تهیه نانو حامل های مغناطیسی ایزوله پروتئین سویا با روش ژلاتیناسیون سرد به عنوان بستری مناسب جهت تثبیت آنزیم اینولیناز

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

چکیده

چکیده:

امروزه تثبیت آنزیم بر روی بسترهای با ابعاد نانو در صنایع غذایی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش آنزیم اینولیناز بر روی نانوذرات مغناطیسی عامل­دار شده با نانوذرات پروتئینی از طریق ایجاد اتصالات کووالانسی با آنزیم تثبیت شد. آنزیم اینولیناز قادر به تولید شربت پر­فروکتوز  از اینولین در یک فرایند تک مرحله‌ای آنزیمی از اینولین می‌باشد. تثبیت آنزیم به منظورافزایش پایداری ساختار آنزیم تحت شرایط دشوار صنعتی، امکان استفاده مجدد از آن، کاهش خطر آلودگی محیط واکنش با پروتئین آنزیم، کاهش هزینه تولید فرآورده نهایی و امکان استفاده از بیورآکتورهای آنزیمی تثبیت  شده با سیستم مداوم صورت گرفت. علاوه بر این، تثبیت این آنزیم بر روی نانوذرات مغناطیسی، جداسازی آنزیم را از محیط واکنش توسط میدان مغناطیسی امکان پذیر نموده و نیاز به استفاده از سایر روش های غیر اقتصادی جداسازی را مانند سانتریفوژ و فیلتراسیون مرتفع نموده است. بدین منظور در مرحله اول نانوذرات مغناطیسی به روش هم رسوبی تهیه گردید. پس از آن در مرحله دوم، نانوذرات ایزوله پروتئین سویا به روش ژلاتیناسیون سرد تهیه و سپس جهت اصلاح سطح و پایدار سازی نانوذرات مغناطیسی، فرآیند پوشش دهی سطح انجام گرفت. در مرحله سوم، فرآیند تثبیت آنزیم بر روی سطوح بستر مغناطیسی، با ایجاد اتصالات کووالانس با استفاده از گلوترآلدئید صورت گرفت. در این پژوهش به منظور مطالعه شکل و ساختار، اندازه و ویژگی های عملکردی نانوذرات مغناطیسی و فرآیند تثبیت آنزیم در کلیه مراحل تهیه، روش های تشخیص میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM)، تفرق دینامیک نور (DLS) وطیف سنجی تبدیل فوریه (FTIR) بکار گرفته شد. بر طبق نتایج میکروسکپ الکترونی روبشی اندازه نانوذرات مغناطیسی آهن در محدوده­ nm 50-20 با میانگین اندازه  nm 35 بدست آمد. ذرات از نظر مورفولوژی کروی و یکنواخت بودند. اندازه نانوذرات ایزوله پروتئین سویا با توجه به تغییر میزان گرم درصد پروتئین در محدودهnm  600-100 با استفاده از تفرق دینامیکی نور اندازه­گیری شد. تثبیت آنزیم بر روی نانوذرات مغناطیسی عامل دار شده با پروتئین با استفاده از طیف سنجی تبدیل فوریه تایید شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

preparation of nanomagnetite/soy protein isolate as a suitable carrier by cold gelation method for inulinase enzyme immobilization

نویسندگان [English]

  • Mohaddeseh Mikani
  • Homa Torabizadeh
  • Reza Rahmanian
چکیده [English]

Abstract

Nowadays, enzyme immobilization on the nano carriers was applied in food industry. In this study, Inulinase enzyme was immobilized on the magnetite nanoparticles functionalized with protein nanoparticles through covalent attachment. Inulinase can produce high fructose syrup from inulin in a one-step enzymatic process. The Inulinase was immobilized in order to increase enzyme stability under extreme conditions of industrial processes, reusability, reduce the risk of environmental pollution with the enzyme protein, reducing the cost of the final products and the ability of using bioreactors with immobilized enzyme in continuous system. In addition, the immobilized enzyme on the magnetite nanoparticles can be separated from the reaction medium by a magnetic field and it is not necessary to use of other uneconomical methods such as centrifugal separation and filtration. Therefore, in the first step, the magnetite nanoparticles were prepared by co-precipitation method. Then, in the second step, the soy protein isolate nanoparticles were synthesized by cold gelation method and then the magnetite nanoparticle’s surface was coated for modification and stabilization. In the third step, the enzyme was immobilized on the magnetite carrier through covalent attachment via glutaraldehyde. In this study, scanning electron microscope (SEM), dynamic light scattering (DLS) and fourier transform spectroscopy (FTIR) were used for analyze the particle size, shape, morphology and functional characteristics of magnetite nanoparticles and enzyme immobilization in all steps of preparation. Based on the SEM results, the size of nanomagnetite were in the range of 20 to 50 nm with the mean diameter of about 35 nm. The nanomagnetite obtained possessed spherical morphology, uniformly distributed. The size of soy protein isolate (SPI) nanoparticles according to the initial SPI amount (gr %) were in the range of 100-600 nm by using DLS technique. FTIR method confirms proper enzyme immobilization on the functionalized nanomagnetite by protein. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • inulinase
  • nanomagnetite
  • enzyme immobilization
  • soy protein isolate
  • cold gelation
  • Scanning electron microscopy
  • dynamic light scattering
 [1]م. فرجی و ق. فدوی، نشریه­ی علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، 8 (1392) 252.

[2] س. عظیمی پور میبد، س. مداح حسینی، ر. احمدی، دومین همایش مشترک انجمن مهندسی متالوژی ایران و جامعه‌ ریخته‌گران ایران. (1392).

[3] ن. عزیزی و س. دهقان، نشریه­ی اندیشه علوم سمنان، 7 (1391) 21.

[4]   J. Xu, C. Ju , J. Sheng, F. Wang, Q. Zhang, G. Sun, M. Sun, Bull. Korean Chem. Soc., 34 (2013) 2408.

[5]   Y. Sahoo, H. Pizem, T. Fried, D. Golodnitsky, L. Burstein, C. Sukenik, G. Markovich, Langmuir, 17 (2001) 7907.

[6]   H. Lee, E. Lee, D. Kim, N. Jang, Y. Jeong, S. Jon, J. Am. Chem. Soc., 128 (2006) 7383.

[7]   K. Souza, J. Ardisson, E. Sousa, J. Mater. Sci., 20 (2009) 507.

 [8]م. فتحی و ف. مقدمیان پور، نشریه­ی اندیشه علوم سمنان، 39 (1395) 25.

[9]   W. Lohcharoenkal, L. Wang, Y.C. Chen, Y. Rojanasakul, Biomed. Biotech., 2014 (2014) 1.

[10] Z. Teng, Y. Luo, Q. Wang, J. Agric. Food. Chem., 60 (2012) 2712.

[11] D. Derycke and E.J. Vandamme, J. Chem. Technol. Biotechnol., 34 (1984) 45.

[12] T. Nakamura, Y.Ogata, S. Akichika, A. Nakamura, K. Ohta, J. Ferment. Bioeng., 80 (1995) 164.

[13] C.H. Kim and S.K. Rhee., Biotechnol. Lett., 11 (1989) 201.

[14] D.L. Vullo, C.E. Coto, F.Sineriz, Appl. Environ. Microbiol., 57 (1991) 232.

[15]  م. بهمئی، ل. عباسی، م. فرجی، نشریه­ی اندیشه علوم سمنان، 7 (1392) 29.

[16] J. Zhang, L. Liang, Z. Tian, L. Chen, M. Subirade, Food Chem., 133 (2012) 390.

[17] A.C. Alting, R.J. Hamer, C.G. Kruif, R.W. Visschers, Agric. Food. Chem., 51 (2003) 3150.

[18] J.Y. Jun, H.H. Nguyen, S.Y.R Paik, H.S. Chun, B.C. Kang, S. Ko, Food chem., 4 (2011) 1892.

[19] S. Sundar, J. Kundu, S.C. Kundu, Sci. Tech. Adv. Mat., 11 (2010) 1.

[20] D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crontch, Principles of instrumental analysis, 6th ed, Canada, (2007).

[21] P. Singh and P.K. Gill, Biotechnol., 44 (2006) 151.

[22] M.L. Verma, R. Chaudhary, T. Tsuzuki, C.J. Barrow, M. Puri, Bioresour. Technol., 135 (2013) 2.