2-2- انتقال ميکروارگانيسم از حالت يخ خشک به محيط كشت اوليه………………………………………………47
2-3- محيط نگهداري…………………………………………………………………………………………………………….47
2-4- محيط کشت تلقيح………………………………………………………………………………………………………..48
2-5- محيط کشت تخمير……………………………………………………………………………………………………….48
2-6- آماده سازي کشت تلقيح………………………………………………………………………………………………..49
2-7- شرايط تخمير ونمونه برداري…………………………………………………………………………………………..49
2-8- تهيه منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي- جذب…………………………………………………………..50
2-9- تهيه منحنيهاي كاليبراسيون جهت تعيين مقادير منابع کربن…………………………………………………51
2-9-1- طرز تهيه محلول معرف DNS…………………………………………………………………………………..51
2-9-2- رسم منحني كاليبراسيون قندهاي قابل تبديل………………………………………………………………….51
عنوان صفحه
2-10- شرايط کروماتوگرافگازي براي اندازهگيري پليهيدروکسيآلکانواتها……………………….52
2-10-1- تهيه استاندارد داخلي………………………………………………………………………………………….53
2-10-2- تهيه منحنيهاي کاليبراسيون متيلهيدروکسيبوتيرات، متيل هيدروکسيوالرات
و متيلهيدروکسيهگزانوات……………………………………………………………………………………………..53
2-10-3- استخراج بيوپليمر و آماده سازي نمونه براي تزريق به دستگاه GC………………………………54
2-10-4- روش شناسائي و تاييد بيوپليمر توسط 13C NMR،1H NMR ،. FT-IR…………………………..55
2-10-4-1- طيف سنجي مادون قرمز (FT-IR) …………………………………………………………………..55
2-10-4-2- طيف بيني رزونانس مغناطيسي هسته اي (NMR) ………………………………………………55
2-11- فرايند بيولوژيکي جهت توليد بيوپليمر درون سلولي در بيوراکتور…………………………………..56
2-11-1- فرايند کشت غيرپيوسته………………………………………………………………………………………..56
2-11-2- فرايندکشت نيمه پيوسته………………………………………………………………………………………..56
2- 11- 2- 1- فرايند کشت نيمه پيوسته با خوراک دهي ثابت منبع کربن ونيتروژن………………………57
2- 11- 2- 2- فرايند کشت نيمه پيوسته با خوراک دهي متغير منبع کربن ونيتروژن …………………….57
2-11-3- تعيين ضريب انتقال اکسيژن در بيوراکتور………………………………………………………………..57
2-12- توليد نانو کامپوزيت پلي هيدروکسي بوتيرات هيدروکسي والرات
/هيدروکسي اپتايت………………………………………………………………………………………………………….59
عنوان صفحه
فصل سوم- نتايج و بحث
3-1- ميکروارگانيسم Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034…………………………62
3-1- 1- بررسي شرايط فرايند بيولوژيکي………………………………………………………………………………62
3-1-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن……………………………………………………………………..63
3-1-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن …………………………………………………………………….65
3-1-3- استفاده ازآب پنير بعنوان تنها منبع کربن …………………………………………………………………….66
3- 2- ميکروارگانيسم Cupriavidus necator DSM 545………………………………………………68
3-2-1- بررسي شرايط فرايند بيولوژيکي ……………………………………………………………………………….68
3-2-1-2- بررسي تاثير نسبت نيتروژن به کربن ……………………………………………………………………….69
3-2-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن……………………………………………………………………..73
3-2-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن…………………………………………………………………….74
3-2-4- استفاده ازملاس بعنوان تنها منبع کربن………………………………………………………………………..75
3-2-5- تاثير استات بر رشد ميکروارگانيسم و توليد بيوپليمر……………………………………………………..77
3-2-5-1 -ترکيب ملاس و استات بعنوان منابع کربن……………………………………………………………….77
3-3- ميکروارگانيسم Azotobacter beijerinckii DSMZ 1041…………………………………..80
3-3-1- بررسي شرايط فرايند بيولوژيکي………………………………………………………………………………80
3-3-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن…………………………………………………………………….82
3-3-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن……………………………………………………………………83
3-3-4- استفاده ازآب پنير بعنوان تنها منبع کربن…………………………………………………………………….84
3-4- ميکروارگانيسم Azohydromonas lata DSMZ 1123…………………………85
عنوان صفحه
3-4-1- بررسي شرايط فرايند بيولوژيکي………………………………………………………………………………85
3-4-2- استفاده از گلوکز بعنوان تنها منبع کربن……………………………………………………………………87
3-4-3- استفاده ازفروکتوز بعنوان تنها منبع کربن …………………………………………………………………..88
3-4-4- استفاده ازآب پنير بعنوان تنها منبع کربن …………………………………………………………………..89
3-5- نتايج کلي مقايسه چهار ميکرو ارگانيسم در توليد بيوپليمر ……………………………………………….92
3-6- بررسي سينتيک رشد ميکروارگانيسم در توليد بيوپليمر……………………………………………………92
3-7- فرايند کشت غير پيوسته در بيوراکتور………………………………………………………………………….95
3-7-1- تعيين ضريب انتقال اکسيژن در بيوراکتور ………………………………………………………………..97
3-8- فرايند کشت نيمه پيوسته با خوراک دهي ثابت در بيوراکتور………………………………………….98
3-9- فرايند کشت نيمه پيوسته با خوراک دهي متغير (پله اي) در بيوراکتور……………………………….99
3-10- بازده بيومس ……………………………………………………………………………………………………..100
3-11- بهره دهي ………………………………………………………………………………………………………..102
3-12- بازده توليد ……………………………………………………………………………………………………….103
3- 13- آزمايشهاي تشخيصي جهت تاييد بيوپليمر توليد شده……………………………………………………105
3-13-1- طيف سنجي مادون قرمز (FT-IR) …………………………………………………………………….105
3-13-2- طيف سنجي رزونانس مغناطيسي هسته اي (NMR) ………………………………………………….106
3-14- بررسي امکان استفاده از بيوپليمر توليد شده در نانوکامپوزيتها………………………………………….108
عنوان صفحه
فصل چهارم-نتيجه گيري وپيشنهادات
4-1- نتيجه گيري……………………………………………………………………………………………………113
4-2- پيشنهادات……………………………………………………………………………………………………..116
مراجع …………………………………………………………………………………………………………………..117
چکيده انگليسي ……………………………………………………………………………………………………127
پيوستها…………………………………………………………………………………………………………………128
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 1-1-شماي ختار کلي پلي هيدروکسي آلکانوآتها…………………………………………………………………..8
شکل 1-2- ساختار شيميايي پليهيدروکسيآلکانواتها …………………………………………………………………12
شکل 1 -3- مسير بيوسنتز پليهيدروکسيبوتيرات و پليهيدروکسيبوتيرات – والرات………………………….14
شکل1-4- تغييرات موردي يک نمونه از مواد تخريب پذير زيستي در طول زمان…………………………………….. 22
شکل 1-5- شمائي از بيوراکتور استفاده شده جهت فرايند غير پيوسته و پيوسته …………………………………. 25
شکل 1-6- نمائي از فرايند پيوسته دو مرحله اي…………………………………………………………………………….26
شکل 1-7- مدل هاي رشد ميکروارگانيسم ها………………………………………………………………………………29
شکل 2-1- اندازه گيري مستقيم ميزان اکسيژن انتقال يافته به محيط کشت توسط روش ديناميک…………..58
شکل 3-1- تاثير سن تلقيح بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm ………………………………………………………………………………………………62
شکل 3-2- تاثير شدت هم زدن بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(T = 30°C،(seed age = 12 h ………………………………………………………………………………………………….63
شکل 3-3- تاثير دما بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(shaking rate =
250 rpm ، (seed age = 12…………………………………………………………………………………………….63
شکل 3-4 – بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا…….64
شکل 3- 5- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا…..65
عنوان صفحه
شکل 3-6 – بيوپليمر توليدشده (PHB,PHV) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف آب پنير……………….66
شکل 3-7 – تاثير سن تلقيح بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بولوژيکي(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm……………………………………………………………………………………………….68
شکل 3-8- تاثير شدت هم زدن بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي (T = 30°C،(seed age = 24………………………………………………………………………………………………………69
شکل 3-9- تاثير دما بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي(shaking rate = 250 rpm ، (seed age = 24………………………………………………………………………………………………….. 69
شکل 3-10- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 20) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر………………………71
شکل 3-11- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 30) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر………………………71
شکل 3-12- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز با نسبت کربن به نيتروژن 40 72
شکل 3-13- تاثير نسبت نيتروژن به کربن (1 به 50) بر روي رشد سلولي وتوليد بيوپليمر………………………73
شکل 3-14- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا….75
شکل 3-15- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ملاس به عنوان سوبسترا……76
شکل 3-16- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت
(35 به 5) به عنوان سوبسترا…………………………………………………………………………………………………….. 77
شکل 3-17- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات بانسبت
( 30 به10 ) به عنوان سوبسترا……………………………………………………………………………………………………78
عنوان صفحه
شکل 3-18- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت
(25 به 15) به عنوان سوبسترا…………………………………………………………………………….. ……………………..79
شکل 3-19- بيوپليمر توليدشده وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف ترکيب ملاس و استات با نسبت
(20 به 20) به عنوان سوبسترا……………………………………………………………………………………………………79
شکل 3-20- تاثير شدت هم زدن بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي
(T = 30°C،(seed age = 15 …………………………………………………………………………………………81
شکل 3-21- تاثير دما بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي
(shaking rate = 250 rpm ،(seed age =15h…………………………………………………………………81.
شکل 3-22- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا ……82
شکل 3-23- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا …83
شکل 3-24- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف آب پنير به عنوان سوبسترا ….85
شکل 3-25- تاثير سن تلقيح بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي
(T = 30°C، (shaking rate = 250 rpm………………………………………………………………………….86
شکل 3- 26- تاثير شدت هم زدن بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي
(T = 30°C،(seed age =18 …………………………………………………………………………………………….86
شکل 3- 27- تاثير دما بر روي رشد سلولي توليد بيوپليمردر شرايط فرايند بيولوژيکي
(shaking rate = 250 rpm ،(seed age =18 ………………………………………………………………….87
شکل 3-28- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف گلوکز به عنوان سوبسترا……88
عنوان صفحه
شکل 3- 29- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف فروکتوز به عنوان سوبسترا….89
شکل 3- 30- بيوپليمر توليدشده(PHB) وميزان رشد سلولي به ازاي مصرف آب پنير به عنوان سوبسترا …90
شکل 3-31- برازش مدل سينتيکي مونود در فرايند توليد پلي هيدروکسي بوتيرات ……………………………..94
شکل 3- 32- برازش مدل مالتوس بر روي داده هاي آزمايشگاهي حاصل از فرايند توليد بيوپليمر
توسط ……………………………………………………………………………………………………………..94C. necator
شکل 3-33 – توليد جرم سلولي وپلي هيدروکسي بوتيرات توسط C.necator در فرايند غير پيوسته…….96
شکل 3-34 – اندازه گيري ميزان اکسيژن انتقال يافته به محيط کشت بيوراکتور توسط روش ديناميک……97
شکل 3-35 – فرايند نيمه پيوسته توليد پلي هيدروکسي بوتيرات با خوراک دهي ثابت گلوکز ونيتروژن…98
شکل 3-36 – فرايند نيمه پيوسته توليد پلي هيدروکسي بوتيرات با خوراک متغير گلوکز ونيتروژن………100
شکل 3-37- طيف FT- IR از نمونه پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات توليد………………….105
شکل 3-38- طيف FT- IR از نمونه استاندارد تهيه شده پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات..106
شکل 3-39- طيف 1HNMR حاصل از کوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……….107
شکل 3-40- طيف 13CNMR حاصل از کوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……..108
شکل 3- 41- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات/ هيدروکسي والرات……………….109
شکل 3-42- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات هيدروکسي والرات/
هيدروکسي اپتايت ……………………………………………………………………………………………………………..110
شکل 3-43- تصوير SEM از سطح فيلم پلي هيدروکسي بوتيرات هيدروکسي والرات/
هيدروکسي اپتايت تحت اواتراسونيک……………………………………………………………………………………111
عنوان صفحه
شکل پ-1- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري C. necator………………………………………129
شكل پ-2- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Hydrogenophaga pseudoflava….129
شكل پ-3- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Azotobacter beijerinckii…………….130
شكل پ-4- منحني كاليبراسيون وزن خشك سلولي باکتري Azohydromonas lata …………………130
شكل پ-5- منحني کاليبراسيون گلوکز……………………………………………………………………………………..131
شكل پ-6- منحني کاليبراسيون فروکتوز……………………………………………………………………………………131
شكل پ- 7- منحني کاليبراسيون لاکتوز…………………………………………………………………………..132
شكل پ-8- منحني کاليبراسيون 3- متيلهيدروکسيبوتيرات، 3-متيلهيدروکسيوالرات و
3-متيل هيدروکسيهگزانوات………………………………………………………………………………………………….132
شکل پ 9- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 200 ………………………………………………….133
شکل پ 10- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 400 ………………………………………………..134
شکل پ 11- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 600 ………………………………………………..135
شکل پ 12- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 800 ………………………………………………..136
شکل پ 13- نمودار کروماتوگرام GC براي استاندارد ppm 1000 ………………………………………………137
شکل پ 14- طيف حاصل از FT-IR بيوپليمر پلي هيدروکسي بوتيرات/هيدروکسي والرات…………….138
شکل پ 15- طيف C NMR کوپليمر( پلي 3- هيدروکسي بوتيرات/ 4- هيدروکسي بوتيرات)
به دست آمده از فرايند رشدC. necator بر روي روغن نخل…………………………………………………….139
شکل پ 16- طيف C NMR بيوپليمر( پلي هيدروکسي بوتيرات به دست آمده از فرايند رشد
C. necator بر روي سوبستراهاي کيک سويا و مخلوط کيک سويا و ملاس………………………………140
شکل پ 17. طيفهايC NMR وH NMR کوپليمرPHBV به دست آمده از مخمر نوترکيب……..140
شکل پ 18 . طيف H NMR بيوپليمر( پلي هيدروکسي بوتيرات به دست آمده از فرايند رشد

E.coli T.V.N. ………………………………………………………………………………………………………………141
شکل پ 19. طيف H NMR کوپليمر PHBV به دست آمده از Comamonas sp. EB172 …..141
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- برخي از باکتريهاي مورد استفاده در توليد پليهيدروکسيآلکانواتها……………………………..9
جدول 1-2- ميکروارگانيسمها و منابع مورد استفاده در توليد کوپليمر هيدروکسيبوتيرات – والرات……..13
جدول1-3- مقايسه برخي از خواص فيزيکي پليمرهاي توليدي……………………………………………………….19
جدول 1-4- برخي از ميکروارگانيسمهاي جداسازي شده جهت تجزيه PHAs………………………………21
جدول1-5- تعدادي از متداول ترين مدل‌هاي رشد غير ساختاري……………………………………………………30
جدول 1-6- شرکتهاي توليدکننده پليمرهاي زيستتخريبپذير……………………………………………………..38
جدول 2-1- اجزاي محيط کشت توليد (DSMZ, Medium 81) ……………………………………………46

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

جدول 3- 1- نتايج حاصل از فرايند بيولوژيکي توليد بيوپليمر توسط ميکروارگانيسم ها بر روي
منابع مختلف کربني………………………………………………………………………………………………………………..91
جدول 3- 2- مدلهاي سينتيکي به کار برده شده براي توليدپلي هيدروکسي بوتيرات با استفاده از گلوکز..93
جدول 3-3- پارامترهاي سينتيکي جهت توليد پلي هيدروکسي بوتيرات از منابع کربني مختلف…………….95
جدول 3-4- حداکثر بازدهي توليد با استفاده از ترکيبات مختلف…………………………………………………..104

مقدمه
استفاده از پليمرها و پلاستيك ها در اغلب وسايل انسان از ريزترين آنها گرفته تا بزرگترين آنها انكار ناپذير است. دليل اين استفاده وافر پليمرها و پلاستيك ها در زندگي انسان خواص بسيار زياد آنها مي باشد. مصرف سرانه پلاستيك در اروپا 60 كيلوگرم و در آمريكا 80 كيلوگرم در سال است [1]. عليرغم فوايد فراوان پليمرها و پلاستيك ها، استفاده از آنها باعث معضلات زيست محيطي فراوان شده است و همين امر باعث شده است كه بشر به فكر توليد پليمرهاي زيست تخريب پذير و تخريب زيستي پليمرها و پلاستيك ها بيافتد.
مکانيسمهاي دروني و توانايي خود تنظيمي طبيعت نمي توانند اين آلاينده ها را تجزيه کنند چون با اين مواد نا آشنا هستند. اين امر موجب شده است بسياري از کشورها شروع به توسعه پلاستيک هاي قابل تجزيه زيستي کنند. بر اساس يک تخمين، بيش از 100 ميليون تن پلاستيک هر ساله توليد مي شوند. 40% از اين مقدار به محل هاي دفن زباله منتقل مي شود و چند صد هزار تن هر ساله به محيط هاي دريايي ريخته مي شوند و در مناطق اقيانوسي تجمع مي يابند. سوزاندن پلاستيک ها? يکي از گزينه ها در دفع پلاستيک ها مي باشد؛ اما علاوه بر پرهزينه بودن خطرناک نيز مي باشد[1-2].
پلاستيک هايي که کاملا تجزيه پذيرند، نسبتاٌ جديد و نويد دهنده اند که به خاطر بهره گيري از باکتريها براي تشکيل بيوپليمر مي باشد که عمدتاٌ شامل پلي هيدروکسي آلکانويت ها1، پلي لاکتيک اسيدها2، پلي استرهاي آليفاتيک3، پلي ساکاريدها4، و يا ترکيبي از اين مواد مي باشند[1].
1- انواع پليمرهاي زيست تخريب پذير
پليمرهاي زيست تخريب پذير زيادي شناسايي شده اند و يكي از مهمترين آنها پلي هيدروكسي آلكانوات ها مي باشد. استفاده از اين گروه پليمرهاي زيست تخريب پذير در كشاورزي و صنايع دارويي و غيره بسيار مورد توجه قرار گرفته است كه دليل آن سازگاري با محيط زيست و سامانه هاي حياتي مي باشد[2].
پلي هيدروكسي آلكانوات ها ،پليمرهاي زيست تخريب پذير هستند و به صورت ذرات درون سلولي در ميکروارگانيسم هاي مختلف تشکيل مي شوند[3]. وزن مولکولي اين پليمرها در محدوده 105*2 تا 106*3 دالتون مي باشد. وزن مولکولي بر حسب نوع ميکروارگانيسم و شرايط رشد تغيير مي کند[3].
يکي ازمهمترين پلي هيدروکسي آلکانوات ها، پلي هيدروكسي بوتيرات است. پلي هيدروكسي بوتيرات يك پليمر خطي از 3-هيدروكسي بوتيرات است و در اندازه هاي مختلفي از ذرات در داخل سلول موجود است. پلي هيدروكسي بوتيرات به عنوان يك منبع ذخيره انرژي و كربن براي ميكروارگانيزم مي باشد و تحت شرايطي مثل محدوديت نيتروژن، فسفر، اكسيژن، يون ها و غيره در داخل سلول تجمع مي يابد و با رفع اين محدوديت ها پلي هيدروكسي بوتيرات تجزيه مي شود. پلي هيدروكسي بوتيرات جامد به عنوان يك پلي استر ترموپلاستيك زيست تخريب پذير مورد توجه قرار گرفته است زيرا خواص شبيه به خواص تعداد زيادي از پلاستيك هاي سنتزي معمولي دارد[4-6].
2- ويژگيهاي پلي هيدروکسي آلکانوآتها
پلي هيدروكسي بوتيرات داراي خواص فيزيكي و شيميايي شبيه به پلي اتيلن و پلي پروپيلن است و مانند پلاستيكهاي معمولي در زمينه هاي متعددي قابل استفاده است. به عنوان مثال مي توان آن را قالب ريزي كرد، توسط پركن هاي غير آلي تقويت كرد، به صورت رشته هايي به هم تابيد يا به شكل ورق درآورد و داراي خواص آب بندي عالي است[7].
طي دو دهه اخير پلي‌هيدروكسي‌آلكانوات‌ها بطور وسيعي مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. آنها قابل تجزيه و سازگار با محيط‌زيست بوده و از منابع تجديد‌پذير قابل استحصال مي‌باشند. اين خواص، آنها را بعنوان جايگزيني مناسب براي پليمرهاي مشتق‌شده از مواد نفتي معرفي مي‌كند. بسياري از گونههاي ميکروارگانيسم که جزو اعضاي خانواده Halobactericeae ميباشند قادر به توليد پليهيدروکسيآلکانواتها ميباشند. تاکنون بيش 300 گونه از اين ميکروارگانيسمها شناسايي گرديده و تعداد آن مرتبا در حال افزايش ميباشد[8]. باکتريها قادر به سنتز طيف وسيعي از ترکيبات پليهيدروکسيآلکانوات هستند و تقريبا 150 ترکيب متفاوت از پليهيدروکسيآلکانواتها تاکنون شناسايي شده است. پليهيدروکسيآلکانواتها که از سلولهاي باکتريها گرفته ميشوند داراي ويژگيهاي مشابه با پلاستيکهاي متداول نظير پليپروپيلن ميباشند[9].. پلي‌هيدروكسي‌آلكانوات‌ها را برحسب نوع مونومر به دو دسته مي‌توان تقسيم نمود. دسته اول پليمرهايي با زنجيره كوتاه هستند كه داراي 3 تا 5 اتم كربن بوده و ترد و شكننده مي‌باشند. دسته دوم، پليمرهايي با زنجيره متوسط كه داراي 6 تا 14 اتم كربن بوده و داراي خاصيت الاستيكي مي‌باشند[10].
پليهيدروکسيآلکانواتها در فرايند بيولوژيکي هوازي و در محدوده دمايي C° 60 و رطوبت 55% به کمپوست تبديل ميگردند. مطالعات نشان داده است که در فرايند دفن بهداشتي5، 85 درصد پليهيدروکسيآلکانواتها تجزيه ميگردد. پليهيدروکسيآلکانواتهااز گستره وسيعي از مواد اوليه همچون منابع تجديد پذير (ساکاروز، نشاسته، سلولز) و منابع فسيلي (متان، نفت خام، ليگنيت)، محصولات فرعي (ملاس، آب پنير، گليسرول)، اسيدهاي آلي مثل (اسيد استيک، اسيد پروپيونيک و اسيد بوتيريک) و دي اکسيد کربن قابل استحصال ميباشند[11-12].
3- بيان مسئله
تنوع گسترده مونومرها در پليهيدروکسيآلکانواتها طيف وسيعي از پليمرها با خواص فيزيکي متفاوت ايجاد کرده است. پليهيدروکسيبوتيرات حالت ترد و شکننده داشته و داراي کاربرد بسيار کمي ميباشد. پليهيدروکسيآلکانواتهايي که داراي زنجيره متوسط هستند خاصيت الاستيکي داشته و موادي سخت محسوب ميشوند که براي توليد لاستيک بسيار مناسب ميباشند. کوپليمرهاي پليهيدروکسيآلکانوات شامل هيدروکسيبوتيرات به همراه زنجيرههاي بلندتر نظير هيدروکسي والرات، هيدروکسي هگزانوات يا هيدروکسي اوکتانوات بوده و داراي انعطافپذيري بيشتري بوده و دوام بالاتري دارند. اين ترکيبات قابليت مصرف در طيف وسيعي از توليدات نظير بطري، خودتراش، پوششهاي ضد آب و بستهبندي مواد غذايي را دارا هستند[13].
در اين تحقيق با استفاده از منابع کربني مختلف توانايي باکتريهاي Cupriavidus necator DSMZ 545، Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041 و Azohydromonas lata DSMZ 1123 و درنهايت Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034 در توليد بيوپليمر هيدروکسي مورد بررسي قرار گرفته است. از جمله سوالاتي که سبب شروع اين تحقيق گرديد:
1- ميزان توليد بيوپليمر توسط باکتريهاي مذکور بر روي منابع ارزان چگونه است؟
2- آيا باکتري هاي فوق توانايي توليد کوپليمر را دارا هستند؟
3- تاثير منابع مختلف کربن بر نوع و ميزان پليمر توليدي چه ميزان است؟
4- تاثير منابع فسفر و نيتروژن در توليد بيوپليمر به چه صورت است؟
5- کدام باکتري از ميان باکتريهاي مورد بررسي شرايط بهتري جهت توليد بيوپليمر دارد؟
6- مدل سينتيکي رشد وپارامترهاي سينتيک رشد چگونه مي باشند؟
7- فرايند هاي مذکور در فرمانتورهاي پيوسته و غير پيوسته به چه صورت قابل اجرا مي باشند؟
8- نرخ انتقال اکسيژن در فرايندهاي بيولوژيکي مذکور چگونه است؟
9- آيا امکان استفاده از بيوپليمر توليد شده جهت توليد نانوکامپوزيت پليمري وجود دارد؟
تحقيقات موجود نشان ميدهد که استفاده از منابع ساده در توليد پليهيدروکسيآلکانواتها سبب توليد تنها يکي از مونومرها شده و پليمر ترکيبي يا کوپليمر ايجاد نخواهد کرد، بنابراين ضروري است که منبع کربن بصورت مخلوط و ترکيبي يا از منابع داراي ترکيبات مختلف استفاده گردد.
4- اهداف تحقيق
تحقيق حاضر در زمينه بررسي امکان توليد مواد سازگار با محيطزيست جهت کاهش اثرات منفي پلاستيکهاي مشتقشده از نفت خام صورت گرفته است. همچنين در اين تحقيق از ضايعات ارزان قيمت جهت توليد بيوپليمر استفاده شده است که اين امر باعث کاهش آلودگي محيط زيست و همچنين کاهش قيمت تمام شده توليد بيوپليمر مي شود .بنابر اين توليد پليمر هاي زيست تخريب پذير ميتواند راهگشاي بسياري از صنايع کشور، از جمله صنايع پزشکي ،داروسازي و بستهبندي مواد غذايي باشد. در حال حاضر اينگونه مواد از کشورهاي ديگر تهيه ميگردد.
فصل اول
مروري بر مطالعات پيشين
در اين فصل به مروري بر منابع ميپردازيم که دربرگيرنده ميکروارگانيسمهاي مورد استفاده در توليد پليهيدروکسيآلکانواتها، منابع کربني مورد استفاده، استفاده از گياهان، منابع کربني ارزان قيمت و همينطور تغيير نسبت بين منابع کربن، نيتروژن ميباشد. در ادامه به ويژگيهاي فيزيکي، تخريبپذيري و همينطور استفادههاي صنعتي آنها پرداخته شده است.سپس انواع نانوکامپوزتهاي بيوپليمري مورد بررسي قرارگرفت و روشهاي توليد مختلف گزارش شده در تحقيقات انجام شده بررسي شد.
1-1- ميکروارگانيسمهاي توليدکننده پليهيدروکسيآلکانواتها
پليهيدروکسيآلکانواتها6 استرهاي هيدروکسيآلکانواتها هستند که توسط تعدادي از باکتريها بصورت ذخاير انرژي و کربن درون سلولي سنتز شده و بصورت گرانول در سيتوپلاسم سلولها تجمع مييابند[14]. پليهيدروکسيبوتيرات7 اولين عضو خانواده پليهيدروکسيآلکانواتها بوده که براي اولين بار در انستيتو پاستور توسط لمون8 در سيتوپلاسم Bacillus megaterium کشف و فرمول کلي آن به صورت n(C4H6O2) توصيف شد [9]. در سال 1943 براي اولين بار رابطه مستقيم توليد PHB و شکل گيري گرانول ها در جنس Bacillus مشاهده شد. گرانول ها، هر کدام توسط يک غشاء يا پوسته با ضخامت 2 تا 4 نانومتر احاطه شده اند و داراي پروتئين و فسفوليپيد مي باشند[15]. گرانول هاي PHB جدا شده کروي بوده و داراي قطري مابين200 تا 700 نانومتر هستند و هرکدام داراي چند هزار مولکول PHB مي باشند. در حقيقت PHB سردسته خانواده پلي استرهاي طبيعي مي باشد که داراي ساختار اصلي 3 کربنه هستند ولي نوع گروه آلکيل در جايگاه ? يا 3 متفاوت است. اين پليمرها بطور کلي پلي هيدروکسي آلکانويت9 ناميده مي شوند.مشاهده شده بود كه B. megaterium در هنگام رشد در محيط كشت با محدوديت نيتروژن مقدار زيادتري از PHB را ذخيره ميكند که نشان ميداد توليد PHB در پاسخ به شرايط نامتعادل جهت رشد حاصل ميشود [15]. شکل 1-1 ساختار کلي پلي هيدروکسي آلکانوآتها را نشان مي دهد.
H
O C (CH 2) n C
R O 100 – 30000
n = 1R = hydrogen?Poly(3-hydroxypropionate)
R = methyl?Poly(3-hydroxybutyrate)
R =ethyl?Poly(3-hydroxyvalerate)
R = propyl?Poly(3-hydroxyhexanoate)
R = pentyl?Poly(3-hydroxyoctanoate)
R = nonyl?Poly(3-hydroxydodecanoate)


پاسخی بگذارید