با عنوان : مطالعه آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد شاهرود

دانشکده فنی و مهندسی – گروه مهندسی شیمی

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

گرایش:صنایع غذایی

عنوان:

مطالعه آنزیم شفاف ساز آب میوه و ارائه مدل سینتیکی برای آن

استاد راهنما:

دکتر حسن زارع علی آبادی

استاد مشاور:

دکتر علی اصغر روحانی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

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 آغاز 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 توليد مداوم پلی گالاکتورونازها به روش تخمير کشت سطحي نیز مورد ارزيابي قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که تولید مداوم پلی گالاکتورونازها به روش تخمیر کشت سطحی امکانپذیر می باشد. 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. بهره گیری 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 گردید. برای اینکار از یک معادله سینتیکی میکائیلیس- منتون بهره گیری گردید. پارامترهای ارتباط سینتیکی با بهره گیری از یک سری داده های تجربی بدست آمد. مدل ارائه شده، داده های تجربی دیگر را با دقت قابل قبولی پیش بینی می کند.

جايگزينی پکتين با تفاله چغندر قند نيز در روش کشت سطحی مورد مطالعه قرار گرفت که تفاله

چغندر قند بدليل نامحلول بودن و ته نشينی نتايج خيلی ضعيفی در مقايسه با پکتين داد، اما بهره گیری از تفاله چغندر قند در روش تخمير حالت جامد باعث توليد پلی گالاکتورونازها در مقاديری قابل مقايسه با مقادير توليد شده در تخمير پکتين باروش کشت سطحی گردید(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 بهره گیری 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 بایستی مواد غذایی مورد نیاز آنها را تامین نمود. با پیشرفت میکروب شناسی کاربردی بهره گیری 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. پس 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 بهره گیری از آنزیم های میکروبی به مانند پکتیناز ، سلولاز ، آمیلاز و پروتئاز برای شفاف کردن آب میوه و حذف پکتین و الیاف سلولز در آن بهره گیری نمود. پکتیناز در سال 1930 بوسیله آزمایش های زیادی که در فرآیند تولید آب میوه و شراب انجام گردید، 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 هست. همچنین در انواع میوه ها، اسیدهای آلی مختلف، مانند 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 تفاصیل مورد پسند مشتریان واقع نمی شوند. پس تولید کنندگان آب میوه، بایستی به کیفیت آب میوه توجه داشته باشند. یکی از مراحل مهم در فرآیند تولید آب میوه ها، بخصوص آب میوه سیب مرحله آنزیم زنی می باشد. مرحله آنزیم زنی از اهمیت خاصی برخورداراست، زیرا با حذف این مرحله در فرآیند، باعث تولید آب میوه کدر خواهد گردید.

امروزه در اکثر نقاط دنیا، آب میوه بصورت شفاف شده تهیه و تولید می گردد. 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 می باشد. تأثیر عمده آنزیم ها در موجودات زنده، کاتالیزور واکنش های تجزیه و ترکیب می باشد. 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 می باشد و اقدام کاتالیزوری آنها در جای مشخصی از آنزیم به نام جایگاه فعال یا جایگاه کاتالیزوری انجام می گردد.

همان گونه که تصریح گردید، آنزیم ها را می توان از منابع مختلف حیوانی، گیاهی و میکروبی تهیه نمود. 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 اقدام 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 اقدام آبکافت حذف می کنند و تشکیل پیوند دوگانه می دهند. از این گروه می توان دکربوکسیلازها و آلدولازها را ذکر نمود.

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 نمود.

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

پکتينازها (Pectinase) آنزيمهایی هستند که معمولاّ با روش ميکروبي، بعنوان يک محصول برون سلولي توسط ميکروارگانيسم هاي مولد آن توليد مي شوند.

عموماانزیم پکتيناز به سه روش تخمير غوطه ور[1] ، تخمير حالت جامد[2] و کشت سطحي[3] توليد مي گردد. تخمير حالت جامد به علت مزاياي زيادي که در مقايسه با دو روش ديگر دارد مورد توجه محققان مي باشد. کشت سطحي نيز داراي مزايايي می باشد که خود را از دو روش ديگر متمايز مي سازد. مهم ترين مزاياي اين روش عبارتند از: کم بودن هزينه و انرژي مورد نياز، در پايان تخمير مي توان مايع زير توده ميکروبي را کشيده و با محيط کشت جديد جايگزين نمود، به اين ترتيب با حفظ قارچها از سيکل قبلي دوره متوسط تخمير در سيکل جديد کاهش مي يابد، نياز به هوادهي داخل محيط کشت و هم زدن ندارد.

مطالعات بسياري به توليد پکتيناز به روش تخمير غوطه ور يا حالت جامد يا کشت سطحي با بهره گیری از قارچ آسپرژيلوس نايجر اختصاص داده شده می باشد. مهمترين مزيت بهره گیری از قارچ آسپرژيلوس نايجر کاربرد آسان آن و قابليت تخمير طيف گسترده اي از مواد خام ارزان قيمت و راندمان بالاي توليد مي 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 می باشد. در فصل سوم مواد و روش های اندازه گیری به کار برده شده در این پژوهش توضیح داده شده می باشد. در فصل چهارم نتایج ارائه و تحلیل شده می باشد. 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 می باشد.

1-1- پکتینازها

پکتینازها[4] گروه بزرگی از آنزیم ها هستند که پلی ساکاریدهای گیاهی را به مولکولهای ساده تر مثل گالاکتورونیک اسید می شکنند.این اقدام موجب افزایش بازده و شفاف سازی آب میوه جات می گردد. از آنجه که مواد پکتیکی گروهای مولکولی پیچیده ای هستند آنزیمهای پکتینو لیتیکی مختلفی نیاز می باشد تا بتوانند آنها را به صورت کامل بشکنند. تولید پکتیناز 10% از کل تولید آنزیم ها را به خود اختصاص داده می باشد.آنزیم های پکتینولیتیکی به صورت گسترده در صنایع غذایی برای تولید آبمیوه و دیگر نوشیدنیها بهره گیری می شوند. این بخش آنزیم پکتینولیتیکی و سوبستراهای آنها، تولید میکروبی پکتیناز و عوامل مؤثر بر آن و همچنین کاربردهای صنعتی این آنزیم ها را توضیح می دهد.

1-2- سوبسترای پکتیکی

سوبستراهای پکتیکی مولکولهای گلوکوزیدی پیچیده با جرم مولکولی بالا هستند که در کشت ها پیدا میشوند. آنها در دیواره ابتدایی سلولی حضور دارند و اجزاء اصلی لامای میانی هستند، یک لایۀ چسبنده بین دیواره ها و سلولهای جوان نزدیک تشکیل می دهند.در مدت کوتاهی، آنها باعث شکل گیری ساختار و پیوستگی بافت های گیاه می شوند. سه گروه اصلی پلی ساکاریدهای پکتیکی ساخته شده اند که همگی دارای دی- گالاکتورونیک اسید هستند.

1-2-1- هوموگالاکتورونان(HG)

یک پلیمر خطی می باشد که به وسیلۀ دی- گالاکتورونیک اسید که می تواند استیله یا متیل استری شده باشد،

تشکیل می گردد. این قسمت می تواند قسمت صاف پکتین نام بگیرد. مولکول بر حسب سطح استری شدن آن دسته بندی می گردد: پکتینی که حداقل 75% گروههای کربوکسیل آن متیله شده باشند؛ اسپکتینی که کمتر از 75% گروه کربوکسیل متیله دارد؛ اسید پکتیک یا پلی گالاکتورونیک اسید که گروه کربوکسیلی متیل استری شده ندارد. کلمه پکتین معمولاً برای تمام مواد پکتیکی به کار برده می گردد.

1-2-2- رامنو گالاکتورونان (RGI)

RGI از تکرار دی ساکاریدرامنوز گالاکتورونیک اسید به وجودآمده می باشد. باقیمانده های گالاکتورونی میتوانند استیله شده و هر دو گروه باقیمانده می توانند زنجیره های جانبی قند را به مثل گالاکتوز، آرابینوزو زایلوز جدا کنند.

1-2-3- رامنو گالاکتورونان (RGΠ)

بر خلاف اسم آن RGΠیک زنجیرۀ هوموگالاکتورونان می باشد. که دارای زنجیره های جانبی پیچیده که به باقیمانده های گالاکتورونیک متصل هستند، می باشد.

ویکن و همکاران یک ساختار برای پکتین پیشنهاد دادند که در این مدل HG و RGII زنجیره های جانبی طویل برای RGI می باشند. شکل(1-1) هر دو زنجیرۀ RG منطقه کرکی مولکول نامیده می شوند. در میوجات نارس، پکتین به صورت ماده پکتیکی نامحلول در آب یعنی پرتوپکتین پیدا نمود می گردد. پکتین با فیبرهای سلولز پیوند مستقر می کند و به صورت صلب روی دیوارۀ سلول در می آید. در هنگام رسیدن میوه ساختار پکتین را با شکاندن زنجیرۀ اصلی یا زنجیره های فرعی دگرگون می کنند که نتیجۀ آن ایجاد مولکولهای قابل حل بیشتر می باشد. مواد پکتیکی تمایل به تشکیل ساختار ژل مانند دارند این تمایل هنگامی روی می دهد که بخش های HG تشکیل یک شبکه کریستالی سه بعدی داده باشند که آب و مواد محلول در فواصل شبکه جایگزین شوند. فاکتورهای متعددی مانند دما، نوع پکتین، درجۀ استری شدن، درجه استالی شدن، pH، قند و دیگر حل شونده ها و خصوصاً تداخل بین یونهای کلسیم و گروههای کربوکسیل استری نشده پکتین خصوصیات ژلی پکتین را تعیین می کنند. در پکتین با درجه استری شدن بالا، مناطق اتصال بوسیلۀ اتصال جانبی HG توسط پیوند هیدروژنی و نیروهای هایدروفوبیک بین گروههای متوکسی که هر دو توسط غلظت بالای قند و pH پایین تقویت می شوند تشکیل می شوند.

1-3- آنزیم های پکتینولیتیکی

پکتینازها گروهی از آنزیم ها هستند که شکستن مواد پکتیکی را هنگام واکنش های شکستن پلیمرآنها (هیدرولیز) یا دی استری شدن کاتالیز می کنند.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

شکل 1-1 : ساختار پایه ای پکتین شمای کلی ساختار معمولی (A) و ساختار جایگزین پیشنهادی(B)

شناخته شده ترین آنزیم های پکتینولیتیکی آنزیم های شکنندۀ هوموگالاکتورونان هستند. شکل(1-3) شکل اقدام آنزیم پکتیناز را نشان می دهد.

1-3-1- پرتو پکتینازها

پرتو پکتینازها پکتین نامحلول را به صورت پلیمر قابل حل در می آورند آنها به دو دسته تقسیم میشوند: یکی آنهایی که با منطقۀ پلی گالاکتورونیک اسید از پرتو پکتین واکنش می دهند که نوع A نامیده می گردد و دیگری آنهایی که با زنجیرۀ پلی ساکارید که زنجیرۀ پلی گالاکتورونیک اسید را به دیوارۀ سلول متصل می کند، واکنش می دهنداین گروه نوع B نامیده می شوند.

1-3-2- پکتین متیل استراز(PME)

پکتین متیل استراز ، دی استری شدن گروه متوکسی پکتین را که اسید پکتیک و متانول تولید می کند، کاتالیز می کند. این آنزیم به صورت گزینشی روی گروه متیل استری واحد گالاکتورنات تا یک گروه غیر استری واحد گالاکتورونات اقدام می کند.این آنزیم قبل از پلی گالاکتوروناز و پکتات لیاز اقدام می کند و نیاز به سوبسترای غیر استری دارد . این آنزیم در گروه کربوهیدارات استراز طبقه بندی می گردد.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

1-3-3- پکتین استیل استراز

پکتین استیل استراز، استیل استر پکتین که تولید کتیک اسید و استات می کند را هیدرولیز می کند. این آنزیم در گروه خانوادۀ 12و 13 کربوهیدرات استراز طبقه بندی می گردد.

1-3-4- پلی متیل گالاکتوروناز(PMG)

پلی متیل گالاکتوروناز شکستن هیدرولیتیکی پیوند آلفا1- و4 گلوکوزیدی را زنجیرۀ اصلی پکتین کاتالیز می ‌کند. این عمی خصوصاً بر روی پکتین L درجۀ استری بالا صورت گرفته و تولید 6- متیل گالاکتورونات می کند.

1-3-5- پلی گالاکتورونازها

پلی گالاکتورونازها هیدرولیز اتصالات آلفا 1و 4 گلوکوزیدی در پلی گالاکتورونیک اسید که تولید محلول دی گالاکتورونات می کند را کاتالیز می کند. این آنزیم در خانواده 28 گلیکوسیل هیدرولاز قرار دارد. هر دو گروه آنزیم های هیدرولاز (PMG,PG) می توانند در دو حالت exo و endo اقدام کنند.endo-PG و endo-PMG اقدام شکستن سوبسترا را به صورت تصادفی، کاتالیز می کنند. اما exo-PG شکستن هیدرولیتی بر روی سوبسترا در پایان زنجیره اقدام می کنند و مونوگالاکتورونات یا دی گالاکتورونات تولید می کنند. هیدرولازها معمولاً توسط قارچ تولید می شوند و در محیط خنثی یا اسیدی فعالیت بیشتری از خود نشان می دهند، جدول(1-1).

تعداد صفحه :98

قیمت : چهارده هزار و هفتصد تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       

———-          serderehi@gmail.com