تبلیغات
اشنایی با فرمولهای کاربردی شیمی (chemicalfu.com) - مطالب بیوشیمی
 
درباره وبلاگ


دوستان عزیز به خوش آمدید انشاالله به یاری و قوت الهی در اینده ایی بسیار نزدیک به شکل کاملا کلاسیک و آسان اقدام به ارایه فرمولاسیون های مختلف شیمیایی در زمینه های رنگ/رزین/چسب/پاک کننده ها/ پلیمرها / مواد آلی / مواد معدنی / شوینده ها و بسیاری از فرمول هایی خواهم کرد تا جوانان جویای کار بتوانند با سرمایه اندک اقدام به راه اندازی تولید مواد مختلف نمایند بدیهی است در این راستا تشویق و ابراز نظر شما دوستان بسیار کار ساز خواهد بود انشالله



مدیر وبلاگ : احمد مرادی
نویسندگان
نظرسنجی
از کدام موضوع بیشتر استفاده بردید؟








آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

یک استوانه مدرج بزرگ (مثلا 500 میلی متری) برداشته و حدود 50 میلی لیتر پروکساید هیدروژن 30 درصد در آن بریزید. به اندازه یک سرنگ مایع ظرفشویی به آن اضافه کنید. استوانه مدرج را روی یک سینی بزرگ قرار دهید. یک فنجان چای خوری پودر یدید پتاسیوم به آن بیافزایید و عقب بایستید. تصویر متحرک زیر نتیجه را نشان می دهد (تا باز شدن تمامی فریم ها صبر کنید).


  تشکیل کریستال یخ

مولکول های آب خواص شگفت انگیزی دارند. یکی از آن ها نحوه ایجاد کریستال های گسترده از مولکول های آب در هنگام انجماد است. در این تصویر مشاهده می کنید که کریستال های یخ از برخورد بخار آب با یخ خشک پدید می آیند. مسحور کننده است!

7-12.gif

 مار

هنگامی که تیوسیانات جیوه II در معرض حرارت قرار می گیرد، به دو ترکیب تجزیه می شود که یکی از آن ها نیترید کربن است. این مواد فضای زیادی را اشغال می کنند و چگالی پایینی دارند. این فرآیند گرمازا است. محصولات این واکنش سمی هستند.


اوبلک خزنده

اوبلک اسم جذاب ترکیب نشاسته ذرت با آب است؛ این ترکیب مثال خوبی از سیال غیر نیوتنی است. نشاسته ذرت یک پلی ساکارید است که از پیوند مولکول های گلوکز ایجاد می شود. هنگامی که در آب به صورت سوسپانسیون در می آید این مولکول های شبکه ای را ایجاد می کنند که در مقابل حرکت سریع مقاومت می کند اما هنگامی که به آرامی حرکت می کنند، به آرامی از کنار یکدیگر عبور می کنند.

 واکنش بریگز روشر
واکنش بریگز روشر نخستین واکنش شیمایی نوسانی بود که در سال 1921 کشف شد. این واکنش شامل افزودن مقدار مناسبی پراکسید هیدروژن و یودات به محلول اسیدی است. کاهش یودات به یودین منجر به تغییر رنگ می شود. واکنش های پی در پی گوناگون منجر به تغییر غلظت ایودین شده و تغیر رنگ پی در پی را ایجاد می کند.
 
 تبلور استات سدیم
استات سدیم میتواند می تواند در آب در حال گرم شدن، حل شود. اما در هنگام سرد شدن محلول مولکول های استات سدیم متبلور می شوند. اگر مقدار کمی تلاطم در محلول باشد فرایند آغاز می شود. در این تصویر با ضربه به شیشه عملیات تبلور آغاز می شود. همچنین گرمای نهان را آزاد می کند که همان مکانیسمی است که در گرم کننده های طبی مورد استفاده قرار می گیرد.
تلفن تماس 09331511989صنایع شیمیایی ماهان کاربردی شیمی جهت راه اندازی صنایع کوچک شیمیایی چسب رنگ مواد شوینده و پاک کننده پلیمر های پلاستیک ومشاوره فرمولاسیون نمکها واسید های معدنی وترکیبات الی وپلیمری - chimical <

دلیل این اتفاق چیست؟

چون نقطه انجماد مایع درون لیوان بالاتر از صفر است،‌ وقتی یخ را كه دمای آن صفر یا زیر صفر است را به آن نزدیك می كنیم،‌به سرعت منجمد می شود.

 یک باز قوی (هیدروکسید سدیم) و یک اسید قوی (اسید هیدروکلریک) قرار گرفته است. در مقیاس مولکولی بازها اهدا کننده اکسیژن و اسیدها اهدا کننده هیدروژن هستند. 

اشنایی با فرمولهای کاربردی شیمی (chemicalfu.com)
با تلاش و تفکر می توان جهان را فتح کرد
صفحه نخست             تماس با مدیر           پست الکترونیک               RSS                  ATOM
سه شنبه 24 تیر 1393 :: نویسنده : احمد مرادی

مقدمه:

اکسیمها ترکیباتی هستند که دارای گروه عاملی زیرهستند و اتم کربن برای تکمیل هشت تایی خود به دو گروه دیگر نیز متصل می شود.

OH-N=C

یکی از مهمترین مشتقاتی که برای شناسایی آلدهیدها و کتون ها ساخته می شود مشتق اکسیم است.اکسیم ها از واکنش هیدروکسیل آمین هیدروکلراید با آلدئیدها و کتونها بدست می آید .کلیه کتون ها مخصوصا کتونهای حلقوی و مایع به سرعت به اکسیم تبدیل می شوند.اکسیم ها غالبا جامداند و برای شناسایی آلدئید و کتون ها بکار می روند.

 برخی از ترکیبات مرتبط با آمونیاک می توانند در محیط اسیدی به گروه کربونیل افزوده شوند و مشتقهایی تشکیل دهد که بیشتر برای مشخص کردن و شناسایی آلدهیدها و کتونها اهمیت دارند. فرآورده که همان اکسیم است ، دارای پیوند دوگانه ی کربن- نیتروژن است. ترکیبات اکسیم در پزشکی کاربرد دارند به عنوان مثال به عنوان پادزهر برای عوامل عصبیnerve agent مورد استفاده قرار می گیرند. nerve agent ، مولکولهای acetylcholinesterase را بوسیله ی فرآیند phosphonylation غیرفعال می کند. ترکیبات اکسیم می توانند مولکولهای acetylcholinesterase را دوباره فعال نمایند. اکسیم perillaldehyde به عنوان شیرین کننده ی ساختگی در زاپن مورد استفاده قرار می گیرد که ۲۰۰۰ مرتبه شیرین تر از ساکارز می باشد. سیکلوهگزانون را میتوان از اکسایش سیکلوهگزانول توسط اسید کرومیک تهیه کرد. بدلیل اینکه کرومیک اسید نمی تواند به مدت طولانی پایدار بماند باید آنرا به مقدار لازم و تازه تهیه کرد. برای این کار از مخلوط سدیم بی کرومات یا پتاسیم بی کرومات و اسید سولفوریک استفاده می شود.

 روش انجام ازمایش:

۲ گرم هیدروکسیل امین هیدرو کلرید را در ۲۰ میلی لیتر اب مقطر حل می کنیم .سپس به ان ۱۲ میلی لیتر هیدروکسید سدیم ۳ نرمال اضافه نمایید و پس از ان ۲ گرم سیکلو هگزانون به ان بیافزایید به محلول حاصل انقدر قطره قطره سود اضافه نمایید  تا محلول خنثی شود . محلول را با هم زن انقدر بهم میزنیم تا رسوب زیادی تشکیل شود و تمام نوکلیوفیل با سیکلو هگزانون واکنش دهد.

عوامل خطا:

هیدروکسیل امین مایع در مجاورت هوا اکسیده می شود به دلیل نا پایدار بودن این ترکیب از نمک هیدروکسیل امین هیدرو کلرید استفاده می شود برای ازاد کردن نوکلئوفیل از نمک به باز نیاز داریم تا محلول خنثی شود اما اگر محیط قلیایی شود گروه   به عنوان نوکلئوفیل رقابت می کند.اگر محیط   اسیدی باشد موجب پروتونه شدنه سیکلو هگزانون شده و این ترکیب تمایلی به واکنش با نوکلئوفیل ندارد.






نوع مطلب : شیمی الی، بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


پنجشنبه 19 تیر 1393 :: نویسنده : احمد مرادی
ﭼﻜﻴﺪه  
اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز  از آﻧﺰﻳﻤﻬﺎ ی ﺳﻠﻮﻻزی ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ  ﻛﻪ  ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی ﺑﺘﺎﮔﻠﻮﻛﻮزﻳﺪی را ﺑﻪ ﻃﻮر اﺗﻔﺎﻗﻲ در ﻣﻠﻜﻮﻟﻬﺎ ی ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻗﻄﻊ ﻧﻤﻮده  وﺗﻮﻟﻴﺪ ﻗﻄﻌﺎت
 ﻛﻮﺗﺎه اﻟﻴﮕﻮﺳﺎﻛﺎرﻳﺪی ﻣﻲ ﻛﻨﺪ.   در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴﻖ،   R4 از ﺟﺪاﻳﻪ  Aspergillus niger ﻗﺎرچ ﺟﻬﺖ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ آﻧﺰﻳﻢ ﻣﻴﺰان ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ  اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧ ﺷﺪ ﺎزی اﺳﺘﻔﺎده   . ﺑﺪﻳﻦ ﻣﻨﻈﻮر اﺛﺮ ﻋﻮاﻣﻞ ﻣﺤﻴﻄﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺷﺎﻣﻞ ﻛﺮﺑﻨﻲ اﻟﻘﺎء ﻫﺎ ، ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻛﺸﺖ pH ، ﻛﻨﻨﺪه و زﻣﺎن   ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ  . ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺣﺎﺻﻠﻪ ﻧﺸﺎن  ﻋﻨﻮان CMC
 داد ﻛﻪ ﺑﻪ  ﻛﺮﺑﻨﻲ  ، ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ﻣﻨﺒﻊ ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان  pH ، ﺑﻪ  اﻟﻘﺎء ﻛﻨﻨﺪه  8 ﺑﺮاﺑﺮ و روز ﻛﺸﺖ دوم  ﻋﻨﻮان ﺑﻪ   ﺷﺮاﻳﻂ ﺑ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻬﻴﻨﻪ  آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ اﻧﺪ ﻣﻲ 4 و
 وﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در اﻳﻦ ﻗﺎرچ  ﺑﺎﺷﻨﺪ . ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺟﻬﺖ ﺗﻜﺜﻴﺮ و ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ ﺳﺎزی آﻧﺰﻳﻢ ژن ﻛﺪ ﻛﻨﻨﺪه     1 ﺑﺘﺎ ( Bاﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و اﻧﺘﺨﺎﺑﻲ، eglB) از ﺟﺪاﻳﻪ     DNA اﺳﺘﺨﺮاج  CTAB ژﻧﻮﻣﻲ ﺑﻪ روش ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺖ . ﺑﺮای اﻳﻦ ﺗﻜﺜﻴﺮ   ژن از دو آﻏﺎزﮔﺮ   ﮔﺮدﻳ (EGAF, EGAB) اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ اﺳﺘﻔﺎده  ﺪ و  ) 1297 bp ﻗﻄﻌﻪ ﻣﻮرد اﻧﺘﻈﺎر ﺑﻪ ﻃﻮل ﺑﺎ اﺣﺘﺴﺎب ﺗﺮادف آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺑﺮﺷﻲ (ﺑ ﻪ آﻣﺪ دﺳﺖ   .   (restriction pattern) اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ Hind ﺗﻮﺳﻂ دو آﻧﺰﻳﻢ II  Pst و I ﻗﻄﻌﻪ ﻣﺬﻛﻮر را ﺗﺄ ﻛﺮد ﻳﻴﺪ 
.  ﭘﺲ از ﺗﺄﻳﻴﺪ ﺳﺎزی egl  ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ B  ﻣﺬﻛﻮر pUC19 ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه در ﻧﺎﻗﻞ ژن  ﻣﻮرد ، ﺟﻬﺖ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺗﻮاﻟﻲ  اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ  .   DNA ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺗﻮاﻟﻲ egl ژن
  ﺳﺎزی B ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ   ﺷﺪه ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻴ ﻣﺸﺎﺑﻪ ﻬﺎی   ﺛﺒﺖ ﺷﺪه در ﺑﺎﻧﻚ ژن ﻛﻪ ﻧﺸﺎن داد  egl ﺗﻮاﻟﻲ ژن  ﺑ B ﻪ ﺗﺤﻘ دﺳﺖ آﻣﺪه در اﻳﻦ ﻴ egl ﻖ ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻲ ژن B  A. niger ﻗﺎرچ    AJ224452 ﺑﺎ ﺷﻤﺎره ﺛﺒﺖ A. niger و ﻗﺎرچ CBS 513.88    XM001391932 ﺑﺎ ﺷﻤﺎره ﺛﺒﺖ egl و ﻧﻴﺰ ﺗﻮاﻟﻲ ژن C    A. kawachii ﻗﺎرچ  ﺑ ABO55433 ﺑﺎ 
ﺷﻤﺎره ﺛﺒﺖ ﻪ 93/6 ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﺮاﺑﺮ ،/2 94 دﻫﺪ 98/8 و درﺻﺪ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ  ﺻﻮرﺗﻲ در   egl ﻛﻪ اﻳﻦ ژن ﺑﺎ ژن B    A. nidulans ﻗﺎرچ ﺑﺎ ﺷﻤﺎره دﻫﺪ AF420021 ﺛﺒﺖ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﭼﻨﺪاﻧﻲ از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن ﻧﻤﻲ  .  
 Aspergillus niger: واژه ﻫﺎی ﻛﻠﻴﺪی ، آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی،    1 ﺑﺘﺎ   اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز، 4 و egl ﺳﻠﻮﻟﺰ، B  
* ﺗﻤﺎس اﻟﻜﺘﺮوﻧﻴﻚ 44580363 : ﻧﻮﻳﺴﻨﺪه ﻣﺴﺌﻮل، ﺗﻠﻔﻦ   zamani@nigeb.ac.ir :  ﭘﺴﺖ ،
ﻣﻘﺪﻣﻪ  
  ، ﺳﻠﻮﻟﺰ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻓﺮاوان ﺗﺮﻳﻦ ﻣﺎده آﻟﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺠﺰﻳﻪ ﭘﻠﻴﻤﺮی β ﺧﻄﻲ از واﺣﺪﻫﺎی ﮔﻠﻮﻛﺰ ﺑﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی ﮔﻠﻴﻜﻮزﻳﺪی (1→4)   ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺗ ﻣﻲ ﻮاﻧﺪ ﻋﻨﻮان ﺑﻪ   ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ذﺧﻴﺮه ﺑﺮای ﺗﻮﻟﻴﺪ  ،اﻧﺮژی ﻏﺬا و ﻣﻮاد ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز اﻧﺴﺎن در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد   . در دﻳﻮاره ﺳﻠﻮﻟﻲ ﮔﻴﺎﻫﺎن، ﻛﻪ ﻗﺴﻤﺖ اﻋﻈﻢ آن از ﺳﻠﻮﻟﺰ ﺑﺎﺷﺪ
 زﻣﻴﻨﻪ ، ﻣﻲ اﻳﻦ ﻣﺎده در ﻳﻚ  از ای  ﭘﻠﻲ   ﺳﺎﻛﺎرﻳﺪﻫﺎی دﻳﮕﺮ از ﺟﻤﻠﻪ ﻫﻤﻲ ﺳﻠﻮﻟﺰ، ﻟﻴﮕﻨﻴﻦ وﭘﻜﺘﻴﻦ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد واﻳﻦ  ﻣﻮﺟﺐ ﺷﺪه ﻛﻪ دﺳﺘﺮﺳﻲ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی
ﺗﺠﺰﻳﻪ ﻛﻨﻨﺪه ﺑﻪ آن ﻛﻤﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ  . ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻋﻼوه ﺑﺮ دﻳﻮاره ﺳﻠﻮﻟﻲ ﮔﻴﺎﻫﺎن، در ﺟﻠﺒﻜﻬﺎ،  ﺑﺴﻴﺎری از ﻗﺎرﭼﻬﺎ و ﻛﻴﺴﺖ    .(2) ﺑﺮﺧﻲ از ﭘﺮوﺗﻮزوﺋﺮﻫﺎ ﻧﻴﺰ وﺟﻮد دارد
ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ  ﺳﻠﻮﻟﺰ  ﺑﻪ  دو  ﺻﻮرت روش ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ و آﻧﺰﻳﻤﻲ   
 ﻣﻲ ﮔﻴﺮد .اﺳﻴﺪ ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺗﻮﺳﻂ  ﻫﺎ و ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی اﻧﺠﺎم ﻣﻲ ﮔﻴﺮد   . ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﺸﻜﻼت ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ اﺳﻴﺪی ﺳﻠﻮﻟﺰ، ﻣﺤﻘﻘﺎن ﺗﻮﺟﻪ 
ﺑﻴﺸﺘﺮی ﺑﻪ ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻧﻤﻮده اﻧﺪ.   ﻣﺤﺼﻮﻻت ﺑﺎﺷﻨﺪ ً ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ ﻣﻌﻤﻮﻻ ﻗﻨﺪﻫﺎی اﺣﻴﺎﻳﻲ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ ﮔﻠﻮﻛﺰ ﻣﻲ  . ﻣﺰﻳﺖ ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ روﺷﻬﺎی  ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ ﻫﺰﻳﻨﻪ ،اﺳﻴﺪی ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺑﻮدن   ﻫﺎی آن ﺑﻮده زﻳﺮا ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ  pH آﻧﺰﻳﻤﻲ در ﺷﺮاﻳﻂ ﻣﻼﻳﻢ ﻳﻌﻨﻲ  4/8 ﺑﺮاﺑﺮ 50 و دﻣﺎی - ﺳﺎﻧﺘﻲ 45 درﺟﻪ   ﮔﺮاد اﻧﺠﺎم ﻣﻲ ﮔﻴﺮد وﻫﻤﭽﻨﻴﻦ در آن ﻋﻤﻞ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ)ﺧﻮرﻧﺪﮔﻲ (ﻧ وﺟﻮد ﺪارد   . اﻟﺒﺘﻪ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ ً آﻧﺰﻳﻤ ﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی اﻣﺮوزه ﻧﺴﺒﺘﺎ ﺻﻨ ﺑﺎﻻ ﺑﻮده وﻟﻲ  ﻌﺖ آﻧﺰﻳﻢ
 ﺗﻮﺟﻪ ﺧﺎﺻﻲ ﺑﻪ آن داﺷﺘﻪ و درﻧﻈﺮ دارد ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از روﺷﻬﺎی ﺑﻴﻮﺗﻜﻨﻮﻟﻮژی ﻫﺰﻳﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﻬﺎ دﻫﺪ  1)  را ﻛﺎﻫﺶ و (5  .
ﺳﻠﻮﻻز ﻫﺎ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎﻳﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ  ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻛﻤﭙﻠﻜﺴﻲ از ﺳﻪ ﮔﺮوه آﻧﺰﻳﻤﻲ و ﻃﻮر ﺑﻪ  ﻛ ﺳﻴﻨﺮژﻳﺴﻤﻲ ﺑﺎ ﻫﻤﺪﻳﮕﺮ ﻋﻤﻞ ﺮده و ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﻨﺪ ﻫﺎی    ß(1 →4 ) ﭘﻴﻮﻧﺪ  ﮔﻠﻴﻜﻮزﻳﺪی را در ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ ﻧﻤﺎﻳﻨﺪ.   اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از   1 ﺑﺘﺎ 4 و ﮔﻠﻮﻛﻮزﻳﺪاز ،اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز ﺳﻠﻮﺑﻴﻮﻫﻴﺪروﻻز و ﺑﺘﺎ   .آﻧﺰﻳﻢ   ﺑﺘﺎ 1   4 و  CMCase 
اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز ﻛﻪ ﺑﻨﺎم ﻧﻴﺰ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﺷﻮد ، ﻣﻲ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی ﺑﺘﺎﮔﻠﻮﻛﻮزﻳﺪی را ﻃﻮر ﺑﻪ   اﺗﻔﺎﻗﻲ از وﺳﻂ ﻣﻠﻜﻮﻟﻬﺎی ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻗﻄﻊ ﻛﺮده وﺗﻮﻟﻴﺪ  ﻗﻄﻌﺎت ﻛﻮﺗﺎه    .(17) اﻟﻴﮕﻮﺳﺎﻛﺎرﻳﺪی ﻣﻲ ﻧﻤﺎﻳﺪ
  Aspergillus ﮔﻮﻧﻪ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻳﻜﻲ از ﻣﻔﻴﺪﺗﺮﻳﻦ ﻣﻨﺎﺑﻊ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ و ﺻﻨﻌﺖ آﻧﺰﻳﻢ ﺗﻮﺟﻪ ﺧﺎﺻﻲ  A. niger ﺑﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی
 ﺗﻮﺳﻂ از ﻃﺮﻳﻖ ، ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ وﺗﻮﻟﻴﺪ ﮔﻮﻧﻪ ﻫﺎی ﺑﺮﺗﺮ از ﻧﻈﺮ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ ﻧﻤﻮده اﺳﺖ.    A. niger در ﻣﺎﻧﻨﺪ ﻗﺎرﭼﻬﺎی ﻫﻮازی دﻳﮕﺮ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ، ﺳﻠﻮﻻزی ﺻﻮرت ﺑﻪ 
  داﺧﻞ ﺳﻠﻮﻟﻲ، ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ دﻳﻮاره ﺳﻠﻮل و ﺗﺮﺷﺤﻲ  ﺑﻮده و آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ  ﺳﻠﻮﻻزی ﺗﺮﺷﺤﻲ از دو ﻧﻮع دﻳﮕﺮ ﺑﺎﺷﺪ  4)  ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻣﻲ  .(9 و
  1 در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴﻖ، ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ ﺑﺘﺎ 4 و  Aspergillus اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز ﺗﻮﺳﻂ ﻗﺎرچ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ  و ﺗﻮاﻟﻲ ﻛﺎﻣﻞ  ژن ﻛﻨﻨﺪه ﻛﺪ   اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻢ( eglB)  ﺗﻜﺜﻴﺮ و ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ ﺳﺎزی ﮔﺮدﻳﺪ  .
ﻣﻮاد و روﺷﻬﺎ  
 ﻧﮕﻬﺪاری Aspergillus  ﻗﺎرچ و ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ :   ﺟﻬﺖ Aspergillus niger ﻧﮕﻬﺪاری ﻗﺎرچ (R4)   از ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ PDA  (Potato Dextrose Agar ) ﮔﺮدﻳﺪ اﺳﺘﻔﺎده   
 . ﺑﺮای ﺗﻬﻴﻪ اﻳ  ﻣﻴﺰان PDA ﻦ ﻣﺤﻴﻂ ﭘﻮدر  39   ﺑﻪ ﮔﺮم در ﻟﻴﺘﺮ در آب ﺣﻞ و ﭘﺲ از ﺳﺘﺮون ﻛﺮدن ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ. 
  :اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4و1 ﺗﻮﻟﻴﺪ و ﺳﻨﺠﺶ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ آﻧﺰﻳﻢ ﺑﺘﺎ
ﺑﺮای دﺳﺖ ﺑﻪ  ﺗﺮﺷﺤﻲ آوردن ﭘﺮوﺗﺌﻴﻨﻬﺎی    1 ﺣﺎوی آﻧﺰﻳﻢ ﺑﺘﺎ  اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز در ﺗﺤﻘﻴﻖ اﻳﻦ   R4  ﺟﺪاﻳﻪ ، A. niger ﻗﺎرچ     250 در ارﻟﻨﻬﺎی 100 
ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮی ﺣﺎوی ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ ﻛﺸﺖ ﻣﺤﻴﻂ     (11) Mandels ﻣﺎﻳﻊ ﺗﻠﻘﻴﺢ و ﺳﭙﺲ ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ   ﺑﻪ اﻧﻜﻮﺑﺎﺗﻮر ﻣﻨﺘﻘﻞ ﮔﺮدﻳﺪ  . دﺳﺘﮕﺎه روی دﻗﻴﻘﻪ 150)  Shaker ﺣﺎﻟﺖ دور در  (   30 و دﻣﺎی درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ  ﮔﺮاد ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺷﺪ،   48 درﻓﻮاﺻﻞ ﺳﺎﻋﺘﻪ از آﻧﻬﺎ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداری ا و ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده  ز ﻛﺎﻏﺬ ﺻﺎﻓﻲ ﺳﺘﺮون  ﻛﺸﺖ ، ﻣﺤﻴﻂ    از ﺻﺎﻓﻲ ﻋﺒﻮر داده ﺷﺪ  . از ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ ﺻﺎف ﺷﺪه ﻋﻨﻮان ﺑﻪ  ﻣﺤﻠﻮل ﺣﺎوی ﭘﺮوﺗﺌﻴﻨﻬﺎی ﺗﺮﺷﺤﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺮدﻳﺪ.   ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﻲ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ از
 ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻛﺮﺑﻨﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ )Filter paper ،Avicel    (ﺑ CMC و ﻪ درﺻﺪ ﻣﻴﺰان ﻳﻚ  (w/v) ،pH5   ، 6 ، 7 ، 8 ز 9 و ، ﻣﺎﻧﻬﺎی ﻛﺸﺖ )  12 ﺗﺎ روز ﺑﺎ ﺑﺮداری 2 ﻓﻮاﺻﻞ
 روز ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪ   ( 2) و اﺳﺘﻔﺎده از ﻻﻛﺘﻮز درﺻﺪ (ﻋﻨﻮان ﺑﻪ  اﻟﻘﺎ ﻋﺎﻣﻞ ء ﺷﺪ ﻛﻨﻨﺪه اﺳﺘﻔﺎده     .
ﺑﺮای ﺳﻨﺠﺶ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ ﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و اﻧﺪو    ﺑﻪ ﻳﻚ  0/7 ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ ﻣﺤﻠﻮل )  ﻋﻨﻮان CMC درﺻﺪ ﺑﻪ  ﺳﻮﺑﺴﺘﺮا  (  ﻣﻴﻜﺮوﻟﻴﺘﺮ 500  ﻣﻴﻜﺮو 500 ﻧﻤﻮﻧﻪ
 آﻧﺰﻳﻤﻲ و ﻟﻴﺘﺮ ﺑﺎﻓﺮ ﺳﻴﺘﺮات /05 0    pH ﻣﻮﻻر  ﺑﺎ ﺷﺪ 4/8 ﺑﺮاﺑﺮ اﺿﺎﻓﻪ    . ﻣﺨﻠﻮط ﺣﺎﺻﻠﻪ ﺑﻪ ﻣﺪت دﻣﺎی ﺳﺎﻧﺘﻲ 50   ﻳﻚ ﺳﺎﻋﺖ در درﺟﻪ   ﮔﺮاد ﻧﮕﻬﺪاری    2
 و ﺑﺮای ﺗﻮﻗﻒ واﻛﻨﺶ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ ﻣﻌﺮف  ﮔﺮدﻳﺪ DNS دی ﻧﻴﺘﺮو ﺳﺎﻟﻴﺴﻴﻠﻴﻚ اﺳﻴﺪ  .(21)  ﺑﻪ آن اﺿﺎﻓﻪ ﺳﭙﺲ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﺪت  10  ﺑﻪ دﻗﻴﻘﻪ در 
آب ﺟﻮش ﻗﺮار داده  DNS ﺷﺪه ﺗﺎ در اﺛﺮ اﺣﻴﺎء ﻣﻌﺮف ﺗﻮﺳﻂ ﻗﻨﺪ اﺣﻴﺎ ﺷﺪه )ﮔﻠﻮﻛﺰ(ﭘﺬﻳﺮد  .  ﺗﻐﻴﻴﺮ رﻧﮓ ﻣﻌﺮف از زرد ﺑﻪ ﻗﺮﻣﺰ اﻧﺠﺎم ،

ﺑﺮای ﭘﺎﻳﺪاری رﻧﮓ ﻣﻌﺮف ﻳﻚ  ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ ﻣﺤﻠﻮل ﺗﺎرﺗﺎرات  40 ﻣﻀﺎﻋﻒ ﺳﺪﻳﻢ ﭘﺘﺎﺳﻴﻢ درﺻﺪ  ﺑﻪ آن اﺿﺎﻓﻪ و ﺟﺬب ﺷﺪ 550 ﻧﻮری آن در ﻃﻮل ﻣﻮج ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ ﺧﻮاﻧﺪه   
. در اﻳﻦ آزﻣﺎﻳﺶ از ﮔﻠﻮﻛﺰ ﻋﻨﻮان ﺑﻪ  ﮔﺮدﻳﺪ اﺳﺘﺎﻧﺪارد اﺳﺘﻔﺎده     .
ﻳﻚ واﺣﺪ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻣﻘﺪار آﻧﺰﻳﻤﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺮای آزاد ﺷﺪن ﻳﻚ ﻣﻴﻜﺮوﻣﻮل ﻗﻨﺪ اﺣﻴﺎء  ﺷﺪه ﺻﻮرت ﺑﻪ   ﮔﻠﻮﻛﺰ در ﻣﺪت ﻳﻚ دﻗﻴﻘﻪ ﻻزم ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ   .ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ
 ﺑﺮای اﻧﺪازه ﮔﻴﺮی ﻣﻘﺪار     اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ (3) Bradford (1976) از روش ﻛﻪ در از آن   ﻋﻨﻮان Bovine serum albomin (BSA) ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ ﺑﻪ  اﺳﺘﺎﻧﺪارد اﺳﺘﻔﺎده 
ﮔﺮدﻳﺪ   . (U/mg) ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻤﻲ ، ﺑﻪ ﺻﻮرت آﻧﺰﻳﻢ  (U/ml) ﻣﻘﺪارﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ﻛﻞ ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ ﺷﻮد (mg/ml) ﻣﻮﺟﻮد در ﻣﺤﻴﻂ، ﺗﻌﺮﻳﻒ ﻣﻲ   .
:   ﺗﻬﻴﻪ DNA روش اﺳﺘﺨﺮاج ﺑﺮای  ﻣﻴﺴﻠﻴﻮم  ﻗﺎرچ، ارﻟﻨﻬﺎی
ﻟﻴﺘﺮ 250 ﻣﻴﻠﻲ     100 ی ﻛﻪ ﺣﺎوی ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ (yeast extract 0.2%, malt extract 2%) MY ﻣﺎﻳﻊ -30 ﺳﺘﺮون ﺷﺪه ﺑﻮدﻧﺪ ﺗﻮﺳﻂ اﺳﭙﻮر ﺗﻠﻘﻴﺢ
 ﺷﺪه و در دﻣﺎی ﺳﺎﻧﺘﻲ 25 درﺟﻪ   ﮔﺮاد ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﻫﻮادﻫﻲ ﻣﺪت ﺑﻪ   ﻳﻚ ﻫﻔﺘﻪ اﻧﻜﻮﺑﻪ ﺷﺪﻧﺪ   . ﭘﺲ از ﺟﻤﻊ آوری ﻣﻴﺴﻠﻴﻮﻣﻬﺎی در ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ )ﺗﻠﻘﻴﺢ ﻳﻚ 
ﻫﻔﺘﻪ ﭘﺲ از  (آﻧ ﻬﺎ را ﺑﺎ آب ﻣﻘﻄﺮ ﺳﺘﺮون  ﺳﭙﺲ ﺑﺎ ﻛﺎﻏﺬ ﺻﺎﻓﻲ واﺗﻤﻦ ﺷﻤﺎره ﻳﻚ ، ﺷﺪه ﺷﺴﺘﺸﻮ داده ﺳﺎﻧﺘﻲ -20 آﺑﮕﻴﺮی ﺷﺪه و در درﺟﻪ  ﺷﺪﻧﺪ ﮔﺮاد 
ﻧﮕﻬﺪاری   . ﻣﻴﺴﻠﻴﻮم ﻣﻨﺠﻤﺪ ﺷﺪه ﻗﺎرچ ﺗﻮﺳﻂ ازت ﻣﺎﻳﻊ ﺻﻮرت ﺑﻪ   آن DNA ﭘﻮدر درآﻣﺪه و اﺳﺘﺨﺮاج ژﻧﻮﻣﻲ  روش CTAB  ﺑﻪ  ﺑ DNA .(6)  اﻧﺠﺎم ﺷﺪ ﻪ
 ﻣﻴﻜﺮ 50 دﺳﺖ آﻣﺪه در وﻟﻴﺘﺮ آب 20 ﻣﻘﻄﺮ ﺳﺘﺮون ﺣﻞ و در -ﺳﺎﻧﺘﻲ درﺟﻪ   ﮔﺮاد ﺑﺮای اﺳﺘﻔﺎده ﺑﻌﺪی ﻧﮕﻬﺪاری ﮔﺮدﻳﺪ. 
  PCR   : اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ PCR ﺷﺮاﻳﻂ اﻧﺠﺎم اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ ﭘﺲ از
  25 ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺳﺎزی در ﻣﺨﻠﻮط واﻛﻨﺸﻲ ﺑﻪ ﺣﺠﻢ ﻣﻴﻜﺮوﻟﻴﺘﺮ، ﻣﻮﻻر 2 ﺷﺎﻣﻞ MgSO4 ﻣﻴﻠﻲ     DNAﻧﺎﻧﻮﮔﺮم 30 ، ،/3 0 ﻣﻴﻜﺮوﻣﻮﻻر    0/2 آﻏﺎزﮔﺮ، dNTP ﻣﻴﻠﻲ
 ﻣﻮﻻر  2/5  و ، واﺣﺪ pfu-DNA آﻧﺰﻳﻢ polymerase    2/5 و (10X) ﻣﻴﻜﺮوﻟﻴﺘﺮ ﺑﺎﻓﺮ 200)    pH=8/8 ،Tris-HCl ﻣﻴﻠﻲ ﻣﻮﻻر ، 100 ﻣﻴﻠﻲ ﻣﻮﻻر
KCl  ، 100 (NH4) ﻣﻴﻠﻲ ﻣﻮﻻر 2SO4  ، 1 درﺻﺪ ﺗﺮﻳﺘﻮن 100 X    (BSA و ﻳﻚ ﻣﻴﻠﻲ ﮔﺮم در ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ از ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺖ  .   30 ﺳﭙﺲ واﻛﻨﺶ ﺑﺮای دور،  
94 ﺷﺎﻣﻞ دﻣﺎی د ﺳﺎﻧﺘﻲ رﺟﻪ   ﮔﺮاد ﻣﺪت  60  ﺑﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ 54 ﺛﺎﻧﻴﻪ، دﻣﺎی درﺟﻪ  ﮔﺮاد ﻣﺪت  60  ﺑﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ 72 ﺛﺎﻧﻴﻪ و در ﻧﻬﺎﻳﺖ، دﻣﺎی درﺟﻪ  ﮔﺮاد ﻣﺪت ﮔﺮدﻳﺪ 
120  ﺑﻪ ﺛﺎﻧﻴﻪ اﻧﺠﺎم    .  30 ﺑﻌﺪ از اﺗﻤﺎم دور، ﺳﺎﻧﺘﻲ 72 واﻛﻨﺶ در درﺟﻪ   ﮔﺮاد ﻣﺪت  10  ﺑﻪ دﻗﻴﻘﻪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ   .  PCR ﻣﺤﺼﻮل روی ژل آﮔﺎرز ﻳﻚ درﺻﺪ اﻟﻜﺘﺮوﻓﻮر ﮔﺮدﻳﺪ ز  .  
اﺳﺘﺨﺮاج ﭘﻼﺳﻤﻴﺪ و ﺳﺎزی ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ :  اﺳﺘﺨﺮاج ﭘﻼﺳﻤﻴﺪ ﺑﻪ  Alkaline lysis روش   .(16) ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺖ ﺑﺮای ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ ﺳﺎزی    ﺷﺪ pUC19 ژن ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه از ﻧﺎﻗﻞ اﺳﺘﻔﺎده   .ﻧﺎﻗﻞ    PCR ﻣﺬﻛﻮر و ﻗﻄﻌﻪ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﺷﺪه در دو ﻃﺮف ﻗﻄﻌﻪ  ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه  Ligation . ﻫﻀﻢ
 ﮔﺮدﻳﺪ T4 DNA ligase ﺗﻮﺳﻂ آﻧﺰﻳﻢ اﻧﺠﺎم ﺷﺪ   . E. coli ﺑﺎﻛﺘﺮی (DH5α)  ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻛﻠﺮﻳﺪ  100 ﻛﻠﺴﻴﻢ ﻣﻴﻠﻲ ﻣﻮﻻر ﺑﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﻣﺴﺘﻌﺪ ﺷﺪه درآﻣﺪه و ﺑﻪ
 ﻣﺪت ﻳﻚ    DNA ﺳﺎﻋﺖ ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﻣﺮﺑﻮﻃﻪ ﺟﻬﺖ transformation  ﺳﺎﻧﺘﻲ 37 در دﻣﺎی درﺟﻪ   ﮔﺮاد ﻧﮕﻬﺪاری ﮔﺮدﻳﺪ  .از ﺳﭙﺲ ﺑﺎﻛﺘﺮﻳﻬﺎ ﭘﺲ     42 ﺷﻮك ﺣﺮارﺗﻲ درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ  ﮔﺮاد ﻣﺪت  90  ﺑﻪ 2% Bacto ) SOB ﺛﺎﻧﻴﻪ در ﻣﺤﻴﻂ tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 10mM NaCl, 2.5mM KCl, 10mM MgCl2, 10mM MgSO4   ( ﺣﺎوی 100 ﻣﻴﻜﺮوﮔﺮم در ﻫﺮ ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ آﻣﭙﻲ ﺳﻴﻠﻴﻦ ﮔﺴﺘﺮش داده ﺷﺪﻧﺪ   . در اﻳﻦ ﻣﺮﺣﻠﻪ ﻛﻠﻮﻧﻴﻬﺎی ﺳﻔﻴﺪ رﻧﮓ ﺣﺎﺻﻠﻪ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻗﻄﻌ ﻛﻠﻮﻧﻬﺎی
 ﺣﺎوی ﮔﺮدﻳﺪ ﺎت ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ اﻧﺘﺨﺎب   . ﻗﻄﻌﻪ ﺳﺎزی ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ  ﺗ ﺷﺪه ﭘﺲ از ﺄ ﻳﻴﺪ ﺗﻮﺳﻂ اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ  ،آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺟﻬﺖ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺗﻮاﻟﻲ ) SeqLab ﺗﻮﺳﻂ ﺷﺮﻛﺖ 
( ﮔﺮﻓﺖ Gottingen, Germany ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار     .
ﺗﺠﺰﻳﻪ و ﺗﺤﻠﻴﻞ ﺑﻴﻮاﻧﻔﻮرﻣﺎﺗﻴﻚ : ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﺗﻮاﻟﻲ ژن ﻣﻮﺟﻮ eglB ﺑﺎ اﻃﻼﻋﺎت ﺑﺮﻧﺎ د در ﺑﺎﻧﻚ ژﻧﻲ ﺗﻮﺳﻂ ﻣ ﻪ ﻧﺮم اﻧﺠﺎ ﺷﺪ Blast اﻓﺰاری م   .ﻧﻮﻛﻠﺌﻮﺗﻴﺪی
 ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺗﻮاﻟﻲ   ژن

eglB  ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎی ﺛﺒﺖ ﺷﺪه در ﺑﺎﻧﻚ ژﻧﻲ ﺗﻮﺳﻂ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﻧﺮم ﮔﺮﻓﺖ CLUSTAL W اﻓﺰاری اﻧﺠﺎم    .
0
0.1
0.2
0.3
0 2 4 6 8 10 12
Filter paper/pH=5
Avicel/pH=5
CMC/pH=5
  
  -1 ﺷﻜﻞ  pH=5 اﺛﺮ ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻦ در ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 2 4 6 8 10 12
Filter paper/pH=8 Avicel/pH=8
CMC/pH=8
  -2 ﺷﻜﻞ  pH=8 اﺛﺮ ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻦ در ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در  
ﻧﺘﺎﻳﺞ  
ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ  : اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و در اﻳﻦ
ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺟﻬﺖ ﺑﺮرﺳﻲ و ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ 4 و اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز     R4 از ﺟﺪاﻳﻪ A . ﻗﺎرچ  ﮔ niger اﺳﺘﻔﺎده ﺮدﻳﺪ . pH ﻋﻮاﻣﻞ ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﻧﻈﻴﺮ دﻣﺎ، زﻣﺎن ﻛﺸﺖ
، ﻧﻮع ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻦ ، و ﻋﻮاﻣﻞ اﻟﻘﺎء ﻛﻨﻨﺪه ﺗﻮاﻧﻨﺪ ﻣﻲ   ﺑﺮ ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی ﺗﻮﺳﻂ ﻗﺎرﭼﻬﺎ ﻣﺆ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺛﺮ    . در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺟﻬﺖ ﺑﺮرﺳﻲ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز، 4 و ﻧﻘﺶ  ﻋﻮاﻣﻞ ﻓﻮق ﮔﺮﻓﺖ ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻗﺮار   .ﺑﺮا ی رﺳﻴﺪن ﺑﻪ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺟﻬﺖ ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻳﻦ    pH آﻧﺰﻳﻢ اﺑﺘﺪا ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻨﻲ
در  5 ﻫﺎی   8 و  48 ﻫﺮ ﺳﺎﻋﺖ ﺑﻪ ﻣﺪت ده روز ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ  .  
ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑ ﻪ آﻣﺪه دﺳﺖ   ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﻪ ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻨﻲ  (CMC, Avicel, Filter paper) ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺸﺎن دﻫﺪ ﻣﻲ   ﻛﻪ  ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ pH در ﻫﺮ دو ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ  
 وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻤﻲ درﺣﻀﻮر CMC  و در روز ﺷﺸﻢ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ )     .(2و 1 ﺷﻜﻞ ﺳﭙﺲ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ   اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و CMC ﺑﺎ ﺣﻀﻮر  pH در ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮرﺳﻲ ﮔﺮدﻳﺪ  .ﺑ ﺑﺮرﺳﻲ ﻧﺘﺎﻳﺞ  ﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه ﻧﺸﺎن ﻣﻲ وﻳﮋه دﻫﺪ ﻛﻪ ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ  اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻢ  در روز ﺷﺸﻢ،    ﺑﺎﺷ pH= 8  و ، CMC در ﺣﻀﻮر ﻣﻲ  ﺪ )
 ﺷﻜﻞ  .(3 در ﻣﺮﺣﻠﻪ ﺑﻌﺪ اﺛﺮ ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان ﺑﻪ   ﻋﺎﻣﻞ اﻟﻘﺎء ﻛﻨﻨﺪه ﺑﺮ  CMC روی ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ در ﺣﻀﻮر   pH= 8 و در روزﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﮔﺮﻓﺖ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ 
ﻗﺮار   .ﺑﺮرﺳﻲ دراﻳﻦ  ﻣﺸﺨﺺ ﮔﺮدﻳﺪ  ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان ﺑﻪ  اﻟﻘﺎ ﻳﻚ ﻋﺎﻣﻞ ء   ﻛﻨﻨﺪه ﻣﻨﺎﺳﺐ آﻧﺰﻳﻢ ﺑﺮای ﺗﻮﻟﻴﺪ     1 ﺑﺘﺎ  اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ  . زﻳﺮا ﻋﻼوه ﺑﺮ
 اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ  4 و اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز ﺑﺎﻋﺚ ﺗﺴﺮﻳﻊ در ﺗﻮﻟﻴﺪ آن ﻧﻴﺰ ﻣﻲ ﮔﺮدد)    ﺑ ،(4 ﺷﻜﻞ ﻪ ﻧﺤﻮی ﻛﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ  اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و در روز دوم
 ﻛﺸﺖ )ﺑ ﻪ ﺷﺸﻢ ﺟﺎی روز   ( ﺑﻪ ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻣﻴﺰان ﺧﻮد ) 2/3 ﺣﺪود ﺑﺮاﺑﺮ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﻏﻴﺮ اﻟﻘﺎء (ﻣﻲ رﺳﺪ   .
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0123456789
CMC/pH=5
CMC/pH=6
CMC/pH=7
CMC/pH=8
CMC/pH=9
  -3 ﺷﻜﻞ ﻣﺨﺘﻠﻒ pH ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در ﻫﺎی     ﺑﺮرﺳﻲ ﻧﺘﺎﻳﺞ دﺳﺖ ﺑﻪ   آﻣﺪه از ﺷﺮاﻳﻂ ﻓﻮق ﻧﺸﺎن دﻫﺪ ﻣﻲ    ً ﻛﻪ اﺣﺘﻤﺎﻻ ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﺮای ﻛﺸﺖ ﺟﺪاﻳﻪ ﻫﺎ و ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ  اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز 4 و در ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ، ﻋﺒﺎرت از ﻋﻨﻮان CMC ﺑﻪ  ﻛﺮﺑﻦ ﻣﻨﺒﻊ  ، 48   pH ﺳﺎﻋﺖ در  8 ﺑﺮاﺑﺮ و ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان ﺑﻪ   اﻟﻘﺎء ﻛﻨﻨﺪه ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ      .
   
day
specific activity (U/mg) specific activity (U/mg) 
day 
specific activity (U/mg) 
day 

  -5 ﺷﻜﻞ ﻃﺮاﺣﻲ آﻏﺎزﮔﺮ   EGAF ﻫﺎی اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ  : EGAB و egl ﻫﻤﺮدﻳﻔﻲ ﺗﺮادف ﻧﻮﻛﻠﺌﻮﺗﻴﺪی ﺳﻪ ژن اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز ﻣﻮﺟﻮد در ﺑﺎﻧﻚ ژﻧﻲ، ژن C A. kawachii ﻗﺎرچ (ABO55433) egl ژن ، A. niger  ﻗﺎرﭼﻬﺎی B (AJ224452, XM001391932)   ﻣﺤﻞ آﻏﺎزﮔﺮ ، ﻫﺎ ﺻﻮرت ﺑﻪ   ﺳﺎﻳﻪ دار ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪه اﺳﺖ  .  
0 1 2 3
0 2 4 6 8 10 12
CMC/pH=8
CMC/Lac/p H=8
  -4 ﺷﻜﻞ اﺛﺮ ﻻﻛﺘﻮز در ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ وﻳﮋه آﻧﺰﻳﻢ اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در ﺣﻀﻮر   pH=8 در CMC  ﺗﻜﺜﻴﺮ و ﺳﺎزی ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ   egl ژن B    R4 از ﺟﺪاﻳﻪ A. ﻗﺎرچ niger : egl ﺟﻬﺖ 
ﺗﻜﺜﻴﺮ ژن B     R4 ﺟﺪاﻳﻪ A. niger ﻗﺎرچ
ﻃﺮاﺣﻲ آﻏﺎزﮔﺮ  ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻫﻤﺮدﻳﻒ ﻛﺮدن ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎی ژن eglB  ﻣﻮﺟﻮد در ﺑﺎﻧﻚ ژن اﻧﺠﺎم ﺷﺪ )   .(5 ﺷﻜﻞ ﺑﺮاﺳﺎس ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﻣﻮﺟﻮد در اﻳﻦ ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎ، آﻏﺎزﮔﺮ ﻫﺎی اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ ﮔﺮدﻳﺪ EGAF/EGAB ﻃﺮاﺣﻲ  .ﻣﻨﻈﻮر ﺑﻪ   ﺗﻜﺜﻴﺮ اﻳﻦ ژن از DNA  ژﻧﻮﻣﻲ اﻳﻦ ﺟﺪاﻳﻪ ﻛﻪ روش  CTAB  ﺑﻪ اﺳﺘﺨﺮاج pfu ﺷﺪه ﺑﻮد و آﻧﺰﻳﻢ ﭘﻠﻲ ﻣﺮاز
 اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺮدﻳﺪ  .  DNA ﻃﻮل ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ اﻳﻦ آﻏﺎزﮔﺮﻫﺎ  ﺑﺎ اﺣﺘﺴﺎب ﺗﻮاﻟﻲ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺑﺎﺷﺪ 1297 bp ﺟﺎﻳﮕﺎﻫﻬﺎی آﻧﺰﻳﻤﻲ  .(20)  ﻣﻮرد اﻧﺘﻈﺎر ﻣﻲ
 ﺑﺮرﺳﻲ ﺗ ﻗﻄﻌﻪ  ﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﻓﻮق در ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﺴﻴﺎر اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ،   DNA ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ آﻏﺎزﮔﺮﻫﺎ، ﺑﺎ ﻃﻮل ﻣﻮرد اﻧﺘﻈﺎر را ﺗﻜﺜﻴﺮ ﻣﻲ ﻧﻤﺎﻳﻨﺪ)    .(6 ﺷﻜﻞ
  PCR ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻨﻜﻪ، ﺣﺘﻲ در ﺷﺮاﻳﻂ اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ، اﺣﺘﻤﺎل دارد آﻏﺎزﮔﺮﻫﺎ  ﻗﻄﻌﺎﺗﻲ ﺧﺎرج از ﻣﺤﺪوده ژن ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ را ﺗﻜﺜﻴﺮ ﻛﻨﻨﺪ، ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﺄ   PCR ﻳﻴﺪ ﻣﺤﺼﻮل اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ ، آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی DNA آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﺑﺎ  ﺑﺮﺷﻲ  ﻣﻨﺎﺳﺐ، ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ  .ﻗﻄﻌﻪ ﻣﺤﺼﻮ ﺣﺎﺻﻞ از ﻫﻀﻢ  ﻻت PCR ﺷﺪ 2 ﺑﺮ روی ژل آﮔﺎرز ،
 درﺻﺪ اﻟﻜﺘﺮوﻓﻮرز   . ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ    DNA آﻣﺪه از اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﺑﺎ Hind آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی II  Pst و I  ﺻﺤﺖ ﻗﻄﻌﻪ ﻣﺬﻛﻮر را ﻣﻮرد ، ﺗﺄﻳﻴﺪ ﻗﺮار داد  )
 از .(6 ﺷﻜﻞ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺣﺎﺻﻞ   اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻋﻤﻞ دو آﻧﺰﻳﻢ ﻓﻮق ﻣﻲ ﺗﻮان ﻗﻄﻌﻪ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﮔﻴﺮی ﻧﻤﻮد ﻛﻪ  ﻃﻮل ای ﻛﻪ ﺑﻪ    kb
 ﺣﺪود /2 1 ﺗﻮﺳﻂ آﻏﺎزﮔﺮ   EGAF/EGAB ﻫﺎی ﺗﻜﺜﻴﺮ ﮔﺮدﻳﺪه اﺳﺖ  ﺑﺎﺷﺪ eglB  ﻫﻤﺎن ﻗﻄﻌﻪ ﻣﻮرد اﻧﺘﻈﺎر از ژن ، ﻣﻲ   . اﻳﻦ ﻗﻄﻌﻪ    ژن (Open Reading Frame) ORF ﺗﻤﺎﻣﻲ ﻣﺬﻛﻮر را دارا ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ  .
ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻨﻜﻪ در دو آﻏﺎزﮔﺮ    EGAF ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده و  ﺑ EGAB ﻪ   و BamH1 ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺟﺎﻳﮕﺎﻫﻬﺎی ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ EcoR1  ﺑﺮای ﺳﺎزی ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ      pUC19 در ﻧﺎﻗﻞ ﻃﺮاﺣﻲ ﺷﺪه اﻧﺪ   . ﻟﺬا ﻗﻄﻌﻪ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﻧﺎﻗﻞ  ﻣﺮﺑﻮﻃﻪ ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی  و EcoRI  BamHI    ligation ﻫﻀﻢ و ﻣﺨﻠﻮط آﻧﻬﺎ ﺑﻪ E. coli ﺳﻠﻮﻟﻬﺎی ﻣﺴﺘﻌﺪ ﺗﺎزه
 ﺗﻬﻴﻪ ﺷﺪه ﺑﺎﻛﺘﺮی DH5α ﻣﻨﺘﻘﻞ ﮔﺮدﻳﺪ  .ﭘ   DNA ﻼﺳﻤﻴﺪ ﺣﺎوی ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه از
day 
specific activity (U/mg) 

ﻛﻠﻮﻧﻴﻬﺎی ﺳﻔﻴﺪ رﻧﮓ دﺳﺖ ﺑﻪ   آﻣﺪه در ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ اﻧﺘﺨﺎﺑﻲ ﺣﺎوی آﻧﺘﻲ ﺑﻴﻮﺗﻴﻚ، اﺳﺘﺨﺮاج ﮔﺮدﻳﺪ  . ﺟﻬﺖ ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ ﺳﺮﻳﻊ  DNA ﭘﻼﺳﻤﻴﺪﻫﺎی ﻧﻮﺗﺮﻛﻴﺐ از
 اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ ﻧﺸﺪه ﻛﻠﻮﻧﻴﻬﺎی ﺳﻔﻴﺪ رﻧﮓ اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺮدﻳﺪ  . ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ ﺷﺪن ﻗﻄﻌﻪ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه آﻧﺰﻳﻤ ﺗﻮﺳﻂ اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ  ﻲ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ و ﺗﺄﻳﻴﺪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ  ) ﺑ  .(7 ﺷﻜﻞ ﭘﻼﺳﻤﻴﺪ ﺗﺄﻳﻴﺪ ﺷﺪه  ﻪ ﻧﺎم pZR1  ﻧﺎﻣﮕﺬاری و ﭘﺲ از ﺧﺎﻟﺺ ﺳﺎزی ﺑﺮای ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺗﻮاﻟﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺮدﻳﺪ.  
  -6 ﺷﻜﻞ egl ﺗﻜﺜﻴﺮ ژن B    R4 ﺟﺪاﻳﻪ A. niger ﻗﺎرچ 
و اﻟﮕﻮی  ﻫﻀﻢ
  (1 : آﻧﺰﻳﻤﻲ آن egl ژن ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه B   ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از دو آﻏﺎزﮔﺮ EGAF/EGAB)    (1/2 kb ﺣﺪود ، (2 ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻣﺤﺼﻮل PCR  Pst ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻢ I  ، (3   PCR ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻣﺤﺼﻮل ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻢ HindII   ، M  (  . DNA ﻣﺎرﻛﺮ ﻫﻀﻢ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﻗﻄﻌﻪ ﺗﻜﺜﻴﺮ ﺷﺪه را ﻣﻮرد ﺗﺄﻳﻴﺪ ﻗﺮار ﻣﻲ دﻫﺪ   .  ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﺗﻮاﻟﻲ دﺳﺖ ﺑﻪ   آﻣﺪه از اﻳﻦ ژن ﺑﺎ ژﻧﻬﺎی  NCBI ﻣﺸﺎﺑﻪ در egl ﻧﺸﺎن داد ﻛﻪ ﺗﻮاﻟﻲ ژن دﺳﺖ B ﺑﻪ   آﻣﺪه در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴ egl ﻖ ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻲ ژن B  A. niger ﻗﺎرچ  ﺑﺎ ﺷﻤﺎره   AJ224452 ﺛﺒﺖ A. niger و ﻗﺎرچ CBS 513.88  ﺑﺎ ﺷﻤﺎره  XM001391932 ﺛﺒﺖ egl و ﻧﻴﺰ ﺗﻮاﻟﻲ ژن C  A. ﻗﺎرچ kawachii    ﺑ ABO55433 ﺑﺎ ﺷﻤﺎره ﺛﺒﺖ ﻪ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﺮاﺑﺮ /6 93 ،/2 94   98/8 و درﺻﺪ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ در ﺻﻮرﺗﻲ  egl ﻛﻪ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ اﻳﻦ ژن ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻲ ژن B  A. ﻗﺎرچ nidulans    ﺑ AF420021 ﺑﺎ ﺷﻤﺎره ﺛﺒﺖ ﻪ   8/7 ﻣﻴﺰان درﺻﺪ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ)    .(8 ﺷﻜﻞ   
  - 7 ﺷﻜﻞ  pUC19   (ﻧﺎﻗﻞ 1 :pZR1 ﺗﺄﻳﻴﺪ ﺳﺎزه ﻫﻀﻢ ﺷﺪه ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻢ EcoRI ، (2   pZR1 ﺳﺎزه Eco ﻫﻀﻢ ﺷﺪه ﺑﺎ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی RI  و BamHI ، (3   PCR
ﻣﺤﺼﻮل egl ژن B    (ﻣ M ،   DNA ﺎرﻛﺮ  ﺑﺤﺚ  
ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻓﺮاوان  ﺗﺮﻳﻦ ﻣﺎده آﻟﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺠﺰﻳﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ   ﻛﻪ ﺳﺎﻟﻴﺎﻧﻪ 10 ﺣﺪود ﻣﻲ 11  .(10) ﺗﻦ از آن در ﻃﺒﻴﻌﺖ ﺗﻮﻟﻴﺪ  ﮔﺮدد ﻣﺼﺮف اﻧﺮژی در دﻫﻪ ﻫﺎی اﺧﻴﺮ ﺑﻪ ﻃﻮر ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ  ای ﺑﺎ  اﻓﺰاﻳﺶ ﺟﻤﻌﻴﺖ ﺟﻬﺎن، اﻓﺰاﻳﺶ ﻳﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ و ﻧﻔﺖ ﺧﺎم ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﻨﺒﻊ اﺻﻠﻲ اﻧﺮژی ﺑﺎ اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻘﺎﺿﺎ ر وﺑﺮو ﺷﺪه اﺳﺖ ﺑﻪ ﻫﻤﻴﻦ دﻟﻴﻞ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻛﺸﻮر ﻫﺎ ﺑﺎ ﻣﺸﻜﻞ ﺳﻮﺧﺖ ﻣﻮاﺟﻪ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ . از ﻣﻮارد ﻋﻤﺪه اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻮاد ﺳﻠﻮﻟﺰی، ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻟﻜﻞ 7) و ﮔﻠﻮﻛﺰ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی
 ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ
، 13  .(15 و ﺗﺤﻘﻴﻘﺎت وﺳﻴﻌﻲ ﺑﺮای ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻣﻮاد ﺳﻠﻮﻟﺰی ﺑﻪ اﺗﺎﻧﻞ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺗﺠﺪ ﻳﻚ ﻣﻨﺒﻊ اﻧﺮژی ﻗﺎﺑﻞ اﺳﺖ ﻳﺪ ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺘﻪ   . ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺳﻠﻮﻟﺰ ﺑﻪ اﺗﺎﻧﻞ ﺷﺎﻣﻞ
 دو ﻓﺮآ ﺑﺎﺷﺪ ﻳﻨﺪ ﻣﻲ   ﻛﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :ﺗﺨﻤﻴﺮ  ، ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ ﺳﻠﻮﻟﺰ ﺑﻪ ﻗﻨﺪﻫﺎی ﻗﺎﺑﻞ و ﺗﺨﻤﻴﺮ اﻳﻦ ﻗﻨﺪﻫﺎ ﺑﻪ اﺗﺎﻧﻞ . ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﺸﻜﻼت ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ اﺳﻴﺪی ﺳﻠﻮﻟﺰ،
 اﻣﺮوزه ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮی ﺑﻪ ﻫﻴﺪروﻟﻴﺰ آﻧﺰﻳﻤﻲ ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻛﻪ ﺑ ﻪ ﺳﻠﻮﻻزی وﺳﻴﻠﻪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی  ﻣﻲ اﻧﺠﺎم   ﮔﻴﺮد ﻣﻌﻄﻮف ﺷﺪه اﺳﺖ   .
  ﺑﺎﻛﺘﺮﻳﻬﺎ وﻗﺎرﭼﻬﺎ از ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻛﻨﻨﺪه ﻫﺎی آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ  . Colestridioum اﮔﺮ ﭼﻪ ﺑﺮﺧﻲ از ﺑﺎﻛﺘﺮﻳﻬﺎ ﻣﺎﻧﻨﺪ
 thermocellum    Bacteroides cellulosolvens و آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی ﺑﺎ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺑﺎﻻ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ، اﻣﺎ ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ 
          M       1        2       3 
        M     1    2      3    M 

آﻧﺰﻳﻢ آﻧﻬﺎ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻢ ﻣﻲ   . ﻟﺬا اﻣﺮوزه در ﺻﻨﻌﺖ از ﻗﺎرﭼﻬﺎ ﺟﻬﺖ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی اﺳﺘﻔﺎده ﻛﻨﻨﺪ ﻣﻲ    . ﺑﺮﺧﻲ از ﻗﺎرﭼﻬﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﺮای ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی ﮔﺰارش ﺷﺪه  Sclerotium rolfsii, P. اﻧﺪ، ﺷﺎﻣﻞ chrysosporhoum  Aspergillus و ﮔﻮﻧﻪ ﻫﺎﻳﻲ از ﺟﻨﺴﻬﺎی , Trichoderma, 
Penicillium و Schizophyllum   ﺑﺎﺷﻨﺪ  18)  ﻣﻲ .(19 و  Aspergillus ﮔﻮﻧﻪ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻳﻜﻲ از ﻣﻔﻴﺪﺗﺮﻳﻦ ﻣﻨﺎﺑﻊ آﻧﺰﻳﻤﻬﺎی ﺳﻠﻮﻻزی از ﺟﻤﻠﻪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ   4 و اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز  .(9) ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ    
  (A - 8 ﺷﻜﻞ egl درﺻﺪ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﺗﻮاﻟﻲ ﻧﻮﻛﻠﺌﻮﺗﻴﺪی ژن B    R4 ﺟﺪاﻳﻪ A. niger ﻗﺎرچ 
 (Query) egl ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻲ ژن ، A. niger  ﻗﺎرﭼﻬﺎی B  
(XM001391932, AJ224452)  A. nidulans و ﻗﺎرچ 
(AF420021)  egl و ﻧﻴﺰ ژن A. kawachii  ﻗﺎرچ C 
 (ABO55433)  ،B (
egl دﻧﺪروﮔﺮام ﺣﺎﺻﻞ از آﻧﺎﻟﻴﺰ ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎی ﻧﻮﻛﻠﺌﻮﺗﻴﺪی ژﻧﻬﺎی B  egl و C  .
  
  (R4) در اﻳﻦ ﺗﺤﻘﻴﻖ از ﺟﺪاﻳﻪ ﺑﻮﻣﻲ  A. niger ﻗﺎرچ ﺟﻬﺖ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ    1 ﺑﺘﺎ ﮔﺮدﻳﺪ  4 و اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز اﺳﺘﻔﺎده   . ﺑﺮرﺳﻲ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ
 اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻢ ﻧﺸﺎن داد ﻛﻪ آﻧﺰﻳﻢ  ﺑﺘﺎ 1    4 و  pH اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در 8 ﺑﺮاﺑﺮ ﻋﻨﻮان CMC ، ﺑﻪ   ﻣﻨﺒﻊ ﻛﺮﺑﻦ، ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان ﺑﻪ   ﺑ 48 اﻟﻘﺎء ﻛﻨﻨﺪه ﭘﺲ از ﺳﺎﻋﺖ  ﻪ
 ﻣﻴﺰان ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲ ﺷﻮد   . اﻓﺰودن ﻻﻛﺘﻮز ﻋﻨﻮان ﺑﻪ  اﻟﻘﺎ ء ﻛﻨﻨﺪه ﺑﻪ ﻣﺤﻴﻂ ﻛﺸﺖ ﻗﺎرچ ﺑﺎﻋﺚ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻢ ﺑ ﻪ ﺟﺎی روز ﺷﺸﻢ در
 روز دوم ﺑﻪ ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺧﻮد ﺑﺮﺳﺪ  . ﺑﻌﺪ از روز دوم ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻳﻦ آﻧﺰﻳﻢ از ﻳﻚ روﻧﺪ ﻛﺎﻫﺸﻲ ﺑﺮﺧﻮردار ﺑﻮده و ﺗﺎ روز ﺷﺸﻢ ﺑﻪ ﺣﺪاﻗﻞ ﻣﻴﺰان ﺧﻮد ﻣﻲ رﺳﺪ
 .ﺑ ﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻲ آﻳ روز ﺪ ﻛﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ زﻳﺎد آﻧﺰﻳﻢ در   دوم و آزاد ﺷﺪن ﮔﻠﻮﻛﺰ ﺑﻪ ﻣﻴﺰان ﻓﺮاوان ﻣﻮﺟﺐ ﻣﻬﺎر ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ 
در روزﻫﺎی ﺑﻌﺪی ﺷﺪه اﺳﺖ  .  Busto اﻳﻦ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑﺎ ﮔﺰارش و  (4) (1995) ﻫﻤﻜﺎران ﻣﻄﺎﺑﻘﺖ ﻧﺸﺎن دﻫﺪ ﻣﻲ   .
اﺳﺘﻔﺎده از آﻏﺎزﮔﺮ ﻫﺎی اﺧﺘﺼﺎﺻﻲ ﻛﻪ از ﻫﻤﺮدﻳﻒ ﻛﺮدن ﺑﻮد NCBI ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎی ﻣﻮﺟﻮد در ﻃﺮاﺣﻲ ﺷﺪه ﺑﻮدﻧﺪ ﻗﺎدر ه  ﺗﺎ egl ژن ﻛﺎﻣﻞ B    R4 را از ﺟﺪاﻳﻪ A. niger
 ﻗﺎرچ  ﺗﻜﺜﻴﺮ ﻧﻤﻮده ﻛﻪ آﻧ ﺗﻮﺳﻂ اﻟﮕﻮی ﻫﻀﻢ ﺰ ﮔﺮدﻳﺪ ﻳﻤﻲ ﻧﻴﺰ ﺗﺄﻳﻴﺪ  . ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﺗﻮاﻟﻲ ژن ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ  ﺷﺪه ﺑﺎ ﺳﺎﻳﺮ ﺗﻮاﻟﻴﻬﺎی egl ﺑﺎﻧﻚ ژﻧﻲ ﻧﺸﺎن داد ﻛﻪ
 اﻳﻦ ﺗﻮاﻟﻲ ﺑﺎ ﺗﻮاﻟﻲ ژﻧﻬﺎی B  از A. niger ﻗﺎرچ  20)  ( A. niger و ﻗﺎرچ CBS 513.88   (ﺗﻮا 14) و ﻧﻴﺰ  egl ﻟﻲ ژن C  A. kawachii از ﻗﺎرچ 8) (  زﻳﺎدی را از ﺧﻮد 
ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ در ﺻﻮرﺗﻲ ً ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ ﻧﺴﺒﺘﺎ egl ﻛﻪ ﺑﺎ ژن B    (12) A. nidulans از ﻗﺎرچ دارای ﻣﺸﺎﺑﻬﺖ

ﺑﺴﻴﺎر ﻛﻤﻲ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ  )  .(درﺻﺪ 8/7 ﺣﺪود از اﻳﻦ ژن ﻫﻤﺴﺎﻧﻪ  ﺷﺪه ﻛﻪ ﻣﻮرد ﺗﺄﻳﻴﺪ ﻧﻴﺰ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺎﻗﻞ ﺑﻴ ﺎﻧﻲ ﻳﻮﻛﺎرﻳﻮﺗﻲ ﺟﻬﺖ
 ﺑﻴﺎن و ﺗﻮﻟﻴﺪ آﻧﺰﻳﻢ
  1 ﺑﺘﺎ ﻳﻮﻛﺎرﻳ 4 و اﻧﺪوﮔﻠﻮﻛﺎﻧﺎز در ﻣﻴﺰﺑﺎن ﻣﻨﺎﺳﺐ ﻮ ﺗﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد . 





نوع مطلب : بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :




چکیده
سلولز فراوانترین پلی ساکارید در طبیعت است که حدود یک سوم وزن تمام گیاهان را تشکیل می
دهد. سلولز پلیمری از گلوکز بتا است که توسط اتصالات گلیکوزیدی و به صورت رشته های مواری
بهم متصلند. مزایای هیدرولیز آنزیمی سلولز به قند شامل حل مشکلات ضایعات مواد سلولزی ،
تبدیل گلوکز به اتانل از طریق تخمیر که به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد و تولید اتیلن
از اتانل می باشد. این مواد در صنایع شیمیایی و خود گلوکز بستگی به درجه خلوص آن در صناِیع
دارویی ، غذایی کاربرد دارد. مناسب ترین روش تولید گلوکز روش ترکیبی ( هیبرید) است که
مراحل پیش فرایند آن که قبل از هیدرولیز آنزیمی انجام می شود برای حذف ناخالصی های غیر
سلولزی ( لیگنین و همی سلولز ) می باشد.
1% به مدت 12 ثانیه در 200 ذرجه سانتی گراد -1/ در صورتی که در مجاورت اسید 5
حرارت بدهیم ، راندمان تولید گلوکز 100 % خواهد بود.
اسیدیته خیلی کم ) راندمان در حرارت 210 درجه سانتی گراد به مدت 18 دقیفه ) ELA در روش
0% اسید سولفوریک ، 60 % بود. / با غلظت 007

مقدمه
اهمیت هیدرولیز آنزیمی سلولز از زمان جنگ جهانی دوم آغاز شد . چندین سال طول کشید تا متوجه شدند که
مسئول تخریب سلولز ، نوع مخصوصی از یک کپک بود. تنها چندین کشور در مقیاس غیرصنعتیاز ضایعات گیاهان
محصولاتی بدست آورده اند . این فرآیند درسطح معینی در امریکا ، کانادا، روسیه ، هند ،فنلاند ،ایتالیا،سوئد، ژاپن
وافریقای جنوبی انجام شده است. احداث یک سیستم صنعتی و تجاری برای تبدیل مواد سلولزی به محصولات
صنعتی درکشورهای توسه یافته به دلایل زیر است :
افزایش صادرات مواد ، افزایش نیروی کار بخصوص در مناطق روستایی ،رقابت در بازارهای جهانی، گسترش صنایع
شیمیایی و بیوتکنولوژی و بهبود و برداشت متناوب محصولات کشاورزی و موادی که قبلآ به عنوان ضایعات شناخته
می شدند.
فرآیند تولید قند از سلولز از لحاظ اکولوژی ،تکنیکی و اقتصادی موثر و مفید بوده و علمی کاربردی است وبا
بیوتکنولوژی ارتباط دارد.
بطور کلی هدف از این فرآیند ،توسعه راهکارهای عملی برای تبدیل آنزیمی سلولز به گلوگز در مقیاس صنعتی است
وباید به ویژگیهای آنزیم سلولاز از قبیل توانایی جذب ،میزان مقاومت حرارتی آن و مواد بازدارنده توجه نمود وبه
همین دلیل شناخت ساختار شیمیایی سلولز اهمیت دارد.
بهم متصلند . سلولز در برابر عوامل β ( سلولز پلیمری از دی ساکارید سلوبیوز است که توسط اتصالات ( 4 و 1
1 وزن تمام / شیمیایی و طبیعی بجز قارچها مقاوم است . سلولز فراوانترین ماده آلی در طبیعت است و حدودا 3
گیاهان را تشکیل میدهد . خالص ترین فرم آن الیاف پنبه است که بر اساس وزن خشک 96 درصد سلولز دارد.
1000 واحد می باشدکه گاهی به 10000 واحد هم – تعداد مولکولهای گلوکز در زنجیر سلولز معولا 3000
میرسدواین زنجیرها به صورت موازی در کنار یکدیگر قرار دارند.
سلولز توسط پیوندهای زیاد هیدروژنی ساختمان مستحکمی دارد . به طور کلی قسمت بی شکل سلولز ( قسمتی از
سلولز که زنجیرها از هم غیر فشرده هستند .) باسهولت بیشتری با مواد شیمیایی واکنش میدهد ودر جریان هیدرولیز
نسبی با اسید هیدرولیز و تجزیه می شود ولی قسمتهای کریستالی و منظم و فشرده سلولز به صورت کریستالهای
ریز جدا می شوند وتحت نام آویسل به بازار عرضه میشود وبرای ایجاد ویسکوزیته در برخی مواد غذایی نظیر سسها
یا بستنی رژیمی استفاده می شود .
مزایای فرآیند هیدرولیز آنزیمی سلولز عبارتند از : حل مشکل ضایعات مواد سلولزی و تبدیل گلوکز حاصله
از طریق تخمیر به اتانل که بصورت سوخت مورد استفاده قرار میگیرد ویا اینکه اتانل توسط آبگیری به اتیلن
تبدیل می شود که در صنایع شیمیایی کاربرد دارد . گلوکز حاصله نیز بستگی به درجه خلوص آن و بهره وری
اقتصادی آن در مقیاس وسیعی از صنایع شیمیایی و غذایی و داروسازی کاربرد دارد .
25 % ) بوده که سلولز به - 35 %) و همی سلولز ( 35 - 12 درصد ) و سلولز ( 50 - مواد سلولزی شامل لیگنین ( 20
گلوکز و همی سلولز به گزیلوز و آرابینوزو مانوز و گالاکتوز هیدرولیز شده و لیگنین نیز هیدرولیز نمی شود.
مواد وروشهای تولید گلوکز:
مقدار مواد سلولزی در دنیا به میلیونها تن می رسد و چنانچه ضایعات سلولازی توسط واکنشهای آنزیمی به مواد
تغذیه ای (گلوکز) و سوخت (اتانل) تبدیل شود سهم اساسی در بازارهای جهانی خواهد داشت. گلوکز در رأس مواد
قابل بازیافت از سلولز است.
آنزیمهای تولید کننده گلوکز :
این آنزیمها به چهار گروه تقسیم بندی می شوند اندوآنزیمها ،اگزو آنزیمها که به دو دسته تقسیم می شوند و
سلوبیوزها
اگزو آنزیمها دو نوعند یک نوع ، گلوکز را بعنوان محصول نهایی هیدرولیز جدا می کند ودیگری سلوبیوز ( دی
ساکاریدی است که از دو مولکول گلوکز تشکیل شده است) را جدا می کند. اگزو آنزیم اول بنام اگزوگلوکو هیدرولاز
ودومی بنام اگزوسلوبیوهیدرولاز می باشد. اخیرا محققین متوجه شده اند که برخی از اگزوگلوکوهیدرولازها در
حقیقت آندوگلوکوناز هستند و فعالیت ترانس گلوزیداز بالا دارند وبطور مکرر به زنجیره های طویل سلولز حمله می
کنند.
ویژگیهای ساختاری سلولز شامل سطح مخصوص ، میانگین اندازه ذرات ،درجه پلیمریزاسیون و کریستالیزاسیون و
سرعت هیدرولیز آنزیمی آنها می باشد.
روشهای تولید گلوکز :
-1 فرآیند هیبرید :
این فرآیند در حال توسعه است که از اسید رقیق برای پیش فرآیند استفاده می شود ومازاد سلولز توسط هیدرولیز
آنزیمی بعد از آن به گلوکز تبدیل می شود. انتخاب روش هیدرولیز آنزیمی- اسیدی سلولز به کیفیت
روش کار بویژه به موقعیت کارخانجات مربوط ، دسترسی به مواد خام ، دسترسی به عوامل شیمیایی و بیو شیمیایی
و تهیه اسیدهای معدنی بستگی دارد .
-2 روش قلیایی :
روش دیگری است که از محیط قلیایی ملایم و آب استفاده می شود. محیط مرطوب و آماده حمله آنزیمی ایجاد می
کند که قادر خواهد بود سلولز رابه گلوکز تبدیل کند . همی سلولز و لیگنین از مواد سلولزی حذف می شوند و سلولز
باقیمانده هیدرولیز می شود ، وجود آنزیم و کاتالیزور در فرآیند موثر است. این روش هنگامی که هدف تولید گلوکز
خالص باشد برای مصرف تغذیه ای ، اهمیت زیادی دارد .
یا ( شرایط اسیدیته خیلی پایین ) ELA -3 روش
گلوکز را از تنه درخت پالم از طریق هیدرولیز اسیدی با راندمان 15 % و غلظت 2% اسید سولفوریک Badmus
گزارش کرده اند که هیدرولیز خود بخودی توسط فشار ناگهانی بخار یک Lee & Jeffies بدست آورد .همچنین
روش پیش فرآیند برای هیدرولیز مواد سلولزی است و میزان افزایش غلظت گلوکز به شدت فشار ناگهانی بخار
0 ) و حرارت / ارتباط دارد و تلاش براین است که هیدرولیز مواد سلولز تحت شرایط اسیدی خیلی پایین (کمتر از % 1
بالا بدست بیاید که راندمان بیشتری داردودر این صورت باید از تجهیزات استیل ضد زنگ و استاندارد استفاده کرد.
210 درجه - اثرات زیان بار کمتری بر محیط داشته و راندمان تولید دردرجه حرارت 220 ELA تکنیک
سانتیگراد ، در حدود 61 % می باشد.
مواد مورد استفاده :
پس از اره شدن و عبور از غربال با مش 12 به ، Triplochton and Scleronylon خاک اره حاصل از درخت
25 % لیکنین - 69,5 سلولز و 30 - عنوان سوبسترای استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد . این سوبسترا شامل % 80
می باشد .
روش تولید :
به میزان 25 % بالن کلدال آب ریخته و تا حدود 250 در جه سانتیگراد و بدست آوردن بخار خیلی داغ حرارت داده
می شود . این بخار به لوله شیشه أی در انتهای بالن که 5 گرم نمونه چوب دارد به مدت 60 دقیقه تزریق می گردد .
برای جلوگیری از انفجار باید از چوب پنبه پلاستیکی با دو منفذ و سیستم کنترل فشار استفاده کرد ،
میزان قند با مصرف کروماتوگرافی مایع بعنوان شاخص تجزیه تشخیص داده می شود .
نتایج و بحث :
نمونه هایی که از نظر درجه پلیمریزاسیون یکسان بودند سرعت هیدرولیز متفاوتی داشتند .
اندازه ذرات سلولز اولیه در هیدرولیز آنزیمی اثری ندارد.
سلولز بی شکل ،ماده أی خلل وفرج دار و فابل استفاده و مناسب فرآیند است.
نواحی سطحی سلولز که قابل دسترسی آنزیم است عامل مهمی در تعیین راندمان و سرعت هیدرولیز آنزیمی است.
بین سرعت هیدرولیز آنزیمی و سطح مخصوص سلولز (متر مربع از سطح هر گرم از ماده ) تناسب ورابطه خطی
وجود دارد ولی به تنهایی عامل مهمی نمی باشد .
سرعت هیدرولیز آنزیمی بادرجه کریستالیزاسیون سلولز رابطه معکوس دارد .درجه کریستالیزاسیو ن سلولز توسط
اشعه ایکس تعیین می شود .
رابطه أی بین کریستالیزاسیون و سطح مخصوص مشاهده نشده ولی هر دو به یک اندازه تاثیر دارند . علت این است
که کریستالیزاسیون و فشرده شدن زنجیره های سلولز باعث دسترسی کمتر آنزیم به سطح سوبسترا می شود . بر
عکس هنگامیکه ساختار کریستال تخریب شود زنجیره های داخلی سلولز از بین رفته و سطح موثر افزایش می یابد .
-8 در روش اسیدیته خیلی پایین نتایج زیر بدست آمد :
1 – شرایط تبدیل :
هیدرولیز خود بخودی در 250 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه ویا 210 درجه سانتیگراد بمدت 20 دقیقه با
%0,007 اسید سولفوریک.
2 – بیشترین راندمان تولید گلوکز 60 % در مدت 18 دقیقه بود.
1 برابر خاک اره پیش فرآیند نشده / 3 – تولید گلوکز از خاک اره أی که هیدرولیز خودبخودی روی آن انجام شد 4
بود .
4 – چنانچه میزان دما افزایش یابد راندمان تولید گلوکز افزایش می یابد اما 20 دقیقه پس از انجام واکنش راندمان
گلوکز به تدریج کاهش می یابد ( نمودار 2و 1) . توضیح اینست که گلوکز به تدریج به فورفورال و هیدروکسی متیل
فورفورال تبدیل می شود و همچنین بعضی از آنها با باقی مانده سلولز یا لیگنین ترکیب می شوند که منجر به
دپلیمریزاسیون گلوکز می شود و محصولات دیگری تولید می کند .
سلولز پلیمر طبیعی است که همراه با همی سلولز و لیگنین در یک شبکه ترکیب شده و این مواد مقاومت بالایی
نسبت به واکنش آنزیمی نشان می دهند بنابراین انجام اعمال پیش فرآیند ضروری است .
انواع اعمال پیش فرآیند شامل مکانیکی ، شیمیایی ، فیزیکی ، بیولوژیکی یاترکیب آنها است به طوری که مواد
سلولزی به شکلی در آید تا به آسانی هیدرولیز شود.
انواع روشهای پیش فرآیند بر روی مواد سلولزی عبارتند از:
-1 فیزیکی : بخار دهی ، خمیری شدن، انجماد و ذوب شدن ، تشعشع
-2 شیمیایی :اسید سولفوریک،اسید ف سفریک ،اسید هیدروکلریک،اسید استیک، آمونیاک، هیدروکسید سدیم، دی
اکسید سولفور،
-3 مکانیکی : آسیاب،غلطک چرخشی،خرد کردن وکوبیدن، آسیاب کردن،
-4 بیولوزیکی: قارچهای مولد فسا د سفید.
-5 روشهای ترکیبی: آسیاب با حرارت بالا، آسیاب با مواد قلیایی، بخاردهی با دی اکسید سولفور،خمیر بیوشیمیایی.
اکثر روشهای پیش فرآیند مانند روشهای مکانیکی و شیمیایی نیاز به انرزی زیادی دارند و ممکن است بر روی برخی
از مواد حاصله ، واکنش تبدیل صورت گیرد و مواد بی ارزشی را تولید نماید.
در پیش فرآیند مکانیکی از خرد کردن و تماس ذرات برای بدست آوردن سوبسترای ریز و دارای کریستالیزه پایین
و سطح مخصوص بالا استفاده می شود، که این عمل حساسیت سوبسترا را برای واکنش آنزیمی و تولید میزان قند
را افزایش می دهد.
استفاده از آسیاب به عنوان یک روش پیش فرآیند مزایا و معایبی دارد:
مزایا:
-1 از نظر راهاندازی ساده وآسان است.
معایب :
-1 به طولانی بودن زمان فرآیند ، فرآیند درمقیاس بزرگ غیر عملی است.
-2 غیر مطلوب بودن از نظر انرزی
-3 وجود لیگنین باقیمانده که به عنوان یک عامل ممانعت کننده در واکنش آنزیمی عمل می کند.
بیشترین میزان هیدرولیز و راندمان را دارد. Ball Milling روش مکانیکی
پیش فرآیند های شیمیایی در مقیاس وسیعی استفاده می شود و با حذف لیگنین و تغییر ساختار لیگنوسلولز ،
سلولز را استخراج می کنند.
سولفیت و سودا برای عمل لیگنین زدایی مناسب است .این فرآیندها برای حذف ، KRAFT فرآیندهایی از قبیل
لیگنین و حفظ کبفیت سلولز طراحی شده اند . از طرف دیگر در عمل خمیری شدن از دی اکسید گوگرد استفاده
می شود که باعث تجزیه لیگنین بدون حذف مواد تشکیل دهنده آن می شود.
انجام پیش فرایند قشار و حرارت به میزان 2 ت ا 3 ساعت در 120 درجه سانتی گراد در حضور دی اکسید گوگرد،
منجر به تبدیل چوب درخنان جنگلی به قند می شود ،در صورتیکه چوب نرم و ظریف ( ساقه ) ساده تر هیدرولیز
مانع از هیدرولیز آنزیم نمی شود و سلولز را از Ĥ می شوند . ظاهرآ وجود لیگنین در چوب پیش فرایند شده مستقیم
شبکه لیگنین آزاد می کند، اگرچه لیگنین همچنان در محیط موجود باشد.
Caustic Swelling فرآیند
رایجترین پیش فرایند شیمیایی ، تورم با سود سوزآور است که منجر به افزایش سطح و در نهایت تورم و تجزیه
لیگنین می شود . تورم ،نفوذ آب به داخل کریستال در سطح سلولز است که به میزان آب داخل شده تغییر حجم می
یابد و در نتیجه کریستالهای کوچکتری در سوبسترا بوجود می آیند.
تورم در مناطق بی شکل سلولز اتفاق می افتد و باعث ایجاد کریستالهای جدید می شود که تمایل بیشتری
برای واکنش با آ نزیم دارند . با وارد کردن اسید های معدنی سلولز به طور کامل حل می شود، اگر چه راندمان
افزایش می یابد اما مشکلات محصولات تجزیه شده ، بازیافت شیمیایی مواد و لیگنین ( به عنوان عامل ممانعت
کننده ) وجود دارد .
پیش فرایند اسیدی
در این عمل از اسیدهای رقیق ماننذ اسید فسفریک، اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک استفاده می شود . در این
روش همی سلولز حذف شده بدون اینکه گلوکزی تولید شود .
گزارش شده است که پیش فرایند اسیدی ، روش مناسبی برای هیدرولیز آنزیمی سوبسترا هایی مانند کاغذ، روزنامه،
چوب ذرت، چوب درخت تبریزی و بلوط می باشد . اگراین پیش فرایند در رآکتور پیوسته با 200 درجه سانتی گراد
1% و زمان واکنش 12 ثانیه انجام شود راندمان تولید گلوکز به 100 % خواهد رسید. -1/ و غلظت اسید کمتر از 5
پیش فرایند برای اکسیداسیون لیگنین
Fe تکنیک دیگر پیش فرایند شیمیایی ، اکسیداسیون لیگنین بوسیله عوامل اکسید کننده مانند اسید یا / + 2
انجام می شود که سلولز را برای هیدرولیز آنریمی آماده می کند. H2O2
برای عمل لیگنین زد ایی از حلال هایی مانند اتانل، بوتانل، استن و یک کاتالیست مناسب استفاده می شود . در این
روش بازیافت حلال اهمیت دارد . اگرچه اکثر پیش فرایند های شیمیایی مناسب هستند ولی ضایعات شیمیایی در
چرخه طبیعت ایجاد مشکل می کند.
References
[1]-Boussaid, A.,J.Robinson , Yi-jin Cai,D.J. Gregg and J.N. Saddler, 1999.
Fermentability of the hemicellulose-derived sugars from steam-exploded
softwood (Douglas Fir) . Biotechnol . Bioeng., 64: 284-289.
[2]Zerbe, J.I. and A.J. Baker , 1987 . Investigation of Fundamentals of twostage,
Dilute Sulfuric Acid Hydrolysis of wood . In: Klass , D., Ed., Energy
from Biomass and Wastes X. Chicago: Institute of gas technology , pp : 928-
947. http://www.fpl.fs.fed .us/ documents/pdf1987/zerbe87a.pdf.
[3]Layokun, S.K., 1985 . Ethanol production from cellulose and holocellulose
by pachusole tannophilus . J. Nigerian Soc .Chem . Eng ., 4: 26-35 .
[4]Solomon , B.O., S.K. Layokun , P.K. Nwesigwe and P.O.
Olutiola , 1990 . Hydrolysis of sawdust by cellulase enzyme derived
from Aspergillus flavus Linn Isolate NSPR 101 beypnd the initial fast rate
period .J. Nigerian So . Chem . Eng ., 9: 1-12.
[5]Ojumu , T.V., B.O. Solomon , E. Betiku and S.K. Layokun ,
2003a. Cellulase production by Aspergillus flavus Lin Isolate NSPR 101
fermented in sawdust , baggasse and corncob . African J. Biotechnol ., 2:
150-152. http://www.academicjournals . org / AjB.
[6]Ojumu, T.V., B.E. AttahDaniel , E. Betiku and B.O. Solomon , 2003b .
Auto-hydrolysis of lignocellulosics under extremely low sulphuric acid and
high temperature conditions in batch reactor . Biotechnol . Bioprocess Eng .,
8:291-293.
[7]Badmus, M.A.O., 2002. Auto – hydrolysis production of glucose from palm
tree trunk . Nigerian J. Ind. System Studies , l:1-4.
[8]Jefffries, T.W. and Y.Y. Lee, 1999. Feedstocks: new supplies and
processing .Appl. Biochem . Biotechnol., 77-79:3-4.
[9]Kim, J.S., Y.Y. Lee and R.W. Troget, 2001. Cellulose hydrolysis under
extremely low sulhuric acid and high temperature conditions .Appl. Biochem.
Biotechnol., 91-93: 331-340.
[10]Fan, L.T., M.M. Gharpuray and Y . BH . Lee 1987. Cellulose Hydrolysis,
Berlin, Germany , Springer-Verlag, 3:325.
[11]Vinzant, T.B., L. Ponfick, N. Nagle , C.I. Ehrman, J.B. Reynolds and
M.E.Himmel, 1999. SSF comparison of selected woods from southern
sawmills. Appl . Biochem . Biotechnol., 45/46:611-626.
[12]Conner, A.H., B.F. wood, C.G. Hill and J.F. Harris, 1985. Kinetic model
for the dilute sulfuric acid saccharification of lignocellulose.J. Wood Chem.
Technol., 5:461-489.
[13]T.V.Ojumu and O.A.O gunkunle.2005.production of glucose from
lignocellulosic under extremely low acid and high temperature in batch
process Auto – hydrolysis Approach . Journal of Applied science 5(1): 15-17.
Extraction of glucose from cellulose wastes
Ali A beroumand
Depart. of food science and technology, Ramin Agricultural University
Abstract
Cellulose is the most amount of polysaccharide in the word so that it consist onethird
of plants weight. It is a polymer so contain many β glucose that have been
linked with β (1,4) glycoside bonds.
The purpose this research was to change cellulose wastes in to glucose and
ethanol or ethylene so that this materials can use in chemical , food and
pharmaceutical industries .
The suitable method for production of glucose was hybrid method so that it has
pretreatment for elimination of Lignin and hemi cellulose
Materials.
The yield was 100% if cellulose with acid 1-1.5% mix in 200 degree
Of centigrade for 12 seconds.
The yield was 60% if substrate mix in H2SO4 0.007% in 210 degree of
centigrade for 18 minutes with ELA method.
Key Words: cellulose, cellulose, sugar, hydrolysis.





نوع مطلب : شیمی نفت وگاز، شیمی الی، بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


پنجشنبه 19 تیر 1393 :: نویسنده : احمد مرادی

تهیه اتانول از سلولز و پساب ها

سوخت های زیستی حاصل از ان یکی از انواع انرژی است که می تواند از گیاهان یا کشت گیاهان مخصوص بدست اید وجانشین بخشی از انواع دیگر انرژی شود.در واقع Biomass به مواد بیوتکنولژی(گیاهی و حیوانی)مرده یا زنده گفته می شود که هنوزکاملا تجزیه یا تخمیر نشده باشند.
● سوخت های زیستی (Biofuels) 
سوخت های زیستی نوعی از سوخت ها هستند که از منابع زیست توده(Biomass)بدست می ایند.این سوخت ها شامل اتانول مایع، متانول،بیودیزل و سوخت های دیزل گازی مثل هیدروژن و متان است.
از منابع اولیه تولید این سوخت ها می توان به ضایعات چوبی ، تفاله های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد.امروزه بیشتر کشورها در بخش انرژی، نیاز و تقاضای خود را بسوی استفاده ازاین گونه سوخت ها سوق می دهند.زیرا معضل هایی مثل الودگی زیاد محیط زیست سوخت های فسیلی که به نوبه خود سبب برهم خوردن شرایط اکولوژیکی می شوند و خطر های زیست محیطی را به دنبال دارند، همچنین محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی سبب شده تا به این نوع انرژی ها پیش از پیش توجه شود.

‌● اتانول (Ethanol) 
اتا نول یا الکل اتیلیک، مایعی روشن، بی رنگ با بوی قابل تحمل است.در حال حاضر از این ماده به صورت خالص یا مخلوط ان با بنزین بعنوان سوخت استفاده می شود.این ماده با عدد اکتان ۱۱۳ سوختی مرغوب است و بعنوان ترکیبی اکسیژن دار با اضافه شدن به بنزین می تواند عدد اکتان را افزایش و انتشار الاینده هایی نظیر co را کاهش می دهد.اتانول می تواند در موتور های جدید بنزین سوز، بدون هیچ تغییری در سیستم موتور از ۳تا ۲۴ درصد بصورت مخلوط با بنزین مصرف شود، اما استفاده از این ماده با درصد های بالاتر نیازمند استفاده از موتورهای اختصاصی یا دومنظوره است.
اتانول را می توان به روشهای شیمیایی و بیولژیکی تولید کرد.در روش های شیمیایی از هیدراسیون مستقیم و در روش های بیولژیکی از تخمیر نشاسته،سلولز و همی سلولز توسط میکرو ارگانیسم ها اتانول تولید می شود.یعنی از تخمیر کربوهیدرات های مونو مریک اتانول مایع حاصل می شود.
منابع تولید Bioethanol را می توان در ۳ گروه دسته بندی کرد:
۱) قند های ساده:نیشکر، چغندر و ملاس.
۲) مواد نشاسته ای:سیب زمینی و حبوبات.
۳) مواد لیگنوسلولزی:چوب و ضایعات کشاورزی(کاه گندم و برنج، ساقه ذرت، باگاس نیشکر) ، کاغذ های باطله، ضایعات چوبی و غیره.
از پساب کارخانجات خمیر و کاغذ که محتوی همی سلولز است استفاده مجدد می شود.
((باگاس، باقیمانده فیبری ساقه نیشکر پس از عصاره گیری ان است که بصورت قطعات ریز تراشه چوب و زرد رنگ است.))
همان طور که گفتیم کربو هیدرات ها را می توان از منابع گوناگونی بدست اورد.برای نمونه در برزیل کربو هیدرات ها را از نیشکر بدست می اورند که بعنوان ماده اولیه در بیشتر صنایع بزرگ این کشور استفاده می شود یا درامریکا شمالی، کربو هیدرات ها را از هیدرولیز انزیماتیک نشاسته که در غلاتی مانند ذرت و گندم وجود دارد، بدست می اورند.
برای تولید اتانول از کربوهیدرات ها بعنوان سوخت باید از منابع اولیه ارزان قیمت و تا حد ممکن بی مصرف استفاده کرد تا بتوان به سوخت ارزان و مقرون به صرفه دست یافت.یعنی تهیه مستقیم از اصل محصولات کشاورزی به سختی می تواند بعنوان راه حل مناسب تولید Bioethanol باشد.استفاده از مواد لیگنوسلولزی بعنوان سوبسترات ارزان قیمت تر می تواند بیو اتانول را رقابت امیز با سوخت های فسیلی کند.مواد لیگنوسلولزی از ترکیبات سلولزی و همی سلولزی که بصورت زنجیره های بسیار بلند کربوهیدراتی هستند تشکیل شده اند.این ترکیبات بوسیله ماده چسبنده لیگنین در کنار هم نگهداری و محافظت می شوندواما نیازمند یک مقدار بیشتری از فراورش است تا مونومرهای قندی را در دسترس میکروارگانیسم ها قرار دهد تا با فرایند تخمیر اتانول را تولید کند.
بر طبق تحقیقات سازمان انرژی ایالات متحده که توسط لابراتورهای ارگن( ََ Argone)دانشگاه شیکاگو صورت گرفته است،یکی از مزیت های اتانول سلولزی این است که پرتو گازهای گلخانه ای (GHG)را تا ۸۵درصد بالای بنزین تولید شده کاهش می دهد.در مقابل اتانول نشاسته ای (انرژی که از ذرت نشات می گیرد)،که بیشتر اوقات برای فراهم کردن انرژی فرایند،از گاز طبیعی استفاده می کند،پرتو گاز گلخانه ای را نزدیک ۱۸ تا ۲۹ درصد بیشتر از بنزین کاهش می دهد.اتانول قندی ارزانتر از اتانول ذرت است.در هر دو مورد لیگنین هدر رفت تبدیل به سوخت می شود تا برای فرایند انرژی با مقدار اضافی تولید کند و مقداری از الکتریسیته مورد نیاز را برای شبکه فراهم کند.
● روش های تولید (Production method)
دو روش برای تولید الکل از سلولز وجود دارد:
۱) فرایندهای هیدرولیز سلولزی که شامل هیدرولیز روی مواد لیگنوسلولزی پیش عمل اوری شده توسط تخمیر و تبخیر.
۲) گاز سازی که مواد اولیه لیگنوسلولزی را به کربن مونوکسید و هیدروژن تبدیل می کند.این گازها می توانند توسط تخمیر یا کاتالیز شیمیایی به اتانول تبدیل شوند.
هر دو مرحله شامل تبخیر بعنوان مرحله پایانی است تا اتانول خالص را جدا کند.Cellulolysis 
● هیدرولیز سلولز(روش بیولوژیکی(زیست شناختی)) (Biologicalapproach) 
۴ یا ۵ مرحله برای تولید اتانول با استفاده از روش های بیولوزیکی وجود دارد.
۱) یک مرحله پیش عمل اوری،تا ماده لیگنو سلولزی مثل چوب یا کاه را تابع(اماده)هیدرولیز کند;
۲) هیدرولیز سلولز(Cellulolysis)،تا مولکول ها را به قند تبدیل کند;
۳) جدا سازی محلول قندی از مواد پسماند،به ویژه لیگنین;
۴) تخمیر میکروبی محلول قندی;
۵) تقطیر کردن تا ۵۹۹درصد الکل خالص تولید کند. 
● پیش عمل اوری(دستکاری اولیه) (Pretreatment)
اگرچه سلولز منبع وافری در مواد گیاهی است اما قابلیت و توانایی اش توسط ساختار سختش کم شده است.در نتیجه،یک پیش عمل اوری موثر برای تفکیک کردن سلولز از نفوذ ناپذیر کردن لیگنین و ساختار کریستالی اش نیاز است تا برای مرحله هیدرولیز بعدی اماده شود.به مراتب اکثر پیش عمل اوری ها از طریق روش های شیمیایی یا فیزیکی انجام میشود.برای دستیابی به بازده بالاتر،تعدادی از محققان درصدد امدند تا هر دو اثر را ترکیب کنند.
امروزه،تکنیک های پیش عمل اوری موجود شامل هیدرولیز اسیدی، انفجار(اسپرزش) بخار، انبساط فیبر امونیاکی، اکسیداسیون مرطوب قلیایی و پیش عمل اوری های اوزونی است.علاوه بر تفکیک موثر سلولز ،یک پیش عمل اوری ایده ال (ارمانی) باید تشکیل فراورده های تخریب را کاهش دهد به دلیل اثرات بازدارنده ان ها روی هیدرولیز بعدی و فرایند های تخمیر.حضور بازدارنده ها نتنها باعث پیچیده کردن تولید اتانول می شود بلکه باعث افزایش هزینه تولید نیز می شود که این افزایش هزینه به علت مراحل سم زدایی لازمه است که باید انجام شود.
اگرچه پیش عمل اوری توسط هیدرولیز اسیدی احتمالا قدیمی ترین تکنیک پیش عمل اوری است،چندین بازدارنده شامل فورفورال(furfural) و فورفورال هیدروکسی متیل(hydroxymethyl furfural)(HMF)تولید می کند که به مراتب بعنوان بیشترین بازدارندهای سمی که در محصول ابکافت سلولزی حضور دارند به حساب می ایند.در حقیقت انبساط فیبر امونیاکی (AFEX)پیش عمل اوری منحصر به فردی است که باعث افزایش قابل توجه بازده شده در عین حال که هیچ اثر محدود کننده ای(بازدارنده ای)در نتایج هیدرولیز ندارد. 
● فراورش های هیدرولیز کننده سلولز (Cellulolytic process )
مولکول های سلولز از زنجیر های بلند مولکول های مختلف قندی تشکیل شده اند.در فرایند هیدرولیز،این زنجیر ها گسسته می شوند تا قند را ازاد کنند،قبل از اینکه از انها برای تشکیل الکل استفاده کنیم.
دو روش عمده هیدرولیز سلولز(cellulolysis)وجود دارد:یک واکنش شیمیایی که از اسید ها استفاده می کند،یا یک واکنش انزیماتیک. 
● هیدرولیز شیمیایی (Chemical hydrolysis)
در روش های قدیمی که در قرن ۱۹واغاز قرن ۲۰ توسعه یافت،هیدرولیز توسط حمله اسید به سلولز انجام می شود.ممکن اسید رقیق تحت دمای بالا و فشار بالا مصرف شود،یا اسید غلیظ بیشتری می تواند در دماهای پایین تر و فشار اتمسفریک انجام شود.یک مخلوط سلولزی بلور زدایی شده از اسید ها و قندها در حضور اب واکنش می دهند تا مولکول های قندی منفرد را تکمیل کند.(هیدرولیز).محصول این هیدرولیز سپس خنثی شده و برای تولید اتانول از تخمیر مخمر استفاده می شود.همان طور که اشاره شد،یک مانع قابل توجه برای فرایند اسید رقیق این است که هیدرولیز خیلی سریع است که فراورده های تخریب سمی که می توانند در تخمیر مداخله کنند تولید می شوند.اسید غلیظ نیز باید برای بازیابی از جریان قند جدا شود.(بستر متحرک مدلسازی شده،برای مثال جداسازی کروماتوگرافی)تا از نظر تجاری جالب توجه باشد.
این تکنولژی بی نظیر است از این حیث که ،برای اولین بار،این امکان را فراهم می سازد که بطور گسترده مواد سلولزی موجود یا عموما زیست توده،از نظر اقتصادی به صورت مطلوبی تبدیل به قند شود،به موجب ان ماده اولیه(خام)ارزان برای تخمیر یا تبدیل مواد شیمیایی به هر یک از صد کالای ویژه مختلف و/یا کالای مواد شیمیایی فراهم میکند. 
● هیدرولیز انزیماتیک (Enzymatic hydrolysis )
رشته های سلولز می توانند توسط انزیم های سلولاز(cellulose)به مولکول های گلوکز شکسته شوند.اینگونه واکنش ها در دمای بدن و در معده یک (جانور)نشخوار کننده مثل گاو ها وگوسفند،یعنی جایی که انزیم ها توسط باکتری ها ایجاد می شوند،اتفاق می افتد و این فرایند چندین انزیم را در مراحل مختلف تبدیل استفاده میکند.بنابراین از یک سیستم انزیماتیک مشابه استفاده می کنند و مواد لیگنو سلولزی می توانند بطور انزیمی در یک شرایط نسبتا ملایم (с&#۷۳۰;۵۰ و ۵=PH)هیدرولیز شوند.ازاینرو گسستن موثر سلولز را بدون ایجاد محصولات فرعی که خود جور دیگر از فعالیت انزیم جلوگیری می کنند را میسر می سازد.
به مراتب، تمام متد های پیش عمل اوری عمده،شامل پیش عمل اوری اسید رقیق،نیازمند مرحله هیدرولیز انزیماتیک است تا محصول قندی زیادی برای تخمیر اتانولی بدست اید. 
● تخمیر میکروبی (Microbail fermention)
خمیرمایه ی ساکارومیست سرویزیا(saccharomyces cerevisiae)مدت هاست که بطور تجاری در صنعت ابجو سازی استفاده می شود تا اتانول را از هگزوز ها (قند ۶ کربنه)تولید کند.
طبیعت پیچیده کربوهیدرات ها در زیست توده لیگنو سلولزی نشان می دهد،یک مقدار قابل توجهی از گزیلوز(قند چوب)و ارابینوز(قند های ۵ کربنه ای که از پروتئین همی سلولزِلیگنو سلولز مشتق شده اند)نیز دز محصول ابکافت وجود دارد.برای مثال،در محصول ابکافت corn stover تقریبا ۳۰درصد کل قندهای قابل تقطیر گزیلوز(قند چوب)است.در نتیجه،توانایی میکروارگانیسم های تخمیری برای اینکه تمام زنجیرهای قندی موجود در محصول ابکافت را مورد استفاده قرار دهدلازم و حیاتی است تا رقابت اقتصادی اتانول سلولزی و مواد شیمیایی که بالقوه پایه زیستی دارند را افزایش دهد.
در سال های اخیر،مهندسی متابولیک پیشرفت قابل توجهی را در زمینه میکروارگانیسم هایی که در فراورده سوختی اتانولی استفاده می شوند را نشان داده است.علاوه بر ساکارومیست سرویزیا(saccharomyces cerevisiae)،میکروارگانیسم هایی مثل،زیمامونوزموبیلیس(zymomonasmobilis )و اشرشیا کولی(Escherchia coli)برای فعالیت های متابولیکی جهت تولید اتانول سلولزی مورد استفاده قرار می گیرند.
اخیرا،مخمر های طراحی شده می توانند با بازدهی بالا گزیلوز(قند چوب)و ارابینوز،و حتی هر دو را با هم تخمیر کنند.سلول های مخمر مخصوصا برای فرایند های تولید اتانول سلولزی مورد توجه هستند چرا که صدها سال است که از این سلول های مخمر در بیوتکنولژی استفاده می شود به این دلیل که این مخمرها در غلظت های بالای اتانول و عوامل محدود کننده مقاوم بوده و حتی می توانند در مقادیر پایین PH که از الودگی های باکتریایی جلوگیری می کند نیز رشد نمایید.
● تخمیر و هیدرولیز ترکیبی (Combined hydrolysis and ermentation) 
تعدادی گونه باکتری که قادر به تبدیل مستقیم ترکیب اولیه سلولز به اتانول هستند یافت شده است.یک نمونه کلستریدییوم ترموسلوم(Clostridiu thermocellum) است،یک ترکیب پیچیده سلولزی را مورد استفاده قرارمی دهد تا سلولز را بشکند و اتانول را سنتز کند.اگرچه کلوستریدییوم ترموسلوم در طول متابولیسم سلولز علاوه بر اتانول،محصولات دیگری چون استات ولاکتات تولید می کند،همچنین کارایی فرایند را نیز کاهش می دهد.بعضی از تحقیقات در تلاشند که تولید اتانول را با استفاده از باکتری های اصلاح شده ژنتیکی اپتیمم نمایند. 
● فرایند گازسازی(تبدیل به گاز شدن)(روش ترموشیمی) (Gasification process(Thermochemical approach) )
فرایند گازسازی بر تجزیه شیمیایی زنجیره سلولز(هیدرولیز سلولز)تکیه نمی کند،شکستن سلولز به مولکول های قندی،کربن موجود در ماده اولیه با استفاده از ان سوخت به گاز سنتزی تبدیل می شود.سپس کربن مونوکسید،کربن دی اکسید و هیدروژن ممکن است به یک ظرف تخمیر ویژه(یک نوع مخصوصی از ظرف تخمیر)خورانده شوند.بجای تخمیر قندی با مخمر،این فرایند از یک میکروارگانیسم کلوستریدییوم لجونگ دالای(Clostridium ljungdahilii )استفاده می کند.این میکروارگانیسم کربن مونوکسید،کربن دی اکسید و هیدروژن را جذب می کند(eat)و اتانول و اب را تولید می کند.از اینرو این فرایند می تواند به ۳ بخش تقسیم شود:
۱) گازی شدن-مولکول های پیچیده با پایه کربنی شکسته می شوند به اجزای تشکیل دهنده و مولکول هایی چون کربن مونوکسید،کربن دی اکسید و هیدروژن تولید می شوند.
۲) تخمیر-تبدیل کربن مونوکسید،کربن دی اکسید و هیدروژن به اتانول که از میکروارگانیسم (Clostridium ljungdahilii) استفاده می کنند.
۳) تقطیر-که اتانول از اب جدا می شود.





نوع مطلب : شیمی نفت وگاز، شیمی الی، بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :



ذخایر انرژی فسیلی جهان، با صنعتی شدن و روند فزاینده مصرف کنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوری که به فکر تامین منابع انرژی خود نباشد، با مشکلات فراوان روبرو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزی موجود در دنیا، جایگزینی تجدید شونده، برای منابع نفتی می‌باشند. بایو اتانول یا سوخت سبز می تواند به صورت ترکیبی با گازولین در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر، اتانول نیاز به استفاده از سوخت های فسیلی را کاهش داده که این به نوبه خود منجر به کاهش گازهای گلخانه ای می گردد. استفاده ازبایواتانول که سوختی با طبیعتی کربنی است، میتواند تا بیش از 70 % از گاز های گلخانه ای آزاد شده را کاهش دهد. انتظار می رود که CO2 آزاد شده در هنگام عملیا ت تولید الکل و احتراق آن در موتور ها توسط گیاهان غله ای در حال رشد، به موجب عمل فوتوسنتز جذب گردد. در این مقاله روشهای مختلف آماده سازی و هیدرولیز پسماندهای سلولزی جهت تبدیل به اتانول مورد بحث و بررسی قرار گرفته و مناسب ترین روش آماده سازی و هیدرولیز به سرمایه‌گزاران بخش تولید ارائه می گردد. چرا که این بخش مهمترین بخش در فرآیند تولید الکل از پسماندهای سلولزی می‌باشد و بخش عمده‌ای از هزینه‌های فرآیند را به خود اختصاص می‌دهد.

مقدمه
فراوان‏ترین ماده آلی بر روی کره زمین سلولز و پلی‏ساکاریدهای مشابه آن می‏باشند که در ساختار گیاهان به کار رفته‌اند. تودة زیستی گیاهی بیشتر از سه ترکیب سلولز (40%)، همی‏سلولز (33%) و لیگنین (23%) تشکیل شده است. تخمین زده می‌شود که در حدود 1010 ×4 تن سلولز، در سال بوسیلة گیاهان آلی تولید ‌شود. یا به‏عبارتی به ازای هر نفر در هر روز 70 کیلوگرم سلولز سنتز می‌شود
اگر با فرایندی مناسب و اقتصادی سلولز گیاهان به قندهای ساده و قابل تخمیر تبدیل شود، تحولی شگرف در صنایع غذایی و همچنین تولید سوخت‏های طبیعی روی خواهد داد. پس از تولید گلوکز می‏توان با استفاده از میکروب‏های دیگری و با استفاده از عمل تخمیر از قندهای موجود، اتانول تولید کرد که جانشینی مناسب برای سوخت‏های فسیلی می‌باشد
در کشور ایران نیز از ضایعات گیاهی و کشاورزی سلولزی استفادة مطلوبی نمی‌شود به‏طور مثال ساقه برنج و باگاس نیشکر به ترتیب دو ماده با اهمیت لیگنوسلولزی می‏باشند. ساقه برنج هر ساله در مقادیر زیاد و به‏عنوان ضایعات کشاورزی سوزانده شده و سبب آلودگی محیط زیست می‏گردد. باگاس نیشکر نیز یک باقیمانده فیبری حاصل از ساقه‏های نیشکر پس از خرد کردن و استخراج عصاره نیشکر می‏باشد که به‏عنوان ضایعات هر ساله به‏میزان زیادی تولید شده و بخشی از آن مجدداً به‏عنوان سوخت بویلرهای کارخانه به‏کار رفته و مابقی بدون اینکه بهره‏برداری مفیدی از آن صورت گیرد از بین می‏رود. لذا با توجه به اینکه سلولز تنها منبع تجدید پذیر کربن است که در مقادیر انبوه در دسترس بوده، می‏تواند راه حلی جهت رفع مشکلات مربوط به کمبود انرژی از طریق روش های ارزان و اقتصادی باشد. بدلیل اهمیت مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت‏های فسیلی، اتحادیه اروپا در نوامبر سال 2001 طی قانونی کشورهای عضو را وادار به استفاده از منابع تجدید پذیر حیات برای تولید سوخت نموده است، به نحوی که بر طبق این قانون در سال 2005 بایستی 2% کل سوخت مصرفی این کشورها از این منابع تامین شده باشد و این رقم در سال 2010 می بایستی به 75/5% برسد ]1[.
اتانول یکی از جمله موادی است که به‏عنوان جایگزین برای سوخت‏های فسیلی مطرح می‏باشد. با توجه به اینکه اتانول دارای 35% اکسیژن در ترکیب خود می‏باشد یک سوخت تمیز به شمار می رود که می تواند تولید NOx و ذرات معلق را که در طی فرایند احتراق تولید می‏شوند به میزان قابل ملاحظه‏ای کاهش دهد. یکی دیگر از مزایای استفاده از اتانول این است که می‏تواند از منابع تجدید پذیر حیات - بر پایه مواد سلولزی - که به‏میزان قابل توجهی در طبیعت یافت می‏شود تولید شود و بدین وسیله هم از مواد اولیه ارزان قیمت و در دسترس استفاده می‏نماید و هم مشکلات دور ریز این مواد و انباشته شدن آنها در محیط زیست را برطرف می‏نماید. برای ذکر نمونه‏هایی از این مواد اولیه می‏توان به دور ریز چوب فراورده‏های جنگلی و کشاورزی، دور ریز پساب کارخانه‏های صنعتی نظیر کارخانه‏های کاغذ سازی و نساجی (الیاف کتانی)، پسماندهای کارخانه ی نیشکر، برنج، گندم، ذرت و جو و نیز دور ریز کارخانه‏های کمپوت( نظیر هسته میوه جات) اشاره نمود.
یکی از مشکلات مطرح در مورد استفاده از اتانول به‏عنوان سوخت، بالا بودن قیمت نهایی آن می‏باشد که با پیشرفت فرایند تولید اتانول، روند رو به کاهش را طی می‏کند. برای نمونه، چنانچه برای هر تن خوراک جامد جهت تولید اتانول در آمریکا قیمت 25 دلار را در نظر بگیریم، قیمت تمام شده اتانول از قیمت فعلی 16/1 دلار به 76/0 دلار در سال 2015 کاهش خواهد یافت که حدود 34% کاهش قیمت را نشان می‏دهد ]2[.
در خاتمه، به‏منظور اینکه از میزان اتانول تولیدی به ازای خوراک ورودی تقریبی داشته باشیم بیان می‏داریم که از دیدگاه تئوری، هر تن تفاله نیشکر خشک توانایی تولید 112 گالن اتانول را دارد ]3[. 
پر واضح است که این میزان تولید بیش از هر چیز به میزان سلولز موجود در خوراک، فرآیند و شرایط عملیاتی تبدیل سلولز به اتانول بستگی دارد.

مواد حامل انرژی

چنین گفته می شود که سلولز بیشترین ماده ی آلی دور ریخته شده و متروکه بر روی سطح کره ی زمین می باشد، که می‏تواند منبع بسیار خوبی برای تولید اشکال دیگری از انرژی (بیو انرژی) باشد ]4[. سلولز را می‏توان در منابعی مانند مواد چوبی، سوخت، منسوجات، کاغذ و مواد پلاستیکی یافت. سلولز پلیمری است که از واحدهای مونومری انیدروگلوکز (anhydroglucose) تشکیل شده است ]5[. شکل مولکولی سلولز در زیر ترسیم شده است.

شکل 1. شکل مولکولی سلولز

بدلیل تفاوت در طول زنجیره سلولزی، نیروی واکنش بین زنجیره‏ها، تعداد زنجیره‏ها و نیز درجه پلیمریزاسیون ترکیبات مختلف سلولزی که از منابع مختلف تهیه می‏شود، پتانسیل تبدیل سلولز به گلوکز از یک منبع سلولزی به منبع دیگر می‏تواند کاملا متفاوت باشد.
چنانچه بخواهیم مواد اولیه قابل استفاده در فرایند تبدیل گلوکز به سلولز را دسته‏بندی کنیم می‏توانیم سه دسته کلی زیر را عنوان کنیم.
1- محصولات جنگلی: این محصولات می تواند شامل شاخه، ریشه، ساقه و برگ درختان (مانند برگ درخت نخل) و یا میوه درختانی نظیر کاج باشد.
2- محصولات کشاورزی: این دسته شامل مواری نظیر ساقه نیشکر، بازمانده غلات (نظیر کاه و ساقه برنج، ذرت، گندم و جو)، ساقه گیاهان، علوفه و ریشه می‏باشد.
3- بازیافت محصولات صنعتی: در این دسته می‏توان به مواردی نظیر دور ریز کارخانجات کاغذ سازی (پساب و نیز کاغذهای دور ریخته شده) ، نساجی (پساب و الیاف کتانی) و صنایع چوب (خرده و براده چوب) اشاره کرد.

فرآیند
فرآیند کلی تبدیل سلولز به اتانول مشتمل بر چهار واحد اصلی زیر می باشد ]6].
. آماده سازی (pre-treatment)
. هیدرولیز(hydrolysis) 
. تخمیر (fermentation) 
. جداسازی و خالص سازی (separation/purification)
از آنجایی که هدف این مقاله بررسی فرآیند تبدیل سلولز به گلوکز می باشد تنها به ذکر دو مورد اول اکتفا خواهد شد. زیرا اهداف این دو واحد تبدیل مواد اولیه سلولز به گلوکز به عنوان یک ماده میانی فرآیند می‏باشد که پس از عمل تخمیر، به اتانول تبدیل خواهد شد و در واحد جداسازی و خالص سازی الکل با درجه خلوص دلخواه و مورد نظر بدست می‏آید. شایان ذکر است که آماده سازی و هیدرولیز از مهم‏ترین بخش‏های فرآیند تبدیل سلولز به اتانول می‏باشند که بخش عمده‏ای از هزینه فرآیند را به خود اختصاص می‏دهند

مواد لیگنو-سلولزی به‏دلیل ساختار فیزیکی لیگنین و نیز ساختار کریستالی سلولز در مقابل عمل هیدرولیز از خود مقاومت نشان می‏دهند که این مانعی در برابر فرآیند کلی تبدیل سلولز به اتانول و پایین آوردن بهره فرآیند می‏شود. بنابر این قبل از اینکه مواد اولیه سلولزی را وارد فرآیند هیدرولیز نماییم می‏بایستی آن را برای هضم این فرآیند آماده کنیم. اهداف کلی عملیات آماده سازی عبارت ازحذف لیگنین و همی سلولز -که باعث ایجاد مشکلاتی در عدم دستیابی به سلولز در فرآیند هیدرولیز می‏شوند، کاهش درجه کریستالی ساختار سلولز و نیز افزایش تخلخل، و یا به‏عبارتی افزایش سطح در دسترس برای فرآیند هیدرولیز می‏باشند]7[.
روش‏های بسیار متنوعی برای انجام عملیات آماده سازی موجود می‏باشد که عبارتند از]8[: 
 . روش‏های فیزیکی آماده‏سازی- روش‏های مکانیکی
 روش‏های فیزیکی- شیمیایی
 روش‏های شیمیایی
 . روش‏های آماده‏سازی بیولژیکی
لازم به ذکر است که در انتخاب هر یک از روش‏های بالا جهت آماده‏سازی می‏بایستی نکات زیر در نظر گرفته شود ]8[ :
. روش انتخابی باید باعث افزایش تشکیل قند در فرایند هیدرولیز شود.
. از هدر رفتن و از بین رفتن هیدرات‏های کربن جلوگیری کند.
. از تشکیل محصولات جانبی و یا موادی که برای فرآیند هیدرولیز ممانعت حاصل می‏کنند جلوگیری نماید.
. مقرون به صرفه باشد.

روش‏های هیدرولیز پسماندهای سلولزی

به‏طور کلی سه روش برای هیدرولیز سلولز و تبدیل آن به اتانول در صنعت یافت می‏شود که عبارتند از: هیدرولیز اسیدی، هیدرولیز آنزیمی و فرایندهای ترمو شیمیایی که در ادامه به مزایا و معایب هر روش اشاره خواهد شد ]9[.

هیدرولیز اسیدی سلولز

به‏طور کلی دو نمونه فرایند عمده برای هیدرولیز اسیدی موجود می‏باشد که یکی هیدرولیز توسط اسید ضعیف (اسید رقیق) دیگری هیدرولیز توسط اسید قوی (غلیظ) می باشد.
در روش هیدرولیز اسید ضعیف (عموماٌ اسید سولفوریک) پلیمرهای کربوهیدرات را به مونومرهای قند تبدیل می‏کنند. همی‏سلولز آمادگی هیدرولیز شدن توسط اسید ضعیف در شرایط عملیاتی آسان را دارد اما برای هیدرولیز سلولز توسط اسید رقیق نیاز به

 شرایط عملیاتی سخت‏تر یعنی دما و فشار بالاتر می‏باشیم، به‏همین دلیل در روش هیدرولیز توسط اسید ضعیف باید از شرایط عملیاتی حاد دما و فشار استفاده نمود. به‏طور معمول این روش از دماهای حدود 160 درجه سانتی‏گراد و فشار حدود10 اتمسفر بهره می‏برد و غلظت اسید نیز در محدوده 5-2 درصد می‏باشد ]10[.
گفته می‏شود که راندمان بیشتر واحدهای هیدرولیز اسید ضعیف حدود 50% می‏باشد. در فرایند استفاده از اسید قوی، فرایند از شرایط آسان‏تری استفاده می‏کند، به‏نحوی که دما در حد دمای متوسط می‏باشد و فشار عملیاتی نیز همان فشار تولید شده در جریان مایع است.
از جمله مزایای استفاده از اسید ضعیف این است که در این روش نیاز چندانی به بازیافت اسید نیست و اتلاف اسید نیز ناچیز می‏باشد. در مقابل، با توجه به غلظت کم اسید نیاز به‏شرایط عملیاتی سخت نظیر دما و فشار بالا می‏باشد و بدلیل اینکه بازده تبدیل سلولز به گلوکز پایین می‏باشد بازده تولید اتانول نیز پایین خواهد شد.
چنانچه از اسید قوی برای هیدرولز سلولز استفاده شود بازده تولید اتانول به مراتب بالاتر می‏باشد و نیز شرایط عملیاتی آسان‏تر خواهد بود اما در عوض نیاز به سیستمی برای بازیافت اسید می‏باشد و نیز اینکه باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی برای دستگاه‏های فرایندی استفاده نمود ]10[.
به‏طور کلی معایب استفاده از هیدرولیز اسیدی عبارتند از ]11[:
 غیر انتخابی بودن واکنش های هیدرولیز
 بهره پایین 
 . تشکیل محصولات جانبی در حین عمل هیدرولیز
 . نیاز به شرایط دمای بالا
 . نیاز به خنثی سازی پس از فرایند
 مشکلات خوردگی اسید 

فرایند های ترمو شیمیایی

به‏طور عمده دو نمونه فرایند هیدرولیز توسط روش‏های ترمو-شیمیایی در فراورش سلولز و تبدیل آن به اتانول در صنعت موجود می‏باشد. در سیستم اول که در واقع یک روش هیبرید سیستم‏های ترموشیمیایی و بیولژیکی است، مواد اولیه سلولزی را توسط روش‏های ترمو شیمیایی تبدیل به گاز می‏نمایند و حباب‏های تولید شده گاز سنتز از داخل مایع موجود در تخمیر کننده مخصوصی که بدین منظور طراحی شده است عبود داده می‏شوند، سپس یک نمونه خاص میکروارگانیسم که قابلیت تبدیل گاز سنتز را داشته باشد به مجموعه اضافه می‏شود و تحت شرایط خاص فرایند مواد اولیه سلولزی را در طی عملیات تخمیر به اتانول تبدیل می‏نمایند ]9[.
در روش دوم از میکروارگانیسم‏ها هیچ استفاده‏ای نمی‏شود و در این روش خوراک جامد توسط روش‏های ترموشیمیایی به گاز تبدیل می‏شود، سپس گاز تولید شده را از داخل یک راکتور با بستر کاتالیستی عبور می‏دهند. کاتالیست‏های موجود در این راکتور توانایی تبدیل گاز سنتز به اتانول را دارند و بدین وسیله اتانول به‏دست می‏آید. بازده فرایند تبدیل گاز سنتز به اتانول در حدود 50% می‏باشد. البته در بعضی فرایندها که ابتدا متانول تولید می‏شود و سپس متانول تولیدی در طی واکنش‏های کاتالیستی به اتانول با بازده حدود 80% تبدیل می‏شود ]9[.
همانند سایر روش‏های هیدرولیز، مهم‏ترین چالش روش ترموشیمیایی اقتصادی کردن آن برای تولید اتانول است.

هیدرولیز آنزیمی سلولز

امروزه این روش توجه بسیاری را به خود جلب کرده است و اکثر تحقیقات اخیر بر روی فرایند تبدیل سلولز به اتانول بر روی این فرایند متمرکز شده است. با وجود تحقیقات بسیاری که برای طراحی آنزیم مورد نظر انجام شده است، اما باز هم قیمت تولید آنزیم‏ها همچنان در حد بالایی می‏باشد. یک دلیل اینکه هنوز هم پس از چند دهه تحقیق در این زمینه آنزیم‏هایی که استفاده می‏شوند سرعت واکنش پایینی دارند این است که همانگونه که قبلاٌ نیز گفته شد مواد لیگنو-سلولزی بدلیل ساختار فیزیکی نفوذ ناپذیر لیگنین و نیز ساختار کریستالی سلولز اجازه دسترسی آسان آنزیم‏ها به مولکول‏های سلولز را نمی‏دهند ]3[.
چنانچه بتوان آنزیم‏های ارزان قیمتی در دسترس داشت فرایند هیدرولیز آنزیمی مزایای زیر را دارا می‏باشد ]9و11[:
بازده بالایی دارند و تولید محصولات جانبی آنها می‏تواند کنترل شود.
شرایط عملیاتی متوسط و راحت، نیاز به استفاده از مواد گرانقیمت برای ساخت دستگاه‏های فرایندی را مرتفع می سازد.
نیاز به مصرف انرژی پایینی دارند.
می‏توانند گزینشی عمل کنند.
به‏طور کلی فرایندهای هیدرولیز آنزیمی به دو دسته کلی تقسیم‏بندی می‏شوند:
1- فرایندهایی که در آن مراحل هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جدا از هم انجام می‏شوند، که به روش‏های SHF مشهور می باشند.
2- فرایندهایی که مراحل تخمیر و هیدرولیز بطور همزمان انجام می‏شوند. به‏طور کلی دو نمونه از این فرایند موجود می‏باشد که عبارتند از:
2-1- انجام همزمان فرایندهای تبدیل به قند و تخمیر که به روش SSF معروف می‏باشد
2-2- انجام همزمان فرایندهای تبدیل به قند و تخمیر برای هر دو جزء سلولز و همی سلولز که به روش SSCF شهرت دارد.
در طی فرایند SSCF در طی مرحله تبدیل به قند، سلولز به گلوکز تبدیل می‏شود و همی‏سلولز به زایلوز و آرابینوز (arabinose) تبدیل می‏شود و نیز در طی فرایند تخمیر، هر دو ماده گلوکز و زایلوز تخمیر می‏شوند و به اتانول تبدیل خواهند شد.

جمع بندی و نتیجه گیری

فرآیند آماده سازی مناسب
در بررسی‏هایی که بر روی مقالات و تحقیقات مختلف انجام شد دو فرایند مطرح برای این قسمت بدست آمد که عبارتند از روش انفجاری بخار و روش هیدرولیز اسید ضعیف. اگرچه در مقالات برای خوراک‏های مختلف روش‏های مختلفی پیشنهاد شده بود. ولی این دو روش مناسب‏تر از سایر روش‏ها شناخته شده است.
روش انفجاری بخار یکی از مناسب‏ترین و متداول‏ترین روش‏ها برای آماده‏سازی مواد سلولزی می‏باشد و دارای امتیازاتی به شرح زیر می‏باشد. راندمان این روش برای مواد مختلف با اندازه ریز مشابه می‏باشد ]12[. این قابلیت، امکان فراورش مواد مختلف توسط فرایند بخار را فراهم می‏آورد. لازم به ذکر است که این فرایند انعطاف پذیر بوده و امکان فراورش با بهره‏گرفتن از مواد مختلف کمک‏کننده فرایند نظیر اسید، باز، اکسیژن و سایر اکسید کننده‏ها در حین فرایند و یا اضافه نمودن مواد قبل از انجام پخت با بخار را داراست. همچنین این روش تا حد زیادی رایج می‏باشد و طراحی‏های بسیار و تحقیقات بسیار بر روی این روش انجام شده است و بهینه‏سازی‏های مختلفی برای خوراک‏های متفاوت سلولزی ارائه شده است. زمان فراورش این روش بدلیل استفاده از شرایط دما و فشار بالا در حدی است که می‏توان در صورت لزوم (نیاز به فراورش خوراک زیاد) این فرایند را به صورت پیوسته انجام داد. با این وجود این روش دارای معایبی نظیر تولید محصولات ناخواسته جانبی می‏باشد که باعث اخلال در فرایند پایین دست (تخمیر) خواهد شد. علاوه بر آن، استفاده از شرایط دما و فشار بالا ملاحظات خاص خود را دارد
در بررسی‏هایی که در مقالات مختلف انجام شد روش هیدرولیز اسید رقیق بعنوان جایگزین مناسبی برای روش انفجاری بخار مطرح شده است، اگرچه بعضی از محققان بیان می‏کنند که روش انفجاری بخار ارزان‏تر از روش هیدرولیز اسید ضعیف می‏باشد، با این وجود NREL ادعا می‏کند که در کل روش هیدرولیز اسید رقیق مناسب‏تر و اقتصادی‏تر می‏باشد ]13[. NREL در تحقیقی که دور نمای اقتصادی 20 سال آینده فرایندهای تبدیل سلولز به اتانول را ترسیم کرده است، فرایند هیدرولیز اسید ضعیف را مناسب‏تر از سایر روش‏های آماده‏سازی می‏داند]14[. بنابراین با توجه به تجربیات حاصل از مطالعه متون مختلف، این روش به‏عنوان یک رقیب بسیار جدی برای روش انفجاری بخار مورد قبول می‏باشد به‏نحوی که مسیر پیشرفت روزافزون را می‏پیماید و دورنمای بهتری را نسبت به سایر روش‏های آماده‏سازی داراست.

فرآیند مناسب برای هیدرولیز

اگرچه روش‏های بسیار متنوعی برای تبدیل مواد سلولزی به‏اتانول وجود دارد اما روش هیدرولیز آنزیمی این پتانسیل را دارد که اتانول تولید شده از مواد تجدید پذیر حیات در این فرایند را هنگامی که در مقیاس وسیع تولید شود، قابل مقایسه با سایر سوخت‏های مایع سازد ]15[. ما بین سه روش مختلف هیدرولیز آنزیمی ذکر شده در بخش قبل گفته می‏شود روش‏های SSF و SSCF به‏دلیل انجام همزمان فرایند تخمیر و هیدرولیز در یک تانک با توجه به کاهش هزینه اولیه دستگاه‏ها و کاهش میزان هدر رفتن قند تولیدی در زمان فرایند، مناسب‏تر است ]16[.
همانگونه که قبلاً نیز بیان شد، روش هیدرولیز آنزیمی از جمله روش‏هایی است که پتانسیل بسیاری را برای تبدیل اقتصادی سلولز به اتانول دارد. امروزه با پیشرفت‏هایی که از لحاظ فنی در طراحی آنزیم‏ها انجام شده است و پایین آمدن قیمت آنزیم‏ها، دور نمای بسیار مناسبی را در عرضه اقتصادی اتانول از مواد تجدیدپذیر حیات ایجاد کرده است. همانطور که پیشتر هم ذکر شد روش‏های بسیاری برای تولید اتانول از مواد لیگنوسلولزی موجود می‏باشد. اما با مروری بر مطالعات انجام شده در این زمینه، پر واضح است که استفاده از روش هیدرولیز اسید ضعیف به‏عنوان روش آماده‏سازی و انجام همزمان فرایندهای هیدرولیز آنزیمی و تخمیر مناسب‏ترین فرایند جهت تولید اتانول از پسماندهای سلولزی می‏باشد
خوشبختانه به منظور بهره‏گیری از توان اقتصادی، علمی و پژوهشی کشور کنسرسیوم تحقیقاتی تشکیل شده که گروه‏های مختلف اقتصادی و پژوهشی اعضای آن هستند. تیم اقتصادی کنسرسیوم متشکل از دفتر تحقیقات اساسی بخش‏های صنعت و معدن وزارت صنایع و معادن و شرکت کشت و صنعت کارون بوده که حامیان مالی و متقاضی نتایج طرح می‏باشند. تیم اجرایی کنسرسیوم متشکل از مرکز تحقیقات مهندسی فارس به‏عنوان مدیر کنسرسیوم و مجری پروژه در مقیاس نیمه‏صنعتی، پژوهشکده بیوتکنولوژی سازمان پژوهش‏های علمی صنعتی ایران مجری طرح در مقیاس آزمایشگاهی، مرکز تحقیقات مهندسی فرآیند دانشگاه علم و صنعت ایران طرح فرایند، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف طراح مکانیکی و دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه شیراز طرح سیستم کنترل می باشد. اما با توجه به سند چشم انداز20 ساله و ظرفیت کشور در تولید اتانول به‏عنوان سوختی جایگزین برای سوخت‏های فسیلی از مواد دور ریختنی نظیر کاغذ، الیاف ذرت، براده‏های چوب، نی و ساقه برنج و موادی نظیر آن‏ها نیاز به سرمایه‏گزاری بیشتر در این زمینه بدیهی است

منابع
 
1. Chot?borská P., B. Palmarola-Adrados, M. Galbe, G. Zacchi, K. Melzoch ,M. Rychtera, “Processing of wheat bran to sugar solution”, J. of Food Eng., 61, pp. 561-565, 2004.
2. Wooley R., M. Ruth, J. Sheehan, K. Ibsen, “Lignocellulosic biomass to ethanol process design and economics utilizing co-current dilute acid prehydrolysis and enzymatic hydrolysis current and future scenarios”, National Renewable Energy Laboratory, Biotechnology Center For Fuels and Chemicals, Technical Report, Golden, CO, USA, 1999. 
3. Knauf M., M. Moniruzzaman, “Lignocellulosic biomass processing: A perspective”, Int. Sugar J., 106, No. 1263, pp.147-150, 2004.
4. Clark A.J., “Biodegradation of cellulose: Enzymeology and Biothechnology”, Technomic Publishing Co., Lanchester, 1997.
5. Imai M., K. Ikari, I. Suzuki, “High performance hydrolysis of cellulose using mixed cellulose species and ultrasonication pretreatment”, Biochemical Eng. J., 17, pp. 79-83, 2004.
6. Moseir N., C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzapple and M. Ladisch, “Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass”, Bioresource Technology, 96, pp. 673-686, 2005.
7. McMillan J.D., “Pretreatment of lignocellulosic biomass” In: M.E. Himmel, J.O. Baker, R.P. Overend (Eds.), Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production, American Chemical Society, Washington, DC, pp. 292-324, 1994.
8. Sun Y., J. Cheng, “Hydrolysis of lignocellulosic material for ethanol production: a review”, Bioresource Technology, 83, pp. 1-11, 2002.
9. Badger P.C., “Ethanol from cellulose: A general review”, Reprinted from: Trends in new crops and new uses, J. Janick, A. Whipkey (Eds.), ASHS Press, Alexandria, VA, 2002.
10. Iranmahboob J., F. Nadim, S. Monemi, “Optimizing acid-hydrolysis: a critical step for production of ethanol from mixed wood chips”, Biomass and Bioenergy, 22, pp. 401-404, 2002.
11. Jakobsson E.L., “Optimization of the pretreatment of wheat straw for production of bioethanol”, Department of Chemical Engineering, Lund University, Sweeden, 2003.
12. Foody B., J. S. Tolan, J. D. Bernstein, " Pretreatment process for conversion of cellulose to fuel ethanol", US. Patent No. 5916780, 1999.
13. http://www.nrel.gov
14. Technical and Economic Feasibility Assessment, http://www.eere.energy.gov/biomass/ 
15. Wyman C.E., “Biomass ethanol: technical progress, opportunities and commercial challenges”, Annual Review of Energy and the Environment, 24, pp. 189-226, 1999.
16. Wright J.D., “Ethanol from lignocellulosics: an overview”, Energy Progress, 84, Vol. 8, pp. 71-80, 1988




نوع مطلب : شیمی نفت وگاز، شیمی تجزیه، جداسازی، شیمی الی، بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


سه شنبه 17 تیر 1393 :: نویسنده : احمد مرادی



نخستین بار، ابوبکر محمدبن زکریای رازی پزشک و شیمیدان ایرانی از تقطیر شراب

 در قرع و انبیق ،

 ماده‌ای بدست آورد که آن را الکحل نام نهاد؛ پس از مدتی ، "دکتر واندیک" آمریکایی 

واژه الکحل را به

 الکل (alcohol) تبدیل کرد. 


مشخصات کلی 
امروزه این ماده ، به نام اتیلن الکل (الکل معمولی ، الکل اتیلیک ، روح الخمر ، الکل

 شراب ، اتانول ، 

نتیل کربینول 

، جوهر شراب ، الکل کشمش ، ئیدروکسیل و...) مشهور است. الکل ، آب‌گونه‌ای

 است فرار ، بی‌رنگ ،

 با بوی

 ویژه و مزه سوزان ، رطوبت گیر و از آب سبکتر است. وزن ویژه یا جرم حجمی

آن 0.795 تا 0.8 ، در فشار متعارفی ، نقطه جوش آن 78.53 تا 78.5 درجه 

سانتی‌گراد و نقطه انجماد آن ،

114درجه سانتی‌گراد است.

از این‌رو ، آن را در دماسنجهایی که برای سنجش سرما بکار می‌رود، استفاده می‌کنند.

 الکل جامد در 130درجه سانتی‌گراد گداخته

 می‌شود. قابلیت حل شدن اتیل الکل در آب بسیار زیاد است و به

 هر نسبت با آب مخلوط می‌شود. از آمیختن آب و الکل ، کمی گرما هم تولید می‌شود

، الکل یکی از حلال‌های

 بسیار خوب است ، ید ، کافور ، عطرها ، عسل و ... را در خود ناپدید می‌کند.

الکل به غیر از آب ، در اغلب حلال‌های آلی محلول است. الکل خاصیت گندزدایی دارد

 و آلبومین‌ها

 را منعقد می‌کند. 

راههای مختلفی برای تولید الکل اتیلیک وجود دارد که عبارتند از:

تهیه الکل از راه تخمیر 
مخمر 
مخمر آبجو ، قارچی است که با جوانه زدن تکثیر می‌کند، اگر این قارچ در مجاور یک

 ماده قندی تخمیر 

شود، موادی از خود خارج می‌کند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی

 قند می‌شود. در بین

 قندها ، گلوکز به فرمول C6H12O6 است که در انگور وجود دارد، تخمیر شده،

 الکل می‌دهد (تهیه شراب). 

تهیه الکل از گلوکز 
آنزیمی که عمل تخمیر گلوکز بوسیله آن انجام می گیرد، زیماز یا الکلاز نامیده می‌شود. 

هر گاه مخمر

 آبجو را به گلوکز اضافه کنیم، الکل و دی‌اکسید کربن یا گاز کربونیک بدست می‌آید.



گاز کربونیک + الکل <------- گلوکز

این واکنش در حضور زیماز یا الکاز صورت می‌گیرد.



C6H12O6 → 2C2H5OH + CO2


تهیه الکل از مواد نشاسته دار 
برای تهیه الکل از مواد نشاسته دار مانند برنج ، گندم ، ذرت ، سیب زمینی ، آنزیمی

 به نام مالتاز ،

 مالت را به مالتوز تبدیل می‌کند. سپس مالتوز بوسیله هیدرولیز (آبکافت) به گلوکز

 تبدیل می گردد

 و گلوکز هم تخمیر حاصل می‌کند، گاز کربونیک و الکل می‌دهد

 (برای تبدیل مالت به مالتوز ، محیط باید اسیدی باشد.)



گلوکز <------ آب + نشاسته

این واکنش در حضور اسیدسولفوریک 2% صورت می‌گیرد.


محلولهای الکلی که از تخمیر بدست می‌آید، از نظر مقدار الکل تفاوت دارند. در شرابها ،

10% و در

 آبجو 6% و در عرق بیش از 30% تا 50% است. در تخمیر الکلی لازم است که یکی از

 از فسفات‌ها

 در محیط عمل باشد تا تخمیر الکلی به آسانی و بسادگی انجام گیرد. بر حسب

 موادی که در

 محیط عمل وجود داشته باشند، مواد گوناگونی بدست می‌آید که سودمندترین

 آنها تبدیل گلوکز

 به گلسیرین است.

 مثلا در مجاورت بی‌سولفیت سدیم یا سولفیت هیدروژن سدیم به فرمول NaHSO3

 معادله واکنش

 تخمیر گلوکز چنین است:

گلیسیرین + استالدئید + دی اکسید کربن <------- گلوکز (قند انگور)




C6H12O6 → CH3CHO + C3H5(OH)3 +CO2


تهیه الکل از شراب 
نخستین بار ابوبکر محمدبن زکریا رازی از تقطیر شراب در قرع و انبیق ، الکل

 را بدست آورد.

 در فرانسه اغلب الکل را از شراب بدست می‌آورند. علاوه بر این روش ، مقدار

 زیادی الکل صنعتی

 و نوشابه الکلی را از راه تخمیر بدست می‌آورند. عمل تخمیر بر روی هگزوزها

 (قند شش کربن‌دار) انجام می‌گیرد

، ولی چون در این قندها ماده اولیه گرانبها است، اغلب از چند قندیها

 (پلی ساکاریدها) مانند نشاسته ، سلولز و ...

 به عنوان ماده اولیه بهره می‌گیرند. از دی ساکاریدها مانند ملاس

 کارخانه‌های قند و... هم به عنوان ماده اولیه

 می‌توان برای تهیه اتیل الکل بهره گرفت. 

تهیه الکل از ساکاروز یا قند معمولی 
ساکارز را آنزیمی به نام انورتاز (invertase) یا انورتین (invertine) هیدرولیز (آبکافت)

 می‌کند و به گلوکز

 و لولز تبدیل می‌نماید.



سلولز + گلوکز <------ آب + ساکاروز


C6H12O6 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

این دو واکنش در حضور انورتاز انجام میگیرد.



C6H12O6 → 2C2H5OH + CO2

این واکنش در حضور انورتاز انجام میگیرد. 

تهیه الکل از راه سنتز 
تهیه الکل از اتیلن 
نخستین بار برتلو (Berthelot) شیمیدان فرانسوی ، الکل را از اثر آب بر اتیلن به کمک اسید

 سولفوریک بدست آورد.

سولفات هیدروژن اتیل <------ اسید سولفوریک + اتیلن


C2H4 → C2H5HSO4


الکل + اسیدسولفوریک <----- آب + سولفات هیدروژن اتیل


C2H5HSO4 + H2 → H2SO4 + C2H5OH


تهیه الکل از استیلن 
الکل را بیشتر در صنعت از اثر احیا کردن (هیدروژن افزایی) استالدئید بدست می‌آورند. برای 

تهیه استالدئید از استیلن بهره می‌گیرند:



استالدئید <----- آب + استیلن

در این واکنش از یون جیوه (II) استفاده شده است.



C2H2 + H2O → CH3CHO


الکل اتیلیک <------ هیدروژن + استالدئید

در این واکنش از نیکل احیا شده استفاده شده است. 
در حال حاضر، سه راه برای استفاده از اتانول به عنوان سوخت وجود دارد:
1. اتانول به صورت مخلوط با بنزین به صورت 10-E یا 85-E
2. تولید ETBE به مثابه افزایش‌دهنده عدد اكتان
3. اتانول به صورت خالص به عنوان سوخت
بنزین حاوی اتانول Gashol نامیده می‌شود. از اتانول می‌توان به عنوان افزایش‌دهنده

 عدد اكتان

 استفاده كرد. اتانول را می‌توان از منابع سلولزی، قندی و نشاسته‌ای به دست آورد

 و سپس به

 صورت مخلوط یا خالص، به عنوان سوخت به كار برد. در حال حاضر، اختلاف قیمت

 بنزین و اتانول و نیز

 مشكلاتی نظیر فرایند تولید، قیمت مواد اولیه و قیمت نفت، نمونه‌هایی از مهم‌ترین

 مسائل تأثیرگذار

 بر توسعه این سوخت جدید تلقی می‌شوند.
برطبق قانون فدرال امریكا، تمامی خودروها تا سال 2010، باید از توانایی استفاده

 از 85-E برخوردار

 باشند. در 1990، شركت فورد، خودروهای سازگار با 85-E خود را معرفی كرد. این

 خودروها با هر نوع

 سوختی نظیر بنزین بدون سرب و 10-E كار می‌كنند.
در حال حاضر، افزون‌بر 40 درصد از وسایل نقلیه برزیل، از اتانول خالص و بقیه از 10-E 

استفاده می‌كنند.

 امید است كه تا سال 2010، با توجه به پیشرفت تكنولوژی توسعه میكرو ارگانیسم‌ها

 و استفاده كامل از

 محصولات جانبی، بتوان قیمت اتانول را تا 40 سنت به ازای هر گالن، كاهش داد كه در

 این صورت 100 درصد قابل رقابت با بنزین است.
گفتنی است كه میزان تولید بیواتانول در سال 2003 توسط امریكا، به 81/2 میلیارد گالن

 رسید كه نسبت به سال 2003، حدو 32 درصد و نسبت به 1999، حدود 91 درصد 

رشد داشته است.
تولید اتانول در اروپا به منظور مصرف در خودروها، 5/4 برابر رشد داشته است.

 یعنی میزان تولید آن

در 1993 از 47500 تن به 216 هزار تن در سال 2001 رسیده است. نمودار زیر، روند رشد تولید

 در این دوره را نشان می‌دهد.

مزایای زیست محیطی اتانول
1. كاهش انتشار CO2 : CO2 حاصل از سوخت بنزین و یا هر سوخت دیگر وارد اتمسفر

 می‌شود و این گاز 

سبب تشدید پدیده گلخانه‏ای می‌شود درحالی كه CO2 حاصل از سوخت بیواتانول و تولی

 شده در فرایند

 تخمیر توسط گیاهان كاشته شده جهت تولید اتانول جذب خواهد شد و این مزیت بزرگ

 جهت استفاده

 بیواتانول به عنوان سوخت است كه حتی در سوخت‌های تمیزی مانند گاز طبیعی نیز

 یافت نمی‌شود. [7]
نمودار زیر نتایج حاصل از آنالیز آلاینده‌های CO2 در سوخت‌های مورد استفاده اتوبوس‌ها

 در سوئد را نشان

 می‌دهد [5].
2. كاهش انتشار CO و CH: سوخت 10-E و 5-E و 7-E نشان داده‌اند كه میزان CO را 15-4% و

 میزان CH ا7-2% كاهش می‌دهند.
3. كاهش انتشار VOC: سوخت‌های حاوی اتانول كاهش VOC را نشان می‌دهند

و در عین حال نسبت به 

سایر سوخت‌ها صدمه كمتری به ازن وارد می‌كنند.
4. كاهش انتشار ذرات معلق (10اPM): اجزای معلق با قطری كمتر از 10 میلی‌متر

 هستند كه در

 كیسه‌های هوایی شش انسان تجمع پیدا می‌كنند و سبب صدمه زدن به سیستم

 تنفس و سرطان 

می‌شود. در سوخت‌های حاوی اتانول انتشار ذرات معلق در حدود 10درصد كاهش می‌یابد.
5 . اكسیدهای سولفور (SOX): اگر بیواتانول به عنوان سوخت به صورت خالص

 به كار رود هیچ‌گونه

 سولفوری ندارد، در نتیجه اسیدی نداریم و در سوخت‌های حاوی اتانول نیز SOX 

كمتری تولید می‌شود.
6 . اكسیدهای نیتروژن (NOX): این عامل در سوخت‌های حاوی اتانول تا 10 درصد

 افزایش می‌یابد

. با افزایش میزان اتانول در بنزین، میزان NOX كاهش می‌یابد. با تنظیم موتور و درجه

 حرارت احتراق،

 می‌توان این عامل را در حدی مطلوب نگه داشت.
7. آروماتیك‌ها: اتانول، حاوی هیچ‌گونه آروماتیك، نیست. این در حالی است كه

 بنزین‌های بدون سرب،

45 درصد آروماتیك دارند.
8 . آلدئیدها: میزان استالدئید در سوخت‌های حاوی اتانول، افزایش می‌یابد.

 با استفاده از تبدیل‌كننده

 كاتالیستی می‌توان این عامل را حذف كرد.
9. افزایش عدد اكتان
10. كاهش ضربه زدن3 در موتور
11. ایمنی الكل: اتانول، از بنزین ایمن‌تر بوده، دیرتر آتش می‌گیرد، در برابر شعله

 آتش

 به آسانی

 می‌سوزد و دود كمتری در مقایسه با بنزین، تولید می‌كند.





نوع مطلب : شیمی نفت وگاز، شیمی الی، بیوشیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :



چکیده

ذخایر انرژی فسیلی جهان، با روند فزاینده مصرف کنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوری که به فکر تامین

 منابع انرژی خود نباشد، با مشکلات فراوان روبرو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزی موجود در دنیا، جایگزینی تجدید شونده،

 برای منابع نفتی می‌باشند (2).

فراوانترین ماده آلی بر روی کره زمین سلولز و پلی ساکاریدهای مشابه آن می باشند که در ساختار گیاهان به کار رفته‌اند (5).

 سلولز از واحدهای ساختمانی به نام گلوکز تشکیل شده است که یک قند ساده و قابل استفاده برای بیشتر موجودات زنده است، اما تجزیه

 سلولز و تبدیل آن به گلوکز تنها توسط میکروارگانیسمهایی که دارای آنزیم سلولاز (Cellulase) می‌باشند انجام پذیر است (9). اگر با

 فرایندی مناسب و اقتصادی سلولز گیاهان به قندهای ساده و قابل تخمیر تبدیل شود، تحولی شگرف در صنایع غذایی و همچنین تولید 

سوختهای طبیعی روی خواهد داد (1، 2، 5، 6، 10).

پس از تولید گلوکز می توان با استفاده از میکروبهای دیگری و با استفاده از عمل تخمیر از قندهای موجود، اتانول تولید کرد که

 جانشینی مناسب برای سوختهای فسیلی می‌باشد (2، 4، 10).

هم اکنون پژوهشگران زیادی بر روی جنبه های سلولی و مولکولی تولید مقرون به صرفه آنزیم سلولاز کار می کنند و در این 

زمینه به توفیقاتی نیز رسیده‌اند. اما کماکان تولید و پرورش میکروارگانیسمهایی که با سرعت بیشتر و هزینه کمتری قادر به تولید 

آنزیم فوق باشند مد نظر بسیاری از محققین است (1، 2، 3، 4).

در کشور ایران نیز از ضایعات گیاهی و کشاورزی سلولزی استفادة مطلوبی نمی‌شود و در صورت استفادة مناسب از این منابع

 مقادیر بسیار زیادی سوختهای طبیعی و قندهای ساده قابل تولید می‌باشد.

مقدمه

استفاده از ضایعات گیاهی و سلولزی سبب کاهش آلودگیهای زیست محیطی و بهبود وضعیت بهداشتی جامعه می‌گردد (2). یکی از مهمترین

 مشکلات زیست محیطی، گرم شدن کرة زمین بدلیل مصرف زیاد سوختهای فسیلی می‌باشد، استفاده از سوختهای جایگزین سوختهای فسیلی

 در توقف این پدیدة نامطلوب مؤثر می‌باشد (2).

میزان انرژی جذب شده بوسیلة عمل فتوسنتز بر روی کرة زمین چیزی در حدود 10 برابر مصرف سالیانة انرژی جهان می‌باشد، که 

از این میزان حدود 3/2 آن بوسیلة گیاهان و بقیه بوسیله فیتوپلانکتونهای آبزی جذب می‌شود (2).

سلولز فراوانترین ماده آلی موجود بر روی کرة زمین می‌باشد (5). تودة زیستی گیاهی بیشتر از سه ترکیب سلولز (40%)،

همی سلولز (33%) و لیگنین (23%) تشکیل شده است. تخمین زده می‌شود که در حدود 1010 ×4 تن سلولز در سال بوسیلة گیاهان

 آلی تولید می‌شود. یا به عبارتی به ازای هر نفر در هر روز 70 کیلوگرم سلولز سنتز می‌شود. بنابراین کاربرد آنزیمهایی که توانایی تغییر و تبدیل در سلولز را داشته باشند مورد توجه قرار گرفته است (9).

سلولز از واحدهای ساختمانی گلوکز که بوسیلة پیوندهای (6     β) به هم متصل شده‌اند، ساخته شده است. اما تجزیه سلولز و تبدیل آن به گلوکز تنها توسط میکروارگانیسم‌هایی که حاوی آنزیم سلولاز می‌باشند انجام پذیر است (9). اگر بتوان با فرایندی کارآمد و اقتصادی سلولز موجود در ضایعات گیاهی و کشاورزی را به قندهای ساده و قابل تخمیر همچون گلوکز تبدیل کرد، تحولی بزرگ در صنایع غذایی و تولید سوختهای طبیعی جایگزین شونده نظیر اتانول روی خواهد داد (1، 2، 4، 9).

در زمینة تولید اتانول از مواد سلولزی پیشرفتهای بسیاری حاصل شده است (1، 2، 3، 4، 10، 11). اما جهت پیشرفت و توسعه این فرایند، پژوهش و مطالعات بیشتری مورد نیاز است. در کشور ایران نیز از بیشتر ضایعات سلولزی و کشاورزی همچون کاه گندم و جو، کاه برنج، ضایعات جنگلی، روزنامه‌ها و کاغذهای باطله، ضایعات کارخانجات کاغذسازی و ... استفادة مطلوبی نمی‌شود.

اگر چه آمار دقیقی از میزان مواد فوق در دسترس نمی‌باشد اما بی شک حجم بسیار زیاد و قابل توجهی می‌باشند. جهت تولید گلوکز از مواد سلولزی و تبدیل آن به اتانول مراحل زیر انجام می‌گیرد.

نمودار شمارة یک نشانگر مراحل انجام این کار است که به تفصیل در هر مورد بحث خواهد شد.

 

الف- تولید انبوه آنزیم سلولاز میکروبی

موفقیت طرح تبدیل ضایعات سلولزی به مواد قندی و سوختی در گرو تولید موفقیت آمیز و 
با صرفه آنزیم سلولاز می باشد. تولید سلولاز، پر هزینه ترین قسمت این فرایند می باشد که در حدود 40% هزینه کل را شامل می شود. به همین سبب تحقیقات بسیاری جهت کاستن هزینه تولید آنزیم در جریان است.

باید به این نکته توجه باشیم که آنزیم سلولاز یک آنزیم خاص نیست و یک سیستم آنزیمی شامل سه قسمت عمده می باشد:(5).

1- آنزیم Endo - ß- glucanase که زنجیره سلولزی را به طور راندوم می شکند و حاصل عمل آن گلوکز و Cello – oligo Saccharides می باشد.

2- آنزیم Exo - ß - glucosidase که به انتهای غیر احیا کننده زنجیره سلولزی حمله کرده و تولید سلوبیوز می کند.

3- آنزیم ß – glucosidase که سلوبیوز را به گلوکز تبدیل می کند (5).

ب- جداسازی میکروارگانیسمهای تولید کننده سلولاز

در این مرحله باید به جستجوی میکروارگانیسمی پرداخت که قادر به تولید این آنزیمها به مقدار مناسب باشد.

 اگر چه بسیاری از میکروارگانیسمها قادر به تولید سلولاز هستند اما تنها تعداد کمی از آنها مقادیر قابل توجهی از این آنزیم را تولید می‌کنند (2).

قارچها مهمترین گروه تولید کننده این آنزیم هستند اگر چه گزارشاتی هم درمورد باکتریها و آکتینومیست‌های تولید کننده این آنزیم وجود دارد. 

مهمترین قارچهای تولید کننده این آنزیم متعلق به جنسهایTrichoderma و Aspergillus می‌باشند (2).

برای جداسازی میکروارگانیسمهای فوق تکنیکهای خاصی وجود دارد که توضیح آن خارج از حوصله این بحث می‌باشد (2، 5، 8).

پس از جداسازی میکروارگانیسم مناسب،  می‌توان با استفاده از عمل موتان زایی به میکروبهایی دست پیدا کرد که توان زیاد تری

 جهت تولید آنزیم سلولاز داشته باشند. جهت موتان زایی می‌توان از اشعة UV و ماده(NTG) nitrosoguanidine استفاده کرد (2).

بسیاری از سویه‌هایی که امروزه جهت تولید آنزیم سلولاز به کار برده می‌شوند موتانهای حاصل ازTrichoderma reesei می‌باشند

 (2، 5، 9، 10).

امروزه با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک به سویه‌هایی دست یافته‌اند که توانایی بیشتری جهت تولید این آنزیم دارند. همچنین

 دانشمندان با دستکاری ساختار پروتئینی این آنزیمها، آنزیمهایی بسیار مقاوم به حرارت که فعالیتشان در دماهای بالا متوقف نمی‌شود

 تولید نموده‌اند (9). پس ا ز انتخاب سویة مناسب باید آن را در محیط کشت ویژه رشد داد تا در حین رشد به تولید آنزیم بپردازد.

 جهت این کار از محیطهایی مثل آب پنیر، باگاس و کاه برنج استفاده شده است. محیطهای نامبرده شده ارزان و در دسترس می‌باشند.

 اما جهت این کار محیطهایی مخلوط از چند سوبسترا تهیه گردیده که نسبتاً گران ولی کارآمد می‌باشند.

ج- تغییرات اولیه بر روی تودة زیستی حاوی سلولز:

تودة زیستی (Biomass) لیگنوسلولزی حاوی سلولز، همی سلولز، لیگنین و خاکستر می‌باشند که در ساختمانی پیچیده با هم ارتباط دارند (9).

اعمال اولیه یا Pre-treatment بر روی این مواد سبب افزایش سلولز کریستالینه شده و همزمان با آن سبب برداشت عوامل مهاری آنزیم

 نظیر لیگنین می‌شود.  Pre-treatmentسبب افزایش سطح تماس سلولز با آنزیم و متعاقباً عملکرد بهتر آنزیم می‌شود (2).

Pre-treatment را می‌توانیم به دو روش انجام دهیم: استفاده از مواد قلیایی و استفاده از بخار فشرده.

Pre-treatment قلیایی با استفاده از هیدروکسید سدیم انجام می‌گیرد. نسبت قلیایی مصرفی نسبت به تودة زیستی برای تولید مناسب

حدود 1 به 12/ . می باشد که در دمای 80 تا 0C100و به مدت بیش از 2 – 5/1 ساعت انجام می‌پذیرد. استفاده از بخار فشرده جهت تغییر

 سلولز زمانی به کار می‌رود که استفاده از قلیا پاسخگو نباشد (2، 10).

د- مرحلة ساکاریفیکاسیون (Saccharification):

در این مرحله می‌توان آنزیم سلولاز تولید شده را خالص سازی کرد یا بدون خالص سازی محیط کشت حاوی آن را به عنوان محیط حاوی

 سلولاز به کار برد. تودة زیستی که از مرحلة قبل بدست آمد را تحت آنزیم سلولاز قرار می‌دهند. آنزیم سلولاز با فعالیت خود سبب شکسته 

شدن پیوند بین مولکولهای گلوکز شده و آنها را آزاد می‌کند. این عمل را می‌توان به صورت تولید غیر پیوسته یا پیوسته انجام داد (2).

هر چه زمان تماس و میزان آنزیم سلولاز بیشتر باشد در نهایت قند بیشتری تولید می‌گردد.

جهت بازیافت قند تولید شده تکنیکهای چندی پیشنهاد گردیده است اما هم اکنون بهترین روش استفاده ازReverse osmosis می‌باشد (2).

کار دیگری که در این مرحله می‌توانیم انجام دهیم بازیافت آنزیم سلولاز موجود در محیط می‌باشد. از آنجا که آنزیمها همانند کاتالیزور عمل

 می‌کنند و در پایان واکنش دست نخورده باقی می‌ماند می‌توانیم آنها را جداسازی نموده و در موارد دیگر آنها را بکار ببریم. تکنیکهای

 کروماتوگرافی مهمترین روشها جهت جداسازی آنزیم فوق می‌باشند (9).

ه- مرحله تولید اتانول:

جهت تولید اتانول باید قند تولید شده را تخمیر نموده و آن را تبدیل به الکل اتیلیک نماییم. این تبدیل توسط مخمرها انجام می‌پذیرد. تخمیر

 الکلی فرایندی شناخته شده است که از دیرباز در سرتاسر جهان به کار می‌رود (2، 4، 10).

مهمترین متدهایی که جهت تثبیت مخمر به کار می‌رود شامل: Collagen 

casting ، Chitosan glutar–aldehyde molding، Carrageenan–entrapping method 

وCaciumalginate gel – entraping method می‌باشد (2).

در بین روشهای فوق روش آخر به سبب فعالیتهای آنزیمی بالای آن، پایداری و سهولت تهیه آن کاربرد بیشتری دارد.

برای تهیه الکل به غیر از روش پیوسته که در آن نیاز به تثبیت سلولهای مخمر می‌باشد می‌توان از تولید به روش Batch fermentation 

نیز استفاده نمود. اما کارایی آن نسبت به روشهای دیگر نسبتاً کم می‌باشد. اما روشی نسبتاً ساده می‌باشد و پیچیدگیهای روشهای 

Immobilized method و Immobilized Flash method  را ندارد (2).

از آنجا که الکل تولید شده در فرمانتور یک عامل مهاری جهت عملکرد مخمرها محسوب می‌شود باید آن را از محیط خارج سازیم.

 چرخش محیط کشت از راه یک ستون تقطیر به ما این امکان را می‌دهد که الکل تولید شده را جداسازی نموده و محیط را برای

 عملکرد مخمرها مساعد نماییم          (2، 4).

یکی از مهمترین کاربردهای سیستمهای بیولوژیکی انرژی زا، تولید اتانول از تودة زیستی (Biomass) می‌باشد. در ایالات متحدة

 آمریکا سالیانه بالغ بر 5 میلیارد لیتر اتانول از طریق تخمیر تولید می‌شود که مهمترین سوبسترای آنان نشاستة ذرت می‌باشد.

 این تکنولوژی در کشور آمریکا به خاطر تولید انبوه ذرت که از طرف دولت مورد حمایت قرار می‌گیرد می‌تواند اقتصادی باشد.

 اما در کشورهای دیگر همانند ایران تولید این محصول جهت تبدیل آن به سوخت طبیعی به صرفه نیست و استفاده از منابع 

سلولزی می‌تواند راه حلی مناسب و جایگزین باشد.

تحقیقات بسیار گسترده و مناسبی در سرتاسر جهان جهت تحقق این امر در حال انجام است و 
بی شک در آینده بسیار نزدیک شاهد تولید قند و اتانول و دیگر محصولات تخمیری از زباله‌های مواد غذایی، کاغذهای باطله، پسمانده‌های

 کشاورزی نظیر کاه و دیگر منابع سلولزی خواهیم بود.

 





نوع مطلب : بیوشیمی، شیمی الی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :




( کل صفحات : 2 )    1   2   
 
 
برچسب ها
پیوندها
آخرین مطالب