تولید گلوکزآمین هیدروکلرید با استفاده از قارچ های زایگومایست

STUDENT

DEGREE

YEAR

Glucosamine is a white crystal, odorless, and water soluble amino monosaccharide. It is available in the synovial fluid and has an important role in cartilage resilience and joint lubrication. As the body ages, it loses its ability to synthesis the glucosamine. This leads to stiffness, inflammation, and joint erosion which cause pain known as arthritis in back, knee, and neck. Glucosamine can relief the pain and assist in the rehabilitation of cartilage and refreshes synovial fluid. Main source for glucosamine preparation is the exoskeleton of shrimps or crabs. Marine sources of glucosamine preparation have different drawbacks, e.g., variations in composition under uncontrolled growth, seasonal and location dependency, heavy metal poisoning duo to contaminated oceans, and shellfish allergy to some of the people. Glucosamine is also available as chitin and chitosan or chitin and glucan, in some fungal cell wall including zygomycetes and ascomycetes respectively. Rhyzopus oryzae and Mucor indicus, two most important strains of zygomycetes fungi, are non-pathogenic microorganisms that can grow on a notable diversity of substrates including lignocellulosic hydrolysates containing several harsh inhibitors. In addition to high ethanol yield, the biomass of these fungi as a by-product has been used as a source of chitosan for production of e.g., superabsorbent polymers, fish feed, and a replacement for yeast extract, after autolysis. The yield of glucosamine preparation depends on several factors including acid concentration, acid to chitin (or chitosan) ratio, temperature, and retention time. In this study, a method for the recovery and purification of glucosamine from zygomycetes fungal biomass was developed. Firstly, the biomass (from R. oryzae ) was pretreated using NaOH at and diluted sulfuric acid at room temperature for proteins and polyphosphates removal respectively. The yields for protein and phosphate removal were 0.15 and 0.79, respectively. The pretreated biomass was hydrolyzed using hydrochloric acid solution, and after that the produced glucosamine was recovered from acidic solution by complete evaporation of acid after cold filtration. The impure glucosamine was purified and the obtained crystals demonstrated high purity according to FTIR and DTA analysis. The yield of glucosamine also was investigated at different acid concentrations (6-12 M), reaction temperatures ( ), and reaction times (1-6 h), and it was evident that these factors and also their interactions control the yield of glucosamine production. The optimum conditions for glucosamine preparation in this study were obtained at for 1 h using 12M acid or at for 6h, using 6M acid. Keywords: Glucosamine, Hydrolysis, Purification , Rhyzopus oryzae , Optimization, Chitosan

گلوکزآمین هیدروکلرید منوساکاریدی آمین دار است که در بدن انسان نقش مهمی در ساخت مایع مفصلی و سلامت غضروف ها دارد. با افزایش سن، سنتز این ماده در بدن کاهش می یابد و برای جلوگیری از سایش غضروف ها و ورم مفاصل، این ماده باید از خارج از بدن تأمین شود. این ماده در حال حاضر از کیتین موجود در پوست سخت‌پوستان دریایی به‌مانند میگو تولید می شود. این منبع تولید معایبی ازجمله آلرژی داشتن برخی افراد به فرآورده های دریایی، سمیت محصول با فلزات سنگین، یکدست نبودن ترکیب ماده ی اولیه و تهدید منابع آبزی دارد؛ از طرفی دیواره سلولی قارچ های زایگومایست حاوی مقادیر قابل‌توجهی از کیتین و کیتوزان است که می تواند به گلوکزآمین تبدیل شود، ولی تاکنون تولید و خالص سازی گلوکزآمین از قارچ های زایگومایست انجام نشده است. در این پژوهش، گلوکزآمین با استفاده از زیست‌توده پیش فرآوری شده قارچ رایزوپوس اورایزه تولید شد. در پیش فرآوری انجام‌گرفته ابتدا پروتئین و پلی فسفات های دیواره سلولی جدا شد. بازده پروتئین‌زدایی 15% و بازده فسفات‌زدایی 79% بود. سهم کیتین و کیتوزان زیست‌توده پیش‌فرآوری شده به ترتیب 33 و 8/24 درصد اندازه گیری شد. برای تولید گلوکزآمین از زیست‌توده پیش‌فرآوری شده، از اسید هیدروکلرید استفاده شد. در این پژوهش برای بازیابی گلوکزآمین پس از اتمام واکنش، ابتدا محلول اسیدی فیلتر شد و محلول اسیدی شفاف عاری از ترکیبات واکنش نداده و ناخالصی ها به مدت 1 روز زیر هود با جریان ملایم هوا قرار داده شد. پس از تبخیر اسید، رسوب تشکیل‌شده با استفاده از اتانول از سطح ظرف، و با استفاده از کاغذ صافی از اتانول جدا شد. رسوب به‌دست‌آمده پس از خشک شدن در آون، با آب مقطر مخلوط و با کربن فعال با نسبت 1:1 در آون 55 درجه سانتی‌گراد به مدت 2 ساعت تماس داده شد؛ سپس دوباره آمیزه فیلتر شد و آب محلول گلوکزآمین تبخیر و گلوکزآمین به‌دست‌آمده توزین شد. کیفیت گلوکزآمین تولیدی با آنالیزهای FTIR و DTA بررسی شد و نتیجه‌گیری شد که پیک‌های گروه عاملی در نمونه به‌دست‌آمده با پیک‌های به‌دست‌آمده برای گلوکزآمین استاندارد همخوانی دارند و همچنین نقطه ذوب گلوکزآمین تولیدی 187 درجه سانتی‌گراد است که با میزان 190-192 درجه سانتی‌گراد برای گلوکزآمین خالص هم خوانی دارد. برای بررسی متغیرهای مؤثر در تولید شیمیایی گلوکزآمین با استفاده از اسید هیدروکلرید، مدل دومتغیره‌ی فاکتوریل کامل با ثابت بودن متغیرهای نسبت اسید به زیست‌توده پیش‌فرآوری شده در 150 میلی‌لیتر بر گرم و غلظت اسید در 12 مولار و متغیر بودن دما در 70 تا 110 درجه سانتی‌گراد و زمان در 1 تا 5 ساعت طراحی شد. آنالیزهای آماری برای بازده گلوکزآمین تولیدی نشان داد که بین زمان و دما برهمکنش وجود دارد و تاثیر این برهمکنش مهم‌تر از متغیر زمان است. شرایط بهینه در این طراحی در 70 درجه سانتی‌گراد و زمان 5/3 ساعت بود که بازده 55% برای گلوکزآمین تولیدی داشت. مدلی سه متغیره نیز با متغیر بودن غلظت اسید هیدروکلرید در 6 تا 12 مولار، دما در 70 تا 110 درجه سانتی‌گراد و زمان بین 1 تا 5 ساعت با نسبت ثابت 150 میلی‌لیتر بر گرم زیست‌توده عاری از پروتئین و فسفات طراحی شد و نتیجه گیری شد که علاوه بر زمان و دما، غلظت و دما نیز بر بازده تولید گلوکزآمین برهم کنش دارند و غلظت و دما به ترتیب از مهم ترین عوامل در هیدرولیز اسیدی هستند. همچنین نتایج نشان داد که برای کاهش تخریب گلوکزآمین تولیدی، متغیرهای دما و غلظت نباید همزمان در حداکثر مقدار خود باشند. کلیدواژه‌ها: گلوکزآمین، هیدرولیز، خالص سازی، رایزوپوس اورایزه، بهینه سازی، کیتوزان