Skip to main content
SUPERVISOR
Akram Zamani foroshani,Keikhosro Karimi
اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما) کیخسرو کریمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Marzieh Mohammadi
مرضیه محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Optimization of Culture Media Formulation of Mucor indicus for Maximization of Chitosan Production
Chitosan is a copolymer containing randomly distributed glucosamine (GlcN) and N-acetyl glucosamine (GlcNAc) monomers. GlcN is the dominant monomer in chitosan (more than 60%). Chitosan is a valuable biopolymer, which is found in the cell wall of zygomycetes fungi such as Mucor indicus . The chitosan content in the cell wall of these fungi strongly depends on the cultivation conditions. To compare the chitosan production under various conditions, it is necessary to use of an accurate, easy and reproducible technique . Nowadays, different methods have been used for determination of chitosan in fungal cell wall. In this study, firstly, performance of the best available method was investigated. In this method, chitin and chitosan were converted to anhydromannose through subsequent reactions with sulfuric and nitrous acids. Then, anhydromannose was converted to its blue colored complex by reaction with 3-methyl-2-benzothiozolone-hydrazone-hydrochloride (MBTH) and Iron(III) chloride (FeCl 3 ). The amount of this complex was measured according to colorimetric method. However, the colored complex was not stable and its absorbance was reduced significantly over time. In contrast anhydromannose, before conversion to colored complex, was stable and concentration of this material was accurately measured employing high performance liquid chromatography (HPLC). Therefore, a new method was presented in this work for accurate and time independent analysis of cell wall. The next step of this thesis was changing the fungal cultivation conditions towards improvement of chitosan production in the cell wall of M. inidus . The new measuring method was used to investigate the effect of different morphologies of Mucor indicus on chitosan concentration in the cell wall. Results showed that cells with filamentous morphology had the highest amount of GlcN (0.46 g/g cell wall). In contrast, only half of this value was available in the cell wall of yeast like cells. Additionally, results showed that similarly the filamentous morphology had the highest amount of GlcNAc (0.18 g/g cell wall). In contrast, it was reduced by changing the morphology into mostly yeast-like and purely yeast-like forms. Moreover, filamentous morphology had the lowest amount of phosphate (0.06 g/g cell wall) while this wa increased by changing the morphology into mostly yeast-like and purely yeast-like forms. Interestingly, total phosphate and N-acetyl glucosamine in three morphology was nearly constant and equal to 24%.Therefore, the rest of experiments was done using filamentous form of cells. In the next step, effect of phosphate content on chitosan production by this morphology was investigated. Results showed that with increasing concentrations up to 0.5 g/l of potassium dihydrogen phosphate in the culture media, phosphate was entirely consumed by the fungus while at higher concentrations, a significant fraction of phosphate remained intact. In other words, despite significant increase in the amount of phosphate in the culture media, small changes were observed in the phosphate uptake by the fungus. Additionally, the major fraction of consumed phosphate was placed in the body of fungi while only trace amounts was stored in the cell wall (about 0.01 g/l). Results showed that in culture containing no potassium dihydrogen phosphate, the highest chitosan production was achieved. key words Mucor indicus , morphology, chitosan, HPLC, phosphate.
کیتوزان کوپلیمری حاوی دو مونومر گلوکزآمین و ان استیل گلوکزآمین است که به صورت رندم توزیع شده اند. گلوکزآمین مونومر غالب در کیتوزان است وبیش از 60 درصد آن را تشکیل می دهد. این بیوپلیمر با ارزش در دیواره سلولی قارچ های زیگومایست از جمله موکورایندیکوس به مقدار قابل توجهی وجود دارد. کیتوزان در دیواره سلولی این قارچ ها شدیدا به شرایط کشت بستگی دارد. برای مقایسه تولید کیتوزان تحت شرایط مختلف، استفاده از یک روش دقیق، آسان و تکرار پذیر ضروری است. تاکنون روش های مختلفی برای اندازه گیری کیتوزان در دیواره سلولی قارچ ها ارائه شده است. در این تحقیق ابتدا عملکرد بهترین روش در دسترس بررسی شد. در این روش کیتین و کیتوزان طی واکنش های متوالی با سولفوریک و نیتروز اسید به هیدرومانوز تبدیل شدند. سپس هیدرومانوز با دو معرف 3- متیل-2- بنزوتیوزولن- هیدرازن-هیدروکلراید(MBTH) و کلریدآهن (FeCl 3 ) واکنش داده و به یک کمپلکس آبی رنگ تبدیل شد. مقدار این کمپلکس توسط روش رنگ سنجی تعیین گردید. اما کمپلکس رنگی پایدار نبود و جذب آن با گذشت زمان به طور قابل توجهی کاهش یافت. در مقابل هیدرومانوز قبل از تبدیل به کمپلکس رنگی پایدار بود و غلظت این ماده با به کار گیری کروماتوگرافی مایع با راندمان بالا (HPLC) به طور دقیق اندازه گیری شد. بنابراین در این پروژه یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل دقیق و مستقل از زمان دیواره سلولی ارائه شد. گام بعدی این پروژه تغییر شرایط کشت قارچ در جهت بهبود تولید کیتوزان در دیواره سلولی قارچ موکورایندیکوس بود. برای بررسی تاثیر مورفولوژی های مختلف قارچ موکورایندیکوس بر تولید کیتوزان در دیواره سلولی از روش جدید اندازه گیری استفاده شد. نتایج نشان داد که سلول ها با مورفولوژی رشته ای شکل بیش ترین مقدار گلوکزآمین را دارند (46/0 گرم به گرم دیواره سلولی). در مقابل تنها نیمی از این مقدار در دیواره سلول های مخمری شکل وجود دارد. علاوه بر این نتایج به طور مشابه نشان داد که مورفولوژی رشته ای شکل بیش ترین مقدار ان استیل گلوکزآمین را هم در خود جای داده است (18/0 گرم به گرم دیواره سلولی). در مقابل با تغییر مورفولوژی به بیش تر مخمری شکل و مخمری شکل خالص مقدار این متغیرکاهش می یابد. بعلاوه مورفولوژی رشته ای شکل کمترین میزان فسفات را دارد ( 06/0 گرم به گرم دیواره سلولی) در حالی که با تغییر مورفولوژی به بیش تر مخمری شکل و مخمری شکل خالص مقدار این متغیر افزایش می یابد. جالب توجه است که مجموع مقادیر فسفات و ان استیل گلوکزآمین در هر سه مورفولوژی تقریبا ثابت و برابر 24 درصد می باشد. بنابراین آزمایش های بعدی با استفاده از فرم رشته ای شکل سلول ها انجام شد. در گام بعدی تاثیر میزان فسفات برتولید کیتوزان توسط این مورفولوژی بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت تا 5/0 گرم بر لیتر پتاسیم دی هیدروژن فسفات در محیط کشت، تقریبا تمامی فسفات توسط قارچ مصرف می شود در حالی که در غلظت های بالاتر بخش قابل توجهی از فسفات دست نخورده باقی می ماند. به عبارت دیگر با وجود افزایش قابل توجه در مقدار فسفات موجود در محیط کشت تغییرات اندکی در میزان فسفات مصرفی توسط قارچ دیده می شود. علاوه بر این بخش عمده فسفات مصرفی در خود سلول قرار دارد در حالی که تنها مقدار بسیار کمی در دیواره سلولی نهفته است ( حدود 01/0 گرم بر لیتر). نتایج نشان داد که در محیط کشت فاقد پتاسیم دی هیدروژن فسفات بیش ترین تولید کیتوزان قابل دستیابی است. واژگان کلیدی قارچ موکورایندیکوس، مورفولوژی،کیتوزان، HPLC و فسفات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی