بهینه‌سازی تولید و جداسازی کیتوزان قارچی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Chitosan is a copolymer containing glucosamine and N-acetyl-glucosamine units in which glucosamine units are predomination. Chitosan has numerous applications in biotechnology, food, agriculture, pharmacy, and medical. It commercially produces by deacetylation of chitin in shells of crustaceans. Nowadays, the alternative source of chitosan is cell wall of zygomycetes fungi in which chitosan appears naturally. Recent studies show that fungal cultivation conditions including the composition of culture media strongly influence the growth of zygomycetes and chitosan accumulation in the cell wall. In this study, the effects of different nitrogen source (urea and ammonia) with carbon to nitrogen ration (C/N) of 7.5, 10, and 15 were studied on chitosan production by Mucor indicus . A full nutrient medium containing ammonium sulfate was used as a base. Then, other nitrogen source with three amount of C/N was added to the base medium without ammonium sulfate for various morphology (aerobic filamentous, aerobic yeast-like, and anaerobic yeast-like) of M. indicus . The concentration of sulfate ions was kept at its concentration in the base medium by adding 5.68 grams per liter of sulfuric acid. Furthemore, a medium without nitrogen source was evaluated for each morphology. The biomass efficiency for three nitrogen sources was increased more in the case of aerobic yeast-like morphology. The maximum biomass yield of 0.131 ± 0.001 g/g glucose was observed by adding carbon to nitrogen ratio of 15 using sodium nitrate in aerobic yeast-like morphology. After 48 h fermentation, anaerobic yeast-like morphology resulted in the highest ethanol yield, where addition of urea showed the highest ethanol yield of 0.473 ± 0.005 g/g glucose at C/N=7.5. On the other hand, addiotion of sodium nitrate resulted in the highest chitin and chitosan yield of 0.73 (g/g AIM) under aerobic filamentous morphology at C/N= 7.5. Then, the maximum of glucosamine yield in the cell wall was detected for the amples that had the highest amount of chitin and chitosan. Glucosamine yield was higher in the samples prepared under aerobic filamentous morphology (0.627± 0.006 g/g AIM), while the phosphate content was the minimum(0.540±0.004 g/g AIM). The minimum glucosamine yield was achieved for the aerobic yeast-like morphology (0.313± 0.026 g/g AIM). The maximum of -acetyl-glucosamine yield was for urea nitrogen source in aerobic filamentous morphology with C/N=15(0.116± 0.001 g/g AIM). Chitosan is derived from the best samples that had the highest efficiency of chitin and chitosan. The highest chitosan extraction efficiency was achieved for sodium nitrate as nitrogen

کیتوزان کاربردهای متنوعی در پزشکی،داروسازی،کشاورزی وبیوتکنولوژی داردوتولیدصنعتی آن به روش استیل زدایی شیمیایی کیتین استخراج‌شده از پوست سخت‌پوستان است. به دلیل برخی خواص مانند حلالیت کیتوزان در محلول اسیدهای رقیق مقبولیت این ماده نسبت به کیتین بیشتر است. به‌تازگی دیواره سلولی قارچ‌های زیگومایست نیز به‌عنوان منبع دیگری برای تولید کیتوزان معرفی شده است. در دیواره سلولی این قارچ‌ها، کیتوزان از طریق استیل زدایی آنزیمی کیتین تولید می‌شود. پژوهش‌های گذشته نشان می‌دهد که نوع و غلظت مواد موجود در محیط کشت قارچ‌ها می‌توانند تأثیر فراوانی بر چگونگی رشد قارچ‌های زیگومایست و میزان تولید کیتوزان در دیواره سلولی آن‌ها داشته باشند. یکی از معروف‌ترین گونه های قارچی تولیدکننده کیتوزان، قارچ موکور ایندیکوس است که در این پژوهش از این نوع قارچ استفاده‌شده است. آخرین روش مطرح‌شده برای جداسازی کیتوزان فرایند دومرحله‌ای با به‌کارگیری اسیدسولفوریک و اسیدلاکتیک است که به ترتیب وظیفه حذف فسفات از دیواره سلولی و جداسازی کیتوزان را بر عهده‌دارند. ازآنجاکه برای بهبود سودآوری اقتصادی تولید کیتوزان به روش زیستی باید در جهت یافتن عوامل افزایش‌دهنده‌ی کیتوزان در دیواره‌ی سلولی قارچ‌ها تلاش نمود، در این راستا در این پژوهش اثر حضور منابع مختلف نیتروژن ( نیترات سدیم، هیدروکسید آمونیوم و اوره) و نسبت های کربن به نیتروژن (15،10 و 5/7 ) این منابع در محیط کشت بر میزان تولید کیتوزان توسط این قارچ موردبررسی قرار گرفت و در انتها نمونه بهینه جهت تعیین میزان گلوکزآمین و ان استیل گلوکزآمین، استخراج و جداسازی کیتوزان قارچی انتخاب شدند. در شروع آزمایش ها از یک محیط کشت پایه به‌عنوان مرجع استفاده شد. سپس ترکیب آمونیوم سولفات از محیط کشت پایه حذف شد و غلظت های مختلف نیتروژن توسط دیگر منابع نیتروژن با نسبت‌های کربن به نیتروژن 5/7، 10و 15 برای مورفولوژی های مختلف (رشته ای هوازی، مخمری هوازی و مخمری بی هوازی) قارچ موکور ایندیکوس مورد آزمایش قرار گرفت. در این سری از آزمایش ها غلظت یون سولفات از طریق اضافه کردن 68/5 گرم بر لیتر اسیدسولفوریک در مقدار معادل آن در محیط کشت پایه، ثابت نگه‌داشته شد. لازم به ذکر است که محیط کشت بدون منبع نیتروژن اضافی برای هر مورفولوژی نیز مورد بررسی قرار گرفت. افزایش بازده توده زیستی برای هر سه منبع نیتروژنی در مورفولوژی مخمری هوازی بیشتر از دو مورفولوژی دیگر قابل‌رؤیت بود. بیش ترین بازده توده زیستی تولیدی در محیط کشت حاوی منبع نیتروژنی نیترات سدیم با نسبت کربن به نیتروژن 15 در مورفولوژی مخمری هوازی مشاهده شد (001/0±131/0 گرم به گرم گلوکز). در زمان تخمیر ?? ساعت مورفولوژی مخمری بی هوازی برای همه منابع نیتروژنی جایگزین شده، بازده اتانول بیش تری داشت که اوره بالاترین میزان تولید اتانول را در 5/7 به خود اختصاص داد (005/0±473/0 گرم به گرم گلوکز). منبع نیتروژنی نیترات سدیم با مورفولوژی رشته ای هوازی با بازده 73 /0 (گرم به گرم AIM) تعیین بیشترین بازده گلوکزآمین موجود در دیواره سلولی از بین نمونه هایی که بالاترین میزان کیتین و کیتوزان (گرم به گرم گلوکز) را داشتند انتخاب شد. بازده گلوکزآمین برای نمونه بهینه نیترات سدیم در مورفولوژی رشته ای هوازی بیش تر از دیگر نمونه های انتخاب شده بود (006/0±627/0گرم به گرم AIM) و میزان فسفات موجود در این نمونه از همه نمونه های مورد بررسی نیز کم تر بود (004/0±540/0گرم به گرم AIM). کم ترین مقدار گلوکزآمین در بین نمونه های بهینه متعلق به نیترات سدیم در مورفولوژی مخمری هوازی بود (026/0±313/0 گرم به گرم AIM). منبع نیتروژنی اوره در مورفولوژی رشته ای هوازی برای نسبت کربن به نیتروژن 5/7 بیش ترین بازده ان استیل گلوکزآمین را در بین نمونه های بهینه داشت (001/0±116/0 گرم به گرم AIM). استخراج کیتوزان نیز از بین نمونه های بهینه که دارای بالاترین بازده کیتین و کیتوزان بودند انتخاب شد. بیش ترین بازده کیتوزان استخراجی مربوط به منبع نیتروژنی نیترات سدیم در تخمیر هوازی برای مورفولوژی رشته ای بود (1/14درصد گرم به گرم AIM).