بهینه‌سازی تثبیت آنزیم پکتیناز بر سیلیکا آئروژل و‌کاربرد آن در استخراج ترکیبات فنلی‌تفاله انگور
محورهای موضوعی : ریز پوشانی - نانو تکنولوژیاسماعیل فرامرزی آق گنبد 1 , لیلا امیرخانی 2 * , سید مهدی هدایت زاده 3 , فهیمه درخشانفرد 4
1 - دانشجوی دکتری،گروه مهندسی شیمی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران.
2 - استادیار،گروه مهندسی شیمی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران.
3 - استادیار،گروه مهندسی شیمی، واحد ایلخچی، دانشگاه آزاد اسلامی، ایلخچی، ایران.
4 - استادیار،گروه مهندسی شیمی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران.
کلید واژه:
چکیده مقاله :
یکی از کاربردهای تجاری آنزیم پکتیناز، پکتین زدایی و شفاف سازی آب میوه ها و استخراج ترکیبات فنلی از میوه ها است. تثبیت پکتیناز یکی از روشهای پایدارسازی آن است که امکان جداسازی آنزیم از واکنش و استفاده مجدد از آن را فراهم ساخته و در نتیجه هزینه استفادة آنزیم در صنعت را کاهش می دهد. در این تحقیق آنزیم پکتیناز حاصل از آسپرژیلوس نایجر بر روی سیلیکا آئروژل آبدوست به روش جذب سطحی تثبیت گردید. جذب سطحی شامل برهمکنش های هیدروژنی، آبگریز و وان‌دروالس بین حامل جامد و مولکول‌های جذب شونده هستند و به دلیل سادگی، باقی ماندن فعالیت کاتالیستی بالا و قابلیت استفادة مجدد حامل ها بعد از غیر فعال شدن آنزیم‌های تثبیت شده، پتانسیل اقتصادی بالاتری را در مقایسه با سایر روش های تثبیت دارد. پایه‌های سیلیکا آئروژل حاوی پکتیاز توسط آزمون های طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین خواص شدند. پارامترهای تاثیرگذار در تثبیت آنزیم (زمان تثبیت، نسبت آنزیم به پایه و pH) با استفاده از روش سطح پاسخ مطالعه و کاربرد آنزیم تثبیت شده در استخراج ترکیبات فنلی از تفاله انگور بررسی گردید. نتایج بدست آمده از آزمونهای تعیین خواص و اندازه‌گیری بازده تثبیت، نشان از تثبیت موثر آنزیم بر پایه سیلیکا آئروژل داشت. شرایط بهینه برای تثبیت، در pH معادل 5، نسبت آنزیم به پایه معادل 0/1 و زمان 89/2 دقیقه بدست آمد. بازده تثبیت در این شرایط 1/78 درصد بود. نتایج آزمایشگاهی و مدل‌سازی تفاوت معناداری با هم نداشتند که نشان از کفایت مدل بدست آمده داشت. میزان استخراج ترکیبات فنلی توسط آنزیم پکتیناز تثبیت شده بر پایه سیلیکا آئروژل از تفاله انگور، %78/7 و درصد گیرندگی رادیکال آزاد %55/7، نسبت به حالتی که تیمار آنزیمی انجام نگرفت، افزایش یافت.
One of the commercial applications of the pectinase enzyme is pectinization and clarification of fruit juices and extraction of phenolic compounds from the fruits. Pectinase immobilization is one of the stabilization methods that makes it possible to separate the enzyme from the reaction and reuse it, thus reducing the cost of using the enzyme in the industry. In this study, the pectinase enzyme from Aspergillus niger was immobilized on hydrophilic silica aerogel by the adsorption method. Adsorption involves hydrogen, hydrophobic, and van der Waals interactions between solid carriers and adsorbed molecules, and due to their simplicity, high catalytic activity, and reusability of carriers after inactivation of immobilized enzymes, has higher economic potential, compared to other immobilization methods. Properties of silica aerogel containing pectinase were determined by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) analysis. Effective parameters in enzyme immobilization (immobilization time, enzyme to support ratio, and pH) were studied using the Response Surface Methodology (RSM) and the application of immobilized enzyme in the extraction of phenolic compounds from the grape pomace was investigated. Results obtained from properties analysis and measurement of immobilization efficiency showed effective immobilization of the enzyme on the silica aerogel supports. Optimal conditions for immobilization were obtained at pH 5, enzyme to support ratio of 0.1, and time of 89.2 minutes. The immobilization efficiency in these conditions was 78.1%. Experimental results and modeling were not significantly different, which showed the adequacy of the model. Extraction of phenolic compounds from the grape pomace by pectinase immobilized on silica aerogel supports, increased by 78.7% and free radical scavenging by 55.7%, compared to the case without enzymatic treatment.