Skip to main content
SUPERVISOR
مجید مقدم (استاد راهنما) مهدی کدیور (استاد مشاور) حمیدرضا رحمانی (استاد مشاور) محمد شاهدی باغ خندان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Leila Mosafa
لیلا مصفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Magnetic nanoparticles supported papain and pectinase enzymes and it's effect on fruit juice clarification
In the present work, the preparation, characterization and application of silica-coated magnetic nanoparticles immobilized papain and pectinase is reported. In this manner, the magnetite nanoparticles were synthesized by co-precipitation method. Next, silica-coated nanoparticles were prepared through the sol–gel reaction and then activated by 3-(chloropropyl)trimethoxysilane. The immobilized enzyme was characterized by FT-IR, XRD,SEM andVSM techniques. Response Surface Methodology was applied by for statistical designing of operating conditions in order to immobilize papain and pectinase on magnetic nanoparticles. Operation conditions included temperature of the immobilization solution, pH of the enzyme solution, enzyme concentration and immobilization time as numeric factors and immobilization amount of enzyme and activity of immobilized papain as responses. The immobilization of papain process was optimized at 27.3 o C, pH=7.1 and 3.3 mg papain for 10 h. The immobilization yield was 58.3% at optimum conditions. Compared with the native papain, the conjugated papain was found to exhibit enhanced enzyme activity, better tolerance to the variations of medium pH and temperature, and improved storage stability as well as good reusability. Furthermore, free and immobilized samples were used to compare their efficiency on clarification of pomegranate juice. Addition of both proteases individually, exerted major decreasing effects on turbidity development (haze formation) during cold storage. However, there was no significant difference between the effects of these proteases treatmenton juice turbidity. The optimal conditions for immobilization of pectinase were: 30 o C temperature, pH=5.5, 42.97 µl pectinase and 2 h. The immobilization yield was 53.18% at optimum conditions. Compared with the free pectinase, the immobilized pectinase was found to exhibit better tolerance to the variations of medium pH and temperature, and improved storage stability. Both free and immobilized samples reduced the viscosity of apple juice from 1.12 to 0.88 and 0.92 mm 2 s -1 , respectively, after 30 min at optimum temperature of each enzyme. Furthermore, the immobilized enzyme could be re-used six consecutive cycles and the efficiency loss in viscosity reduction was found to be only 8.16%. Keywords : Magnetic nanoparticles, Papain, Pectinase, Immobilization, Enzyme activity, Juice clarification ,
آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که ناپایداری فیزیکی آن‌ها در مواد غذایی و صنعت غذا توسط دما، pH و نیروهای نسبتاً ملایم تحت تأثیر قرار می‌گیرد. این امر، در به‌کارگیری آنزیم‌ها حائز اهمیت است، زیرا هر آنزیم فعالیت مطلوب خود را تنها تحت شرایط بسیار محدودی آشکار می‌سازد. این مسئله همراه با مشکل جداسازی آنزیم‌ها از محیط واکنش موجب شده که در طرح‌های جدید، از آنزیم‌های تثبیت‌شده استفاده ‌گردد تا جداسازی به راحتی انجام شود و پایداری آن‌ها افزایش یابد. موفقیت در تثبیت آنزیم و فعالیت آنزیم تثبیت‌شده به مواد انتخاب شده برای تثبیت بستگی دارد. با استفاده از فناوری نانو بسیاری از نیازهای ایده‌آل از جمله مساحت سطح قابل دسترس زیاد که پایداری و مقدار آنزیم اتصال یافته را افزایش می‌دهند، فراهم گردیده است. از جمله این مواد نانوذرات مغناطیسی می‌باشند که به راحتی از محیط واکنش توسط آهن‌ربا جدا می‌گردند. با توجه به آن چه بیان گردید تثبیت آنزیم‌هایی که ارزش تجاری دارند به لحاظ تکنیکی و اقتصادی می‌تواند مورد توجه بخش صنعت قرار گیرد. برای دستیابی به هدف مذکور، این پژوهش در 3 مرحله اجرا گردید. در مرحله اول، نانوذرات مگنتیت سیلیکاپوش اصلاح شده به روش همرسوبی سنتز شدند و مشخصه‌یابی نانوذرات سنتز‌ شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به EDX، طیف‌سنج مادون قرمز فوریه، طیف‌سنج پراش اشعه ایکس و مغناطیس‌سنج نمونه مرتعش انجام شد. نتایج، سنتز مطلوب نانوذرات مگنتیت خالص که به خوبی با سیلیکا پوشیده شده بودند و ابعادشان در حدود nm 38 و مغناطیس اشباع آن ها emug -1 40 بود، را نشان می‌داد. در مرحله دوم، به منظور بررسی و بهینه‌سازی شرایط تثبیت هر یک از آنزیم‌های پاپایین و پکتیناز بر سطح نانوذرات، چهار متغیر دما، pH، مقدار آنزیم و زمان، هر یک در پنج سطح تعیین گردید و پس از آن با استفاده از طراحی فاکتوریل جزئی در قالب طرح مرکب مرکزی، تیمارهای مختلفی بر اساس سطوح متغیرهای مورد بررسی مشخص و واکنش تثبیت بر اساس تیمارهای تعیین شده انجام شد. بازده تثبیت برای پاپایین 2/56 و برای پکتیناز 6/50 درصد در نقاط بهینه بود. ویژگی‌های آنزیم تثبیت‌شده در مقایسه با آنزیم آزاد، به لحاظ پایداری در برابر دما، pH، قابلیت نگهداری، پایداری در طول زمان، قابلیت استفاده مجدد و پارامترهای سینتیکی بررسی شد. نتایج در کلیه موارد ذکر شده به جز پارامترهای سینتیکی، پایداری بیشتر آنزیم تثبیت‌شده در مقایسه با نوع آزاد را نشان داد. ارزیابی طیف پراش اشعه ایکس آنزیم‌های تثبیت‌شده عدم تغییر در ویژگی‌های نانوذرات مگنتیت را به لحاظ خلوص فازی نشان داد اما مغناطیس اشباع آن‌ها کاهش یافته بود. به منظور بررسی اثر دو آنزیم پاپایین آزاد و تثبیت‌شده در شفاف‌سازی آب میوه، از آب انار استفاده گردید. بدین منظور کدورت آب انار در یک دوره نگهداری 14 روزه مورد ارزیابی قرار گرفت. کاهش کدورت آب انار تحت تأثیر هر دو آنزیم، چشمگیر بود اما عملکرد دو آنزیم پاپایین آزاد و تثبیت‌شده در مقایسه با یکدیگر به لحاظ آماری معنی‌دار نبود. عملکرد آنزیم پکتیناز تثبیت‌شده در مقایسه با نوع آزاد آن نیز برای شفاف‌سازی آب سیب مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج کاهش 22 درصدی ویسکوزیته آب سیب تحت تأثیر آنزیم پکتیناز تثبیت‌شده را نشان داد که در مقایسه با عملکرد آنزیم آزاد آن (18%) بیشتر بود. ارزیابی حضور نانوذرات مغناطیسی باقیمانده در محیط آب میوه نمونه‌هایی که در آن‌ها از آنزیم پاپایین و پکتیناز تثبیت‌شده استفاده شده بود توسط دستگاه طیف‌سنج پلاسمای جفت شده القایی به ترتیب 4/12 و 7/12 پی‌پی‌ام بود. این مسئله به خوبی نشان می‌دهد که آنزیم‌های تثبیت‌‌شده بر نانوذرات به خوبی با اعمال یک میدان مغناطیسی قوی در بیرون از محیط شفاف‌سازی قابل جداسازی و بازیابی می‌باشند. واژه‌های کلیدی: نانوذرات مغناطیسی، پاپایین، پکتیناز، تثبیت، فعالیت آنزیم، شفاف‌سازی آب میوه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی