Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud SheikhZeinodin,Sabihe Soleimanianzad
محمود شیخ زین الدین (استاد راهنما) صبیحه سلیمانیان زاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nafiseh Bakhshi afarani
نفیسه بخشی آفارانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Production, characterization and application of a biosurfactant produced by Lactobacillus plantarum PTCC1896 using agricultural wastes
Biosurfactants /bioemulsifiers (/BEs) are amphiphilic molecules that are produced by different microorganisms and have both hydrophilic and hydrophobic moieties. Scant information regarding their toxicity, combined with high production cost seems to be the major barrier for the limited uses of /BEs in the food area. In this work, Lactobacillus plantarum su. plantarum PTCC 1896 (probiotic) was used for BS/BE production in MRS medium. Also, in order to reduce the production cost of BS/BE, six abundant and low cost food and agricultural wastes, including whey, waste date, rice and wheat bran and straw were evaluated. The biosurfactant produced using whey exhibited the maximal surface tension reduction as compared to other produced and it was therefore selected for further studies. The produced in MRS and whey media were extracted, purified and characterized. Biochemical and FTIR spectroscopy analysis showed that the are structurally different polysaccharide-protein complexes. Moreover, screening of produced in MRS and whey media was performed based on their dynamic surface tension (DST) values measured by Wilhelmy plate tensiometry. The relationship between DST and structural and functional properties (anti-adhesive activity) of the was investigated. The results showed that the changes in the yield, productivity and structure of the were growth medium and incubation time dependent (p 0.05). Structurally different produced exhibited identical static surface tension (SST) values. However, differences among the structure/yield of the were observed through the measurement of their DST. The considerable dependence of DST on the concentration and composition of the BS proteins was observed (p 0.05). Moreover, the anti-adhesive activity of the BS was found to be positively correlated with DST. The results suggest that the DST measurement could serve as an efficient method for the clever screening of producer/ production condition. The results also showed that, the strain produced BE only in the rice bran hydrolysate medium. The BE amount reached around 0.7 g L -1 for 72 h of fermentation. The BE was extracted, purified, and its structural and thermal properties were evaluated. The functional groups and the structure of the molecule were revealed by GPC, FT-IR, 1 HNMR and 13 CNMR techniques. The BE was a water soluble extracellular high molecular weight ( 10 7 Da) ? -glucan (81.74%) bound with protein (18.18%). Thermal behavior was studied using DSC and TG analysis. Thermal analysis showed the BE broke down above 211.74 °C, and the melting point was 182.0 °C with the enthalpy value of 101.7 J g -1 . Also, it showed good emulsification activity for stabilizing oil at low pH values, high ionic strength, and high temperatures. These results might provide incentives for the industrial production of the biodegradable and safe /BEs introduced in this study, which seems to offer potential applications in the food and medical industries. Keywords: Anti-adhesive activity; Biosurfactant/bioemulsifier; Dynamic surface tension; Food-agricultural wastes; Lactobacillus plantarum su. plantarum PTCC 1896; Structural properties; Wilhelmy plate tensiometry
بیوسورفاکتانت ها/ بیوامولسیفایرها ترکیباتی آمفی پاتیک هستند که توسط انواع میکروارگانیسم ها تولید می شوند. به نظر می رسد اصلی ترین دلیل کاربرد محدود بیوسورفاکتانت ها/بیوامولسیفایرها در حوزه غذا اطلاعات اندک در مورد سمیت آن ها و هزینه بالای تولید است. در این تحقیق از سویه لاکتوباسیلوس پلانتاروم زیرگونه پلانتاروم TCC 1896(پروبیوتیک) برای تولید بیوسورفاکتانت/ بیوامولسیفایر در محیط کشت سنتزی MRS استفاده شد. همچنین به منظور مقرون به صرفه کردن تولید، شش سوبسترای ضایعاتی صنعت غذا و کشاورزی، ارزان قیمت و فراوان ایران از جمله آب پنیر، خرمای ضایعاتی، ساقه و سبوس برنج و گندم برای تولید بررسی شدند. بیوسورفاکتانت تولیدی در محیط کشت آب پنیر در مقایسه با سایر بیوسورفاکتانت های تولیدی در محیط کشت های ضایعاتی بیشترین کاهش کشش سطحی را نشان داد و برای بررسی بیشتر انتخاب گردید. بیوسورفاکتانت های تولیدی در محیط کشت هایMRS و آب پنیر، استخراج، خالص سازی و شناسایی شدند. آزمایش های تعیین ترکیب بیوشیمیایی و طیف سنج تبدیل فوریه مادون قرمز نشان داد که بیوسورفاکتانت های تولیدی ترکیبی از پلی ساکارید و پروتئین با ساختار مختلف هستند. علاوه بر این، غربالگری بیوسورفاکتانت های تولیدی در محیط کشت های MRS و آب پنیر بر مبنای کشش سطحی پویای(Dynamic surface tension (DST)) آن ها، اندازه گیری شده توسط تنسیومتری به روش صفحه ویلهلمی انجام گردید. رابطه بین کشش سطحی پویا (DST) و خصوصیات ساختاری و عملکردی (فعالیت ضدچسبندگی) بیوسورفاکتانت ها بررسی شد. نتایج نشان داد که تغییر در بازده، بازده تولید به ازای سلول، و ساختار بیوسورفاکتانت ها به محیط کشت و مدت زمان گرمخانه گذاری وابسته است (p 0.05). بیوسورفاکتانت های تولیدی با ساختار مختلف کشش سطحی ایستای(Static surface tension (SST)) یکسانی نشان دادند. در صورتی که، تفاوت بین ساختار/ بازده بیوسورفاکتانت ها از اندازه گیری کشش سطحی پویای (DST) آن ها مشخص گردید. وابستگی زیاد کشش سطحی پویا (DST) به غلظت و ترکیب پروتئین های بیوسورفاکتانت ها مشاهده گردید (p 0.05). علاوه بر این نشان داده شد که فعالیت ضدچسبندگی بیوسورفاکتانت ها با کشش سطحی پویا(DST) رابطه مثبتی دارد. نتایج نشان داد که اندازه گیری کشش سطحی پویا (DST) می تواند برای غربالگری هوشمندانه میکروارگانیسم های تولید کننده بیوسورفاکتانت و شرایط تولید بیوسورفاکتانت به کار رود. همچنین نتایج نشان داد سویه موردنظر فقط روی محیط کشت عصاره هیدرولیزی سبوس برنج بیوامولسیفایر تولید می کند. مقدار بیوامولسیفایر در زمان 72 ساعت به 7/0 گرم بر لیتر رسید. این بیوامولسیفایر استخراج وخالص سازی شد و خصوصیات ساختاری و حرارتی آن بررسی گردید. گروه های عاملی و ساختار مولکول با استفاده از GPC، FT-IR، 1 HNMR و 13 CNMR بررسی شد و مشخص گردید بیوامولسیفایر یک آلفا-گلوکان (74/81%) متصل به پروتئین (18/18%) با وزن مولکولی زیاد (10 7 دالتون) محلول در آب است. خصوصیات حرارتی بیوامولسیفایر توسط DSC و TG بررسی شد. آنالیزهای حرارتی نشان داد که بیوامولسیفایر در دمای بالاتر از 74/211 درجه سانتیگراد می شکند و نقطه ذوب آن 0/182 درجه سانتیگراد با آنتالپی 7/101 ژول بر گرم است. همچنین بیوامولسیفایر فعالیت امولسیون کنندگی روغن مناسبی در pH های پایین، قدرت یونی بالا و درجه حرارت های بالا نشان داد. این مطالعه اطلاعات اولیه ای برای تولید صنعتی بیوسورفاکتانت/ بیوامولسیفایر مقرون به صرفه و ایمن فراهم می کند که به نظر می رسد می تواند در مصارف غذایی و دارویی مورد استفاده قرار گیرد. واژگان کلیدی: بیوسورفاکتانت/ بیوامولسیفایر، تنسیومتری به روش صفحه ویلهلمی، خصوصیات ساختمانی، ضایعات صنعت غذا و کشاورزی، فعالیت ضدچسبندگی، کشش سطحی پویا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی