکانوآتها وبررسی امکان استفاده آنها در نانوکامپوزیتهای پلیمری...

چکیده

هدف از انجام این مطالعه تولید بیوپلیمر پلی­هیدروکسی­ آلکانوآتها با استفاده از منابع کربنی گلوکز، فروکتوز، ملاس و آب پنیر توسط میکرو ارگانیسم های Azohydromonas lata DSMZ 1123،Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041 ،Cupriavidus necator DSMZ 545،Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034 بوده است. در مرحله نخست جهت غربالگری میکروارگانیسم ها وانتخاب میکرو ارگانیسم هدف برای تولید بیوپلیمر، شرایط مناسب دما، سن تلقیح و شدت هم زدن برای هر میکروارگانیسم مشخص گردید. در شرایط بهینه هر یک از منابع کربنی به تنهایی مورد استفاده قرار گرفتند تا نوع و میزان بیوپلیمر تولیدی توسط هر یک تعیین گردد. با توجه به نتایج به دست آمده C. necator به لحاظ دارا بودن شرایط مطلوب (رشد مناسب وموثر بر روی محیطهای مورد نظر،ثبات فعالیت بیولوژیکی نسبت به سایر میکروارگانیسم های مورد بررسی وبازده تولید قابل ملاحظه بیوپلیمر ) به عنوان میکروارگانیسم مناسب جهت ادامه تحقیق انتخاب شد . در فرایند غیر پیوسته تولید بیوپلیمر در فلاسک با استفاده از C. necator بر روی منابع گلوکز، فروکتوز و ملاس ، میزان تولید بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات به ترتیب 3/3 ، 9/5 ، 3/1 گرم بر لیتر ومیزان بهره دهی بهترتیب 07/0 ، 08/0 ، 03/0 گرم بر لیتر بر ساعت بوده است . علاوه براین از استات ( استات سدیم با غلظت بهینه 10 گرم بر لیتر ) به عنوان مکمل منبع کربنی به همراه ملاس جهت تولید بیوپلیمر استفاده شد که منجر به تولید میزان 2/7 گرم برلیتر کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات شد. از کوپلیمر تولید شده میزان پلی هیدروکسی بوتیرات و پلی هیدروکسی والرات به ترتیب 9/6 و 32/0 گرم بر لیتر بود. در مرحله دوم با بررسی سینتیک رشد در فرایند غیر پیوسته وپیش بینی روند رشد و تولید محصول، فرایند غیر پیوسته و نیمه پیوسته در بیوراکتور جهت تولید بیوپلیمر مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا در فرایند غیر پیوسته بر روی گلوکز، میزان پلی هیدروکسی بوتیرات 2/4 گرم بر لیتر به ازای مصرف 16 گرم بر لیتر منبع کربنی بود و ضریب انتقال اکسیژن 16/0 بر ثانیه وشدت رشد ویژه میکروارگانیسم 17/0 بر ساعت به دست آمد. سپس فرایند نیمه پیوسته با استفاده از دو روش خوراک دهی ثابت و متغیر پله ای منبع کربن و نیتروژن در غلظتهای 300 و 10 گرم بر لیتر بررسی شد. میزان تولید پلی هیدروکسی بوتیرات در خوراک دهی ثابت 2/8 گرم بر لیتر و در خوراک دهی متغیر 8/11 گرم بر لیتر به دست آمد که حدود 40 درصد افزایش یافت . میزان بهره دهی فرایند های غیر پیوسته و نیمه پیوسته با خوراک دهی ثابت و متغیر به ترتیب 04/0 ، 085/0 ، 137/0 گرم بر لیتر بر ساعت بود. در مرحله سوم امکان تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری با استفاده از بیوپلیمر تولید شده مورد بررسی قرار گرفت . با استفاده از روش تثبیت در حلال ، محلول کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات در کلروفرم به همراه نانوذرات هیدروکسی اپتایت قرار گرفت.نتایج حاکی از آن بود که تولید نانوکامپوزت با استفاده از اولتراسونیک نتیجه بهتری در بر داشت و نانوذرات بصورت یکنواخت بر روی سطح بیوپلیمر تثبیت گشتند.

کلمات کلیدی: پلی هیدروکسی آلکانوات، Cupriavidus necator DSMZ 545، کشت غیر پیوسته،کشت نیمه پیوسته،مدل سینتیکی، نانوکامپوزیت بیوپلیمری

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه 1

فصل اول- مروری بر مطالعات پیشین

1-1-میکروارگانیسم­های تولیدکننده پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها 7

1-2- کوپلیمرهای هیدروکسی­آلکانوات 11

1-3- نحوه سنتز بیوپلیمرهای هیدروکسی­آلکانوات14

1-4- منابع ارزان­قیمت کربنی در تولید پلیمرهای PHA 15

1-5- سنتز پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در گیاهان16

1-6- اندازه­گیری کمی بیوپلیمرها18

1-7- خواص فیزیکی و موارد استفاده پلیمرهای زیستی......................................................................... 19

1-8- قابلیت تجزیه­پذیری پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها............................................................................21

1-9- فرایند تولید پلی هیدروکسی آلکانوآتها........................................................................................23

1-9-1- فرایند غیر پیوسته....................................................................................................................23

1-9-2- فرایند نیمه پیوسته و پیوسته.......................................................................................................24

1-10- مدل سینتیکی رشد میکروارگانیسم.............................................................................................28

1-10-1- بررسی سینتیک رشد در فرایند غیر پیوسته..............................................................................31

1 -11- تعیین ضریب انتقال اکسیژن دربیوراکتور..................................................................................33

1-11-1- روشهای اندازه گیری ...................................................................................................33

عنوان صفحه

1-12- استفاده پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در صنایع ...............................................................................36

1-13- کاربرد بیوپلیمر ها در نانوکامپوزیتهای پلیمری..............................................................................39

1-13-1- انواع نانوکامپوزیتهای پلیمری ................................................................................................39

1-13-2- روش های ساخت نانوکامپوزیتهای پلیمری .............................................................................41

فصل دوم- مواد و روش ها

2-1- میکروارگانیسم..............................................................................................................................45

2-2- انتقال میکروارگانیسم از حالت یخ خشک به محيط كشت اولیه......................................................47

2-3- محیط نگهداری............................................................................................................................47

2-4- محیط کشت تلقیح.......................................................................................................................48

2-5- محیط کشت تخمیر......................................................................................................................48

2-6- آماده سازی کشت تلقیح..............................................................................................................49

2-7- شرایط تخمیر ونمونه برداری........................................................................................................49

2-8- تهيه منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي- جذب....................................................................50

2-9- تهيه منحني­های كاليبراسيون جهت تعيين مقادیر منابع کربن.........................................................51

2-9-1- طرز تهيه محلول معرف DNS...............................................................................................51

2-9-2- رسم منحنی كاليبراسيون قندهاي قابل تبديل............................................................................51

عنوان صفحه

2-10- شرایط کروماتوگراف­گازی برای اندازه­گیری پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها............................52

2-10-1- تهیه استاندارد داخلی.......................................................................................................53

2-10-2- تهیه منحنی­های کالیبراسیون متیل­هیدروکسی­بوتیرات، متیل هیدروکسی­والرات

و متیل­هیدروکسی­هگزانوات...........................................................................................................53

2-10-3- استخراج بیوپلیمر و آماده سازی نمونه برای تزریق به دستگاه GC....................................54

2-10-4- روش شناسائی و تایید بیوپلیمر توسط13C NMR،1H NMR ،. FT-IR................................55

2-10-4-1- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) .............................................................................55

2-10-4-2- طیف بینی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ......................................................55

2-11- فرایند بیولوژیکی جهت تولید بیوپلیمر درون سلولی در بیوراکتور.........................................56

2-11-1- فرایند کشت غیرپیوسته.....................................................................................................56

2-11-2- فرایندکشت نیمه پیوسته.....................................................................................................56

2- 11- 2- 1- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی ثابت منبع کربن ونیتروژن...........................57

2- 11- 2- 2- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی متغیر منبع کربن ونیتروژن .........................57

2-11-3- تعیین ضریب انتقال اکسیژن در بیوراکتور..........................................................................57

2-12- تولید نانو کامپوزیت پلی هیدروکسی بوتیرات هیدروکسی والرات

/هیدروکسی اپتایت.........................................................................................................................59

عنوان صفحه

فصل سوم- نتایج و بحث

3-1- میکروارگانیسم Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034..............................62

3-1- 1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی..........................................................................................62

3-1-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن................................................................................63

3-1-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن ...............................................................................65

3-1-3- استفاده ازآب پنیر بعنوان تنها منبع کربن ...............................................................................66

3- 2- میکروارگانیسم Cupriavidus necator DSM 545......................................................68

3-2-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی...........................................................................................68

3-2-1-2- بررسی تاثیر نسبت نیتروژن به کربن ..................................................................................69

3-2-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن................................................................................73

3-2-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن...............................................................................74

3-2-4- استفاده ازملاس بعنوان تنها منبع کربن...................................................................................75

3-2-5- تاثیر استات بر رشد میکروارگانیسم و تولید بیوپلیمر..............................................................77

3-2-5-1 -ترکیب ملاس و استات بعنوان منابع کربن.........................................................................77

3-3- میکروارگانیسم Azotobacter beijerinckii DSMZ 1041.........................................80

3-3-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی..........................................................................................80

3-3-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن...............................................................................82

3-3-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن..............................................................................83

3-3-4- استفاده ازآب پنیر بعنوان تنها منبع کربن...............................................................................84

3-4- میکروارگانیسم Azohydromonas lata DSMZ 1123..............................85

عنوان صفحه

3-4-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی..........................................................................................85

3-4-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن..............................................................................87

3-4-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن .............................................................................88

3-4-4- استفاده ازآب پنیر بعنوان تنها منبع کربن .............................................................................89

3-5- نتایج کلی مقایسه چهار میکرو ارگانیسم در تولید بیوپلیمر .......................................................92

3-6- بررسی سینتیک رشد میکروارگانیسم در تولید بیوپلیمر............................................................92

3-7- فرایند کشت غیر پیوسته در بیوراکتور.....................................................................................95

3-7-1- تعیین ضریب انتقال اکسیژن در بیوراکتور ..........................................................................97

3-8- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی ثابت در بیوراکتور.................................................98

3-9- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی متغیر (پله ای) در بیوراکتور.....................................99

3-10- بازده بیومس ....................................................................................................................100

3-11- بهره دهی .......................................................................................................................102

3-12- بازده تولید ......................................................................................................................103

3- 13- آزمایشهای تشخیصی جهت تایید بیوپلیمر تولید شده............................................................105

3-13-1- طیف سنجی مادون قرمز(FT-IR) ...............................................................................105

3-13-2- طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ..........................................................106

3-14- بررسی امکان استفاده از بیوپلیمر تولید شده در نانوکامپوزیتها.................................................108

عنوان صفحه

فصل چهارم-نتیجه گیری وپیشنهادات

4-1- نتیجه گیری..................................................................................................................113

4-2- پیشنهادات....................................................................................................................116

مراجع ...................................................................................................................................117

چکیده انگلیسی ..................................................................................................................127

پیوستها.................................................................................................................................128

فهرست شکلها

عنوان صفحه

شکل 1-1-شمای ختار کلی پلی هیدروکسی آلکانوآتها.............................................................................8

شکل 1-2- ساختار شیمیایی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها ...........................................................................12

شکل 1 -3- مسیر بیوسنتز پلی­هیدروکسی­بوتیرات و پلی­هیدروکسی­بوتیرات - والرات...............................14

شکل1-4- تغییرات موردی یک نمونه از مواد تخریب پذیر زیستی در طول زمان............................................ 22

شکل 1-5- شمائی از بیوراکتور استفاده شده جهت فرایند غیر پیوسته و پیوسته........................................ 25

شکل 1-6- نمائی از فرایند پیوسته دو مرحله ای........................................................................................26

شکل 1-7- مدل های رشد میکروارگانیسم ها..........................................................................................29

شکل 2-1- اندازه گیری مستقیم میزان اکسیژن انتقال یافته به محیط کشت توسط روش دینامیک..............58

شکل 3-1- تاثیر سن تلقیح بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm ............................................................................................................62

شکل 3-2-تاثیر شدت هم زدن بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی(T = 30°C،(seed age = 12 h ................................................................................................................63

شکل 3-3- تاثیر دما بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی(shaking rate =

250 rpm ،(seed age = 12..........................................................................................................63

شکل 3-4 - بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا.......64

شکل 3- 5- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا.....65

عنوان صفحه

شکل 3-6 - بیوپلیمر تولیدشده (PHB,PHV) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف آب پنیر...................66

شکل 3-7 - تاثیر سن تلقیح بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بولوژیکی(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm.............................................................................................................68

شکل 3-8- تاثیر شدت هم زدن بر روی رشد سلولی وتولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی (T = 30°C،(seed age = 24.....................................................................................................................69

شکل 3-9- تاثیر دما بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی(shaking rate = 250 rpm ، (seed age = 24................................................................................................................. 69

شکل 3-10- تاثیر نسبت نیتروژن به کربن (1 به 20) بر روی رشد سلولی وتولید بیوپلیمر...........................71

شکل 3-11- تاثیر نسبت نیتروژن به کربن (1 به 30) بر روی رشد سلولی وتولید بیوپلیمر...........................71

شکل 3-12- بیوپلیمر تولیدشده ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف گلوکز با نسبت کربن به نیتروژن 40 72

شکل 3-13- تاثیر نسبت نیتروژن به کربن (1 به 50) بر روی رشد سلولی وتولید بیوپلیمر...........................73

شکل 3-14- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا....75

شکل 3-15-بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف ملاس به عنوان سوبسترا......76

شکل 3-16- بیوپلیمر تولیدشده ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف ترکیب ملاس و استات با نسبت

(35 به 5) به عنوان سوبسترا.................................................................................................................... 77

شکل 3-17- بیوپلیمر تولیدشده ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف ترکیب ملاس و استات بانسبت

( 30 به10 ) به عنوان سوبسترا..................................................................................................................78

عنوان صفحه

شکل 3-18- بیوپلیمر تولیدشده ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف ترکیب ملاس و استات با نسبت

(25 به 15) به عنوان سوبسترا......................................................................................... ..........................79

شکل 3-19- بیوپلیمر تولیدشده ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف ترکیب ملاس و استات با نسبت

(20 به 20) به عنوان سوبسترا..................................................................................................................79

شکل 3-20- تاثیر شدت هم زدن بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی

(T = 30°C،(seed age = 15 ......................................................................................................81

شکل 3-21- تاثیر دما بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی

(shaking rate = 250 rpm ،(seed age =15h...........................................................................81.

شکل 3-22- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا ......82

شکل 3-23- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا ...83

شکل 3-24- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف آب پنیر به عنوان سوبسترا ....85

شکل 3-25- تاثیر سن تلقیح بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی

(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm.....................................................................................86

شکل 3- 26- تاثیر شدت هم زدن بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی

(T = 30°C،(seed age =18 ..........................................................................................................86

شکل 3- 27- تاثیر دما بر روی رشد سلولی تولید بیوپلیمردر شرایط فرایند بیولوژیکی

(shaking rate = 250 rpm ،(seed age =18 ............................................................................87

شکل 3-28- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا......88

عنوان صفحه

شکل 3- 29- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا....89

شکل 3- 30- بیوپلیمر تولیدشده(PHB) ومیزان رشد سلولی به ازای مصرف آب پنیر به عنوان سوبسترا ...90

شکل 3-31- برازش مدل سینتیکی مونود در فرایند تولید پلی هیدروکسی بوتیرات ...................................94

شکل 3- 32- برازش مدل مالتوس بر روی داده های آزمایشگاهی حاصل از فرایند تولید بیوپلیمر

توسط .............................................................................................................................94C. necator

شکل 3-33 - تولید جرم سلولی وپلی هیدروکسی بوتیرات توسط C.necatorدر فرایند غیر پیوسته.......96

شکل 3-34 – اندازه گیری میزان اکسیژن انتقال یافته به محیط کشت بیوراکتور توسط روش دینامیک......97

شکل 3-35 - فرایند نیمه پیوسته تولید پلی هیدروکسی بوتیرات با خوراک دهی ثابت گلوکز ونیتروژن...98

شکل 3-36 - فرایند نیمه پیوسته تولید پلی هیدروکسی بوتیرات با خوراک متغیر گلوکز ونیتروژن.........100

شکل 3-37- طیف FT- IR از نمونه پلی هیدروکسی بوتیرات/هیدروکسی والرات تولید......................105

شکل 3-38- طیف FT- IR از نمونه استاندارد تهیه شده پلی هیدروکسی بوتیرات/هیدروکسی والرات..106

شکل 3-39- طیف 1HNMR حاصل از کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات..........107

شکل 3-40- طیف 13CNMR حاصل از کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات........108

شکل 3- 41- تصویر SEM از سطح فیلم پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات...................109

شکل 3-42- تصویر SEM از سطح فیلم پلی هیدروکسی بوتیرات هیدروکسی والرات/

هیدروکسی اپتایت .............................................................................................................................110

شکل 3-43- تصویر SEM از سطح فیلم پلی هیدروکسی بوتیرات هیدروکسی والرات/

هیدروکسی اپتایت تحت اواتراسونیک................................................................................................111

عنوان صفحه

شکل پ-1-منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتری C. necator.............................................129

شكل پ-2- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتری Hydrogenophaga pseudoflava....129

شكل پ-3- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتری Azotobacter beijerinckii................130

شكل پ-4- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتری Azohydromonas lata .....................130

شكل پ-5- منحنی کالیبراسیون گلوکز..................................................................................................131

شكل پ-6- منحنی کالیبراسیون فروکتوز................................................................................................131

شكل پ- 7- منحنی کالیبراسیون لاکتوز......................................................................................132

شكل پ-8- منحنی کالیبراسیون 3- متیل­هیدروکسی­بوتیرات، 3-متیل­هیدروکسی­والرات و

3-متیل هیدروکسی­هگزانوات................................................................................................................132

شکل پ 9- نمودار کروماتوگرام GC برای استاندارد ppm 200..........................................................133

شکل پ 10- نمودار کروماتوگرام GC برای استاندارد ppm 400........................................................134

شکل پ 11- نمودار کروماتوگرام GC برای استاندارد ppm 600........................................................135

شکل پ 12- نمودار کروماتوگرام GC برای استاندارد ppm 800........................................................136

شکل پ 13- نمودار کروماتوگرام GC برای استاندارد ppm 1000......................................................137

شکل پ 14- طیف حاصل از FT-IR بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/هیدروکسی والرات................138

شکل پ 15- طیف C NMR کوپلیمر( پلی 3- هیدروکسی بوتیرات/ 4- هیدروکسی بوتیرات)

به دست آمده از فرایند رشدC. necator بر روی روغن نخل.............................................................139

شکل پ 16- طیف C NMR بیوپلیمر( پلی هیدروکسی بوتیرات به دست آمده از فرایند رشد

C. necator بر روی سوبستراهای کیک سویا و مخلوط کیک سویا و ملاس....................................140

شکل پ 17. طیفهایC NMR وH NMR کوپلیمرPHBV به دست آمده از مخمر نوترکیب........140

شکل پ 18 . طیف H NMR بیوپلیمر( پلی هیدروکسی بوتیرات به دست آمده از فرایند رشد

E.coli T.V.N. ..............................................................................................................................141

شکل پ 19. طیف H NMR کوپلیمر PHBV به دست آمده از Comamonas sp. EB172 .....141

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 1-1- برخی از باکتریهای مورد استفاده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها...................................9

جدول 1-2- میکروارگانیسم­ها و منابع مورد استفاده در تولید کوپلیمر هیدروکسی­بوتیرات – والرات........13

جدول1-3- مقایسه برخی از خواص فیزیکی پلیمرهای تولیدی................................................................19

جدول 1-4- برخی از میکروارگانیسم­های جداسازی شده جهت تجزیه PHAs....................................21

جدول1-5- تعدادی از متداول ترین مدل‌هاي رشد غير ساختاري............................................................30

جدول 1-6- شرکتهای تولید­کننده پلیمرهای زیست­تخریب­پذیر..............................................................38

جدول 2-1- اجزای محیط کشت تولید (DSMZ, Medium 81) ...................................................46

جدول 3- 1- نتایج حاصل از فرایند بیولوژیکی تولید بیوپلیمر توسط میکروارگانیسم ها بر روی

منابع مختلف کربنی................................................................................................................................91

جدول 3- 2- مدلهای سینتیکی به کار برده شده برای تولیدپلی هیدروکسی بوتیرات با استفاده از گلوکز..93

جدول 3-3- پارامترهای سینتیکی جهت تولید پلی هیدروکسی بوتیرات از منابع کربنی مختلف................95

جدول 3-4- حداکثر بازدهی تولید با استفاده از ترکیبات مختلف...........................................................104

مقدمه

استفاده از پليمرها و پلاستيك ها در اغلب وسايل انسان از ريزترين آنها گرفته تا بزرگترين آنها انكار ناپذير است. دليل اين استفاده وافر پليمرها و پلاستيك ها در زندگي انسان خواص بسيار زياد آنها مي باشد. مصرف سرانه پلاستيك در اروپا 60 كيلوگرم و در آمريكا 80 كيلوگرم در سال است [1]. عليرغم فوايد فراوان پليمرها و پلاستيك ها، استفاده از آنها باعث معضلات زيست محيطي فراوان شده است و همين امر باعث شده است كه بشر به فكر توليد پليمرهاي زيست تخريب پذير و تخريب زيستي پليمرها و پلاستيك ها بيافتد.

مکانيسمهاي دروني و توانايي خود تنظيمي طبيعت نمي توانند اين آلاينده ها را تجزیه کنند چون با اين مواد نا آشنا هستند. اين امر موجب شده است بسياري از کشورها شروع به توسعه پلاستيک هاي قابل تجزيه زيستي کنند. بر اساس يک تخمين، بيش از 100 ميليون تن پلاستيک هر ساله توليد مي شوند. 40% از اين مقدار به محل هاي دفن زباله منتقل مي شود و چند صد هزار تن هر ساله به محيط هاي دريايي ريخته مي شوند و در مناطق اقيانوسي تجمع مي يابند. سوزاندن پلاستيک ها يکي از گزينه ها در دفع پلاستيک ها مي باشد؛ اما علاوه بر پرهزينه بودن خطرناک نيز مي باشد[1-2].

پلاستيک هايي که کاملا تجزيه پذیرند، نسبتاٌ جديد و نويد دهنده اند که به خاطر بهره گیری از باکتريها براي تشکيل بيوپليمر مي باشد که عمدتاٌ شامل پلی هیدروکسی آلکانویت ها[1]، پلی لاکتیک اسیدها[2]، پلی استرهای آلیفاتیک[3]، پلی ساکاریدها[4]، و يا ترکيبي از اين مواد مي باشند[1].

1- انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر

پليمرهاي زيست تخريب پذير زيادي شناسايي شده اند و يكي از مهمترين آنها پلي هيدروكسي آلكانوات ها مي باشد. استفاده از اين گروه پليمرهاي زيست تخريب پذير در كشاورزي و صنايع دارويي و غيره بسيار مورد توجه قرار گرفته است كه دليل آن سازگاري با محيط زيست و سامانه هاي حياتي مي باشد[2].

پلي هيدروكسي آلكانوات ها ،پليمرهاي زيست تخريب پذير هستند و به صورت ذرات درون سلولي در ميکروارگانيسم هاي مختلف تشکيل مي شوند[3]. وزن مولکولي اين پليمرها در محدوده 105*2 تا 106*3 دالتون مي باشد. وزن مولکولي بر حسب نوع ميکروارگانيسم و شرايط رشد تغيير مي کند[3].

يکي ازمهمترين پلي هيدروکسي آلکانوات ها، پلي هيدروكسي بوتيرات است. پلي هيدروكسي بوتيرات يك پليمر خطي از 3-هيدروكسي بوتيرات است و در اندازه هاي مختلفي از ذرات در داخل سلول موجود است. پلي هيدروكسي بوتيرات به عنوان يك منبع ذخيره انرژي و كربن براي ميكروارگانيزم مي باشد و تحت شرايطي مثل محدوديت نيتروژن، فسفر، اكسيژن، يون ها و غيره در داخل سلول تجمع مي يابد و با رفع اين محدوديت ها پلي هيدروكسي بوتيرات تجزيه مي شود. پلي هيدروكسي بوتيرات جامد به عنوان يك پلي استر ترموپلاستيك زيست تخريب پذير مورد توجه قرار گرفته است زيرا خواص شبيه به خواص تعداد زيادي از پلاستيك هاي سنتزي معمولي دارد[4-6].

2- ویژگیهای پلی هیدروکسی آلکانوآتها

پلي هيدروكسي بوتيرات داراي خواص فيزيكي و شيميايي شبيه به پلي اتيلن و پلي پروپيلن است و مانند پلاستيكهاي معمولي در زمينه هاي متعددي قابل استفاده است. به عنوان مثال مي توان آن را قالب ريزي كرد، توسط پركن هاي غير آلي تقويت كرد، به صورت رشته هايي به هم تابيد يا به شكل ورق درآورد و داراي خواص آب بندي عالي است[7].

طي دو دهه اخير پلي‌هيدروكسي‌آلكانوات‌ها بطور وسيعي مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. آنها قابل تجزيه و سازگار با محيط‌زيست بوده و از منابع تجديد‌پذير قابل استحصال مي‌باشند. این خواص، آنها را بعنوان جايگزيني مناسب براي پلیمرهاي مشتق‌شده از مواد نفتي معرفي مي‌كند. بسیاری از گونه­های میکروارگانیسم که جزو اعضای خانواده Halobactericeae می­باشند قادر به تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها می­باشند. تاکنون بیش 300 گونه از این میکروارگانیسم­ها شناسایی گردیده و تعداد آن مرتبا در حال افزایش می­باشد[8]. باکتریها قادر به سنتز طیف وسیعی از ترکیبات پلی­هیدروکسی­آلکانوات هستند و تقریبا 150 ترکیب متفاوت از پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها تاکنون شناسایی شده است. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها که از سلولهای باکتریها گرفته می­شوند دارای ویژگیهای مشابه با پلاستیکهای متداول نظیر پلی­پروپیلن می­باشند[9]..پلي‌هيدروكسي‌آلكانوات‌ها را برحسب نوع مونومر به دو دسته مي‌توان تقسيم نمود. دسته اول پليمرهايي با زنجيره كوتاه هستند كه داراي 3 تا 5 اتم كربن بوده و ترد و شكننده مي‌باشند. دسته دوم، پليمرهايي با زنجيره متوسط كه داراي 6 تا 14 اتم كربن بوده و داراي خاصيت الاستيكي مي‌باشند[10].

پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در فرایند بیولوژیکی هوازی و در محدوده دمایی C° 60 و رطوبت 55% به کمپوست تبديل می­گردند. مطالعات نشان داده است که در فرایند دفن بهداشتی[5]، 85 درصد پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها تجزیه می­گردد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها از گستره وسيعي از مواد اوليه همچون منابع تجديد پذیر (ساکاروز، نشاسته، سلولز) و منابع فسيلي (متان، نفت خام، ليگنيت)،محصولات فرعي (ملاس، آب پنير، گليسرول)، اسیدهای آلی مثل(اسید استیک، اسيد پروپيونيک و اسید بوتیریک) و دي اکسيد کربن قابل استحصال می­باشند[11-12].

3- بیان مسئله

تنوع گسترده مونومرها در پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها طیف وسیعی از پلیمرها با خواص فیزیکی متفاوت ایجاد کرده است. پلی­هیدروکسی­بوتیرات حالت ترد و شکننده داشته و دارای کاربرد بسیار کمی می­باشد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­هایی که دارای زنجیره متوسط هستند خاصیت الاستیکی داشته و موادی سخت محسوب می­شوند که برای تولید لاستیک بسیار مناسب می­باشند. کوپلیمرهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات شامل هیدروکسی­بوتیرات به همراه زنجیره­های بلندتر نظیر هیدروکسی­ والرات، هیدروکسی ­هگزانوات یا هیدروکسی ­اوکتانوات بوده و دارای انعطاف­پذیری بیشتری بوده و دوام بالاتری دارند. این ترکیبات قابلیت مصرف در طیف وسیعی از تولیدات نظیر بطری، خودتراش، پوششهای ضد آب و بسته­بندی مواد غذایی را دارا هستند[13].

در این تحقیق با استفاده از منابع کربنی مختلف توانایی باکتریهای Cupriavidus necator DSMZ 545، Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041و Azohydromonas lata DSMZ 1123 و درنهایت Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034 در تولید بیوپلیمر هیدروکسی مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله سوالاتی که سبب شروع این تحقیق گردید:

1- میزان تولید بیوپلیمر توسط باکتریهای مذکور بر روی منابع ارزان چگونه است؟

2- آیا باکتری های فوقتوانایی تولید کوپلیمر را دارا هستند؟

3- تاثیر منابع مختلف کربن بر نوع و میزان پلیمر تولیدی چه میزان است؟

4- تاثیر منابع فسفر و نیتروژن در تولید بیوپلیمر به چه صورت است؟

5- کدام باکتری از میان باکتریهای مورد بررسی شرایط بهتری جهت تولید بیوپلیمر دارد؟

6- مدل سینتیکی رشد وپارامترهای سینتیک رشد چگونه می باشند؟

7- فرایند های مذکور در فرمانتورهای پیوسته و غیر پیوسته به چه صورت قابل اجرا می باشند؟

8- نرخ انتقال اکسیژن در فرایندهای بیولوژیکی مذکور چگونه است؟

9- آیا امکان استفاده از بیوپلیمر تولید شده جهت تولید نانوکامپوزیت پلیمری وجود دارد؟

تحقیقات موجود نشان می­دهد که استفاده از منابع ساده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها سبب تولید تنها یکی از مونومرها شده و پلیمر ترکیبی یا کوپلیمر ایجاد نخواهد کرد، بنابراین ضروری است که منبع کربن بصورت مخلوط و ترکیبی یا از منابع دارای ترکیبات مختلف استفاده گردد.

4- اهداف تحقیق

تحقیق حاضر در زمینه بررسی امکان تولید مواد سازگار با محیط­زیست جهت کاهش اثرات منفی پلاستیکهای مشتق­شده از نفت خام صورت گرفته است. همچنین در این تحقیق از ضایعات ارزان قیمت جهت تولید بیوپلیمر استفاده شده است که این امر باعث کاهش آلودگی محیط زیست و همچنین کاهش قیمت تمام شده تولید بیوپلیمر می شود .بنابر این تولید پلیمر های زیست تخریب پذیر می­تواند راهگشای بسیاری از صنایع کشور، از جمله صنایع پزشکی ،داروسازی و بسته­بندی مواد غذایی باشد. در حال حاضر اینگونه مواد از کشورهای دیگر تهیه می­گردد.

فصل اول

مروری بر مطالعات پیشین

در این فصل به مروری بر منابع می­پردازیم که دربرگیرنده میکروارگانیسم­های مورد استفاده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها، منابع کربنی مورد استفاده، استفاده از گیاهان، منابع کربنی ارزان ­قیمت و همینطور تغییر نسبت بین منابع کربن، نیتروژن می­باشد. در ادامه به ویژگیهای فیزیکی، تخریب­پذیری و همینطور استفاده­های صنعتی آنها پرداخته شده است.سپس انواع نانوکامپوزتهای بیوپلیمری مورد بررسی قرارگرفت و روشهای تولید مختلف گزارش شده در تحقیقات انجام شده بررسی شد.

1-1- میکروارگانیسم­های تولیدکننده پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها

پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها[6] استرهای هیدروکسی­آلکانوات­ها هستند که توسط تعدادی از باکتری­ها بصورت ذخایر انرژی و کربن درون سلولی سنتز شده و بصورت گرانول در سیتوپلاسم سلولها تجمع می­یابند[14]. پلی­هیدروکسی­بوتیرات[7] اولین عضو خانواده پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها بوده که برای اولین بار در انستيتو پاستور توسط لمون[8] ­­­­­­­­در سيتوپلاسم Bacillus megaterium کشف و فرمول کلي آن به صورت n(C4H6O2) توصيف شد [9]. در سال 1943 برای اولین بار رابطه مستقیم تولید PHB و شکل گیری گرانول ها در جنس Bacillus مشاهده شد. گرانول ها، هر کدام توسط یک غشاء یا پوسته با ضخامت 2 تا 4 نانومتر احاطه شده اند و دارای پروتئین و فسفولیپید می باشند[15]. گرانول هاي PHB جدا شده کروی بوده و دارای قطری مابین200 تا 700 نانومتر هستند و هرکدام دارای چند هزار مولکول PHB می باشند. در حقیقت PHB سردسته خانواده پلی استرهای طبیعی می باشد که دارای ساختار اصلی 3 کربنه هستند ولی نوع گروه آلکیل در جایگاه β یا 3 متفاوت است. این پلیمرها بطور کلی پلی هیدروکسی آلکانویت[9] نامیده می شوند.مشاهده شده بود كه B. megaterium در هنگام رشد در محيط كشت با محدوديت نيتروژن مقدار زيادتري از PHB را ذخيره مي­كند که نشان می­داد تولید PHB در پاسخ به شرایط نامتعادل جهت رشد حاصل می­شود [15]. شکل 1-1 ساختار کلی پلی هیدروکسی آلکانوآتها را نشان می دهد.

n = 1 R = hydrogen → Poly(3-hydroxypropionate)

R = methyl → Poly(3-hydroxybutyrate)

R =ethyl → Poly(3-hydroxyvalerate)

R = propyl → Poly(3-hydroxyhexanoate)

R = pentyl → Poly(3-hydroxyoctanoate)

R = nonyl → Poly(3-hydroxydodecanoate)

n = 2 R = hydrogen → Poly(4- hydroxybutyrate)

n = 3 R = hydrogen → Poly(5- hydroxyvalerate)

شکل 1-1- شمای ساختار کلی پلی هیدروکسی آلکانوآتها[16]

باکتریهایی که برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها مورد استفاده قرار می­گیرند را به دو دسته می­توان تقسیم­بندی نمود: دسته اول شامل باکتریهایی هستند که برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات، به کمبود یکی از عناصر ضروری نظیر نیتروژن، فسفر، منگنز و یا گوگرد به همراه کربن اضافی در محیط نیاز دارند. از این گروه از باکتریها می­توان به Ralstonia eutrophus ، Protomonas extorquens ، Protomonas oleovorans و C. necator اشاره نمود[17].دسته دوم شامل باکتریهایی می­باشند که به هیچ­گونه کمبودی جهت تولید بیوپلیمر نیاز نداشته و همزمان با رشد قادر به تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها می­باشند. از این گروه می­توان به Alcaligenes latus،Escherichia coli ، Azohydromonas lata، Hydrogenophaga pseudoflava و Azotobacter beijerinckiiاشاره نمود [18] .

جدول 1-1- برخی از باکتریهای مورد استفاده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها[18]

باکتری

نوع پلیمر

منبع کربن

درصد PHAs

از وزن سلول

Azotobacter vinelandii

Azotobacter beijerinckii

P(3HB)

P(3HB)- PHV

 

گلوکز و پپتون ماهی

گلوکز

82

85

Azohydromonas lata

Alcaligenes latus

P(3HB)

ساکاروز

88

 

Pseudomonas strain K

P(3HB)

متانول

64

Recombinant Escherichia coli LB 1

P(3HB)

گلوکز

76

Ralstonia eutropha

P(3HB)

گلوکز

74

Chromobacterium violaceum

P(3HV)

اسید والریک

70-65

Pseudomonas putida

P(3HHx-co-3HO-co-3HD-co-3HDD-co-3HTD)

اسید اولئیک

45

Recombinant Pseudomonas putida

P(3HB-co-3HV-co-4HVco-3HHx-co-3HO)

Octanoic acid + Levulinic

43

Pseudomonas oleovorans

P(3HHx-co-3HO)

اکتان

40-35

       

پلی­هیدروکسی­آلکانوات بطور معمول پلیمری تولید می­کند که 103 تا 104 مونومر دارد که این مونومرها بدون اینکه اثر سوء بر ارگانیسم­ها داشته باشند در داخل سلولهای باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی تجمع می­یابند[18].جدول1-1 برخی از میکروارگانیسم­ها و منابع کربن مورد استفاده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها را نشان می­دهد.

محتوای پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها برحسب منبع کربن و نوع میکروارگانیسم مورد استفاده، متفاوت بوده و بین 40 تا بیش از 80 درصد وزن سلول متغیر است.یکی از متداولترین منابع برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها گلوکز است.در یکی از مطالعات با استفاده از میکروارگانیسم Alcaligenes eutrophus در محیط کشتی حاوی گلوکز به تولید0 بیوپلیمر دست یافتند که تمامی بیوپلیمر تولید هیدروکسی­بوتیرات بود [19]. در مطالعه­ای دیگر Ramsay و همکاران از گلوکز استفاده کردند. پلیمر تولیدی در این مطالعه نیز، هیدروکسی­بوتیرات بود[20] .از زمان شناسایی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها، فروکتوز بعنوان یکی از منابع اصلی کربن در مطالعات مورد استفاده قرار گرفته است[14, 21-22].

اما بجز این منبع، منابع متعدد دیگری نظیر اسید لاکتیک[23]، ترکیبی از اسید لاکتیک و اسید استیک[24] نیز برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها مورد استفاده قرار گرفته­اند.koller و همکاران با استفاده از Pseudomonas hydrogenovora and Hydrogenophaga اقدام به تولید پلی هیدروکسی بوتیرات ووالرات ازلاکتوز آب پنیر نمودند[25].تحقیقات نشان داده است که مقدار منبع کربن به تنهایی برای بیان نحوه تولید بیوپلیمر کافی نیست و لازم است تا عوامل متعدد دیگری نیز در این زمینه مورد بررسی قرار گیرند. در این ارتباط نسبت بین منابع کربن و نیتروژن (C/N) توانسته تا حدود بیشتری رشد میکروارگانیسم و شکل­گیری بیوپلیمر را بیان کند[5].بدین منظور تاکنون تحقیقات متعددی صورت گرفته است که در آن نسبت بین منابع کربن/نیتروژن/ فسفر و یا کربن/نیتروژن مورد بررسی واقع شده است. از جمله این تحقیقات می­توان به مطالعه، Wang و همکاران (2007) اشاره نمود. آنها نسبت بین کربن و نیتروژن را بصورت 20، 40، 60، 80، 100، 140 در نظر گرفتند. نتایج کار، نشان می­داد که افزایش نسبت کربن به نیتروژن از 20 الی 80، سبب افزایش تولید بیوپلیمر در میکروارگانیسم Alcaligenes latus DSM 1124 شده است[26]. مطالعه Lee و همکاران (2008) با استفاده از C. necator و روغن نخل و اسید پروپیونیک، اقدام به تولید بیوپلیمرهای هیدروکسی­آلکانوات نمودند. مهمترین عامل در تولید بیوپلیمر توسط این میکروارگانیسم، نسبت بین کربن به نیتروژن بود. در این مطالعه نسبت بین کربن به نیتروژن بین 42 الی 48 تنظیم گردیده بود. آنها نشان دادند که افزایش میزان نیتروژن در محیط، سبب کاهش تولید بیوپلیمر شده است[27].مطالعه Tian و همکاران (2000) نشان داد که نسبت کربن/ نیتروژن مناسب برای رشد و تولید بیوپلیمر بین 20 الی 40 است[28].نتايج آنها توسط مطالعه­ای که اخیرا توسط Amirul و همکاران (2008) صورت گرفته نیز تایید شده است[29].

1-2- کوپلیمرهای هیدروکسی­آلکانوات

در شکل 2-1 ساختار شیمیایی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها نشان داده شده است. تعداد اتمهای کربن در گروه آلکیلی از 1 تا بیش از 14 اتم کربن متغییر است و بر این اساس پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها به سه دسته زیر قابل تقسیم­بندی هستند:

شکل 1-2- ساختار شیمیایی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها[9]

  1. پلی­هیدروکسی­آلکانوات با زنجیره کوتاه که بین 3 تا 6 اتم کربن دارند.
  2. پلی­هیدروکسی­آلکانوات با زنجیره متوسط که بین 6 تا 14 اتم کربن دارند.
  3. پلی­هیدروکسی­آلکانوات با زنجیره بلند که بیش از 14 اتم کربن دارند[30]

بسیاری از گونه­های میکروارگانیسم­ها قادر به سنتز هر دو نوع پلیمر با زنجیره کوتاه و بلند هستند. پلی­­هیدروکسی­بوتیریت فراوانترین نوع مونومر تولید شده از نوع زنجیره کوتاه است و مطالعات فراوانی در زمینه تولید آن صورت گرفته است. کوپلیمرهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات می­تواند متشکل از­هیدروکسی­بوتیرات به همراه درصدی هیدروکسی­والرات، هیدروکسی­هگزانوات و یا 4- هیدروکسی­بوتیرات باشند. پلی­هیدروکسی­بوتیرات - والرات[10]، یکی از پرکاربردترین انواع کوپلیمرهای تولیدشده توسط میکروارگانیسم­ها است. برای تولید کوپلیمر، استفاده از دو منبع کربن که یکی بعنوان منبع اصلی و دیگری بعنوان پیش­ماده[11] عمل می­کند، ضروری بنظر می­رسد[9].در جدول 2-2 برخی از میکروارگانیسم­ها و منابع کربنی مورد استفاده در تولید این نوع کوپلیمر به اختصار آورده شده است.همانطور که در جدول 1-2 نشان داده شده است باکتری Delftia acidovorans با استفاده از ترکیب گلوکز و سدیم­والرات بیشترین مقدار هیدروکسی­والرات را تولید کرد. میکروارگانیسم Cupriavidus necator H16 کمترین میزان کوپلیمر (هیدروکسی­بوتیرات – والرات) را تولید کرده است. برای تولید بیوپلیمر توسط این میکروارگانیسم از روغن نخل و اسید پروپیونات بعنوان منابع کربن استفاده شده است.

جدول 1-2- میکروارگانیسم­ها و منابع مورد استفاده در تولید کوپلیمر هیدروکسی­بوتیرات - والرات

میکروارگانیسم

منبع کربن

درصد والریت

مرجع

Cupriavidus necator H16

روغن نخل و پروپیونات

2-8 mol % HV

Lee و همکاران، 2008

Cupriavidus necator H16

روغن نخل و سدیم والرات

3-14 mol % HV

Lee و همکاران،2008

Nostoc muscorum

استات و پروپیونات

25-28 mol % HV

Mallick و همکاران، 2007

Delftia acidovorans

گلوکز و سدیم والرات

0-90 mol% HV

Loo و Sudesh، 2007

Bacillus sp-256

Mahua

10 mol% HV

Kumar و همکاران، 2007

Pseudomonas oleovorans NRRL B-778

گلوکز و اسید آلکانوئیک

گزارش نشده

Ashby و همکاران، 2002

Alcaligenes latus

گلوکز و اسید پروپیونیک

18.5 mol % HV

Ramsay و همکاران، 1990

Alcaligenes latus DSM 1122

اسید والریک و بوتیریک

45 mol% HV

Wang و همکاران،2007

Ralstonia eutropha

زائدات میوه و سبزیجات

30 mol % HV

Ganzeveld و همکاران، 1999

Ralstonia eutropha

گلوکز و اسید پنتانوئیک

18-84 mol% HV

Nurbas و Kutsal، 2004

Azotobacter vinelandii UWD

گلوکز و سدیم والرات

8.5-23 mol% HV

Page و همکاران، 1992

Pseudomonas hydrogenovora

Hydrogenophaga

آب پنیر و اسید والریک

21 mol % HV

Koller و همکاران، 2008

 

1-3- سنتز بیوپلیمرهای هیدروکسی­آلکانوات

شکل 1-3 مسیر بیوسنتز پلی­هیدروکسی­بوتیرات و کوپلیمر هیدروکسی­­بوتیرات و والرات را نشان می­دهد. در مسیر گلوکز، ابتدا ژن phaA آنزیم بتاکیتوتیالاز را بازگشایی می­کند تا استیل کوآنزیم A، تشکیل گردد. منبع کربنی اسید پروپیونیک تولید پروپیونیل کوآنزیم A، 3-کتووالریل کوآنزیم A ، 3- هیدروکسی کوآنزیم A و در نهایت پلی­هیدروکسی­بوتیرات و والرات و یا کوپلیمر می­کند. در واقع دیاستاز NADPH، 3-کتووالریل­کوآنزایم A را به 3-هیدروکسی­والریل­کوآنزیم A تبدیل می­کند. اما همین آنزیم استواستیل­کوآنزیم A تشکیل شده با منبع کربنی گلوکز به 3- هیدروکسی­بوتیرات تبدیل می­کند.

شکل 1-3- مسیر بیوسنتز پلی­هیدروکسی­بوتیرات و پلی­هیدروکسی­بوتیرات - والرات[31]

در مواردی که مخلوطی از گلوکز و بوتیریک اسید بعنوان منبع کربنی استفاده می­شود، کوپلیمر پلی­هیدروکسی­بوتیرات- هیدروکسی­والرات بدست می­آید. در غیر اینصورت، پلی­هیدروکسی­بوتیرات تنها بیوپلیمر تولیدشده از منبع کربنی گلوکز می­باشد.

1-4- منابع ارزان­قیمت کربنی در تولید پلیمرهای PHA

برخلاف جذابیت اولیه­ای که در پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها دیده می­شود اما تولید آنها که 5 تا 10 برابر هزینه بیشتری نسبت به پلیمرهای مشتق­شده از نفت خام دارند، چندان مقرون به صرفه بنظر نمی­رسد [15].مهمترین عامل در قیمت تولید، نوع منبع کربن مورد استفاده است. برای کاهش این هزینه از میکروارگانیسم­های نوترکیب که قادر به استفاده از منابع کربن ارزان قیمت می­باشند استفاده شده است. همچنین گزارشهایی موجود است که نشان می­دهد برخی از سویه­های وحشی نیز قادر به استفاده از این منابع کربن ارزان­قیمت می­باشند. هر چند میزان پلیمر و خلوص آن بسیار پایین­تر از پلیمر تولیدی با استفاده از منابع کربن خالص است. در یکی از مطالعات برای رشد باکتری Pseudomonas cepacia ATCC 17759 و تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات بجای استفاده از گلوکز خالص، زایلوز[12] به میزان 10 گرم بر لیتر استفاده شد. میزان تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات، 6/2 گرم بر لیتر در این مطالعه گزارش گردید. هزینه استفاده از زایلوس بعنوان منبع کربن، تقریبا معادل استفاده از ملاس چغندرقند و 50 درصد هزینه تمام شده تولید هیدروکسی­بوتیرات بوسیله گلوکز خالص است[32]. پلی­هیدروکسی­بوتیرات و کوپلیمرپلی­هیدروکسی­بوتیرات - والرات، با استفاده از لجن فعال تولید شده­اند[33]. افزودن اسید والریک بهمراه اسید پروپیونیک به محیط کشت مانند آب پنیرسبب تولید کوپلیمر توسط Pseudomonas hydrogenovora and Hydrogenophaga گردید[34].ضایعات کشاورزی یکی دیگر از منابع ارزان قیمت برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها است. در مطالعه­ای از ملاس بعنوان منبع کربن برای تولید پلیمر توسط E. coli استفاده گردید. محصول نهایی پلی­هیدروکسی­بوتیرات بمیزان 9/35 گرم بر لیتر بدست آمد[35]. استفاده از [13]SSF یکی از روشهایی است که به تازگی و در برخی از مطالعات برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها از ضایعات کشاورزی مورد استفاده قرار گرفته است. در یکی از این تحقیقات از باکتری C. necator برای تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات استفاده گردید. منبع کربن در این مطالعه، کیک سویا و ملاس نیشکر بوده است [36]. ترکیب دو نوع میکروارگانیسم که یکی بعنوان تجزیه­کننده منبع کربن و آزاد­کننده قند لازم برای میکروارگانیسم اصلی و تولیدکننده بیوپلیمر است یکی دیگر از راهکارهای پیشنهادی برای تولید این نوع از پلیمرها بوده است. برای نمونه در یکی از تحقیقات، کاه توسط قارچ A. niger هیدرولیز گردید و هیدروکربن تولید شده توسط باکتری C. necator برای تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها مورد استفاده قرار گرفت. پلمیری که تولید گردید پلی­هیدروکسی­بوتیرات و به میزان 1/51 گرم بر لیتر بدست آمد[37].

1-5- سنتز پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در گیاهان

سنتز پلی­هیدروکسی­آلکانوات در گیاهان برای اولین بار در سال 1992 و با تجمع پلی­هیدروکسی­بوتیرات در سیتوپلاسم Arabidopsis thaliana مشاهده گردید [38].از این زمان به بعد، طیف وسیعی از پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در گونه­های مختلف گیاهی سنتز گردید. هر چند این پدیده در ابتدا برای تولید پلیمر مورد استفاده واقع شد اما امروزه از آن برای پی­بردن به جنبه­های اصلی متابولیسم در گیاهان بکار رفته است[39].همانگونه که ثابت شده است تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات در باکتریها از طریق استیل- کوآنزیم A، صورت می­گیرد. از آنجایی که استیل کوآنزیم A، در گیاهان و طبق تئوری باید در سیتوسل، پلاستید، میتوکندری وجود داشته باشد، بنابراین تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات در هر یک از این واحدهای سلولی امکان­پذیر است. بنظر می­رسد که سیتوپلاسم محل اصلی سنتز پلی­هیدروکسی­بوتیرات باشد. گرانول­های پلی­هیدروکسی­آلکانوات که در سلولهای گیاهی تجمع می­یابند، بوسیله میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده می­باشند. بوسیله این روش حضور گرانول­های چربی در گیاهانی که تغییرات ژنتیکی یافته­اند قابل مشاهده است [38]. طیف گسترده و کاملی از ژنهای قابل انتقال از میکروارگانیسم­ها به گیاهان وجود دارد[32].هر چند، یک مشکل اصلی در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات در گیاهان اثر منفی و مضر ژن phb در رشد گیاهان است، اما امروزه با دستکاریهایی که بر روی سه آنزیم دخیل در تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات در گیاه Nicotiana tabacum انجام پذیرفت میزان تولید پلی­هیدروکسی­بوتیرات در برگهای این گیاه تا 140 میلی­گرم بر گرم، بدون اینکه تاثیر منفی بر رشد گیاه داشته باشد، صورت گرفته است[40]. در مطالعاتی دیگر ژنهای باکتری R. eutropha به دو گیاه Gossypium hirsutum و Zea mays با موفقیت انتقال یافته­اند[41]. همچنین گونه­های مختلفی از غلات برای انتقال ژنهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات مورد استفاده قرار گرفته­اند، در این میان، تشکیل مقادیر قابل توجه (بیش از 1 درصد) پلی­هیدروکسی­آلکانوات در دانه­های روغنی Brassica napus مشاهده گردیده است [42]. در زمینه تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در گیاهان به کمک انتقال ژن علاوه بر تاثیر منفی برخی ژنها بر روی میزان رشد گیاه، معایبی دیگر همچون پایین بودن میزان محصول و سختی استخراج پلیمر از این گیاهان وجود دارد. استخراج پلیمر را نمی­توان به روشهای ساده و مکانیکی همانگونه که در مورد استخراج روغن از دانه­های روغنی بکار می­رود به انجام رسانید[41].

1-6- اندازه­گیری کمی بیوپلیمرها

روشهای متعددی برای سنجش میزان پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها پیشنهاد شده است. بیشتر این روشها براساس تولید پلی­هیدروکسی­بوتیریت توسط باکتری R. eutropha، استانداردسازی شده­اند. تا پایان دهه 1950 میلادی، گراویمتری[14] متداول­ترین روش برای سنجش میزان پلیمر تولیدی بود. در این روش ابتدا سلولهای محتوی پلی­هیدروکسی­بوتیریت بصورت یخ خشک درآمده و در ادامه مراحل کار از کلروفرم و دی­اتیل­اتر یا استون استفاده می­گردید. در سال 1958 ویلکینسون و ویلیامز، نشان دادند که با کنترل زمان و دما، تمامی اجزای سلولی بجز گرانول­های پلی­هیدروکسی­بوتیریت در محلول هیپوکلریت سدیم قابل حل می­باشند. گسترش این روش سبب شد که پلی­هیدروکسی­بوتیرات در حضور اسید سولفوریک به کروتونیک اسید تبدیل شده و با استفاده از اسپکتروفتومتر و در طول موج 235 نانومتر میزان پلیمر تولیدی تعیین گردد. روشهای ذکر شده، بسیار وقت گیر و کم دقت بوده و در مقادیر کم پلی­هیدروکسی­بوتیرات از دقت چندانی برخوردار نبودند[5]. استفاده از روش مبتنی بر اندازه­گیری مقدار پلی­هیدروکسی­آلکانوات تولیدی توسط دستگاه گازکروماتوگراف، به حل مشکلات فوق انجامید. به این دلیل که این روش بسیار سریع (زمانی در حدود 4 ساعت نیاز داشت)، قابل تکرار و به مقدار کمی نمونه نیاز داشت[43] .روشهای دیگری نظیر استفاده از دستگاه HPLC نیز مورد استفاده قرار گرفته­اند اما با کمک این دستگاه تنها می­توان پلی­هیدروکسی­بوتیرات را اندازه­گیری نمود[44]. روش دیگر استفاده از کروماتوگرافی یونی است که براساس تبدیل مونومرها به آلکانویک اسید استواراست[45]. بغیر از روشهای فوق، روشهای تشخیصی دیگری نظیر cytometryFlow و Fluorescence spectroscopy نیز برای تعیین کمی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها پیشنهاد شده­اند[46].

1-7- خواص فیزیکی و موارد استفاده پلیمرهای زیستی

تنوع گسترده مونومرها در پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها طیف وسیعی از پلیمرها با خواص فیزیکی متفاوت ایجاد کرده است. پلی­هیدروکسی­بوتیرات بخاطر برخی خواص فیزیکی نظیر پایین بودن نقطه ذوب، ترد و شکننده بودن کارایی بسیار محدودی دارد. تولید کوپلیمر یکی از راه حلهای بهبود بخشیدن به خواص پلیمر است. در جدول 1-3 خواص فیزیکی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها با پلیمرهای مشتق­شده از نفت خام مقایسه شده است. نقطه ذوب کوپلیمر هیدروکسی بوتیرات - والرات با افزایش تعداد مولهای والرات کاهش یافته و از 180 درجه سانتی­گراد در زمانی که ترکیب دارای 40 درصد والرات باشد به 75 درجه سانتی­گراد کاهش می­یابد.

جدول1-3- مقایسه برخی از خواص فیزیکی پلیمرهای تولیدی[18]

نوع پلیمر

نقطه ذوب

کشش سطحی

انعطاف­پذیری

دمای ذوب شیشه ای

 

P(3HB)

179

40

5

4

 

P(3HB-co-3HV)

         

3 mol% HV

170

38

-

-

 

9 mol% HV

162

37

-

-

 

14 mol% HV

150

35

-

-

 

20 mol% HV

145

32

-

-

 

25 mol% HV

137

30

-

-

 

P(3HB-co-4HB)

         

3 mol% 4HB

166

28

45

-

 

10 mol% 4HB

159

24

242

-

 

16 mol% 4HB

-

26

444

-

 

64 mol% 4HB

50

17

591

-

 

90 mol% 4HB

50

65

1080

-

 

P(4HB)

53

104

1000

-

 

P(3HHx-co-3HO)

61

10

300

-

 

P(3HB-co-6mol% 3HA)

133

17

680

8

 

P(3HB-co-67mol% HP)

44

-

-

19

 

P(3HB-co-3HHx)

52

20

850

4

 

Polypropylene

170

5/34

400

45

 

Polyethylene

262

56

730

34

 

Polystyrene

110

50

-

21

 

LDPE

130

10

620

30

 

 پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها با زنجیره متوسط خاصیت الاستیکی داشته و موادی سخت محسوب می­شوند و برای تولید لاستیک بسیار مناسب هستند. کوپلیمرها در طیف وسیعی از تولیدات نظیر مقوا، بطری، خودتراش، بسته­بندی، مصارف دارویی و پزشکی کاربرد دارند [12].

1-8- قابلیتتجزیه­پذیری پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها

یکی از ویژگیهای منحصر بفرد پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها، تجزیه­پذیری آنها در محیطهای متفاوت می­باشد. تجزیه­پذیری پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در محیطهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. نرخ تجزیه متاثر از عوامل متفاوتی است که مهمترین آنها شامل: جمعیت میکروبی در یک محیط، دما، میزان رطوبت، pH و ویژگیهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها می­باشند. بسیاری از میکروارگانیسم­ها توانایی تبدیل پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها به اولیگومر و مونومرهای قابل حل در آب داشته و متعاقبا از آن، بعنوان مواد غذایی استفاده می­کنند [47].بسیاری از این میکروارگانیسم­های جداسازی شده­ و در مطالعات مربوط به تجزیه­پذیری مورد استفاده قرار گرفته­اند. جدول 1-4 برخی از مهمترین میکروارگانیسم­هایی را که از خاک، آب دریاها، دریاچه­ها و لجن فعال جداسازی شده­اند را نشان می­دهد.

جدول 1-4- برخی از میکروارگانیسم­های جداسازی شده جهت تجزیه PHAs[5]

محیط جداسازی

میکروارگانیسم

خاک

 

 

 

 

Aspergillus fumigatus

Acidovorax faecalis

Comamonas sp.

Pseudomomas lemoignei

Variovorax paradoxus

لجن فعال

 

A. faecalis

Pseudomonas fluorescens

آب دریا

Comamomas testosteroni

آب دریاچه

P. stutzeri

لجن بی­هوازی

Ilyobacter delafieldii

تجزیه آنزیمی پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها واکنشی غیریکنواخت بوده و در دو مرحله صورت می­گیرد. در مرحله اول آنزیم به سطح پلیمر متصل شده و زنجیره پلیمر توسط سطح فعال آنزیم شکسته می­شود و در مرحله دوم پلیمر هیدرولیز می­گردد. تحقیقات نشان داده است که کوپلیمرهایی که دارای مونومرهای 4- هیدروکسی­بوتیرات می­باشند با سرعت بالاتری نسبت به 3- هیدروکسی­بوتیرات و یا کوپلیمر هیدروکسی­بوتیرات - والرات، تجزیه می­گردند.

تخریب پذیری زیستی بعنوان تجزیه حاصل از فعالیتهای حیاتی یک میکروارگانیزم تعریف شده است و تجزیه ساده در اثر شرایط فیزیولوژیکی محیط جزء آن محسوب نمی شود. اگر چه دانشمندان دیگر به تعریف تخریب زیستی گستردگی بیشتری داده و بیان می کنند که تمامی فرایند های تجزیه ای داخل بدن موجود زنده و خارج از آن در حیطه تخریب زیستی قرار می گیرند (Fambri و همکاران، 2002). شکل (1-4) تخریب پلیمرهای PHA را در 4 گام نشان می دهد؛ 1- جذب آب 2- نزول خصوصیات فیزیکی 3- کاهش نسبت مولی 4- و در نهایت از دست دادن وزن که در بیشتر موارد تقریباٌ با یکدیگر همراهند (Fambri و همکاران، 2002)

شکل 1-4- تغییرات موردی یک نمونه از مواد تخریب پذیر زیستی در طول زمان

تخریب زیستی می تواند در آبهای شیرین و شور، خاک، لجن و کمپوست اتفاق بیفتد و PHA ها تحت شرایط هوازی به محصولات نهایی آب و دی اکسیدکربن و تحت شرایط بی هوازی به آب و متان تبدیل می شوند. PHA ها بطور موثر توسط میکروارگانیزمهایی چون باکتریهای Pseudomonas, Alcaligenes، Ilyobacter،Comamonas ،Streptomyces و قارچهایی مثل Ascomycetes،Basidiomycetes، Deuteromycetes ، Mastigiomycetes وMyxomycetes تجزیه می شود (Volova و همکاران، 2007) البته می توان نرخ تخریب بیوپلاستیک را با انتخاب آگاهانه نوع و نسبت پلیمرهای دخیل در ساختار آن تا حد زیادی کنترل کرد. بعنوان مثال تفاوت در نرخ تخریب PHB و PHBV به این علت می باشد که PHB دارای درجه کریستالی شدن بالاتر و همچنین دمای ذوب بالاتری می باشد وکمتر در معرض تخریب میکروارگانیزمی و آنزیمی قرار می گیرد. ضمناٌ مشاهده شده است نرخ تخریب یک نوع بیوپلاستیک در محیط طبیعی ذخیره گاه 20 تا 30 درصد بیشتر از نرخ تخریب همان بیوپلاستیک در آزمایشگاه می باشد (Volova و همکاران، 2007).

1-9- فرایندهای تولید پلی هیدروکسی آلکانوآتها

1-9-1- فرایند غیر پیوسته[15]

تحقیقات زیادی در زمینه تولید پلی هیدروکسی آلکانوآتها به روش بیولوژیکی در فرایند غیر پیوسته صورت گرفته است.شارما وهمکاران در سال 2005 با استفاده از کشت Nostoc muscorumاقدام به تولید پلی هیدروکسی آلکانوآتها کردند در این تحقیق بیوپلیمر تجمع یافته در میکرو ارگانیسم به 35 % وزنی خشک سلولی رسیده است[48].در تحقیق دیگری از پاندا و همکاران در سال 2006 میزان بیوپلیمر تولید شده طی فرایند در فرایند غیر پیوسته توسط Synechocystis sp. PCC 6803تحت شرایط کنترل شده 4.5 % وزن خشک سلولی بوده است[6].در مطالعه ای دیگر کوئیلاگومن و همکاران موفق گشتند تا از کشت Halomonas boliviensis LC1 در محدودیت مواد مغذی و منابع کربن اضافی در محیط اسید بوتیریک واستات سدیم میزان 54 در صد وزنی پلی هیدروکسی بوتیرات تولید کنند[49] . در سال 2009 مازورو همکاران نیز از روغن پوسته برنج به عنوان مکمل غذائی در محیط کشت غیر پیوسته باکتری C. necator استفاده کردند که با افزایش نسبی بازده تولید و کاهش مصرف سوبسترا همراه بوده است[50] .

1-9-2- فرایند نیمه پیوسته[16] و پیوسته[17]

استراتژی فرایند بیولوژیکی ، افزایش دانسیته سلول با تأمین مواد مغذی کافی در محیط کشت است و به دنبال آن یک شرایطی را معرفی می کند که مواد مغذی مربوط به رشد به جزء منبع کربن محدود می شوند. این استراتژی توسط فرایند نیمه پیوسته و پیوسته چند مرحله ای بدست می آید(شکل 1-5) . مرحله رشد و مرحله تجمع می تواند در کشت پیوسته چند مرحله ای انجام شود[51-52] .

شکل 1-5- شمائی از بیوراکتور[18] استفاده شده جهت فرایند غیر پیوسته و پیوست

در سیستمهای دو مرحله ای در مرحله اول محیط کشت شامل گلوکز و نیتروژن اضافی برای تولید دانسیته بالای سلول ها می باشد سپس به دنبال آن مرحله دوم می باشد محیط کشت در شرایط محدودیت مواد مغذی رشد برای تولید پلیمر درون سلولی می باشد(شکل 1-6) . سرعت رشد و تجمع پلیمر ها معمولا متفاوت است در نتیجه موجب تفاوت در زمان اقامت در مرحله اول و دوم فرایند و در نتیجه سرعت رقیق سازی می شود . بر خلاف اینکه کشت پیوسته بازده بالایی به خاطر شدت جریان دارد ، اما به خاطر نسبت کربن به نیتروژن بالا در خوراک با مصرف ناکامل سوبسترا مواجه می شود . این سوبسترای مصرف شده به آسانی می تواند بازیابی شود وبه پروسه بازگردانده شود.

شکل 1-6- نمائی از فرایند پیوسته دو مرحله ای[51]

در فرایندهای بیولوژیکی، جائی که نسبت رشد سلولی به تشکیل محصول توسط غلظت بالای سوبسترا محدود می شود فرایند نیمه پیوسته برای رفع محدودیت سوبسترائی وبهبود تولید محصول بسیار مناسب می باشد. سوبسترا درغلظتی پایین تر از محدوده بحرانی به منظور از بین بردن محدودیت سوبسترائی خوراک دهی می شود.در کلیه مطالعات انجام پذیرفته در فرایند بیولوژیکی نیمه پیوسته بر روی میزان PH ، اکسیژن نامحلول و غلظت سوبسترا دقت شده است که از این طریق پارامترهای مورد نظر جهت تعیین میزان خوراک دهی استخراج می گردند. همچنین میزان نسبت غلظت نیتروژن به کربن نقش عمده ای در میزان تولید و تجمع بیوپلیمر بازی می کند واین صرفا توسط کشتهای نیمه پیوسته قابل کنترل می باشد.

در زمینه فرایند بیولوژیکی نیمه پیوسته تحقیقات فراوانی صورت پذیرفته است. در مطالعه ای کیم و همکاران در سال 1994 طی فرایند نیمه پیوسته به همراه محدودیت منبع نیتروژن اقدام به تولید PHB نمودند .در این فرایند میزان جرم سلولی ایجاد شده و بیوپلیمر تجمع یافته به ترتیب 164و121 گرم بر لیتر ونرخ بهره دهی تولید PHB در مدت زمان 50 ساعت 42/2 گرم بر لیتر بر ساعت گزارش شده است.همچنین در این مطالعه میزان گلوکز توسط فرایند آنزیمی کنترل می شد که در مقیاس وسیع این امکان وجود نخواهد داشت[53].

در تحقیق دیگری فرایند نیمه پیوسته R.eutropha NCIMB 11559به همراه محدودیت منبع فسفات توسط ریو و همکاران در سال 1997 انجام شد که غلظت اکسیژن نامحلول به عنوان پارامتر قابل استفاده در تعیین میزان خوراک دهی گلوکز استفاده شد. غلظت نهائی سلول 281 گرم بر لیتر وغلظت PHB معادل 232 گرم بر لیتر و نرخ بهره دهی تولید محصول 14/3 گرم برلیتر بر ساعت بدست آمد[54].

در سال 2004 پت واردان و همکاران اقدام به تولید بیوپلیمر توسط R.eutropha در فرایند نیمهپیوسته کردند. در این مطالعه فرایند بیولوژیکی تحت شرایط محیطی کنترل شده pH و میزان اکسیژن نامحلول انجام پذیرفت.اطلاعات حاصل شده از فرایند غیر پیوسته اولیه منجر به توسعه مدل ریاضی گشت که پارامترهای مورد نیاز جهت تعیین میزان خوراک دهی در فرایند نیمه پیوسته با توجه به محدودیتهای مورد نیاز در مواد غذائی استخراج شدند[22]. همچنین این افراد در تحقیق دیگری در سال 2008 فرایند نیمه پیوسته ای جهت تولید بیوپلیمر انجام دادند که در این فرایند دو حالت شرایط خوراک دهی ثابت منبع نیتروژن وشرایط خوراک دهی ثابت منبع نیتروژن ومنبع کربن مورد بررسی قرار گرفته است که حالت استفاده از شرایط خوراک دهی ثابت برای منبع نیتروژن وکربن نتایج بهتری داشته است[55] .

در مطالعه ای دیگر خانا وهمکاران در سال 2006 از مدل شبیه سازی شده دیگری جهت انجام فرایند نیمه پیوسته استفاده کردند که در آن از روشهای خوراک دهی همزمان و غیر همزمان دو منبع نیتروزن وکربن بهره بردند.در این تحقیق نرخ بهره دهی تولید محصول تقریبا 6/2 برابر در حالت غیر پیوسته بود[56] .

1-10- مدل سینتیکی رشد میکروارگانیسم

مد‌ل‌هاي رشد میکروارگانیسم ها براساس میزان تشريح جزئیات رفتار سلول و فرآيندهاي درون‌سلولي به دو گروه عمده مدل های ساختاری[19] و مدل های غیر ساختاری[20] تقسیم شده اند. هر گروه نیز می توانند حالت تفکیک شده[21] و یا تفکیک نشده[22] داشته باشند (شکل 1-7). مدل های رشد غیرساختاری ساده‌ترين نوع مدل ها براي تشريح پديده رشد سلول مي‌باشند. در این مدل ها توده سلولي به صورت یک مجموعه واحد و به عبارتی یک جعبه سیاه[23] در نظر گرفته می شود. در واقع از فعل و انفعالات و مجموعه پیچیده واكنش‌هاي درون‌سلولي در تشریح رفتار رشد سلول صرف‌نظر مي‌شود. لذا در این مدل ها رفتار سینتیکی سلول[24] صرفا با توجه به مقادیر کلی مصرف سوبسترا و تولید متابولیت های خارج سلولی بررسی می شود و در یک دیدگاه ماکروسکوپی[25]، واکنش های داخل سلولی در بررسی رفتارهای سینتیکی سلول لحاظ نمی شود. مدل‌هاي ساختاري نسبت به مدل های غیر ساختاری بسیار پیچیده تر و شامل جزئیات بیشتری از فعل و انفعالات و واکنش های بیوشیمیایی درون میکروارگانیسم هستند. در این نوع مدل ها برخلاف مدل های غیر ساختاری کلیه اتفاقات و پدیده های بیوشیمیایی داخل میکروارگانیسم نیز در بیان رفتار سینتیکی سلول و تعیین معادله سینتیکی آن لحاظ می شود[57-58]

[1]Polyhydroxyalkanoates(PHA)

[2]Acids Poly Lactide (PLA)

[3]Aliphatic polyesters

[4]polysaccharides

[5] Sanitary landfill

[6] Polyhydroxyalkanoates (PHAs)

[7] Polyhydroxybutyrate (PHB)

[8]Lemoigne

[9] Polyhydroxyalkanoates

[10] Polyhydroxybutyrate-co-valerate P(3HB-co-3HV)

[11] Precourser

[12] Xylose

[13] Solid State Fermentation

[14] Gravimetric method

[15]Batch

[16]Fed batch

[17]Continuous

3 Bioreactor

[19] Structured models

[20] Non-structured models

[21] Segregated

[22] Non-Segregated

[23] Black box

[24] Kinetical behavior of the cell

[25] Macroscopy


مبلغ واقعی 51,000 تومان    25% تخفیف    مبلغ قابل پرداخت 38,250 تومان

توجه: پس از خرید فایل، لینک دانلود بصورت خودکار در اختیار شما قرار می گیرد و همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال می شود. درصورت وجود مشکل می توانید از بخش تماس با ما ی همین فروشگاه اطلاع رسانی نمایید.

Captcha
پشتیبانی خرید

برای مشاهده ضمانت خرید روی آن کلیک نمایید

  انتشار : ۱۰ اسفند ۱۳۹۶               تعداد بازدید : 58

برچسب های مهم

کسب درآمد اینترنتی 300000 تومان در خانه در کمتر از 30

کسب درآمد اینترنتی 300000 تومان در خانه در کمتر از 30

این محصول آپدیت شد تاریخ 1397/01/27 بسم الله الرحمن الرحیم سلام در دنیای اینترنت خیلی از آدم ها هستند که دوست دارند کسب درآمد کنند و به خیلی چیزها و ایده ها فکر میکنند . همه ما دوست داریم در کمترین زمان بهترین درآمد را داشته باشیم مثلا یک فرد به طور میانگین اگر 12 ساعت کارکند و ...

کسب درامداز اینترنت ماهیانه 8میلیون تومان

کسب درامداز اینترنت ماهیانه 8میلیون تومان

پکیج کسب درآمداسان از اینترنت اپدیت جدید 15 اردیبهشت 1397 مناسب برای تمامی افرادباهرسن ودانشی این فرصت هرگز تکرار نمیشود عجله کنید تضمین100%بازگشت وجه درصورت عدم کسب این مبلغ هدیه ویژه پس از خرید این محصول: 1.نرم افزار کی به وای فای وصله نرم افزاری برای ...

اد ممبر بینهایت ( افزایش ممبر(اعضای) کانال،ربات و

اد ممبر بینهایت ( افزایش ممبر(اعضای) کانال،ربات و

-اد ممبر بینهایت- {افزایش ممبر(اعضای) کانال،ربات و گروه تلگرام و...} Addmember نسخه ویژه(VIP) تمامی و کامل ترین نرم افزار های افزایش ممبر واقعی و فیک و آموزش های آن، که در اینترنت و بازار به قیمت های بالا به فروش می رسد را یک جا و مرتب و منظم به همراه راهنما در هر بخش، با قیمتی کم در ...

افزایش قد با متد گرو تالر داینامیک

افزایش قد با متد گرو تالر داینامیک

بلند قامت بودن یک امتیاز بزرگ برای شماست! سلام بیتا بیات هستم کارشناس فیزیولوژی ورزشی،لازم دانستم قبل از این که شما با روش گرو تالر داینامیک آشنا شوید چند تا نکته رو صادقانه خدمتتان عرض کنم همانطور که تو اینستاگرام(khosh.andam@)نوشتم خیلی اتفاقی با این متد آشنا ...

نرم افزار برنامه ساز اندروید نسخه طلایی

نرم افزار برنامه ساز اندروید نسخه طلایی

نرم افزار برنامه ساز اندروید نسخه طلایی و بدون نیاز به ارتقا توجه :مشکل امضا با کلید دیباگ دراین نسخه کاملا رفع شده و برنامه ها به بازار ارسال می شوند اگر به این مشکل برخوردید ما 10برابر پولتان را پس میدهیم. این نرم افزار بر روی اندروید قابل نصب میباشد 100% مورد تایید ...

مجموعه ی آموزش تعمیر لامپ کم مصرف (از مبتدی تا

مجموعه ی آموزش تعمیر لامپ کم مصرف (از مبتدی تا

کتاب آموزش تعمیر لامپ کم مصرف همانطور كه مي دانيد لامپ هاي كم مصرف بعد از مدتي ديگر روشن نمي شوند و نياز به تعمير دارند در بيشتر اين موارد مي توان با ساده ترين وسايل لامپ را در منزل تعمير كرد این مجموعه دارای 5 کتاب است که در آن نحوه عملکرد و روش های عیب یابی لامپ کم ...

تمامی نرم افزار های اددممبر واقعی و فیک

تمامی نرم افزار های اددممبر واقعی و فیک

تمامی و کامل ترین نرم افزار های افزایش ممبر واقعی وفیک را یک جادریافت کنیدهرکدام از این نرم افزار ها در اینترنت و کافه بازاربه قیمت خیلی بالایی بفروش میرسند. نکته: پورسانت بازاریابی این محصول 60% است نسخه ی 100%تست شده با توجه به فیلترینگ تلگرام 15 اردیبهشت ...

کتاب افزایش ممبر کانال تلگرام

کتاب افزایش ممبر کانال تلگرام

افزایش اعضای کانال تلگرام ، مهمترین دغدغه صاحبان کانال در این شبکه اجتماعی موبایلی است.در این مطلب موثرترین روش های افزایش اعضای کانال تلگرام را به شما آموزش خواهیم داد. در ابتدا ذکر این نکته لازم به نظر می رسد که افزایش اعضای کانال تلگرام ( Telegram ) با روش های غیر معمول ...

مجموعه -صفر تا صد راه اندازی کارگاه جوراب

نام محصول: مجموعه صفرتاصد راه اندازی کارگاه جوراب بافی تهیه کننده: دوران راهبی انتشار: وبسایت بچه‌های نساجی دانشگاه یزد فرمت محصول: کتاب الکترونیکی(PDF) + ویدئو MP4 قابل پخش در: موبایل، تبلت، کامپیوتر و ... مخاطب این بسته آموزشی: تمام افراد مبتدی که حداقل سرمایه ...

دانلود کتاب آموزش خوشنویسی با قلم و خودکار همراه

دانلود کتاب آموزش خوشنویسی با قلم و خودکار همراه

محتوای این مجموعه کامل آموزش خوشنویسی: 1- آموزش خوشنویسی با خودکار 2-سرمشق های خوشنویسی 3- آموزش خط تحریری 4-آداب خوش نویسی فايده اول خوشنويسی: كه روحي و دروني است ٬رويت خط زيبا موجب بهجت روحي و حظ معنوي مي شود و البته بهره معنوي خوشنويس مضاعف و مبتدا است و آثار و بركاتي ...

چگونه هر شخصی را عاشق خود کنیم ارزان

چگونه هر شخصی را عاشق خود کنیم ارزان

کتاب چگونه هر شخصی را عاشق خود کنیم ارزان کتاب چگونه هر شخصی را عاشق خود کنیم ارزان خیلی از وقت ها دوست داشته اید شخص و یا همسر خود را عشق خود نمایید. عاشق شدن به تمام معنا، طوری که هیچ کسی را به اندازه شما دوست نداشته باشد شما را کامل قبول ...

آموزش برنامه نویسی آردوینو

آموزش برنامه نویسی آردوینو

معرفی آردوینو : آردوینو یکی از معروف ترین platform های متن باز است که روی برد های خود از میکروکنترلر های AVR و ARM شرکت atmel استفاده کرده است . هدف اردوینو استفاده از مدار چاپی واحد بود که توانست باعث شود توزیع دهنگان این platform باهم به اشتراک گذاری کد ها و شماتیک پروژه ی ...

تماس و پیامک ناشناس و رایگان با شماره

تماس و پیامک ناشناس و رایگان با شماره

برنامه تماس و ارسال پیام رایگان به دیگران با شماره ناشناس به صورت کاملا رایگان بدون نیاز به روت به وسیله این برنامه میتوانید با شماره دلخواه خود به دیگران زنگ بزنید. یعنی زمانی که شما با دیگران تماس می گیرید شماره دلخواهی که شما در برنامه وارد کرده اید برای شخصی که ...

دانلود پکیج درآمدزایی 400هزارتومن ناچیز در 40دقیقه

دانلود پکیج درآمدزایی 400هزارتومن ناچیز در 40دقیقه

برای درآمدزایی فوق العاده، فقط توضیحات زیر را تا انتها بخوانید. ما درآمد شما را تضمین می کنیم. واقعا ده میلیون تومن درآمد ماهیانه هیچ چیز خاصی نیست. اینقد واسه خودتون بزرگ و دست نیافتنیش نکنین دوستان من، اگه به ضمیرناخودآگاه خودتون القا کردین که اون بزرگه و شما ...

کسب و کار اینترنتی در منزل

کسب و کار اینترنتی در منزل

کسب درآمد میلیونی اینترنتی و تضمینی در منزل جدید ترین و مطمئن ترین روش کسب درآمد در سال 1394 تعهد و ضمانت ما : در عرض فقط یک ساعت اول کسب درآمد نمایید بعد از درآمد آن این مجموعه را خریداری نمایید می دانیم همه ما از مطالب تبلیغاتی و الکی که در مورد کسب و کار اینترنتی است خسته ...

اپلیکیشن سامانه مخابرات همراه

اپلیکیشن سامانه مخابرات همراه

اپلیکیشن فوق العاده و کم یاب سامانه مخابرات با امکانات زیر که گویای محتواست قابلیت استعلام شماره موبایل قابلیت کشف مزاحم تلفنی قابلیت دریافت ریز مکالمات مشترکین تلفن همراه مشترکین حقوقی مشترکین تلفن ثابت پیش شماره ها ...

اینترنت رایگان همراه اول و ایرانسل !!!!!

اینترنت رایگان همراه اول و ایرانسل !!!!!

توجه توجه روش هایی که کاملا قانونی هستند اما جایی آن ها را پیدا نمیکیند این روش ها بسیار ساده و کاربردی هستند و تنها با طی مراحلی ساده شما می توانید در کم تر از دو دقیقه حداقل ۱ گیگ اینترنت رایگان همراه اول و ۱۴ گیگ اینترنت رایگان ایرانسل دریافت کنید. بعضی وقت ها ...

ردیاب شماره موبایل افراد رو نقشه بدن نیاز به Gps

ردیاب شماره موبایل افراد رو نقشه بدن نیاز به Gps

- ردیاب شماره موبایل افراد رو نقشه بدن نیاز به Gps ردیابی و کنترل از از راه دور ، با وارد کردن شماره موبایل نرم افزار ردیاب شماره موبایل کاملا ایرانی و فارسی بدون نیاز به فعال بودن GPS گوشی شما و طرف مقابل با استفاده از این نرم افزار ردیاب شماره موبایل فرزندان و افراد ...

مجموعه -صفر تا صد راه اندازی کارگاه جوراب

مجموعه -صفر تا صد راه اندازی کارگاه جوراب

نام محصول: مجموعه صفرتاصد راه اندازی کارگاه جوراب بافی تهیه کننده: دوران راهبی انتشار: وبسایت بچه‌های نساجی دانشگاه یزد فرمت محصول: کتاب الکترونیکی(PDF) + ویدئو MP4 قابل پخش در: موبایل، تبلت، کامپیوتر و ... مخاطب این بسته آموزشی: تمام افراد مبتدی که حداقل سرمایه 5 میلیونی ...

آموزش کسب درآمد از اینترنت

آموزش کسب درآمد از اینترنت

آیا می دانید؟ یک راز مهم در مورد سایت های کسب درآمد از اینترنت که ممکن است ندانید. می دانید چرا سایت های مختلفی که دیده اید نتوانسته اند به شما کمک کنند کسب درآمد کنید؟حقیقت این است که اکثر این سایت های آموزشی برای کسب درآمد در اینترنت توسط ...

نسخه خطی اشعار و پیشگویی های شاه نعمت الله ولی

نسخه خطی اشعار و پیشگویی های شاه نعمت الله ولی

شاه نعمت‌الله ولی نسخه خطی اشعار و پیشگویی های شاه نعمت الله ولی پر فروشترین کتاب نسخه خطی با بیش از 2000000 فروش تا کنون به دليل استقبال بي نظيز شما كاربران گرامي نسخه خطي فوق فقط تا پايان اسفند ماه با 20% تخفيف به فروش مي رسد و بعد از آن به قیمت ...

دانلود کتاب آموزش ساخت انواع کابینت مدرن MDF

دانلود کتاب آموزش ساخت انواع کابینت مدرن MDF

نوع فایل:PDF زبان:فارسی حجم فایل:18KB در چند دهه اخیر با توجه به افزایش رشد آپارتمان سازی ، تعداد متقاضیان ساخت کابینت نیز افزایش پیدا کرد و با توجه به تغییر ماهیت کابینت ها از فلزی به MDF و تمایل به تغییر مکرر دکوراسیون آشپزخانه از سوی خانواده ها ، کابینت سازی نیز در میان مشاغل ...

رساله کارشناسی ارشد معماری با عنوان «طراحی

رساله کارشناسی ارشد معماری با عنوان «طراحی

رساله کارشناسی ارشد معماری با عنوان «طراحی مجموعه مسکونی با رویکرد ارتقاء تعاملات اجتماعی» (فایل word قابل ویرایش) این پروژه توسط گروه معماری تلار تهیه شده است. از این بابت مشابه آن در وب وجود ندارد. رساله در 157 صفحه تنظمیم شده و دارای 77 منبع است. متن مطابق ...

نرم افزار افزایش بازدید سایت و وبلاگ

نرم افزار افزایش بازدید سایت و وبلاگ

▼ توجه توجه ▼ شما می توانید این نرم افزار را به صورت رایگان از سایت ما دانلود نمایید: app.alosite.net نرم افزار افزایش بازدید سایت نرم افزاری است جهت بالا بردن بازدید سایت یا وبلاگ با ایپی های متفاوت شما میتوانید به جای خرید بازدید از سایت ها از نرم افزار بازدید استفاده کنید ...

کتاب « الفبای جامع ثروت و ثروتمندشدن » برای

کتاب « الفبای جامع ثروت و ثروتمندشدن » برای

قوانین ثروتمند شدن چیست؟ ذهن ثروتمندان چگونه کار می کند؟ وجود ثروت ساز چگونه وجودی است؟ چرا بعضی افراد با اینکه سخت کار می کنند هیچ وقت پولدار نمیشوند؟ ذهن فقرا با ذهن ثروتمندان چه تفاوتی دارد؟ نوع مشاغل ثروتمند شدن شما کدام است؟ چرا اکثر مردم از پیشرفت و بهبود ...

سوال عملی ICDL 2 همراه با جواب - ( سری اول )

سوال عملی ICDL 2 همراه با جواب - ( سری اول )

سوالات عملی ICDL2 همراه با جواب (ویندوز - اینترنت و ایمیل ) تعداد فایل : 7 نوع فایل : Pdf ...

سوال عملی Power Point با جواب

سوال عملی Power Point با جواب

دانلود نمونه سوال قطعی پاورپوینت با جواب تشریحی تعداد فایل : 2 نوع فایل : Pdf ...

چگونه هر کسی را عاشق خود کنیم ؟

چگونه هر کسی را عاشق خود کنیم ؟

چگونه هر کسی را عاشق خود کنیم ؟ خیلی از وقت ها دوست داشته اید شخص و یا همسر خود را عشق خود نمایید. عاشق شدن به تمام معنا، طوری که هیچ کسی را به اندازه شما دوست نداشته باشد شما را کامل قبول داشته باشد و یا می خواهید دل کسی را بدست بیاورید و در این راه همیشه با شکست مواجه شده ...

دانلود فیلم های آموزش رانندگی با ماشین

دانلود فیلم های آموزش رانندگی با ماشین

آموزش رانندگي به زبان فارسي آموزشي كاملا فارسي و صد در صد اورجينال آيا مي خواهيد تمام فوت و فن رانندگي را به طور كامل بدانيد؟ آيا مخواهيد تنها با يكبار امتحان رانندگي قبول شويد؟ آيا چندين بار تست رانندگي داده و قبول نشده ايد؟ بهترين روش آموزش رانندگي در منزل ...

آموزش راه اندازی ماژول GPS با آردوینو

آموزش راه اندازی ماژول GPS با آردوینو

در این فیلم آموزشی تهیه شده قصد داریم به طور کامل و قدم به قدم مراحل راه اندازی ماژول GPS با کامپیوتر و همچنین روش راه اندازی ماژول GPS با استفاده از میکروکنترلر را خدمت کاربران عزیز سایت آموزش دهیم . این مجموعه ی آموزشی برای اولین بار توسط سایت انجمن الکترونیک به زبان ...


مطالب تصادفی

  • استفاده از نشاسته اصلاح شده هیدروکسی پروپیل دی استارچ فسفات به عنوان جایگزین روغن در سس مایونز  ....
  • استفاده از عصاره برگ زیتون به جای آنتی اکسیدان ها و نگهدارنده های سنتزی در سس مایونز و ارزیابی تغییرات فیزیکوشیمیایی .....
  • استخراج لیکوپن از ضایعات گوجه فرنگی.....
  • استخراج پلی ساکارید از برگ گیاه هفت کول و بررسی فعالیت ضد اکسایشی و ضد میکروبی آن....
  • استخراج پروتئین از کنجاله آفتابگردان و بررسی ویژگی‌های عملکردی آن....

بندرعباس

فروشگاه فایل های دیجیتالی کمیاب