توصيفگر ها :
آنزيم زايلاناز , قارچ تريكودرما آفروهارزيانوم , موتاسيون , پرتو گاما , نان حجيم
چكيده فارسي :
ايجاد منبع جديدي از آنزيمهاي ميكروبي با روش القاي موتاسيون نقش مهمي در پيشرفت صنعت توليد آنزيم ايفا كرده است. پتانسيل آنزيمهاي هيدروليتيك 24 ايزوله مختلف تريكودرما بررسي شد و بهترين ايزوله براي جهش القايي در معرض تابش گاما قرار گرفت. جهشيافتههاي تريكودرما از دوز بهينه 250 گري جداشده و تحت يك فرآيند غربالگري كمي و كيفي براي ارزيابي فعاليت آنزيم خارج سلولي آنها قرار گرفتند. مقدار پروتئين خارج سلولي -ميكروگرم بر ميليليتر- زايلاناز و فعاليت سلولاز -اگزو-گلوكاناز، اندو-گلوكاناز، بتا گلوكوزيداز و سلولاز كل، واحد به ازاي هر ميليليتر- در محيط تخمير قارچ تريكودرما حاوي سبوس ذرت بهعنوان سوبسترا موردسنجش قرار گرفت. خلوص و تركيب پروتئينهاي غني از آنزيم نيز با استفاده از آزمون الكتروفورز ژل پلي آكريل آميد مورد ارزيابي قرار گرفت و بهترين جدايهها مورد شناسايي مولكولي قرار گرفتند. بيشترين ظرفيت هيدروليز زايلاناز در جدايه شناساييشده Trichoderma afroharzianum NAS107 مشاهده شد. از 118 ايزوله جهشيافته اينگونه، 17 ايزوله بهعنوان بهترين ايزوله جهشيافته انتخاب و غربالگري شدند و بيشترين فعاليت سلولاز و زايلاناز به ترتيب در جدايههاي جهشيافته برتر NAS107-M44 و NAS107-M82 مشاهده شد كه تقريباً 6/1 و 5/2 برابر فعاليت آنزيم سلولاز و زايلاناز بالاتر از نوع وحشي را داشتند. بهينهسازي فاكتورهاي رشد pH، جمعيت مايه تلقيح، غلظت سوبسترا و تركيب محيط تخمير بر روي جدايه موتانت برتر NAS107-M82 انجام گرفت و آنزيم در شرايط بهينه توليد گرديد. پودر آنزيم حاصل از خشككن انجمادي داراي فعاليت ويژه آنزيم زايلاناز 60000 U/g و دماي بهينه فعاليت آنزيمهاي اندو-زايلاناز °C 45 و pH بهينه فعاليت آن 5 بود. اين آنزيم شامل كمپلكسي از آنزيمهاي زايلاناز متشكل از آنزيمهاي Xyl I، Cel12A و Xyl IV به ترتيب با وزن مولكولي 18، 26 و 43 كيلو دالتون با فعاليت اختصاصي بر روي زنجيره اصلي هيدروكلوئيد زايلان بود. همچنين پودر آنزيم حاصل داراي فعاليت ويژه آنزيم سلولاز 65500 U/g و دماي بهينه فعاليت كمپلكس آنزيمهاي سلولاز توليدي °C 50 و pH بهينه فعاليت آن 8/4 هست. كمپلكس آنزيمهاي سلولاز توليدي توسط ارگانيسم موتانت برتر متشكل از آنزيمهايCBH I، CBH II، EG II، BGL I، BGL II، Xyl I، Xyl IV و Cel 12A ياEG III هست كه بر روي تركيبات ليگنوسلولزي بهصورت سينرژيستي عمل ميكنند. آنزيم توليدشده از موتانت برتر براي بهبود خصوصيات رئولوژيك و كيفيت پخت نان حجيم استفاده شد و فاكتورهاي كيفي نان منجمله رطوبت، دانسيته، حجم مخصوص، ميزان خلل و فرج بافت، تغييرات بافت و رنگ مغز نان و پوسته نان در طول زمان نگهداري 1، 4 و 7 روز و ارزيابي حسي محصول بررسي شد. نتايج حاصل از ارزيابي آنزيم توليدي بر روي كيفيت نان حجيم مشخص نمود كه آنزيم حاصل در غلظت 300 واحد به ازاي هر كيلوگرم آرد ميتواند كليه فاكتورهاي رئولوژيك خمير را بهبود بخشيده و نان حجيم توليدشده از آن ازنظر شاخصهاي كيفي و ارزيابيهاي ارگانولپتيك قابلرقابت با بهبوددهندههاي تجاري در بازار است. آنزيم زايلاناز توليدشده منجر به افزايش درصد جذب آب خمير، كاهش زمان پايداري خمير، كاهش زمان توسعه خمير و افزايش درجه نرمي خمير و افزايش شاخص تحمل به اختلاط و افزايش كشساني خمير بعد از 90 دقيقه تخمير شد. همچنين حجم مخصوص نان توليدشده و ميزان تخلخل بافت به ترتيب 2/2 برابر و 85/1 برابر بيشتر از تيمار كنترل بود. آنزيم زايلاناز منجر به افزايش نرمي بافت نان و حفظ كيفيت آن حتي تا زمان 7 روز نگهداري و بهبود قابليت جويدن نان و بهبود خصوصيات كيفي بافت گرديد. بهطوركلي ارزيابيهاي حسي شامل حجم نان، رنگ پوسته و يكنواختي پخت، بافت مغز نان، رنگ مغز نان و عطروطعم آن در تيمارهاي حاوي آنزيم زايلاناز بهويژه تيمار حاوي 300 واحد آنزيم زايلاناز به ازاي هر كيلوگرم آرد، توسط ارزيابها بيشترين امتياز را كسب كرد. نتايج نشان داد كه جهش ناشي از تابش گاما ميتواند يك روش مفيد براي دسترسي به جدايههاي موتانت برتر ارگانيسمهاي صنعتي همچون قارچ تريكودرما و توليد متابوليتهاي آنزيمي مفيد همچون آنزيم زايلاناز صنايع نانوايي باشد. اين روش همچنين ميتواند در ارگانيسمهاي ديگر براي ايجاد جهش بالقوه با كاربردهاي مختلف صنعتي بكار برده شود.
چكيده انگليسي :
Creating a novel source of microbial enzymes by mutation has played an important role in enzyme production industry developments. The potential of hydrolytic enzymes of twenty-four different isolates of Trichoderma was investigated, and the best isolate was exposed to gamma irradiation for induced mutation. Trichoderma mutants were isolated from an optimum dose of 250 Gy and subjected to a process of screening for evaluating their extracellular enzyme activity. The amount of extracellular protein (µg/ml), xylanase, and cellulase activity (Exo-glucanase, endo-glucanase, β-glucosidase, and total cellulase, U/mL) were assayed in the Trichoderma fermentation medium containing corn bran as a substrate. The purity and composition of enzyme-rich proteins were also evaluated using a polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) test. The internal transcribed spacer’s rDNA region and the translation elongation factor 1-α encoding gene were selected as candidate DNA barcodes to identify the best Trichoderma isolates. The highest hydrolysis capacity of arabinoxylanase was observed in Trichoderma afroharzianum NAS107. Of the 118 mutant isolates, 19 isolates were screened as the best mutant isolate and the highest cellulase and xylanase activity were observed in superior mutant isolates of NAS107-M44 and NAS107-M82, which is approximately 1.6-2.5 times higher than their wild-type strain, respectively. The optimization of other growth factors and composition of fermentation medium was done by the superior mutant isolate NAS107-M82. The produced enzyme powder had a specific xylanase enzyme activity of 60,000 U/g, and the optimum temperature 45 ℃ and the optimum pH of 5.0. This enzyme included a complex of xylanase enzymes consisting of Xyl I, Cel12A, and Xyl IV enzymes with molecular weights of 18, 26, and 43 kilodaltons, respectively. Also, this enzyme has a cellulase enzyme specific activity of 65,500 U/g, and the optimal activity temperature of the cellulase enzyme complex is 50°C and the optimal pH of its activity is 4.8. The complex of cellulase enzymes produced by the superior mutant organism consists of CBH I, CBH II, EG II, BGL I, BGL II, Xyl I, Xyl IV and Cel 12A (or EG III) enzymes, which act synergistically on lignocellulosic compounds. The results of the evaluation of the produced enzyme on the quality of bulk bread indicated that the applying of 300 units per kilogram of flour can improve all the rheological factors of the dough and the bulk bread produced from it in terms of quality indicators and evaluations organoleptic. The produced xylanase enzyme led to an increase in the water absorption (%), the degree of softening of the dough, mixing tolerance index, and the elasticity of the dough after 90 minutes of fermentation, and also led to decrease in the dough stability time and the development time of dough. Also, the specific volume of the produced bread and the porosity of the tissue were 2.2 times and 1.85 times higher than the control treatment, respectively. Xylanase enzyme led to increasing the softness of the bread texture and maintaining its quality even for 7 days of storage and improving the chewability of the bread and improving the quality characteristics of the texture. In general, sensory evaluations including bread volume, crust color and baking uniformity, crumb texture, crumb color, and its flavor in the treatments containing xylanase enzyme (especially the treatment containing 300 units of xylanase enzyme per kilogram of flour) by the evaluators are the most earned the points. The results showed that mutation caused by gamma radiation can be a useful method to access superior mutant isolates of industrial organisms such as Trichoderma fungus and produce useful enzyme metabolites such as xylanase enzyme of bakery industry. This technique can also be used in other organisms to create potential mutations with various industrial applications.