مقاله بهینه سازی فرایند تولید اسید سیتریک از تفاله سیب با استفاده از قارچ آسپرژیلوس نایجر در تخمیر حالت جامد و روش آماری طرح های عامل

این یک مقاله ای با عنوان بهینه سازی فرایند تولید اسید سیتریک از تفاله سیب با استفاده از قارچ آسپرژیلوس نایجر در تخمیر حالت جامد و روش آماری طرح های عامل است که در۱۰ صفحه برای دانلود منتشر شده است.

چکیده

اسید سیتریک از جمله اسیدهای آلی است که دارای مصارف متعددی در صنایع غذایی (شیرینی و نوشابه‌سازی)، دارویی، لوازم آرایشی بهداشتی، حذف جرم و رنگ و سایر صنایع می‌باشد که به دلیل غیرسمی بودن و قدرت اسیدی مناسب هر سال بر میزان مصرف آن افزوده می­شود. از محلول اسید سیتریک در تمیز کردن بویلرها و تجهیزات صنعتی نیز استفاده می‌شود. در این تحقیق بهینه سازی فرایند تولید اسید سیتریک توسط قارچ رشته ای آسپرژیلوس نایجر بر روی سوبسترای تفاله سیب انجام شد. تاثیر چهار عامل کلیدی سرعت هوادهی، ارتفاع بستر، اندازه ذرات و رطوبت نسبی هریک در سه سطح به منظور رسیدن به مقدار بیشینه اسیدسیتریک مورد ارزیابی قرار گرفت. طراحی آزمایشات بهینه توسط نرم افزار Qualitek-4 و با تکیه بر روش آماری کسری از فاکتوریل کامل انجام گردید. بر این اسا تعداد ۹ آزمایش توسط نرم افزار پیشنهاد شد که با تولید ۱۲۴ گرم اسید سیتریک به ازای هر کیلوگرم تفاله سیب، بازده ۸۰% به دست آمد. تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان داد که بیشترین مقدار اسید سیتریک در شرایطی به دست خواهد آمد که سرعت هوادهی برابر با ۱ لیتر در دقیقه، ارتفاع بستر ۱۰ سانتی متر، اندازه ذرات سوبسترای جامد برابر با مش ۱۶-۳۰ و رطوبت نسبی بستر کشت جامد ۷۸% باشد. نتایج حاصل از آنالیز واریانس داده­ها نشان داده که نرخ هوادهی و اندازه ذرات مهمترین عوامل تاثیرگذار بر پاسخ بوده اند که در این بین نرخ هوادهی به عنوان مهم ترین عامل تاثیرگذار مطرح می­باشد. تطابق حاصل مابین نتایج آزمایشگاهی و نتایج تئوری پیش بینی شده توسط مدل نیز قابل قبول بوده است.

کلمات کلیدی: اسید سیتریک، آسپرژیلوس نایجر، تفاله سیب، کشت حالت جامد، روش آماری طرح های عامل

مقدمه

اسید سیتریک جزء طبیعی و متابولیت مشترک گیاهان و حیوانات است و به صورت خیلی  گسترده در صنایع غذایی، نوشیدنی و دارویی و غیره استفاده می‌شود. به علت دارا بودن گروههای عاملی مختلف و قابلیت زیست تخریب پذیری، اسید سیتریک و نمک های آن کاربردهای صنعتی خیلی زیاد در زمینه‌های مختلف دارند. برای تولید اسید استیک از سوبستراهای مختلف استفاده می­شود. برای تهیه اسید استیک تا حد امکان تلاش می­شود تا ضایعات گیاهی و میوه برای تولید آن استفاده شود.

اسید سیتریک متابولیت چرخه کربس است. در طی این چرخه کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین‌ها به دی اکسید کربن و آب تبدیل می‌شوند. چرخه کربس را می توان طوری هدایت کرد که در آن تولید اسید سیتریک به بیشترین مقدار خود برسد. این موضوع اساس فرآیندهای تخمیری تولید اسید سیتریک را تشکیل می دهد. از نکات مورد توجه در چرخه کربن سرعت تولید سیترات است که کاملاً به آدنوزین تری فسفات وابسته است. گزارشات حاکی از آن است که آدنوزین تری فسفات یک مهار کننده آلوستریکی برای سیترات سنتتاز است و با کاهش درجه اشباعیت آنزیم در نهایت باعث کاهش تولید سیترات می شود. اسید سیتریک در چرخه کربس توسط آنزیم اکونیتاز به ایزوسیترات مبدل می‌شود. در طی تولید و تجمع اسید سیتریک، اکونیتاز هیچگونه فعالیتی را نشان نمی‌دهد. مهار آنزیم اکونیتاز، تولید اسید را تا ۹۵% افزایش می دهد. اکونیتاز دارای یک اتم آهن است که به چهار گوگرد در سیتئین پیوند برقرار نموده است. به این ساختار کمپکس گروههای پروتئینی آهن- گوگرد نیز می گویند. اکونیتاز ابتدا با هیدراته و سپس دهیدراته کردن سیترات باعث تعویض هیدروژن و هیدروکسیل بین کربن‌های ۲ و ۳ شده و سیترات را نهایتاً به ایزوسیترات تبدیل می کند و در نتیجه باعث کاهش سیترات کل می شود. مقادیر بسیار کم پراکسید هیدروژن، آهن و مس، آنزیم اکونیتاز را مهار و باعث افزایش تولید می‌شوند. از اثرات مستقیم بر روی تولید اسید ستیریک، عمل آنزیمهای ایزوسیترات دهیدروژ ناز و ایزوسیترات لیاز است که باعث شکسته شدن ایزوسیرات شده و تعادل آنرا از سمت سیترات به ایزوسیترات پیش می برند و در واقع اکونیتاز را تقویت و فعالت می کنند. مطالعات نشان می دهند که فروسیانید، اسید ستیریک، آدنوزین تری فسفات و نیکوتین آمید دی نوکلئوتید هیدروژن باعث مهار آنزیمهای فوق شده و در نهایت باعث افزایش تولید اسید می‌شوند ولی نیکوتین آمید دی نوکلئوتید فسفات و نیکوتین آمید دی نوکلئوتید و آدنوزین دی فسفات باعث تحریک این آنزیمها شده و باعث کاهش تولید می شوند. از اثرات غیر مستقیم آنزیم های دیگر فعالیت پیرووات کربوکسیلاز است که پیروات را به اگزالواستات، یعنی ترکیب اصلی در تولید اسید تبدیل می‌کند. این آنزیم بسیار مهم بوده و معلوم شده است که آسپارتات باعث مهار این آنزیم و در نهایت باعث کاهش تولید اسید سیتریک می ‌شود. از آنجایی که اسید سیتریک از طریق ترکیب استیل کوانزیم A و اگزالواستیک اسید تحت تأثیر سیترات سنتتاز ساخته می‌شود و اگزالواستات در چرخه اسید سیتریک (کربس) ساخته می‌شود، هنگامی که اسید سیتریک تجمع یافته و غلظتش زیاد می شود، این چرخه با شدتهای متفاوتی محدود یا بسته می‌شود. بنابراین برای فراهم کردن اگزالواستات به یک سری واکنش نیازمندیم که به نام واکنشهای آناپلروتیک معروفند. اولین و کلیدی‌ترین آنزیم در این چرخه، آنزیم پیروات کربوکسیلاز است و همانگونه که قبلاً ذکر شد، پیروات و دی اکسید کربن را به اگزالواستات ، فسفات معدنی و آدنوزین دی فسفات تبدیل می کند.

ادامه ی متن در فایل اصلی

در صورت بروز مشکل در دانلود مقاله ی بهینه سازی فرایند تولید اسید سیتریک از تفاله سیب با استفاده از قارچ آسپرژیلوس نایجر در تخمیر حالت جامد و روش آماری طرح های عامل با پشتیبانی تماس بگیرید.