غربالگری منابع میکروبی قادر به بیوسنتز رنگ‌ها و کاربرد در نساجی

STUDENT

DEGREE

YEAR

In recent years, due to environmental problems and dependence on oil usage of synthetic dyes, more attention has paid to new resources for natural dyes. Microbial colorants have been used in food industries as environmentally friendly and renewable resources. Some of them have shown excellent antimicrobial and UV resistance properties as well. In this study colorants produced by some of the microorganisms, including bacteria Serratia Marcescens and Enterobacter, the yeast Rhodotorula and some microorganisms isolated from soil and air were investigated. Culture medium for maximum color production for each microorganism was studied. Results showed that solid medium containing casein peptone, yeast extract, lactose and Mueller Hinton agar are the best medium for Enterobacter and Serratia bacteria. The aqueous medium containing yeast extract, glucose, sulfate salts with an initial pH of 5.5 was selected as the best environment for Rhodotorula. Solid medium containing starch, casein peptone, nutrient agar, phosphate and sulfate salts was chosen for the microorganism isolated from soil while Hinton agar and salts, potassium dihydrogen phosphate, and magnesium sulfate were more suitable for the bacteria isolated from the air. Microorganisms produced different red and yellow colorants which were able to dye wool, nylon and acrylic fibers. UV-Vis spectroscopy of methanolic extract of dyes showed different maximum absorption wavelength for colorants. FTIR spectroscopy and HPLC were used to identify the main functional groups and also differentiation of various produced colorants. Dyeing with the obtained dye solution was carried out for various textiles under different dyeing method such as acidic, basic, disperse and direct dyes. The results showed dye solution of Serratia and the bacteria in the soil had higher uptake on acrylic at higher pH indicating the cationic nature of colorants. In contrast, dye uptake on wool and acrylic fibers from dye solution of the air isolated bacteria and Eterobacter decreased at higher pH, suggesting the more acidic nature of colorants. All colorants showed very low light fastness on dyed fabric which is characteristic of natural colorants. In contrast their washing fastness was high probably due to their nonpolar character. After treatment with copper, chromium, iron and silver increased the light fastness of red dye from soil isolated bacteria while only copper was useful on dyes from Rhodotorula. Key words: microorganism, color, fabric, dyeing, Serratia, Rhodotorula, FTIR, HPLC, wash fastness, light fastness.

میکروارگانیسم‌ها‌ موجودات بسیار ریزی هستند که متابولیت‌ها‌ی حاصل از آن‌ها‌ رنگ‌ها، آنزیم‌ها و اسیدها است که موارد مصرف مختلفی دارد. با توجه به مشکلات زیست محیطی، آلودگی و پساب، وابسته بودن به منابع نفتی، تجدید ناپذیر و سازگار نبودن رنگ‌های مصنوعی با محیط زیست، بشر به فکر جایگزین نمودن این رنگ‌ها با منابع جدید افتاده است. در این خصوص، رنگ‌های میکروبی به دلیل غیر سمی‌‌ بودن، سازگاری با محیط زیست، برگرفته شده از منابع تجدید پذیر و ضد میکروبی بودن و مقامت بعضی در مقابل اشعه UV ، جایگزین‌های مناسبی هستند. علاوه براین، این دسته از رنگ‌ها از موجوداتی بدست می‌آیند که سرعت رشد و تولید مثل بالایی دارند و نسبت به گیاهان و حشرات کمتر تحت تاثیرشرایط اقلیمی قرار می گیرند. در این پژوهش رنگ تولیدشده توسط تعدادی از میکروارگانیسم‌ها شامل باکتری سراشیا مارسسنس، باکتری انتروباکتر، مخمر ردوترولا و یک نمونه باکتری استخراج شده از خاک مناطق شمال ایران و سه باکتری موجود در هوا بررسی گردید. در مرحله اول محیط کشت‌ بهینه جهت رشد و تولید ماکزیمم رنگ برای هر میکروارگانیسم بررسی گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که محیط کشت‌ جامد حاوی پپتون کازئین، عصاره مخمر، لاکتوز و مولر هینتون آگار به عنوان بهترین محیط کشت جامد برای تولید رنگ باکتری انتروباکتر و سراشیا انتخاب گردید. همچنین محیط‌ کشت مائی حاوی عصاره مخمر، گلوکز، نمک‌های سولفات با pH اولیه 5/5 به عنوان بهترین محیط جهت تولید رنگ مخمر ردوترولا ارزیابی شد. محیط کشت جامد حاوی نشاسته، پپتون کازئین، نوترینت آگار، نمک‌های فسفات و سولفات بهترین شرایط رشد و تولید رنگ را برای باکتری استخراج شده از خاک داشته است. محیط کشت جامد حاوی مولر هینتون آگار و نمک‌های پتاسیم دی هیدروژن فسفات و منیزیم سولفات بهترین شرایط رشد را برای باکتری‌های موجود در هوا فراهم کردند. در مرحله بعد منحنی رشد و تولید رنگ میکروارگانیسم‌ها در محیط‌های مائی بدست آمد که نشان دهنده مراحل مختلف رشد است. سپس با استخراج رنگ تولیدی از محیط‌ها و خالص سازی آن، آزمایشات HPLC و FTIR به منظور شناسایی ساختار رنگ صورت گرفت. بر این اساس مشخص گردید که دو رنگ حاصله از باکتری‌های قرمز و نارنجی رنگ موجود در هوا ساختار مشابهی دارند و در حقیقت رنگ نارنجی، ترکیبی از دو رنگ زرد و قرمز باکتری‌های هوا است. سایر رنگ‌های استخراج شده از منایع میکروبی دارای ساختارهای مشابهی هستند که تنها در گروه عاملی با یکدیگر متفاوت هستند. با محلول رنگ حاصله، رنگرزی منسوجات مختلف انجام ‌شد. نتایج نشان داد که پارچه‌های نایلون، پشم و اکریلیک در شرایط رنگرزی اسیدی 3 : pH و بازیک 5 : pH بیشترین میزان جذب را داشته اند. همچنین معلوم شد که میزان جذب رنگ حاصله از باکتری سراشیا و محلول رنگ باکتری موجود در خاک توسط الیاف با افزایش pH، افزایش می‌یابد. جذب رنگ در pH بالاتر نشان دهنده کاتیونیک بودن ساختار رنگ است. در مقابل، رنگرزی با محلول‌های رنگ حاصله از میکروارگانیسم‌های انتروباکتر و باکتری قرمز رنگ موجود در هوا، در pH‌های بالاتر موجب کاهش میزان رمق کشی رنگ توسط الیاف گردید. از بررسی ثبات شستشویی و نوری منسوج‌های رنگرزی شده چنین نتیجه گیری شد که ثبات شستشویی بیشتر منسوج‌های رنگرزی شده با توجه به مقیاس خاکستری بالا بوده و ثبات نوری این منسوج‌ها با توجه به مقیاس آبی برابر 1 تا 5/1 است. نتایج حاصله با نتایج حاصله از رنگ‌های طبیعی همخوانی دارد. به منظور بررسی امکان افزایش ثبات شستشویی و نوری منسوج‌های رنگرزی شده، دندانه دادن با محلول فلز‌های مختلف بررسی گردید. نتایج حاصله نشان داد که دندانه‌های مس، کروم، آهن و نقره برای رنگ استخراج شده از خاک و دندانه‌های فلزی مس برای رنگ استخراج شده از ردوترولا موجب افزایش ثبات نوری کالا گردیده است که در واقع بیان کننده این است که لیگاند تشکیل شده پایداری بیشتری را دارد.