1-10-2- تثبیت از طریق فعل و انفعالات یونی…………………………………………………………………………………………..13

1-10-3- تثبیت با اتصالات کوالانسی………………………………………………………………………………………………………….14

1-10-4- تثبیت بوسیله اتصال عرضی آنزیم ها …………………………………………………………………………………………15

1-10-5- تثبیت بوسیله به دام انداختن در یک ژل پلیمری یا کپسول …………………………………………………….15

1-11- کپسوله کردن آنزیم و روش محصور کردن …………………………………………………………………………………… 16

1-11-1- مزیت های تثبیت آنزیم در میکروکپسول ها ……………………………………………………………………………..16

1-11-2- تکنولوژی انکپسوله کردن برای کاربردهای غذایی …………………………………………………………………….17

1-12- اتلاف فعالیت آنزیم های تثبیت شده و ویژگی های آن ها …………………………………………………………… 18

1-13- تکنولوژی نوین آنزیم برای کاربردهای غذایی ………………………………………………………………………………….19

1-14- هیدرولیز لاکتوز و مزایای هیدرولیز لاکتوز شیر ………………………………………………………………………….. 20

1-15- هیدرولیز لاکتوز آب پنیر ………………………………………………………………………………………………………………..21

1-16- کاربردهای بالقوه آب پنیر هیدرولیز شده  …………………………………………………………………………………….21

1-18- کاربردهای تثبیت آنزیم لاکتازدر صنعت فرآوری موادغذایی …………………………………………………………21

1-19- ویژگی های آنزیم لاکتاز حاصل از منابع مختلف …………………………………………………………………………..23

1-20- فاکتورهای موثر در هزینه فرآیند تثبیت ………………………………………………………………………………………..25

2- مواد و روش ها ………………………………………………………………………………………………………………………………………26

2-1- طرح آزمایش و تجزیه و تحلیل آماری  …………………………………………………………………………………………….27

2-2- مواد شیمیایی و تجهیزات مورد استفاده در آزمایش ها ……………………………………………………………………29

2-3- طراحی بیوراکتور و مشخصات ستون بیوراکتور  …………………………………………………………………………….. 31

2-4-دیاگرام خط تولید شیر کم لاکتوز برای آزمایش ها ……………………………………………………………………………33

2-5-روش تولید و ساخت شیر کم لاکتوز (غیر مداوم و مداوم ) ……………………………………………………………….34

2-6- روش اندازه گیری درصد هیدرولیز لاکتوز ………………………………………………………………………………………….35

2-7- نحوه تثبیت آنزیم در سدیم آلژینات و رخداد های تثبیت آنزیم در آلژینات …………………………………….35

3- نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..38

3-1- درصد هیدرولیز لاکتوز شیر…………………………………………………………………………………………………………………39

3-1-1- آنالیز واریانس مدل  ……………………………………………………………………………………………………………………….40

3-2- اثر دما روی آنزیم لاکتاز ……………………………………………………………………………………………………………………..42

3-2-1- اثر غلظت آنزیم تثبیت شده …………………………………………………………………………………………………………..44

3-3- اثر غلظت آلژینات روی کارایی بیوراکتور ………………………………………………………………………………………….45

3-3-1- اثر فلوریت روی کارایی ستون ………………………………………………………………………………………………………46

4- بهینه سازی و نتیجه گیری کلی ……………………………………………………………………………………………………………47

4-1- نتیجه گیری کلی ……………………………………………………………………………………………………………………………….48

4-2- پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………………………………….49

چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………………………………………….50

پیوست …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..52

منابع

فهرست جداول 

جدول 1-1-منابع مختلف آنزیم لاکتاز و عامل های تثبیت کننده  …………………………………………………………..24

جدول 1-2- هیدرولیز لاکتوز با تکنیک های مختلف تثبیت ……………………………………………………………………..25

جدول 2- 4 –طراحی آزمایشات ………………………………………………………………………………………………………………… 28

جدول 2-5 – آنالیز واریانس مدل ………………………………………………………………………………………………………………..40

یک مطلب دیگر :

جدول 4-1-مقادیر بهینه جهت تولید شیر کم لاکتوز با هدف حداکثر هیدرولیز لاکتوز و کمینه بودن دبی جریان شیر ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………47

جدول 4-2-مقادیر بهینه جهت تولید شیر کم لاکتوز با هدف حداکثر هیدرولیز لاکتوز و بیشینه بودن دبی جریان شیر……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..47

فهرست اشکال

شکل 1-1-تصویر سه بعدی آنزیم لاکتاز حاصل از E.Coli …………………………………………………………………………..4

شکل 1-2- لاکتوز اندازه گیری شده به روش نقطه انجماد وکروماتوگرافی مایع ………………………………………….9

شکل 1-3-آنزیم بنزآلدئید لیاز به همراه زنجیره اش از طریق حامل اصلاح شده با نیکل تثبیت شده و تشکیل بنزوئین را کاتالیز می کند  ………………………………………………………………………………………………………………..14

شکل 1-4-متراکم شدن و اتصال عرضی آنزیم ها برای ایجاد یک CLA (توده های آنزیمی اتصال عرضی شده ) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15

شکل 2-1- طراحی Packed Bed Bioreactor ……………………………………………………………………………………31

شکل 2-2 -دیاگرام خط تولید شیر کم لاکتوز ……………………………………………………………………………………………33

شکل 2-3- نحوه تثبیت آنزیم به روش محصور کردن …………………………………………………………………………………36

شکل3-1- کانتورپلات نشان دهنده اثر دما و غلضت آنزیم بر درصد هیدرولیز لاکتوز موجود در شیر ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..43

شکل 3- 2 – نمودار سطحی نشان دهنده اثر فلوریت و غلظت آلژینات بر درصد هیدرولیز لاکتوز موجود در شیر  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….46

چکیده

در این مطالعه با کاربرد روش سطح پاسخ ،تاثیر چهار فاکتور دمای بیوراکتور ،غلظت آنزیم تثبیت شده ،غلظت آلژینات به کار رفته و دبی جریان شیر در ستون بیوراکتور ،بر هیدرولیز لاکتوز با هدف بهینه سازی شرایط تولید ،مورد مطالعه قرار گرفت ؛هر کدام از فاکتور ها در سه سطح به شرح زیر مورد مطالعه قرار گرفتند :

دمای بیوراکتور : 25 ، 35 و 45 درجه سانتی گراد

غلظت آنزیم : 12 ،18 و 24 درصد

غلظت آلژینات : 2/5 ،3 و 4 درصد

دبی جریان شیر : 150 ،300 و 450 میلی لیتر بر ساعت

تیمارهای مختلف هر کدام از چهار فاکتور مورد مطالعه در سه سطح ،مطابق با طرح Box – Behnken اجرا شدند و درصد های هیدرولیز مربوط به هرکدام از تیمارها اندازه گیری شدند .نتایج حاصله نشان داد که با افزایش دما از 25 درجه سانتی گراد تا دماهای نزدیک 40 درجه ،درصد هیدرولیز لاکتوز شیر افزایش می یابد .دماهای 25 تا حدود 40 درجه اثر مثبتی روی کارایی ستون بیوراکتور داشتند .اما در دماهای بالاتر از 40 درجه ،درصد هیدرولیز لاکتوز در بیوراکتور کاهش یافت .دماهای بالای 40 درجه اثر منفی روی کارایی ستون داشتند  .با افزایش غلظت آنزیم در تثبیت ،هیدرولیز لاکتوز ،بوسیله بیوراکتور افزایش یافت .غلظت آنزیم تثبیت شده همواره اثر مثبتی روی کارایی بیوراکتور داشت .با افزایش غلظت آلژینات از 2/5 تا 3/625 درصد کارایی ستون برای هیدرولیز لاکتوز افزایش یافت ،اما درصدهای بالاتر از 3/625 ،اثر ممانعت کنندگی روی کارایی بیوراکتورداشتند .سرعت های جریان پایین تر از 300 میلی لیتر بر ساعت  اثرات چشم گیرتری روی کارایی بیوراکتور داشتند ،در واقع سرعت های جریان کمتر از 300 میلی لیتر بر ساعت مهم ترین و بارزترین فاکتور روی کارایی ستون بودند .در بین متغیرها ،تنها فاکتور فلوریت اثرمنفی روی کارایی بیوراکتور در هیدرولیز لاکتوز موجود درشیرداشت .اثر متقابل متغیرهای دما و آنزیم روی هیدرولیز لاکتوز قابل توجه است .که نشان می دهد ،دما تاثیر مثبتی روی فعالیت آنزیم تثبیت شده دارد .

بعداز مدل سازی هیدرولیز لاکتوز به صورت تابعی از چهار متغیر فرآوری مورد مطالعه ،با در نظر گرفتن حدود و قیدهای منطقی ،شرایط بهینه جهت تولید شیر کم لاکتوز به روش مداوم مشخص گردید .مقادیر بهینه جهت تولید شیر کم لاکتوز با هدف حداکثر سازی هیدرولیز لاکتوز ،به صورت زیر به دست آمد:

غلظت آنزیم : 21/94 درصد ،غلظت آلژینات :3/44 ،دما : 37/83 درجه سانتی گراد و فلوریت 173/46 میلی لیتر بر ساعت ،برای 69/13 درصد از هیدرولیز لاکتوز شیر .

مقدمه

شیر کم لاکتوز محصولی است که با تبدیل لاکتوز موجود در شیر به قند های ساده یعنی گلوکز و گالاکتوز ،مرحله هضم اولیه روی آنها صورت گرفته و بنابراین هنگام خورده شدن شیر مذکور توسط فرد مبتلا به عارضه عدم تحمل لاکتوز ،قندهای ساده به راحتی از جداره روده جذب خون می شود و لاکتوز باقی مانده نیز تحت تاثیر فعالیت جرئی آنزیم لاکتاز روده ای هضم و جذب می شود لذا علائم و ناراحتی های روده ای بروز نخواهد کرد  .مصرف این محصول توسط افراد مبتلا به عارضه عدم تحمل لاکتوز در مقایسه با مصرف شیر معمولی که لاکتوز هضم و جذب نشده به مصرف باکتریهای روده می رسد ،اثرات فیزیولوژیکی مثبت تغذیه ای و انرژی زایی مشابه فرد سالم را به دنبال خواهد داشت  .

موسسه ملی بیماری های دیابت و کلیوی[1] ،برآورد کرده است که در حدود 75 درصد جمعیت بزرگسال آمریکایی و 90 درصد آمریکایی های آسیایی دارای بیماری عدم تحمل لاکتوز هستند .

در این مطالعه با به کار گیری روش سطح پاسخ تاثیر چهار پارامتر غلظت آنزیم ،غلظت آلژینات ،دما و سرعت جریان شیر از بیوراکتور ستونی ،بر شاخص درصد هیدرولیز لاکتوز مورد ارزیابی قرار می گیرد و شرایط بهینه تولید شیر کم لاکتوز به روش مداوم بررسی می شود ؛تا بتوان به سوالات زیر در پاسخ داد :

1-دمای بهینه بیوراکتور آنزیمی چقدر می تواند باشد ؟