1-10- مدل سینتیکی رشد میکروارگانیسم…………………………………………………..28
1-10-1- بررسی سینتیک رشد در فرایند غیر پیوسته……………………………………….31
1  -11- تعیین ضریب انتقال اکسیژن  دربیوراکتور………………………………………………33
1-11-1- روشهای اندازه گیری  ………………………………………………………………….33
1-12- استفاده پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در صنایع ………………………………………………36
1-13- کاربرد بیوپلیمر ها در نانوکامپوزیتهای پلیمری…………………………………………39
1-13-1-  انواع نانوکامپوزیتهای پلیمری ………………………………………………………..39
1-13-2- روش های ساخت نانوکامپوزیتهای پلیمری …………………………………………41
فصل دوم- مواد و روش ها
2-1- میکروارگانیسم………………………………………………………………………………45
2-2- انتقال میکروارگانیسم از حالت یخ خشک به محیط كشت اولیه………………………47
2-3- محیط نگهداری……………………………………………………………………………….47
2-4- محیط کشت تلقیح…………………………………………………………………………48
2-5- محیط کشت تخمیر………………………………………………………………………….48
2-6- آماده سازی کشت تلقیح………………………………………………………………….49
2-7- شرایط تخمیر ونمونه برداری……………………………………………………………….49
2-8-  تهیه منحنی كالیبراسیون وزن خشك سلولی- جذب……………………………..50
2-9-  تهیه منحنی­های كالیبراسیون جهت تعیین مقادیر منابع کربن……………………….51
2-9-1-  طرز تهیه محلول معرف DNS……………………………………………………..
2-9-2- رسم منحنی كالیبراسیون قندهای قابل تبدیل…………………………………….51
2-10- شرایط کروماتوگراف­گازی برای اندازه­گیری پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها…………………52
2-10-1- تهیه استاندارد داخلی……………………………………………………………….53
2-10-2- تهیه منحنی­های کالیبراسیون متیل­هیدروکسی­بوتیرات، متیل هیدروکسی­والرات  و متیل­ هیدروکسی­ هگزانوات…53
2-10-3- استخراج بیوپلیمر و آماده سازی نمونه برای تزریق به دستگاه GC…………..
2-10-4- روش شناسائی و تایید بیوپلیمر توسط 13C NMR،1H NMR ،. FT-IR……….
2-10-4-1- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) ……………………………………………55
2-10-4-2- طیف بینی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ……………………..55
2-11- فرایند بیولوژیکی جهت تولید بیوپلیمر درون سلولی در بیوراکتور………………56
2-11-1- فرایند کشت غیرپیوسته………………………………………………………….56
2-11-2- فرایندکشت نیمه پیوسته………………………………………………………….56
2- 11- 2- 1- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی ثابت منبع کربن ونیتروژن……57
2- 11- 2- 2- فرایند کشت نیمه پیوسته با خوراک دهی متغیر  منبع کربن ونیتروژن…..57
2-11-3- تعیین ضریب انتقال اکسیژن در بیوراکتور………………………………………..57
2-12- تولید نانو کامپوزیت پلی هیدروکسی بوتیرات هیدروکسی والرات /هیدروکسی اپتایت…59
فصل سوم- نتایج و بحث
3-1- میکروارگانیسم Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034………………….
3-1- 1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی………………………………………………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 پنیر بعنوان تنها منبع کربن ……………………………………..66
3- 2- میکروارگانیسم  Cupriavidus necator DSM 545…………………………..
3-2-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی ……………………………………………….68
3-2-1-2- بررسی تاثیر نسبت نیتروژن 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- تاثیر استات بر رشد میکروارگانیسم و تولید بیوپلیمر………………………..77
3-2-5-1 -ترکیب ملاس و استات بعنوان منابع کربن……………………………………..77
3-3- میکروارگانیسم  Azotobacter beijerinckii DSMZ 1041………………………..
3-3-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی…………………………………………………..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 پنیر بعنوان تنها منبع کربن…………………………………………..84
3-4- میکروارگانیسم Azohydromonas lata DSMZ 1123………………………………….
3-4-1- بررسی شرایط فرایند بیولوژیکی………………………………………………………..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 پنیر بعنوان تنها منبع کربن ………………………………………….89
3-5- نتایج کلی مقایسه چهار میکرو ارگانیسم در تولید بیوپلیمر ………………………….92
3-6- بررسی سینتیک رشد میکروارگانیسم در تولید بیوپلیمر…………………………..92
3-7- فرایند کشت غیر پیوسته در بیوراکتور…………………………………………………95
3-7-1- تعیین ضریب انتقال اکسیژن در بیوراکتور …………………………………………97
3-8- فرایند کشت نیمه پیوسته  با خوراک دهی ثابت در بیوراکتور……………………..98
3-9- فرایند کشت نیمه پیوسته  با خوراک دهی متغیر (پله ای) در بیوراکتور………….99
3-10- بازده بیومس …………………………………………………………………………..100
3-11- بهره دهی …………………………………………………………………………….102
3-12- بازده تولید ……………………………………………………………………………..103
3- 13- آزمایشهای تشخیصی جهت تایید بیوپلیمر تولید شده………………………105
3-13-1- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) ………………………………………………..105
3-13-2- طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ………………………….106
3-14- بررسی امکان استفاده از بیوپلیمر تولید شده در نانوکامپوزیتها………………..108
فصل چهارم-نتیجه گیری وپیشنهادات
4-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………………….113
4-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………116
مراجع …………………………………………………………………………………………117
چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………..127
پیوستها………………………………………………………………………………………….128
چکیده:
هدف از انجام این مطالعه تولید بیوپلیمر پلی­هیدروکسی­ آلکانوآتها با استفاده از منابع کربنی گلوکز، فروکتوز، ملاس و آب پنیر توسط میکرو ارگانیسم های   Azohydromonas lata  DSMZ 1123، Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041 ، Cupriavidus necator DSMZ 545، Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034  بوده است. در مرحله نخست جهت غربالگری میکروارگانیسم ها وانتخاب میکرو ارگانیسم هدف برای تولید بیوپلیمر، شرایط مناسب دما، سن تلقیح و شدت هم زدن برای هر میکروارگانیسم مشخص گردید. در شرایط بهینه هر یک از منابع کربنی به تنهایی مورد استفاده قرار گرفتند تا نوع و میزان بیوپلیمر تولیدی توسط هر یک تعیین گردد.  با توجه به نتایج به دست آمده C. necator  به لحاظ دارا بودن شرایط مطلوب (رشد مناسب وموثر بر روی محیطهای مورد نظر،ثبات  فعالیت بیولوژیکی نسبت به سایر میکروارگانیسم های مورد بررسی وبازده تولید قابل ملاحظه بیوپلیمر  ) به عنوان میکروارگانیسم مناسب جهت ادامه تحقیق انتخاب شد . در فرایند غیر پیوسته تولید بیوپلیمر در فلاسک با استفاده از C. necator  بر روی منابع گلوکز، فروکتوز و ملاس ، میزان تولید بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات به ترتیب 3/3 ، 9/5 ، 3/1 گرم بر لیتر ومیزان بهره دهی بهترتیب 07/0 ، 08/0 ، 03/0 گرم بر لیتر بر ساعت بوده است . علاوه براین از استات ( استات سدیم با غلظت بهینه 10 گرم بر لیتر ) به عنوان مکمل منبع کربنی به همراه ملاس جهت تولید بیوپلیمر استفاده شد که منجر به تولید میزان 2/7 گرم برلیتر کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات شد. از کوپلیمر تولید شده میزان پلی هیدروکسی بوتیرات و پلی هیدروکسی والرات به ترتیب 9/6 و 32/0 گرم بر لیتر بود. در مرحله دوم با بررسی سینتیک رشد در فرایند غیر پیوسته وپیش بینی روند رشد و تولید محصول، فرایند غیر پیوسته و نیمه پیوسته در بیوراکتور جهت تولید بیوپلیمر مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا در فرایند غیر پیوسته بر روی گلوکز،  میزان پلی هیدروکسی بوتیرات 2/4 گرم بر لیتر به ازای مصرف 16 گرم بر لیتر منبع کربنی بود و ضریب انتقال  اکسیژن 16/0 بر ثانیه وشدت رشد ویژه میکروارگانیسم 17/0 بر ساعت به دست آمد. سپس فرایند نیمه پیوسته با استفاده از دو روش خوراک دهی ثابت و متغیر پله ای منبع کربن و نیتروژن در غلظتهای 300 و 10 گرم بر لیتر بررسی شد. میزان تولید پلی هیدروکسی بوتیرات در خوراک دهی ثابت 2/8 گرم بر لیتر و در خوراک دهی متغیر 8/11 گرم بر لیتر به دست آمد که  حدود 40 درصد افزایش یافت . میزان بهره دهی فرایند های غیر پیوسته و نیمه پیوسته با خوراک دهی ثابت و متغیر به ترتیب 04/0 ، 085/0 ، 137/0 گرم بر لیتر بر ساعت بود. در مرحله سوم امکان تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری با استفاده از بیوپلیمر تولید شده مورد بررسی قرار گرفت . با استفاده از روش تثبیت در حلال ، محلول کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات  در کلروفرم به همراه نانوذرات هیدروکسی اپتایت قرار گرفت.نتایج حاکی از آن بود که تولید نانوکامپوزت با استفاده از اولتراسونیک نتیجه بهتری در بر داشت و نانوذرات بصورت یکنواخت بر روی سطح بیوپلیمر تثبیت گشتند.
مقدمه:
 استفاده از پلیمرها و پلاستیك ها در اغلب وسایل انسان از ریزترین آنها گرفته تا بزرگترین آنها انكار ناپذیر است. دلیل این استفاده وافر پلیمرها و پلاستیك ها در زندگی  انسان خواص بسیار زیاد آنها می باشد. مصرف سرانه پلاستیك در اروپا 60 كیلوگرم و در آمریكا 80 كیلوگرم در سال است [1]. علیرغم فواید فراوان پلیمرها و پلاستیك ها، استفاده از آنها باعث معضلات زیست محیطی فراوان شده است و همین امر باعث شده است كه بشر به فكر تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تخریب زیستی پلیمرها و پلاستیك ها بیافتد.

مکانیسمهای درونی و توانایی خود تنظیمی طبیعت نمی توانند این آلاینده ها را تجزیه کنند چون با این مواد نا آشنا هستند. این امر موجب شده است بسیاری از کشورها شروع به توسعه پلاستیک های قابل تجزیه زیستی کنند. بر اساس یک تخمین، بیش از 100 میلیون تن پلاستیک هر ساله تولید می شوند. 40% از این مقدار به محل های 

این مطلب را هم بخوانید :

دفن زباله منتقل می شود و چند صد هزار تن هر ساله به محیط های دریایی ریخته می شوند و در مناطق اقیانوسی تجمع می یابند. سوزاندن پلاستیک ها  یکی از گزینه ها در دفع پلاستیک ها می باشد؛ اما علاوه بر پرهزینه بودن خطرناک نیز می باشد[1-2].

پلاستیک هایی که کاملا تجزیه پذیرند، نسبتاٌ جدید و نوید دهنده اند که به خاطر بهره گیری از باکتریها برای تشکیل بیوپلیمر می باشد که عمدتاٌ شامل پلی هیدروکسی آلکانویت ها[1]، پلی لاکتیک اسیدها[2]، پلی استرهای آلیفاتیک[3]، پلی ساکاریدها[4]،  و یا ترکیبی از این مواد می باشند[1].
1- انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی شناسایی شده اند و یكی از مهمترین آنها پلی هیدروكسی آلكانوات ها می باشد. استفاده از این گروه پلیمرهای زیست تخریب پذیر در كشاورزی و صنایع دارویی و غیره بسیار مورد توجه قرار گرفته است كه دلیل آن سازگاری با محیط زیست و سامانه های حیاتی می باشد[2].
پلی هیدروكسی آلكانوات ها ،پلیمرهای زیست تخریب پذیر هستند و به صورت ذرات درون سلولی در میکروارگانیسم های مختلف تشکیل می شوند[3]. وزن مولکولی این پلیمرها در محدوده 105*2 تا  106*3 دالتون می باشد. وزن مولکولی بر حسب نوع میکروارگانیسم و شرایط رشد تغییر می کند[3].
یکی ازمهمترین پلی هیدروکسی آلکانوات ها، پلی هیدروكسی بوتیرات است. پلی هیدروكسی بوتیرات یك پلیمر خطی از 3-هیدروكسی بوتیرات است و در اندازه های مختلفی از ذرات در داخل سلول موجود است. پلی هیدروكسی بوتیرات به عنوان یك منبع ذخیره انرژی و كربن برای میكروارگانیزم می باشد و تحت شرایطی مثل محدودیت نیتروژن، فسفر، اكسیژن، یون ها و غیره در داخل سلول تجمع می یابد و با رفع این محدودیت ها پلی هیدروكسی بوتیرات تجزیه می شود. پلی هیدروكسی بوتیرات جامد به عنوان یك پلی استر ترموپلاستیك زیست تخریب پذیر مورد توجه قرار گرفته است زیرا خواص شبیه به خواص تعداد زیادی از پلاستیك های سنتزی معمولی دارد[4-6].