است[27-29]. لذا در اين تحقيق جهت بررسي تاثيرميزان اين نسبت در افزايش توليد پلي هيدروکسي آلکانوآتها، نسبتهاي کربن به نيتروژن در چهار مقدار 20 به 1، 30 به 1، 40 به1 و 50 به 1 در طي فرايند بيولوژيکي توسط ميکروارگانيسم C. necator بر روي گلوکز به عنوان منبع کربن مورد بررسي قرار گرفت.شکلهاي 3-10، 3-11، 3-12 و3-13 تاثير نسبتهاي مختلف منبع کربن به منبع نيتروژن بر روي ميزان توليد جرم بيولوژيکي وميزان پلي هيدروکسي بوتيرات توليد شده را نشان مي دهند.
درازاي اعمال ميزان نسبت کربن به نيتروژن 1 به 20 در محيط کشت ميزان بيومس و پلي هيدروکسي بوتيرات توليد شده به ترتيب حدود 8/5 و 9/1 گرم بر ليتر بود. در حاليکه از ميزان قند اوليه 20 گرم بر ليتر ميزان 9 گرم بر ليتر مورد استفاده قرارگرفت(شکل 3-10) .

شکل 3-10- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 20) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر

شکل 3-11- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 30) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر

با افزايش ميزان کربن نسبت به نيتروژن ميزان بيومس و پلي هيروکسي بوتيرات توليد شده به ترتيب به مقدار حدود 8 و4/2 گرم برليتر رسيد که درازاي مصرف 11 گرم بر ليتر از قند اوليه بوده است . بنابراين افزايش منبع کربني نسبت به سوبسترا باعث افزايش توليد بيومس وهمچنين بيوپليمر شده است. افزايش سنتز بيوپليمر با افزوده شدن منبع کربن به محيط ميتواند تاييدکننده اين نظريه باشد که ميکروارگانيسم جهت توليد بيوپليمر به کربن اضافي در محيط نيازمند است [21] .

شکل 3- 12- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز با نسبت کربن به نيتروژن 40

در حالت ديگر استفاده از نسبت 40 به 1 براي منبع کربن و نيتروژن استفاده شد.که در تاييد افزايش بيوپليمر در ازاي افزايش منبع کربن نسبت به منبع نيتروژن ، ميزان بيومس وبيوپليمر توليد شده افزايش قابل توجهي داشت شکل 3-12). اين افزايش ميزان بيوپليمر توليد شده تاييد تحقيقات گذشته نيز مي باشد[28] .در تحقيقي ميزان توليد بيوپليمر وهمچنين ترکيب کو پليمر ها همراه با افزايش نسبت کربن به نيتروژن از 20 به 40 تاحدود 72 در صد افزايش داشته است[29] .در مطالعه اي ديگر ، براي توليد بيوپليمر از فاضلاب صنعتي بيشترين مقدار مصرف COD76 در نسبت کربن به نيتروژن 40 به 1بوده است. اما با افزايش ميزان نسبت کربن به نيتروژن به 50 به 1 (شکل3-13)، شاهد کاهش ميزان بيوپليمر توليد شده بوديم که اين امر مي تواند به خاطر به خوردن حالت تعادل در نسبت کربن به نيتروژن و ايجاد فشار بر روي ميکروارگانيسم باشد[26] .

شکل 3-13- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 50) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر

3-2-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن
شکل 3-12 استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن را نشان ميدهد. استفاده از گلوکز، سبب توليد مونومر هيدروکسيبوتيرات گرديد. پس از گذشت 48 ساعت از کشت، ميزان گلوکز موجود در محيط g/l 24 بود بنابر اين ميزان قند مصرفي حدود g/l 16 و بيوماس توليدي حداکثر g/l 9 بود و حداکثر بيوپليمر توليدشده به g/l 3/3 رسيد.
. دراين تحقيق ميزان بازده بيومس به قند مصرفي 64/0 گرم بر گرم قند بود که در مقايسه با تحقيقي باستفاده از C. necator بر روي گلوکز، ميزان بازده بيوس 5/0 گرم بر گرم قندمصرفي بوده است قابل توجه مي باشد.در مطالعه اي ديگر با استفاده از ميکروارگانيسم Alcaligenes eutrophus در محيط کشتي با غلظت g/l 20 گلوکز به توليدي معادل g/l 97/0 بيوپليمر دست يافتند که تمامي بيوپليمر توليد هيدروکسيبوتيرات بود[19]. در مطالعهاي مشابه از گلوکز با غلظتي معادل g/l 30 استفاده شدو پليمر توليدي در اين مطالعه نيز، هيدروکسيبوتيرات بود[20].ضمنا بيشترين مقدار بيومس و همچنين پلي هيدروکسي بوتيرات توليد شده در حدود40 1لي 50 ساعت مطابق با ساير تحقيقات انجام شده توليد شده است[102].

3-2-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن
شکل 3-14 استفاده از فروکتوز بعنوان تنها منبع کربن را نشان ميدهد. حداکثر وزن خشک سلولي معادل g/l 5/10 بود که از اين ميزان بيوماس توليدي، g/l 9/5 پليهيدروکسيبوتيرات حاصل گرديد. تعيين ميزان فروکتوز در محيط نشان داد که از g/l 40 فروکتوز اوليه در محيط کشت، ميکروارگانيسم g/l 26 آنرا بمصرف رسانيده است. بموازات افزايش وزن خشک سلولي، توليد بيوپليمر نيز افزايش يافته و پس از 72 ساعت به حداکثر رسيد. پس از اين مدت شاهد افت ناگهاني توليد بوديم که دليل اين امر ميتواند اسيدي شدن محيط باشد[65] .ميزان پلي هيدروکسي بوتيرات توليد شده توسط ميکرو ارگانيسم C. necator بر روي فروکتوز بيشتر از ساير ميکرو ارگانيسم هاي مورد بررسي در اين تحقيق بوده است و با توجه به ساير مطالعات ، که با استفاده از فروکتوز به ميزان 40 گرم بر ليتر، بيوماسي معادل 25/3 و پليهيدروکسيبوتيرات 4/1 گرم بر ليتر پس از گذشت 48 ساعت بدست آوردند[21] ميزان قابل قبولي بوده است.

شکل 3- 14- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا

3-2-4- استفاده از ملاس به عنوان منبع کربن
ملاس به عنوان منبع غني قندي جهت توليد بيوپليمر مورد استفاده قرار گرفته است.به علت غلظت بالاي قندي ملاس (ساکارز،گلوکز وفروکتوز)،جهت دسترسي بهتر ميکروارگانيسم ها به منابع قندي ،پس از رقيق سازي 1 به 3 ملاس به منظور کاهش ويسکوزيته،PH آن توسط محلول سود 5/0 نرمال از 5 به حدود 7 رسيدومحلول به مدت دريخچال نگهداري شد .در نهايت با اضافه نمودن منابع مغذي نظير منبع نيتروژن و فسفر جهت استفاد
ه در محيط کشت فرايند بيولوژيکي بکار رفت]50[.

شکل 3- 15- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ملاس به عنوان سوبسترا
بطوريکه در شکل 3-15 مشاهده مي شود در اين حالت حداکثر وزن خشک سلولي معادل g/l 8/9 بود که از اين ميزان بيوماس توليدي، g/l 3/1 پليهيدروکسيبوتيرات حاصل گرديد. تعيين ميزان قندهاي احياء شونده در محيط نشان داد که از g/l 40 قند اوليه در محيط کشت، ميکروارگانيسم g/l 23 آنرا بمصرف رسانيده است. بموازات افزايش وزن خشک سلولي، توليد بيوپليمر نيز افزايش يافته و پس از 72 ساعت به حداکثر رسيد.با توجه به اين که تاکنون تحقيقي در مورد استفاده از ملاس جهت توليد بيوپليمر توسط C.necator گزارش نشده است نتايج به دست آمده مي تواند قابل توجه باشد.

3-2-5-تاثير استات بر رشد ميکروارگانيسم و توليد بيوپليمر
3-2-5-1 -ترکيب ملاس و استات بعنوان منابع کربن
علت استفاده از استات بعنوان يکي از منابع کمکي کربن بررسي امکان توليد کوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات بوده است .بنابراين استات در غلظتهاي 5،10، 15 و 20 گرم برليتر ، در ترکيب با ملاس مورد استفاده قرار گرفت تا غلظت مناسب در ترکيب آن با ملاس به دست آيد.
شکل 3-16 روند توليد بيوپليمر با استفاده از ترکيب ملاس هيروليز شده با قند 30 گرم بر ليتر و 5 گرم بر ليتر استات سديم را نشان مي دهد.حداکثر بيومس توليد شده 23 گرم بر ليتر و بيوپليمر توليد شده معادل 35/6 گرم بر ليتر بود که از اين مقدار حدود 5/5 گرم بر ليتر هيدر وکسي بوتيرات و 85/0 گرم بر ليتر هيدروکي والرات بوده است. همان گونه که در شکل مشخص است ميزان والرات توليدي با گذشت زمان افزايش يافت و پس از از گذشت 50 ساعت به حداکثر مقدار خود رسيد و بعدا ز آن نزول کرده ودر نهايت بعد از 84 ساعت صعود نسبي داشته است.

شکل 3- 16- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت (35 به 5) به عنوان سوبسترا
در حالت بعدي از ترکيب ملاس هيروليز شده با قند 30 گرم بر ليتر و 5 گرم بر ليتر استات سديم استفاده شد.مطابق شکل 3-17 حداکثر بيومس توليد شده 25 گرم بر ليتر و بيوپليمر توليد شده معادل 7 گرم بر ليتر بود که از اين مقدار حدود 9/6 گرم بر ليتر هيدر وکسي بوتيرات و 1/0 گرم بر ليتر هيدروکسي والرات بوده است. همان گونه که در شکل مشخص است ميزان والرات توليدي با گذشت زمان افزايش يافت و پس از از گذشت 36 ساعت به حداکثر مقدار خود رسيد و بعدا ز آن به شدت نزول کرد اما بوتيرات در 84 ساعت به حداکثر مقدار رسيد.

شکل 3- 17- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات بانسبت ( 30 به10 ) به عنوان سوبسترا

نسبت 30 به 10 براي ترکيب ملاس و استات نسبت به ساير حالات منجر به ميزان بيومس وبيوپليمر بالاتري شده است. اما با افزايش نسبت به 25 به 15 با کاهش ميزان توليد بيومس ودر نتيجه بيوپليمر بوده ايم دليل اين افت ، تاثير بازدارندگي استات بر رشد ميکروارگانيسم است که در مطالعات قبلي مشاهده شده است[12].
شکل 3-18 روند توليد بيوپليمر بااستفده از ملاس و استات با نسبت 25 به 15 را نشان مي دهد. همانطور که مشاهده مي شود افزايش ميزان بيومس توليد شده از 24 ساعت شروع شده و در 96 ساعت به حداکثر مقدار رسيده است . اما ميزان بوتيرات از 60 ساعت شروع به افزايش کرده است که بيشترين مقدار آن در نهايت 07/0 گرم برليتر بوده است . همچنين مقدار 3/0 گرم بر ليتر براي والرات به دست آمده است . که اين مقادير در مقايسه با حالت قبل بسيار نا چيز مي باشد.

شکل 3- 18- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت (25 به 15) به عنوان سوبسترا
شکل 3- 19- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت(20 به 20) به عنوان سوبسترا
بطوريکه در شکل 3-19 مشاهده مي شود در اين حالت حداکثر وزن خشک سلولي معادل 5/4 گرم بر ليتر بود که از اين ميزان بيوماس توليدي، 022/0 گرم بر ليتر بوتيرات و حدود 01/0 گرم بر ليتر والرات حاصل گرديد.

3-3- ميکروارگانيسم Azotobacter beijerinckii DSMZ 1041
A. beijerinckii بطور گسترده اي در گذشته جهت توليد بيوپليمر ، فرايند هاي آنزيمي و غيره مورد استفاده قرار گرفته است.[103]
3-3-1- بررسي شرايط فرايند بيولوژيکي
شکلهاي 3-19 ،3- 20 و 3-21 تاثير پارامترهاي سن تلقيح ، سرعت هم زدن و دماي فرايند بيولوژيکي بر روي ميزان مصرف قند، روند رشد سلولي و توليد بيوپليمر را نشان مي دهند.که در سن تلقيح 15 ساعت وسرعت هم زدن rpm 250 ودماي فرايند بيولوژيکيc°30 بيشترين ميزان رشد سلولي وبيوپليمر توليدي را داشته ايم.

شکل 3-19- تاثير سن تلقيح بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm

شکل 3- 20- تاثير شدت هم زدن بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(T = 30°C،(seed age = 15 h

شکل 3- 21- تاثير دما بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(shaking rate = 250 rpm ،(seed age =15h

3-3-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن
شکل 3-22 استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن را نشان ميدهد. استفاده از گلوکز، سبب توليد مونومر هيدروکسيبوتيرات گرديد. پس از گذشت 100 ساعت از کشت، ميزان گلوکز موجود در محيط g/l 26 بود بنابر اين ميزان قند مصرفي حدود g/l 14 و بيوماس توليدي حداکثر g/l 17 بود و حداکثر بيوپليمر توليدشده به g/l 85/2 رسيد.
پاسخگوئي A. beije
rinckii به مصرف گلوکز جهت توليد بيوپليمر نسبت به دو ميکروارگانيسم A. lata و
H. pseudoflava بهتر بوده است .

شکل 3- 22- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا

3-3-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن
شکل 3-23 استفاده از فروکتوز بعنوان تنها منبع کربن را نشان ميدهد. حداکثر وزن خشک سلولي معادل g/l 24 بود که از اين ميزان بيوماس توليدي، g/l 72/4 پليهيدروکسيبوتيرات حاصل گرديد. تعيين ميزان فروکتوز در محيط نشان داد که از g/l 40 فروکتوز اوليه در محيط کشت، ميکروارگانيسم g/l 25 آنرا بمصرف رسانيده است. بموازات افزايش وزن خشک سلولي، توليد بيوپليمر نيز افزايش يافته و پس از 84 ساعت به حداکثر رسيد .
باتوجه به ميزان بيومس و بيوپليمر توليد شده ميکروارگانيسم مورد نظر در استفاده از فروکتوز به عنوان سوبسترا از دو ميکروارگانيسم A. lata و H. pseudoflava عملکرد بهتري داشته است .

شکل 3- 23- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا

3-3-4- استفاده از آب پنير جهت منبع کربن
استفاده از آب پنير جهت بستر کشت جهت توليدبيوپليمردر شکل 3-24 مشاهده مي شود در اين حالت حداکثر وزن خشک سلولي معادل g/l 20 بود که از اين ميزان بيوماس توليدي،حدود g/l 9/2 پليهيدروکسيبوتيرات و حدود g/l 4/ 1 پلي هيدروکسي والرات حاصل گرديد. تعيين ميزان قندهاي احياء شونده در محيط نشان داد که از g/l 40 قند اوليه در محيط کشت، ميکروارگانيسم g/l 14 آنرا بمصرف رسانيده است.
.کالر و همکارانش طي مطالعه اي با استفاده از باکتري هاي H. mediterranei H. pseudoflava ,
P. hydrogenovora روند توليد پلي هيدروکسي آلکانوآتها را مورد بررسي قرار دادند .براي ميکروارگانيسم هاي مذکور ميزان توليدکوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات به ترتيب 12،50 ، 30 در صد وزن سلول خشک به ازاي مصرف آب پنير هيدروليز شده بوده است که ميزان بهره دهي حجمي آنها به ترتيب 03/0 ،02/0 و16/ 0 گرم بر ليتر بر ساعت بوده است. کالر وهمکران در تحقيق ديگري با استفاده از ميکروارگانيسم P. hydrogenovora توانستند به ترتيب مقادير 27/1 و 44/1 گرم برليتر پلي هيدروکسي بوتيرات و پلي هيدروکسي والرات به دست آورند.در اين تحقيق نيز با استفاده از ميکرو ارگانيسم H. pseudoflava مقدار بيوپليمر هاي به دست آمده با توجه به عدم استفاده از مکمل هاي آلي و معدني با توجه به مقادير به دست آمده توسط کالر وهمکاران، قابل توجه بوده است. ميزان بيوپليمر توليدشده از مقادير ذکر شده در تحقيقات گذشته و همچنين از ميکروارگانيسم H. pseudoflava که در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفنه بالاتر بوده و همچنين بازده محصول به سوبسترا نسبت به موارد به دست آمده در اين تحقيق بهتر بود.

شکل 3-24- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف آب پنير به عنوان سوبسترا

3-4-


دیدگاهتان را بنویسید