– بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا……88
عنوان صفحه
شکل 3- 29- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا….89
شکل 3- 30- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف آب پنير به عنوان سوبسترا …90
شکل 3-31- برازش مدل سينتيکي مونود در فرايند توليد پلي هيدروکسي بوتيرات ……………………………..94
شکل 3- 32- برازش مدل مالتوس بر روي داده هاي آزمايشگاهي حاصل از فرايند توليد بيوپليمر
توسط ……………………………………………………………………………………………………………..94C. necator
شکل 3-33 – توليد جرم سلولي وپلي هيدروکسي بوتيرات توسط C.necator در فرايند غير پيوسته…….96
شکل 3-34 – اندازه گيري ميزان اکسيژن انتقال يافته به محيط کشت بيوراکتور توسط روش ديناميک……97
شکل 3-35 – فرايند نيمه پيوسته توليد پلي هيدروکسي بوتيرات با خوراک دهي ثابت گلوکز ونيتروژن…98
شکل 3-36 – فرايند نيمه پيوسته توليد پلي هيدروکسي بوتيرات با خوراک متغير گلوکز ونيتروژن………100
شکل 3-37- طيف FT- IR از نمونه پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات توليد………………….105
شکل 3-38- طيف FT- IR از نمونه استاندارد تهيه شده پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات..106
شکل 3-39- طيف 1HNMR حاصل از کوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……….107
شکل 3-40- طيف 13CNMR حاصل از کوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……..108
شکل 3- 41- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……………….109
شکل 3-42- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات هيدروکسي والرات/
هيدروکسي اپتايت ……………………………………………………………………………………………………………..110
شکل 3-43- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات هيدروکسي والرات/
هيدروکسي اپتايت تحت اواتراسونيک……………………………………………………………………………………111

عنوان صفحه
شکل پ-1- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري C. necator………………………………………129
شكل پ-2- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Hydrogenophaga pseudoflava….129
شكل پ-3- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Azotobacter beijerinckii…………….130
شكل پ-4- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Azohydromonas lata …………………130
شكل پ-5- منحني کاليبراسيون گلوکز……………………………………………………………………………………..131
شكل پ-6- منحني کاليبراسيون فروکتوز……………………………………………………………………………………131
شكل پ- 7- منحني کاليبراسيون لاکتوز…………………………………………………………………………..132
شكل پ-8- منحني کاليبراسيون 3- متيلهيدروکسيبوتيرات، 3-متيلهيدروکسيوالرات و
3-متيل هيدروکسيهگزانوات………………………………………………………………………………………………….132
شکل پ 9- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 200 ………………………………………………….133
شکل پ 10- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 400 ………………………………………………..134
شکل پ 11- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 600 ………………………………………………..135
شکل پ 12- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 800 ………………………………………………..136
شکل پ 13- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 1000 ………………………………………………137
شکل پ 14- طيف حاصل از FT-IR بيوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات…………….138
شکل پ 15- طيف C NMR کوپليمر( پلي 3- هيدروکسي بوتيرات/ 4- هيدروکسي بوتيرات)
به دست آمده از فرايند رشدC. necator بر روي روغن نخل…………………………………………………….139
شکل پ 16- طيف C NMR بيوپليمر( پلي هيدروکسي بوتيرات به دست آمده از فرايند رشد
C. necator بر روي سوبستراهاي کيک سويا و مخلوط کيک سويا و ملاس………………………………140
شکل پ 17. طيفهايC NMR وH NMR کوپليمرPHBV به دست آمده از مخمر نوترکيب……..140
شکل پ 18 . طيف H NMR بيوپليمر( پلي هيدروکسي بوتيرات به دست آمده از فرايند رشد
E.coli T.V.N. ………………………………………………………………………………………………………………141
شکل پ 19. طيف H NMR کوپليمر PHBV به دست آمده از Comamonas sp. EB172 …..141

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- برخي از باکتريهاي مورد استفاده در توليد پليهيدروکسيآلکانواتها……………………………..9
جدول 1-2- ميکروارگانيسمها و منابع مورد استفاده در توليد کوپليمر هيدروکسيبوتيرات – والرات……..13
جدول1-3- مقايسه برخي از خواص فيزيکي پليمرهاي توليدي……………………………………………………….19
جدول 1-4- برخي از ميکروارگانيسمهاي جداسازي شده جهت تجزيه PHAs………………………………21
جدول1-5- تعدادي از متداول ترين مدل‌هاي رشد غير ساختاري……………………………………………………30
جدول 1-6- شرکتهاي توليدکننده پليمرهاي زيستتخريبپذير……………………………………………………..38
جدول 2-1- اجزاي محيط کشت توليد (DSMZ, Medium 81) ……………………………………………46
جدول 3- 1- نتايج حاصل از فرايند بيولوژيکي توليد بيوپليمر توسط ميکروارگانيسم ها بر
روي
منابع مختلف کربني………………………………………………………………………………………………………………..91
جدول 3- 2- مدلهاي سينتيکي به کار برده شده براي توليدپلي هيدروکسي بوتيرات با استفاده از گلوکز..93
جدول 3-3- پارامترهاي سينتيکي جهت توليد پلي هيدروکسي بوتيرات از منابع کربني مختلف…………….95
جدول 3-4- حداکثر بازدهي توليد با استفاده از ترکيبات 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 تجزيه 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 پذيرند، نسبتاٌ جديد و نويد دهنده اند که به خاطر بهره گيري از باکتريها براي تشکيل بيوپليمر مي باشد که عمدتاٌ شامل پلي هيدروکسي آلکانويت ها1، پلي لاکتيک اسيدها2، پلي استرهاي آليفاتيک3، پلي ساکاريدها4، و يا ترکيبي از اين مواد مي باشند[1].

1- انواع پليمرهاي زيست تخريب پذير
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- ويژگيهاي پلي هيدروکسي 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. اين خواص، آنها را بعنوان جايگزيني مناسب براي پليمرهاي مشتق‌شده از مواد نفتي معرفي مي‌كند. بسياري از گونههاي ميکروارگانيسم که جزو اعضاي خانواده Halobactericeae ميباشند قادر به توليد پليهيدروکسيآلکانواتها ميباشند. تاکنون بيش 300 گونه از اين ميکروارگانيسمها شناسايي گرديده و تعداد آن مرتبا در حال افزايش ميباشد[8]. باکتريها قادر به سنتز طيف وسيعي از ترکيبات پليهيدروکسيآلکانوات هستند و تقريبا 150 ترکيب متفاوت از پليهيدروکسيآلکانواتها تاکنون شناسايي شده است. پليهيدروکسيآلکانواتها که از سلولهاي باکتريها گرفته ميشوند داراي ويژگيهاي مشابه با پلاستيکهاي متداول نظير پليپروپيلن ميباشند[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].
پليهيدروکسيآلکانواتها در فرايند بيولوژيکي هوازي و در محدوده دمايي C° 60 و رطوبت 55% به کمپوست تبديل ميگردند. مطالعات نشان داده است که در فرايند دفن بهداشتي5، 85 درصد پليهيدروکسيآلکانواتها تجزيه ميگردد. پليهيدروکسيآلکانواتها از گستره وسيعي از مواد اوليه همچون منابع تجديد پذير (ساکاروز، نشاسته، سلولز) و
منابع فسيلي (متان، نفت خام، ليگنيت)، محصولات فرعي (ملاس، آب پنير، گليسرول)، اسيدهاي آلي مثل (اسيد استيک، اسيد پروپيونيک و اسيد بوتيريک) و دي اکسيد کربن قابل استحصال ميباشند[11-12].

3- بيان مسئله
تنوع گسترده مونومرها در پليهيدروکسيآلکانواتها طيف وسيعي از پليمرها با خواص فيزيکي متفاوت ايجاد کرده است. پليهيدروکسيبوتيرات حالت ترد و شکننده داشته و داراي کاربرد بسيار کمي ميباشد. پليهيدروکسيآلکانواتهايي که داراي زنجيره متوسط هستند خاصيت الاستيکي داشته و موادي سخت محسوب ميشوند که براي توليد لاستيک بسيار مناسب ميباشند. کوپليمرهاي پليهيدروکسيآلکانوات شامل هيدروکسيبوتيرات به همراه زنجيرههاي بلندتر نظير هيدروکسي والرات، هيدروکسي هگزانوات يا هيدروکسي اوکتانوات بوده و داراي انعطافپذيري بيشتري بوده و دوام بالاتري دارند. اين ترکيبات قابليت مصرف در طيف وسيعي از توليدات نظير بطري، خودتراش، پوششهاي ضد آب و بستهبندي مواد غذايي را دارا هستند[13].
در اين تحقيق با استفاده از منابع کربني مختلف توانايي باکتريهاي Cupriavidus necator DSMZ 545، Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041 و Azohydromonas lata DSMZ 1123 و درنهايت Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034 در توليد بيوپليمر هيدروکسي مورد بررسي قرار گرفته است. از جمله سوالاتي که سبب شروع اين تحقيق گرديد:
1- ميزان توليد بيوپليمر توسط باکتريهاي مذکور بر روي منابع ارزان چگونه است؟
2- آيا باکتري هاي فوق توانايي توليد کوپليمر را دارا هستند؟
3- تاثير منابع مختلف کربن بر نوع و ميزان پليمر توليدي چه ميزان است؟
4- تاثير منابع فسفر و نيتروژن در توليد بيوپليمر به چه صورت است؟
5- کدام باکتري از ميان باکتريهاي مورد بررسي شرايط بهتري جهت توليد بيوپليمر دارد؟
6- مدل سينتيکي رشد وپارامترهاي سينتيک رشد چگونه مي باشند؟
7- فرايند هاي مذکور در فرمانتورهاي پيوسته و غير پيوسته به چه صورت قابل اجرا مي باشند؟
8- نرخ انتقال اکسيژن در فرايندهاي بيولوژيکي مذکور چگونه است؟
9- آيا امکان


دیدگاهتان را بنویسید