چکیده: پلی هیدروکسی آلکانوات گونه ای از پلیمر های زیستی هستند که بعضی از میکروارگانیسم ها آن را بر اثر کمبود منابع مغذی (نیتروژن، فسفر و ...) و مقادیر اضافی کربن درون سیتوپلاسم خود ذخیره می کنند. پلی هیدروکسی بوتیرات شناخته شده ترین نوع بیوپلیمر از خانواده پلی هیدروکسی آلکانوات ها می باشد که به علت شکنندگی و مقاومت پایین در مقابل کشش و فشار جهت برخی از کاربرد ها مناسب نیست. در این پژوهش ابتدا بهترین گونه تولید کننده کو پلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات- والرات از فاضلاب کارخانه شیر پگاه کرمان جداسازی شد. در ادامه جهت بهبود خواص بیوپلیمر با افزودن اسید پروپیونیک به محیط کشت تخمیر درصد تولید منومر والرات در زنجیره بیوپلیمری افزایش یافت. جهت انجام این کار بهینه سازی بر روی شرایط محیط کشت (دما، ph و نسبت کربن به فسفر) انجام گرفت و در نهایت درصد والرات در زنجیره بیوپلیمری به 46/47% رسید. شرایط بهینه برای دستیابی به درصد بالای والرات عبات است از نسبت کربن به فسفر بین 40 تا 56، ph اسیدی و دمای بین°c 34 تا °c5/35 . گونه جداسازی شده و مورد استفاده در فرایند بهینه سازی باسیلوس سوبتیلیس شناسایی شد.

در این پایان نامه با استفاده از گلیسرول به عنوان منبع کربن، نیترات سدیم بعنوان منبع نیتروژن، نمک های فسفات به عنوان منبع فسفر و باکتری سودوموناس آئروژینوسا تولید رامنولیپید در فرایند نیمه پیوسته درسه حالت منبع کربن در خوراک، منبع نیتروژن در خوراک ومنبع فسفر در خوراک، بررسی شده و نتایج از نظر مقدار رامنولیپید تولید شده در سه حالت نیمه پیوسته با فرایند ناپیوسته مقایسه گردید. بیشترین میزان تولید رامنولیپید (بر مبنای رامنوز) به ترتیب در حالت گلیسرول در خوراک 12/4 گرم در لیتر ، منبع فسفر در خوراک 77/1 گرم در لیتر و نیترات سدیم در خوراک 38/1 گرم در لیتر بدست آمد. غلظت های گلیسرول، فسفات و نیترات سدیم درخوراک به ترتیب 60، 40/15 و 61/16 گرم در لیتر بود. زمان تخمیر در سه حالت 72 ساعت و دبی متوسط خوراک 47/3 میلی لیتر در ساعت بود. در مقایسه با فرایند ناپیوسته در شرایط مشابه (با تولید محصول73/0 گرم در لیتر) همه ی حالات نیمه پیوسته ی مورد بررسی نتایج بهتری داشتند. با استفاده از پارامترهای سینتیکی، فرایند نیمه پیوسته ی مذکور مدلسازی و برای توصیف داده های تجربی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج مدل با دقت نسبتاً خوبی توصیف کننده ی داده های آزمایشگاهی بود.

بیوفیلترهای چکنده راکتور های بیولوژیکی هستند که برای تصفیه ی جریان هوای آلوده به ترکیبات آلی فرار به کار می روند. این راکتورها از نوع بسترهای پرشده با ذرات غیر آلی هستتند که بیوفیلم بر روی آنها تشکیل می شود. .یک مایع مغذی در بیوراکتور از بالا به سمت پایین در جهت عکس حرکت جریان گاز چکیده می شود. میکروارگانیسم های تثبیت شده بر روی ذرات پرکن، ترکیبات آلی فرار را به دی اکسید کربن (co2)، آب و بیومس تبدیل می کنند. در سالهای اخیر مطالعات بسیاری بر روی بیوفیلترهای چکنده انجام شده است که بیشتر آنها تحقیقات عملی و تجربی بوده اند. در راستای درک بهتر فرآیند پیچیده ای که در بیوفیلترهای چکنده اتفاق می افتد و برای تعیین پارامترهای کلیدی تأثیرگذار بر آن، مطالعه مدل سازی ریاضی فرآیند انجام شد. در این پایان نامه از موازنه های جرم ماده آلاینده در سه فاز گاز، مایع و بیوفیلم برای به دست آوردن معادلات مدل استفاده شده و اثر منبع متانول و نیتروژن بر نرخ واکنش بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفت. همچنین برای اولین بار میزان رشد و کنده شدن بیومس در بیوفیلتر چکنده مد نظر گرفته شد. معادلات با روش حجم محدود حل شده و از داده های تجربی مقاله ی منتشر شده ای برای آزمایش اعتبار مدل استفاده شد. بین نتایج مدل و داده های تجربی توافق قابل قبولی به دست آمد.

پکتینازها گروهی از آنزیم های هیدرولیتیک هستند که مواد پکتیکی را تجزیه می کنند و از مهمترین آنزیم های کاربردی در صنعت می باشند. پکتینازها توسط انواع مختلفی از میکروارگانیسم ها و گیاهان سنتز می شوند. اگزوپلی گالاکتوروناز یکی از آنزیم های این گروه است که باعث هیدرولیز پیوندهای آلفا 1 4 گلیکوزیدی موجود در پلیمر پکتین شده که نتیجه آن آزاد سازی واحد های گالاکتورونیک اسید از این پلیمر به محیط می باشد. هدف از این پژوهش مقایسه دو روش آماری سطح پاسخ و تاگوچی در بهینه سازی تولید آنزیم اگزوپلی گالاکتوروناز می باشد. به این منظور ابتدا قارچ آسپرژیلوس نایجر که مهمترین منبع تولید این آنزیم می باشد از محیط جداسازی و سپس بهینه سازی تولید آنزیم اگزوپلی گالاکتوروناز با روش های طراحی آزمایش سطح پاسخ (روش طرح مرکب) و تاگوچی با استفاده از سوبسترای تفاله چغندر قندانجام شد. در هر دو روش فاکتورهای رطوبت در سطوح 50% و 80%، دما در سطوح 30و 40 درجه سانتی گراد، زمان در سطوح 3 و 10 روز و ph در سطوح 5 و 9 مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بیشترین اثر در تولید آنزیم مربوط به فاکتور رطوبت و دمای محیط تخمیر بوده است. مقایسه روش سطح پاسخ با 31 تیمار و تاگوچی با 32 تیمار نشان داد که نقطه بهینه ارائه شده توسط دو روش تقریباً یکسان است. این دو روش فقط ph متفاوتی را پیشنهاد کرده اندکه آن هم به این دلیل است که مبنای پیشنهاد rsm مدل رگرسیون می باشد که می تواند با درونیابی مقادیر دقیق تری را ارائه دهد. نقطه بهینه ارائه شده توسط روش سطح پاسخ در رطوبت 50%، دمای°c 40، زمان تخمیر 3 روز و ph 22/6 و حداکثر تولید آنزیم در این شرایط u/gr25/10 پیش بینی گردید. نقطه بهینه در روش تاگوچی در رطوبت 50%، دمای°c 40، زمان تخمیر 3 روز و ph 5 بدست آمد وحداکثر تولید در نقطه بهینه ارائه شده u/gr 14/10 پیش بینی شده است.

بیوسورفاکتانت ها مواد کاهش دهنده سطحی بوده که توسط میکروارگانیسم ها تولید می شوند. این مواد از نظر ملاحظات زیست محیطی سالم تر از سورفکتانت های شیمیایی هستند. در این پژوهش کاربرد رامنولیپید در فرمولاسیون یک پودر شوینده مورد بررسی قرار گرفت. این بیوسورفکتانت با سدیم تری پلی فسفات (سازنده) و سدیم سولفات (پرکننده) مخلوط شد و برای شستن پارچه های کتان آلوده شده با مقادیر معینی از روغن خوراکی به کار برده شد. تأثیر پارامترهایی نظیر: ph، دما، زمان، دور همزن، درصد وزنی بیوسورفکتانت در فرمولاسیون شوینده و درصد وزنی سازنده در فرمولاسیون شوینده بر روی میزان حذف روغن از پارچه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این بیوسورفکتانت در حذف روغن از پارچه موثر است. همچنین نتایج نشان داد مقدار بهینه ph ،7 بود و مقدار بهینه دما، زمان و دور همزن به ترتیب 80 درجه سانتیگراد، 40 دقیقه و rpm 1000 بود و مقدار بهینه برای درصد وزنی بیوسورفکتانت و سازنده به ترتیب 10 و 70 درصد وزنی بود. همچنین نتایج نشان داد که فرمولاسیون ارائه شده در این تحقیق قدرت پاک کنندگی مناسبی در مقایسه با پودرهای تجاری دارد. در این تحقیق زیست تخریب پذیری بیوسورفکتانت رامنولیپید نیز ثابت شد.

پلی هیدروکسی آلکانوات ها (phas) یکی از انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر می باشند که به علت زیست تخریب پذیری و داشتن خواص مشابه با پلیمرها بسیار مورد توجه واقع شده اند. این بیو پلیمرها کاربردهای گسترده ای در صنعت، پزشکی و کشاورزی دارند. به علت هزینه بالای تولید پلی هیدروکسی آلکانوات ها در مقابله با پلیمرهای پتروشیمیایی، پژوهش های زیادی جهت کاهش هزینه تولید این بیوپلیمرها انجام شده است. یکی از این راهکارها افزایش بازده تولید پلی هیدروکسی آلکانوات ها با تنظیم مسیر متابولیکی تولید آنها با استفاده از مواد احیا کننده می باشد. در این پژوهش ابتدا منبع کربن مناسب جهت محیط کشت تخمیر تولید بیوپلیمر انتخاب شد. در ادامه تاثیر ماده احیا کننده بر میزان phaتولیدی با افزودن غلظت های متفاوت (وزنی به حجمی) به محیط تخمیر بررسی شد و نتایج نشان داد که افزایش غلظت ماده احیا کننده تا 3% (w/v)، سبب شد میزان بیو پلیمر تولیدی افزایش یابد اما در غلظت های بالاتر میزان بیو پلیمر تولید شده کاهش یافت. نتایج بهینه سازی نسبت مولی کربن به نیتروژن (c/n)، نشان دادند که بیشترین میزان phaتولیدی در نسبت مولی کربن به نیتروژن در محدوده 22-20 بدست آمد.

به منظور بررسی زیست تخریب پذیری آسفالتین، ابتدا گونه های مختلفیاز باکتری ها به صورت چهار مجموعه میکروبی از نمونه های خاک آلوده به نفت خام و لجن های نفتیجدا سازی و شناسایی شد. آسفالتین به عنوان تنها منبع کربن و انرژی در اختیار باکتری های جدا سازی شده قرار داده شد. آزمایش ها در دو حالت هوازی ایستا وهوازی به هم زده شده انجام شد. برای بدست آوردن منحنی رشد باکتری ها و تخریب آسفالتین، هر مجموعه باکتری جدا شده به مدت دو ماه در دمایc°?? و 86/6= phگرما گذاری شد و نمونه گیری های لازم برای سنجش میزان آسفالتین باقیمانده در محیط و بیومس تولید شده بر اساس وزن خشک در طول بازه های زمانیمتوالیپنج روزه انجام شد. نتایج بدست آمده از بررسی اثر غلظت اولیهآسفالتین بر میزان زیست تخریب پذیری در سطوح ?، ?، ??، ??،?? و ?? گرم در لیتر حاکیاز آن بود که بطور کلی،متناسب با افزایش غلظت اولیه آسفالتین در محیط، میزان تجزیه آن نیز افزایش می یابد. این روند افزایش، در آزمایشهای انجام شده در حالت ایستا، تا غلظت اولیه 30 گرم در لیتر مشاهده شد و در غلظت اولیه 35 گرم در لیتر، میزان مصرف آسفالتین کاسته شد. بیشترین حذف آسفالتین توسط یکی از مجموعه ها به میزان2/0 ± 025/18 گرم در لیتر و در حالت هوازی به هم زده شده مشاهده شد. این نتیجه، از آزمایشی بدست آمد که با غلظت اولیه 35 گرم در لیتر آسفالتین انجام شد.همچنین مطالعه سینتیکی روندتخریبآسفالتینبااستفادهازروشبهینهسازی تکامل دیفرانسیلیونرمافزارمتلب انجام شد. نتایج بدست آمده حاکیاز آن بود که تخریب آسفالتین با مدل سینتیکی tessier مطابقت دارد.