عنوان پایان‌نامه
برسی تاثیرفاز اسپورلاسیون برتولید بیوسورفکانت توسط باکتری باسیلوس سابتیلیس
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 912.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44280
- تاریخ دفاع
- ۱۵ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- اکرم آبی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا, محمدحسین صراف زاده
- چکیده
- بیوسورفکتانتها مواد فعال سطحی می‌باشند که دارای دو بخش آب‌دوست و آب‌گریز بوده و دارای خواصی مانند: کاهش کشش سطحی، پایدار نمودن امولسیونها، ایجاد کف و زیست تخریب‌پذیری و در نتیجه دارای کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف از جمله: ازدیاد برداشت نفت، استفاده‌های زیست محیطی، مواد شوینده، صنایع غذایی، داروسازی، چوب و کاغذ، علف‌کش و حشره‌کش و ... می‌باشند. به دلیل مزایای متعدد بیوسورفکتانتها نسبت به سورفکتانت‌های شیمیایی استفاده از آنها در سالهای اخیر به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. در همین راستا تولید بیوسورفکتانتها با استفاده از میکروارگانیزمهای مختلف در محیط‌های کشت و شرایط عملیاتی متنوع صورت گرفته است. باکتری باسیلوس سوبتیلیس یکی از انواع میکروارگانیزمهای تولید کننده بیوسورفکتانت بوده که قادر به تولید یکی از قوی‌ترین بیوسورفکتانت به لحاظ کاهش کشش سطحی به نام سورفکتین می‌باشد. در این پژوهش از گونه DSM 3256 باکتری باسیلوس سوبتیلیس که معادل گونه استاندارد تولید سورفکتین (ATCC 21332) می‌باشد استفاده گردید. در آزمایشهای انجام گرفته بر روی این گونه، ابتدا پارامترهای عملیاتی شامل: دما، شدت همزدن و حجم پرشده هرکدام در دو سطح مورد بررسی قرار گرفته و بهترین شرایط عملیاتی برای تولید سورفکتین به ترتیب: دمای 37 oC ، دور 140rpm و حجم پرشده 25% بدست آمد و میزان کاهش کشش سطحی به حدود 27 mN/m رسید که بسیار قابل توجه می‌باشد. همچنین میزان تولید بیومس نیز در بهترین حالت به مقدار 5 گرم در لیتر تولید شد که در مقایسه با دیگر گونه‌ها قابل توجه می‌باشد. در بخش دیگری از آزمایشها که به منظور بررسی اجزاء محیط کشت انجام گرفت، اثر چند منبع کربن و نیتروژن مختلف و همچنین غلظت نمکهای آهن و منیزیم در تولید سورفکتین مورد آزمایش قرار گرفتند که گلوکز و نیترات آمونیوم (NH4NO3) به ترتیب به عنوان بهترین منبع کربن و نیتروژن مشخص شدند. همچنین غلظت بالای نمکهای آهن و منیزیم دارای تأثیر مثبت در تولید سورفکتین بودند. همچنین استفاده از روغن به عنوان منبع کربن دوم و عصاره مخمر به عنوان منبع نیتروژن آلی تأثیر بالایی بر افزایش تولید بیومس و محصول داشتند. بررسی فاز اسپورزایی این باکتری که در شرایط نامساعد محیطی رخ داده و رشد این باکتری و در نتیجه تولید بیوسورفکتانت را محدود می‌نماید هدف بخش دیگری از آزمایشهای انجام گرفته در این پژوهش بود که به دو شکل کشت لرزان برای بررسی اثر دما و شدت همزدن با اعمال شوکهای مربوطه و کشت در فرمانتور برای بررسی اثر محدودیت اکسیژن محلول انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایشهای این بخش نشان داد که با شروع شرایط نامناسب محیطی، میزان تولید بیومس کاهش یافته و میزان کاهش کشش سطحی که معرف تولید سورفکتین بود کاهش یافته و در شوکهای شدید مانند قطع همزدن، متوقف می‌شود به طوری که کشش سطحی محیط در رقت 10 برابر که در کشت عادی تا حدود 33 mN/m کاهش یافته بود، در کشت در معرض شوک تنها تا 55 mN/m کاهش یافت و کاهش دانسیته نوری از 5 به 3 نیز نشان داد که میزان بیومس تا حد زیادی کاهش یافته که توسعه میزان اسپورزایی حدود 80% پس از اعمال شوک کاهش تولید محصول و توده سلولی را به خوبی بیان می‌کند. همچنین در کشت انجام گرفته در فرمانتور که مجهز به سنسور اندازه‌گیری میزان ثابت دی الکتریک (Di -electric Permittivity) و رسانایی بود اطلاعات مفیدی در مورد تغییرات شرایط محیط کشت در طول فرآیند تخمیر کسب گردید.
- Abstract
- Biosurfactants are amphiphilic active surface components which contain hydrophobic and hydrophilic moieties that reduce surface tension and interfacial tension between individual molecules at the surface and interface respectively. Biosurfactants have several advantages over the chemical surfactants such as lower toxicity, higher biodegradability, higher selectivity and applicable at extreme temperature and pH which enables them to be used in a variety of applications such as: enhanced oil recovery, environmental and pharmaceutical applications, etc. Bacillus subtilis produces a cyclic lipopeptide biosurfactants named surfactin which is one of the most effective biosurfactants in decreasing surface tension. Surfactin has been applied as antiviral agents and has been a subject of several studies on the discovery of new antibiotics. In this work, the strain DSM 3256 of bacillus subtilis equivalent to the standard strain for surfactin production (ATCC 21332) has been used. The experiments are categorized in several parts: first, investigation of operating parameters including: temperature, shaking rate and filling volume each of which examined in tow levels to determine the optimum operating conditions for surfactin production. These optimum conditions specified as: temperature: 37oC, shaking rate: 140rpm and filling volume: 25% which resulted in a very significant decrease in surface tension down to 27mN/m. Also the biomass production was about 5g/L which is relatively high compared to the concentrations obtained from other microorganisms. Media components investigation was the purpose of another part of this study which was done by examination of the effect of several carbon and nitrogen sources along with different concentrations of ferrous and magnesium salts on surfactin production. The results showed that glucose and ammonium nitrate were respectively the best carbon and nitrogen sources. It was also observed that Fe+2 and Mg+2 ions are more effective on biosurfactants production in their high concentrations. In addition, the utilization of olive oil as second carbon source and yeast extract as second nitrogen source improved both surfactin and biomass productions. Since bacillus subtilis is a gram-positive bacterium with the ability of endospore forming and this phase could limit the biosurfactants production, sporulation phase study was carried on for investigating the effect of environmental stresses such as heat shock and dissolved oxygen shock on surfactin production in two types of culture, one in the shaker incubator and another in a fermenter. The results showed that by onset of stress, the cell growth was highly affected and surfactin production was limited. It was also observed that in more aggressive shocks like stopping the shaker, the surfactin production was stopped in a way that only a CMD-1 of 55 mN/m was obtained compared to a CMD-1 as low as 33 mN/m that obtained in the normal culture. The reduction of optical density from 5 to 3 in the culture exposed to shock reinforced the fact that sporulation is the reason of decrease in product and biomass production. Additionally, lots of useful information regarding the changes in culture state during fermentation, cell growth and sporulation process was obtained via di-electric and conductivity sensors mobilized in the fermenter.
