دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس فائقه اسلامی‌پور ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ،بیست و نهم اردیبهشت ماه 1395 ، از رساله خود با عنوان « تثبیت یک آنزیم هیدرولیز کننده بر نانوذرات مغناطیسی » با راهنمایی دکتر پریسا حجازی دفاع نمودند.

چکیده

تثبیت آنزیم به عنوان راهی برای غلبه بر چالش‌های موجود در استفاده از آنزیم‌ها در مقیاس صنعتی مورد توجه محققان قرار گرفته است. علی‌‌رغم مطالعات بسیار انجام شده در حوزه تثبیت آنزیم، همچنان خلاء‌های تحقیقاتی زیادی در راستای افزایش عملکرد آنزیم تثبیت شده و امکان استفاده در مقیاس صنعتی وجود دارد. در این تحقیق تثبیت کووالانسی آنزیم آلفا-آمیلاز بر روی نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است. دو دسته از نانوذرات با و بدون پوشش سیلیکایی، با استفاده از گروه­های عاملی آمینی اصلاح سطح شدند و نانوذرات اصلاح شده با غلظت­های مختلف گلوتارآلدهید فعالسازی شدند. از آنجایی­که حامل‌های فعال شده با گلوتارآلدهید در قدرت‌های یونی­ مختلف به روش‌های مختلف جذب فیزیکی (جذب آبگریز و تعویض یون) و شیمیایی (کووالانسی) می‌توانند وارد فرآیند تثبیت آنزیم شوند، لذا میزان تثبیت آمیلاز و فعالیت آنزیم تثبیت شده در سه قدرت یونی پایین، متوسط و بالای محلول مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نوع پیوند تشکیل­شده بین آنزیم و حامل با استفاده از تعیین میزان رهایش آنزیم در محیط‌های مختلف و همچنین بررسی سینتیک جذب و تست FTIR مشخص گردید. براساس نتایج بدست آمده در اکثر موارد، مکانیسم اولیه غالب در تثبیت آمیلاز بر روی نانوذرات مغناطیسی فعال شده با گلوتارآلدهید از نوع جذب فیزیکی است که پس از آن پیوند کووالانسی بین آنزیم و حامل تشکیل می‌شود. میزان تثبیت آمیلاز و فعالیت آن در مورد نانوذرات مغناطیسی با پوشش اولیه سیلیسی اندکی بیشتر از نانوذرات بدون این پوشش است و در مورد هر دو نوع نانوذره، فعالسازی با مقدار کم گلوتارآلدهید (۵/0%) و قدرت یونی پایین ( mM5 بافر فسفات سیترات) نتایج بهتری نشان می‌دهد. پس از آن اثر عوامل موثر بر تثبیت از جمله، غلظت اولیه آنزیم، غلظت گلوتارآلدهید، زمان تثبیت، pH و قدرت یونی محیط تثبیت با استفاده از روش CCD مورد بررسی قرار گرفت. همچنین دو پاسخ مقدار آنزیم تثبیت شده و فعالیت آن بطور همزمان با استفاده از تابع مطلوبیت مورد مطالعه واقع شد. مقدار بهینه بارگذاری و فعالیت آنزیم تثبیت شده به ترتیب mg/g_MNP 41/556 و U/mg 83/24 در غلظت اولیه‌ی آنزیم برابر با ppm 86/999، مقدار pH 6/4، غلظت گلوتارآلدهید 59/0%، قدرت یونی mM 99/99 و زمان h 4 ساعت بدست آمد. مطالعه پارامترهای سینتیکی و استحکام آنزیم در شرایط آزمایشگاهی و شرایط نزدیک به شرایط عملیاتی صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که عملکرد آنزیم تثبیت شده نسبت به آنزیم آزاد به‌ طور قابل توجهی در دو حالت صنعتی و آزمایشگاهی افزایش یافته است. ماندگاری و استفاده مجدد بیوکاتالیست تثبیت شده به ترتیب حدود 50 و 40 درصد فعالیت اولیه آنزیم پس از 12 روز و 6 سیکل در شرایط غلظت پایین بدست آمد. در بررسی شرایط نزدیک به صنعتی نیز آنزیم تثبیت شده پس از 6 سیکل تنها 40 درصد افت عملکرد نشان داد.

واژه‌‌های کلیدی: آنزیم آلفا - آمیلاز، تثبیت کووالانسی، نانوذرات مغناطیسی، روش CCD، تابع مطلوبیت