پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

word
107
2 MB
31763
1392
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۳,۹۱۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ((M.Sc.))

    گرایش:صنایع غذایی 

    چکیده :

     

    پکتینازها گروهی از آنزیم های هیدرولیتیک هستند که مواد پکتیکی را تجزیه می کنند. اگزوپلی گالاکتوروناز(exo-p) و اندوپلی گالاکتوروناز(endo-p) دو نوع از این گروه هستند. در این پژوهش ابتدا دو گونه قارچی به نامهای آسپرژیلوس نایجر و وتریکودرماریسی که قادر به تولید پکتیناز بوده جداسازی شدند. نتایج حاصل از مقایسه دو گونه نشان داد که گونه قارچی آسپرژیلوس نایجر توانایی بالاتری برای تولید پلی گالاکتورونازها در مقایسه با گونه تریکودرماریسی دارد. بهینه سازی بعضی از عوامل موثر در تولید پلی گالاکتورونازها توسط آسپرژیلوس نایجر تحت شرایط کشت سطحی ناپیوسته نشان داد که در غلظت g/L50 پکتین به عنوان تنها منبع کربن و انرژی بیشترین مقدار تولید بدست می آید. در این حالت نسبت بهینه سولفات آمونیوم به پکتین 3/0 و زمان بهینه تخمیر 4روز بود.

    امکان تولید مداوم پلی گالاکتورونازها به روش تخمیر کشت سطحی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که تولید مداوم پلی گالاکتورونازها به روش تخمیر کشت سطحی امکانپذیر است. زمانی که غلظت پکتین در خوراک g/L50 و زمان ماند 1 روز بود بالاترین فعالیت اگزوپلی گالاکتوروناز U/mL5/1در جریان خروجی بدست آمد و تحت همین شرایط فعالیت اندوپلی گالاکتوروناز حدود U/mL015/0بود. استفاده از جریان برگشتی با نسبت 8/0 باعث افزایش غلظت اگزو و اندوپلی گالاکتوروناز به ترتیب تا 8/1 و 016/0 گردید. فرایند تولید پلی گالاکتورونازها در رآکتور کشت سطحی مدلسازی شد. برای اینکار از یک معادله سینتیکی میکائیلیس- منتون استفاده شد. پارامترهای رابطه سینتیکی با استفاده از یک سری داده های تجربی بدست آمد. مدل ارائه شده، داده های تجربی دیگر را با دقت قابل قبولی پیش بینی می کند.

    جایگزینی پکتین با تفاله چغندر قند نیز در روش کشت سطحی مورد بررسی قرار گرفت که تفاله

    چغندر قند بدلیل نامحلول بودن و ته نشینی نتایج خیلی ضعیفی در مقایسه با پکتین داد، اما استفاده از تفاله چغندر قند در روش تخمیر حالت جامد باعث تولید پلی گالاکتورونازها در مقادیری قابل مقایسه با مقادیر تولید شده در تخمیر پکتین باروش کشت سطحی شد(U/g5/5 برای اگزو و U/g06/ 0 برای اندوپلی گالاکتوروناز). سپس تولید پلی گالاکتورونازها از تفاله چغندر قند به عنوان سوبسترا بوسیله قارچ آسپرژیلوس نایجر (A.niger) در تخمیر حالت جامد (SSF) به صورت شبه مداوم با استفاده از چکاندن قطره ای محلول معدنی پایه بر روی تفاله انجام گرفت. در این سیستم فرایند به مدت 25 روز ادامه داشت و تولید کلی پکتیناز در این سیستم بسیار بالاتر از سیستم ناپیوسته بود یعنی تولید تجمعی آنزیم دراین 25 روز U/g24/69 برای اگزوپلی گالاکتوروناز و U/g738/0 برای اندوپلی گالاکتوروناز بدست آمد که نتایج بسیار مطلوبی بود.

       

    مقدمه

    در حال حاضر جمعیت جهان بالغ بر پنج میلیارد نفر می باشد. از روشهای مختلفی باید مواد غذایی مورد نیاز آنها را تامین کرد. با پیشرفت میکروب شناسی کاربردی استفاده از میکروارگانیسم ها و آنزیم های حاصل از آنها و سایر متابولیت های میکروبی، به عنوان روشهایی در تولید مواد غذایی و بهبود کیفیت و کمیت آنها، در تولید مواد غذایی راه یافته اند. بنابراین با کنترل و فرآیند کردن روش های نسبی و به کار گرفتن میکروارگانیسم های شناخته شده و مناسب، می توان کیفیت و کمیت انواع مواد غذایی را بطور قابل ملاحظه ای افزایش داد. از آن جمله می توان به استفاده از آنزیم های میکروبی به مانند پکتیناز ، سلولاز ، آمیلاز  و پروتئاز برای شفاف کردن آب میوه و حذف پکتین و الیاف سلولز در آن استفاده کرد. پکتیناز در سال 1930 بوسیله آزمایش های زیادی که در فرآیند تولید آب میوه و شراب انجام شد، کشف گردید. در طول سال 1960 اطلاعات وسیعی از شیمی گیاهان بدست آمد که کاربرد موثر آنزیم ها را نشان می داد، که از آن جمله آنزیم پکتیناز بود .آب میوه، مایع استخراج شده از سلول های میوه های رسیده میباشد. در هر نوع میوه رسیده سه نوع قند مختلف، بنام های فروکتوز، گلوکز و ساکارز وجود دارد. همچنین در انواع میوه ها، اسیدهای آلی مختلف، از جمله اسید سیتریک، اسید مالیک و اسید تارتاریک به همراه انواع ویتامین ها و مواد معدنی وجود دارند. این ترکیبات در میوه ها به آنها خصوصیات شیرینی وترشی را می دهند. آب میوه هایی که با کیفیت پایین و رنگ تیره، در بازار عرضه می شوند، اگر چه از عمر طولانی و قیمت پایین برخوردارند، با این وجود مورد پسند مشتریان واقع نمی شوند. بنابراین تولید کنندگان آب میوه، باید به کیفیت آب میوه توجه داشته باشند. یکی از مراحل مهم در فرآیند تولید آب میوه ها، بخصوص آب میوه سیب مرحله آنزیم زنی است.  مرحله آنزیم زنی از اهمیت خاصی برخورداراست، چون با حذف این مرحله در فرآیند، باعث تولید آب میوه کدر خواهد شد.

    امروزه در اکثر نقاط دنیا، آب میوه بصورت شفاف شده تهیه و تولید می شود. آنزیم ها، در واقع، کاتالیزورهای زیستی با ماهیت پروتئینی هستند و توسط موجودات زنده حیوان، گیاه و میکروارگانیسم تولید می شوند. انجام تمامی واکنش ها در سلول زنده به آنزیم نیازمند است. نقش عمده آنزیم ها در موجودات زنده، کاتالیزور واکنش های تجزیه و ترکیب است. آنزیم ها موجب افزایش سرعت واکنش های زیستی می شوند و در معرض تغییرات فیزیکی و شیمیایی قرار می گیرند.

    فعالیت کاتالیزوری آنزیم ها معلول ساختمان خاص پروتئینی آنها است و عمل کاتالیزوری آنها در جای مشخصی از آنزیم به نام جایگاه فعال یا جایگاه کاتالیزوری انجام می شود.

    همان طور که اشاره شد، آنزیم ها را می توان از منابع مختلف حیوانی، گیاهی و میکروبی تهیه کرد. آنزیم های تجارتی در سه گروه زیر طبقه بندی می شوند:

    1- آنزیمهای صنعتی، مانند آمیلازها، پروتئازها، گلوکز ایزومراز، لیپاز، کاتالاز، پنیسیلین آمیلاز و آنزیم های پکتیکی

    2- آنزیمها آنالیتیکی، مانند گلوکز اکسیداز، گالاکتوز اکسیداز، الکل دهیدروژناز، هگزوکیناز،مورامیداز و کلسترول اکسیداز

    3- آنزیم های پزشکی، مانند آسپراژیناز، پروتئاز، لیپاز و استرپتوکیناز

    آنزیم ها از دیدگاه انواع واکنش هایی که توسط آنها کاتالیز می شوند، به 6 دسته تقسیم شده اند:

    دسته اول، گروه اکسیدوردوکتازها: این آنزیم ها کاتالیزور واکنش های اکسایشی- کاهشی هستند و عبارتند از دهیدروژنازها، اکسیدازها و پروکسیدازها

    دسته دوم، گروه ترانسفرازها: این آنزیم ها در واکنش هایی که در آنها گروههای شیمیایی انتقال می یابد، به عنوان کاتالیزور عمل می کنند. در این گروه می توان از کینازها که گروه فسفات را از ATP به جسم دیگر منتقل می سازند و ترانس امینازها که انتقال گروه آمینی را به عهده دارند، نام برد.

    دسته سوم،گروه هیدرولازها: این آنزیم ها کاتالیزورهای واکنش های آبکافت هستند و عبارتند از: آنزیم های پکتیکی، لیپازها و آمیلازها.

    دسته چهارم، گروه لیازها: این آنزیم ها گروههای بخصوصی را بدون انجام عمل آبکافت حذف می کنند و تشکیل پیوند دوگانه می دهند. از این گروه می توان دکربوکسیلازها و آلدولازها را ذکر کرد.

     دسته پنجم، ایزومرازها: این آنزیم ها، کاتالیزور واکنش جابجایی داخلی بر روی یک ماده اولیه هستند. از این گروه می توان ایزومرهای سیس- ترانس، اپی مرازها و راسمازها را ذکر کرد.

    در این واکنش ها ATP به عنوان دهنده انرژی توسط لیگازها آبکافت، وAMP و پیرو فسفات ایجاد خواهد شد.

    پکتینازها (Pectinase) آنزیمهایی هستند که معمولاّ با روش میکروبی، بعنوان یک محصول برون سلولی توسط میکروارگانیسم های مولد آن تولید می شوند.

    عموماانزیم پکتیناز به سه روش تخمیر غوطه ور[1] ، تخمیر حالت جامد[2] و کشت سطحی[3] تولید می گردد. تخمیر حالت جامد به علت مزایای زیادی که در مقایسه با دو روش دیگر دارد مورد توجه محققان می باشد. کشت سطحی نیز دارای مزایایی است که خود را از دو روش دیگر متمایز می سازد. مهم ترین مزایای این روش عبارتند از: کم بودن هزینه و انرژی مورد نیاز، در پایان تخمیر می توان مایع زیر توده میکروبی را کشیده و با محیط کشت جدید جایگزین نمود، به این ترتیب با حفظ قارچها از سیکل قبلی دوره متوسط تخمیر در سیکل جدید کاهش می یابد، نیاز به هوادهی داخل محیط کشت و هم زدن ندارد.

    مطالعات بسیاری به تولید پکتیناز به روش تخمیر غوطه ور یا حالت جامد یا کشت سطحی با استفاده از قارچ آسپرژیلوس نایجر اختصاص داده شده است. مهمترین مزیت استفاده از قارچ آسپرژیلوس نایجر کاربرد آسان آن و قابلیت تخمیر طیف گسترده ای از مواد خام ارزان قیمت و راندمان بالای تولید می باشد.

    فصل اول این پایان نامه به مبانی و کلیات نظری و مرور پژوهش های گذشته اختصاص دارد. در فصل دوم روش های استخراج و تخلیص آنزیم آورده شده است. در فصل سوم مواد و روش های اندازه گیری به کار برده شده در این تحقیق توضیح داده شده است. در فصل چهارم نتایج ارائه و تحلیل شده است. در فصل پنجم مدلی برای تولید مداوم پلی گالاکتورونازها آورده شده و در فصل ششم نتیجه گیری نهایی و پیشنهاداتی برای ادامه پژوهش ارائه گردیده است.

     

     

     

    Abstract :

    Pectinases are group of hydrolytic enzymes which degrade pectic substances. Exo-polygalacturonase (exo-PGase) and endo-polygalacturonase (endo-PGase) are two members of the group. In this research two fungal species, namely Aspergillus niger and Thrichoderma reesei, were isolated. Both species were able to produce pectinases but Aspergillus niger was superior in this regard. Optimization of some affecting factors in batch surface culture fermentation showed that pectin at the concentration of 50g/L gives the best results as the sole source of carbon and energy, the optimum ratio of ammonium sulphat to pectin is 0.3, and the optimum time is 4days.

    In this study the feasibility of  continuous production of endo-pectinase (endo-p) and exo-pectinase (exo-p) in surface culture fermentation were confirmed. The maximum exo-PGase activity of 1.5U/mL was obtained of effluent  when pectin concentration in fresh feed, and residence time were 50 g/L and 1 day, respectively. Under these conditions the endo-PGase activity was about 0.015U/mL. A similar system was used to investigate the effect of medium recycle on PGases production. Using a recycle ratio of o.8, the activity of 1.8U/L and 0.016U/L were obtained for exo-PGase and endo-PGase, respectively. A Michaels-Menton type equation was considered for the rate of PGases production in the surface culture bioreactor and the process was modeled. The kinetic parameters in the rate equation were estimated using one set of experimental data. The model predicted other experimental data reasonably well.

     Pectinase production was very weak when pectin was substituted by sugar beet pulp probably due to inefficient contact between the microorganism and substrate particles in surface culture fermentation. Using sugar beet pulp in solid-state fermentation gave results comparable with those obtained in surface culture fermentation of pectin. Semicontinuous production of pectinases in solid state fermentation bioreactor was also investigated. In this method a mineral solution continually trickled and the bed of sugar beet pulp and bearing solution was collected at the outlet. This process continued for 25 days with intermittent mixing of the bed. The cumulation exo-PGase activity of 69.2 U/g was obtained. This figure was 0.73 U/g for endo-PGase.

  • فهرست و منابع پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

    فهرست:

    ندارد.
     

    منبع:

     

    عالم زاده، ایران، " فرایندهای آنزیمی " انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف (1377)

    عاطفی، سید علی، " تولید اسید سیتریک از تفاله سیب با استفاده از تخمیر حالت جامد" انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، (1377).

    2- Taragano, V., Sanchez, V.E., Pilosof, A.M.R., 1997. Combined effe of water activity depression and glucose addition on pectinases andprotease production by Aspergillus niger. Biotechnol. Lett. 19 (3), 233–236.

    3- Solis-Pereyra, S., Favela-Torres, E., Viniegra-Gonzalez, G., Gutierrez-Rojas, M., 1993. Effect of different carbon sources on the synthesis of pectinase by Aspergillus niger in submerged and solid state fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 39, 36–41.

    4- Boccas, F., Roussos, S., Gutierrez, M., Serrano, L., Viniegra, G.G., 1994. Production of pectinase from coVee pulp in solid-state fermentation system: selection of wild fungal isolate of high potency by a simple three-step screening technique. J. Food Sci. Technol. 31 (1), 22–26.

    5- Larios, G., Garcia, J.M., Huitron, C., 1989. Endo-polygalacturonase production from untreated lemon peel by Aspergillus sp. CH-Y-1043. Biotechnol. Lett. 11, 729–734.

    [6] Hours, R.A., Voget, C.E., Ertola, R.J., 1988. Some factors aVecting pectinase production from apple pomace in solid-state-cultures. Biol. Wastes 24, 147–157.

     [8] Pandey, A., "Soid- state fermentation", Biochemical Eng., 13 (2003):81-48.

    [9] Gravais, P., Molin, P., "The role of water in solid- state fermentation", Biochemical Eng., 13(2003):85-101.

    [10] Raghavaro, K., Ranganathan, T.V., Karanth, N., "Some engineering aspects of solid- state fermentation", Biochemical Eng., 13 (2003):127-135.

    [11] Rahardgo, Y., Tramper, J., " Modeling conversion and transport phenomena in solid- state fermentation: Areview and Perspectives", Biotechnol. Advances, 24(2006) :161-179.

    [12] Shogaosadati, S.A. Babaeipour, V., "Pectinase production from apple pomace in multi layer packed bed solid-state bioreactor", Process Biochemistry, 37(2002): 909-914.

    [13] Rodrıguez, J.A., Echevarria, J., Rodrıguez, F.J., Sierra, N., Daniel, A., Martınez, O., 1985. Solid state fermentation of dried citrus peel by Aspergillus niger. Biotechnol. Lett. 7, 577–580.

    [14] Semenova, M.V., Grishutin, S.G., Gusakov, A.V., Okunev, O.N., Sinitsyn, A.P., 2003. Isolation and properties of pectinases from the fungus Aspergillus japonicus. Biochemistry (Moscow) 68 (5), 559–569 (Transl. from Biokhimiya 68 (5), 686–697).

    [15] Shojaosadati, S.A., Hamidi, Z., Rinzema, A., " Modeling of simultaneous effect of moisture and temperature on A.niger growth in solid- state fermentation", Biochemical Eng., 21 (2004) :265-272.

    [16] Sarvamangala, R.P., Dayanand, A. "Production of pectinase from deseeded sunflower head by Asprgillus niger in submerged and solid- state condition", Bioresour. Technol., 97 (2006)2054-2058.

    [17] Miller GL., 1959. Use of Dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal Chem. 31, 426–8.

    [18] Imandi, S., Banaru, V., "Application of statistical  experimental design for the optimization of medium constituents for the production  of citric acid from pineapple waste", Bioresour. Technol., 99(2008) :4445-4450.

    [19]Paul, G.C., Priede, M.A., Thomas, G.R., "relationship between morphology and pectinase production by A. niger fermentations" Biochemical Eng., 3(1999):243-245

    [20]Vandenberghe, L., Socol, C., Pandey, A., “Solid state fermentation for production of pectinase by A. niger”, Bioresurce Technol., 74(2000):175-178

    [21] Antov, M.G., Draginja, M., Peric, I., Gordana, R., " Cultivation of Polyporus squamosus for pectinase production in aqueous two-phase system containing sugar beet extraction waste" Journal of Biotechnol., 91 (2001) 83–87

    [22] A. Blandino, K. Dravillas, D. Cantero, S.S. Pandiella, C.Webb, Utilisation of whole flour for the production of extracellular polygalacturonases by some fungal strains, Process Biochem. 37 (2001) 497–503.

    [23] Souza JVB, Silva ES, Maia MLS, Teixeira MFS. Screening of fungal strains for pectinolytic activity: endopolygalacturonase production by Peacilomyces clavisporus 2A. UMIDA.1. Process Biochem 2001;39:455–8.

    [24] A. De Gregorio, G. Mandalari, N. Arena, F. Nucita, M.M. Tripodo, R.B. Lo Curto, " SCP and crude pectinase production by slurry-state fermentation of lemon pulps" Bioresource Technol., 83 (2002) 89–94

    [25] Kashyap DR, Soni SK, Tewari R. Enhanced production of pectinase by Bacillus sp. DT7 using solid state fermentation. Bioresour Technol 2002; 88:251–4.

    [26]Papagianni, M., Mattey, M., " Physiological aspects of free and immobilized Aspergilus niger cultures producing pectinase under various glucose concentration" Prosses Biochemistry, 39(2003):1963-1970.

    [27] Bai, Z.H., Zhang, H.X., Qi, H.Y., Peng, X.W., Li, B.J.,    " Pectinase production by Aspergillus niger using wastewater in solid state fermentation for eliciting plant disease resistance" Bioresource Technol.,  95 (2003) 49–52

    [28]ALMEIDA, C., BRNYIK, T., FERREIRA, P.M., " Continuous Production of Pectinase by Immobilized Yeast Cells on Spent Grains" JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING., No. 6, 513–518. 2003

    [29] Antov, M.G., "Partitioning of pectinase produced by Polyporus squamosus in aqueous two-phase system polyethylene glycol 4000/crude dextran at different initial pH values" Carbohydrate Polymers., 56 (2003) 295–300

    [30] Martin, N., Souza, S.R., da Silva, R., Gomes, E., 2004. Pectinase production by fungal strains in solid-state fermentation using agro-industrial bio products. Braz. Arch. Biol. Technol. 47, 813– 819.

    [31] Silva, D., Tokuioshi, K., Martins, E, S., Silva, R, D., Gomes, E., " Production of pectinase by solid-state fermentation with Penicillium viridicatum RFC3" Prosses Biochemistry., 40 (2004) 2885–2889

    [32] Jing Debing., Peijun, L., Stagnitti, F., Xianzhe, X., Li, L.," Pectinase production by solid fermentation from Aspergillus niger by a new prescription experiment" Ecotoxicology and environmental Safety., 64 (2006) 244–250

    [33] D.C. Sharma, T. Satyanarayana., " Optimization of nitrogen for enhanced pectinase productivity by a 2-deoxy D-glucose resistant culture of A.niger" Bioresource Technol. 96(2004) :645-648.

    [34] Botella, C.,  Diaz, A.,  Ory, I,D., Webb, C., Blandino, A., " Xylanase and pectinase production by Aspergillus awamori on grape pomace in solid state fermentation" Prosses Biochemistry, 42 (2005) 98–101.

    [35] Patil, S,R., Dayanand,A., " Production of pectinase from deseeded sunXower head by Aspergillus niger in submerged and solid-state conditions" Bioresurce Technol., 97 (2006) 2054–2058.

    [36] Patil, S,R., Dayanand,A., " Optimization of process for the production of fungal pectinases from deseeded sunXower head in submerged and solid-state conditions" Bioresource Technol. 97 (2005) 2340–2344

    [37]Anastassiadis, s., Rehm, H., " Oxygen and temperature effect on pectinase production" Electronic Journal of Biotechnol., 4(2006) :414-[38] Silva, D., Martins, S, E., Leite, R,S., Silva, D,R., Ferreira, V., Gomes, E.," Purification and characterization of an exo polygalacturonase produced by Penicillium viridicatum RFC3 in solid-state fermentation" Process Biochemistry 42 (2007) 1237–1243.

     [38] N. Saad, M. Briand, C. Gardarin, Y. Briand, Ph. Michaud., " Production, purification and characterization of an endopolygalacturonase from Mucor rouxii NRRL 1894" Enzyme and Microbial Technology. 41 (2007) 800–805



تحقیق در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , مقاله در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , پروپوزال در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , تز دکترا در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , مقالات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , پروژه درباره پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , گزارش سمینار در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن , رساله دکترا در مورد پایان نامه بررسی آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس