منابع پایان نامه ارشد درباره رگرسیون، فیزیولوژی، رشد جمعیت

دانلود پایان نامه ارشد

بهترین سوبسترای آلی برای رشد سلول و تولید محصول بود.

جدول ‏41: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با سوبستراهای آلی مختلف
میزان تبدیل
EtOH/Ac

q

YP/X
η

YP/S, th
YP/S, exp
YX/S

سوبسترا
69/88
03/1
39/0
69/47
46/83
6/2
17/2
46/45
فروکتوز
94/78
12/0
46/0
86/54
08/88
6/2
29/2
82/41
گلوکز
57/55
65/16
98/0
89/117
31/44
0/1
44/0
76/3
اتانول
70/61

11/0
52/13
42/7
0/1
07/0
62/5
استات

YX/S (گرم بر مول): بازده بیومس از سوبسترا، YP/S, exp (مول بر مول): بازده محصول تجربی، YP/S, th (مول بر مول): بازده محصول تئوری، η (%): راندمان تبدیل سوبسترا به محصول (η =YP/S, exp/YP/S, th)، YP/X (میلی مول بر گرم): بازده تولید محصول از بیومس، q (میلی مول برگرم بر ساعت): نرخ تولید ویژه، EtOH/Ac (مول بر مول): نسبت اتانول به استات

4-2-4 تاثیر غلظت فروکتوز
مطالعه تاثیر سوبستراهای آلی مختلف روی رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی نشان داد که فروکتوز می تواند محیط کشت غلیظی از سلولها را تولید کرده و همچنین مسیر متابولیکی باکتری را در حالت عدم رشد به سمت فاز سالونتوژنیک شیفت دهد. به منظور بررسی امکان افزایش تولید اتانول نسبت به استات در باکتری، غلظت فروکتوز در محیط کشت تغییر داده شد. بدین منظور از غلظتهای مختلف فروکتوز (1، 3، 5، 7، 9 و11 گرم بر لیتر) در محیط کشت استفاده شد و تاثیر آنها روی دانسیته محیط کشت و تولید محصول بررسی گردید.

4-2-4-1 رشد سلول
پروفایل رشد سلول با غلظتهای مختلف سوبسترا با مدل ولترا301 که برای پیش بینی رشد جمعیت در سیستم ناپیوسته به کار می رود توصیف گردید. این مدل می تواند فاز رشد و مرگ سلول را پیش بینی کند. در این مدل تولید و مرگ سلولها به عنوان تنها عواملی که می توانند جمعیت سلولی را در سیستم ناپیوسته تغییر دهند لحاظ می شوند [82]:
(4-8)

که در آن x0 غلظت اولیه سلول (گرم بر لیتر)،xm حداکثر دانسیته سلول (گرم بر لیتر)، µm حداکثر نرخ رشد ویژه (بر ساعت)،t مدت زمان انجام فرایند تخمیر (ساعت) وk ثابت رشد و یا کاهش سلول (بر ساعت) می باشند.
شکل 4-6 استفاده از مدل ولترا را برای یافته های آزمایشگاهی نشان می دهد. همان طور که در شکل دیده می شود، این مدل تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشته و ضریب رگرسیون بالایی (R2) در تمام غلظتها حاصل گردید. از نرم افزار SigmaPlot®11 برای محاسبه ضرایب معادله استفاده شد. پارامترهای کینتیکی و ضرایب این مدل در جدول 4-2 ارائه گردیده اند.

شکل ‏46: استفاده از مدل ولترا برای توصیف رشد سلول در غلظتهای مختلف فروکتوز
▲: 0/1، ■: 0/3، ♦: 0/5، ▼: 0/7، ×: 0/9، ●: 0/11 گرم بر لیتر و —: مدل ولترا

جدول ‏42: پارامترهای کینتیکی بر اساس مدل ولترا برای رشد لانگالی با غلظتهای مختلف فروکتوز
R2
k
(بر ساعت)
µm
(بر ساعت)
xm
(گرم بر لیتر)
x0
(گرم بر لیتر)
غلظت فروکتوز (گرم بر لیتر)
9418/0
0081/0
2930/0
5034/0
0163/0
1
9733/0
0094/0
2903/0
7499/0
0181/0
3
9986/0
0004/0-
3234/0
0655/1
0272/0
5
9786/0
0032/0
3542/0
0942/1
0217/0
7
9914/0
0013/0
3304/0
1114/1
0262/0
9
9888/0
0011/0
3234/0
1455/1
0256/0
11

ثابت k پارامتری مربوط به افزایش یا کاهش جمعیت سلولی است. در صورتی که رشد سلولی در اثر تولید محصولات جانبی سمی و یا کاهش مواد مغذی در محیط کشت روند نزولی پیدا کند مقدار k مثبت خواهد بود و در صورت افزایش جمعیت سلولی k مقادیر منفی اختیار خواهد کرد. مقادیر به دست آمده برای k در تمام غلظتها به جز 5 گرم در لیتر مثبت بود. این مساله نشان می دهد که در محدوده غلظت بررسی شده، به جز غلظت 5 گرم در لیتر، رشد سلولها پس از رسیدن به غلظت سلولی ماکزیمم کاهش یافت. فقط در غلظت 5 گرم در لیتر فروکتوز سلولها توانستند برای مدت زمان طولانی زنده بمانند. در غلظتهای پائین فروکتوز (1 و 3 گرم بر لیتر)، غلظت سلولی به صورت نمایی در 24 ساعت اول افزایش یافت و سپس با توجه به تمام شدن فروکتوز در محیط کشت به صورت قابل ماحظه ای کاهش پیدا کرد. پس از 24 ساعت، سلولها شروع به از بین رفتن302 کرده و تعداد سلولهای زنده احتمالا به دلیل غلظت کم سوبسترا در محیط کشت کاهش یافت. در غلظتهای بالای فروکتوز (7، 9 و 11 گرم بر لیتر) با وجود آنکه رشد سلولی تقویت شده و دانسیته سلولی بالایی در 18 ساعت حاصل گردید، اما یک دوره کاهشی کوتاه در دانسیته سلولی قبل از ورود به فاز سکون مشاهده گردید. حتی در غلظتهای بالای سوبسترا فعالیت متابولیکی سلولها کاهش پیدا کرد که این مساله احتمالا به کمبود مواد مغذی در محیط کشت مربوط می شد که نمی توانست سلولها را زنده نگه دارد. با وجود آنکه تنها 72 و 85% فروکتوز در غلظتهای 11 و 9 گرم در لیتر (در مقایسه با 91% در غلظت 5 گرم در لیتر) مصرف شده بود اما به نظر می رسد که ناکافی بودن سایر مواد مغذی در محیط کشت روی رشد سلولها تاثیر گذار بود. عموما، کمبود مواد مغذی در محیط کشت می تواند محدودیتهایی را در فعالیت متابولیکی سلول همچون نگهداری سلول، تولید آنزیم درون سلولی و تشکیل کوفاکتور ایجاد کند. چنین شرایطی موجب به وجود آمدن حالت عدم رشد در سلولها می گردد که در شیفت مسیر متابولیکی از فاز تولید اسید به فاز تولید حلال موثر بوده و برای استوژنها یک حسن محسوب می شود، اما چنانچه محیط کشت مقدار زیادی از سلولهای زنده را از دست بدهد و فعالیت متابولیکی پائینی داشته باشد، سلولها قادر به تولید آنزیمهای صحیح و یا استفاده از حاملهای الکترون برای مصرف سوبسترای کربنی یا سایر واسطه های متابولیکی نخواهند بود [93]. بنابراین، لازم است تا محیط کشت به صورت فعال و زنده نگه داشته شود چرا که هر کاستی در حیات سلولها روی میزان تولید تاثیرگذار خواهد بود.

4-2-4-2 تولید محصول
پروفایل شکل گیری استات در محیط کشت در غلظتهای مختلف فروکتوز در شکل 4-7 ارائه گردیده است. تولید استات در محیط کشت به موازات رشد نمایی سلول بوده و پس از آن به نقطه سکونی رسید که تولید استات متوقف گردید. بیشترین و کمترین میزان استات تولید شده 0/37 و 4/11 میلی مول در لیتر بود که به ترتیب با فروکتوز 0/11 و 0/1 گرم در لیتر حاصل شدند.

شکل ‏47: تولید استات در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز
▲: 0/1، ■: 0/3، ♦: 0/5، ▼: 0/7، ×: 0/9 و ●: 0/11 گرم بر لیتر
شکل 4-8 تولید اتانول توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز در محیط کشت را نشان می دهد. در غلظتهای پائین سوبسترا، مقدار کمی اتانول در محیط کشت تولید شد. در این حالت، مسیر متابولیکی سلولها نمی توانست از فاز استوژنیک به فاز سالونتوژنیک شیفت کند که این مساله احتمالا به فعالیت متابولیکی پائین سلولها مربوط می شد و قابلیت تولید303 کلی سلولها تحت تاثیر جمعیت و فعالیت کاهشی سلولها قرار گرفته بود. در غلظت 0/5 گرم بر لیتر فروکتوز، تولید اتانول به طور قابل ملاحظه ای از 5/12 میلی مول در لیتر در شروع فاز عدم رشد به 1/27 میلی مول در لیتر در انتهای فرایند تخمیر بهبود یافت. غلظت نسبتا بالایی از اتانول با سوبسترای 0/7 گرم بر لیتر در 24 ساعت حاصل گردید، اما پس از آنکه سلولها شروع به کاهش کردند تولید اتانول به میزان ثابتی رسید. در غلظتهای بالای فروکتوز (0/9 و 0/11 گرم بر لیتر) مقدار بسیار کمی اتانول در محیط کشت تولید شد که این مساله به عدم توانایی سلولها در تغییر از فاز استوژنیک به فاز سالونتوژنیک که شرط لازم برای تولید اتانول است مربوط می شد.

شکل ‏48: تولید اتانول در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز
▲: 0/1، ■: 0/3، ♦: 0/5، ▼: 0/7، ×: 0/9 و ●: 0/11 گرم بر لیتر

افت سطح فعالیت304 مساله شایعی در محیط کشت گونه های کلستریدیا305 می باشد که با روی دادن آن باکتری در آخرین مرحله از رشد نمایی خود نمی تواند به سمت فاز سالونتوژنیک شیفت کند. یکی از مکانیزمهای محتمل برای این مساله می تواند وقوع سقوط اسیدی306 باشد که یک حالت فیزیولوژیکی نامطلوب است. این پدیده اغلب در محیطهای کشت ناپیوسته و بدون کنترل pH روی می دهد که مقدار قابل توجهی اسید به جای حلال در محیط کشت تولید می گردد و محیط کشت توانایی خود را برای شیفت کردن به سمت فاز سالونتوژنیک از دست می دهد [117, 119, 120]. در خصوص آزمایشهایی که با غلظت بالای فروکتوز انجام شد احتمالا سقوط اسیدی عامل ممانعت کننده برای تولید الکل نبود چرا که تجمع اسید در محیط کشت خیلی زیاد نبود (5/34 و 16/33 میلی مول در لیتر اسید در غلظتهای 0/9 و 0/11 گرم در لیتر فروکتوز در 24 ساعت). با این حال، این غلظتها احتمالا می توانستند در پایان دادن زودهنگام به تولید اتانول نقش داشته باشند.
بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی با استفاده از غلظتهای مختلف فروکتوز در جدول 4-3 ارائه شده است. همچنین نسبت تولید اتانول به استات در غلظتهای مختلف سوبسترا در شکل 4-9 نشان داده است. نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از غلظتهای بالاتر یا پائین تر از 0/5 گرم در لیتر برای بهبود تولید اتانول نسبت به استات موثر نبود. در شرایط کمبود سوبسترا در محیط کشت یا غلظت بالای آن، رشد سلولی کاهش یافت و مسیر متابولیکی باکتری نمی توانست از فاز استوژنیک به فاز سالونتوژنیک شیفت پیدا کند.
جدول ‏43: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با غلظتهای مختلف فروکتوز
میزان تبدیل
EtOH/Ac

q

YP/X
η

YP/S, th
YP/S, exp
YX/S

غلظت فروکتوز
(گرم بر لیتر)
17/91
06/0
45/0
63/54
15/91
60/2
37/2
43/43
0/1
07/92
06/0
46/0
98/54
51/52
60/2
36/1
83/24
0/3
69/88
03/1
39/0
69/47
46/83
60/2
17/2
46/45
0/5
57/90
41/0
37/0
06/44
38/40
60/2
05/1
86/23
0/7
84/84
05/0
25/0
59/29
31/27
60/2
71/0
95/23
0/9
02/72
03/0
27/0
76/32
38/30
60/2
79/0
18/24
0/11

YX/S (گرم بر مول): بازده بیومس از سوبسترا، YP/S, exp (مول بر مول): بازده محصول تجربی، YP/S, th (مول بر مول): بازده محصول تئوری، η (%): راندمان تبدیل سوبسترا به محصول (η =YP/S, exp/YP/S, th)، YP/X (میلی مول بر گرم): بازده تولید محصول از بیومس، q (میلی مول برگرم بر ساعت): نرخ تولید ویژه، EtOH/Ac (مول بر مول): نسبت اتانول به استات

شکل ‏49: نسبت تولید اتانول به استات در باکتری لانگالی با استفاده از غلظتهای مختلف فروکتوز
▲: 0/1، ■: 0/3، ♦: 0/5، ▼: 0/7، ×: 0/9، ●: 0/11 گرم بر لیتر و __: رگرسیون

4-3 تاثیر همزمان عوامل کاهنده307 و pH
پائین آوردن پتانسیل کاهشی محیط رشد یکی از مراحل مهم در کشت ارگانیزمهای به شدت بی هوازی است. برای این منظور، از عوامل کاهنده به عنوان یکی از اجزای ضروری محیط کشت برای کم کردن پتانسیل کاهشی محیط و تغییر مسیر جریان الکترونها استفاده می گردد. برای مطالعه این موضوع، اثرات همزمان عوامل کاهنده (سدیم سولفید (67/1-0/0 میلی مول در لیتر) و/یا سیستئین اسیدی (07/5-54/2 میلی مول در لیتر)) و pH اولیه محیط کشت (9/5 یا 8/6) روی فرایند تخمیر گاز سنتز با استفاده از باکتری لانگالی بررسی گردید.

4-3-1 رشد سلول
پروفایل رشد سلولی برای محیطهای کشت مختلف که با عوامل کاهنده متفاوت کاهیده شدند در pH های اولیه 8/6 و 9/5 در شکلهای 4-10 الف و ب نشان داده شده اند. همان طور که قبلا اشاره شد برای تلقیح این محیطهای کشت از سلولهایی استفاده گردید که از بیوراکتور در حال کار با گاز سنتز برداشته شدند. این سلولها که به مصرف گاز سنتز عادت کرده بودند می توانستند از CO وH2/CO2 به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده کنند. به

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد درباره لانگالی، استیل-کوآنزیم، مول، متابولیکی Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره اکسیداسیون، بازدارندگی