شماره مدرك
20587
شماره راهنما
17705
پديد آورنده
يوسفيان آراني، محمدرضا
عنوان
استخراج كاروتنوئيد ها به روش فوق بحراني از بايومس قرمز ريزجلبك كروموكلريس زوفينجسيس
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مهندسي بيوتكنولوژي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده، 74ص
توصيفگر ها
ريزجلبك كروموكلريس زوفينجنسيس , كاروتنوئيد , آستازانتين , استخراج فوق بحراني
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/04
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
دانشكده
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/08/04
كد ايرانداك
23176643
چكيده فارسي
ريزجلبكها، گروه متنوعي از ارگانيسمهاي فتوسنتزكننده، در سالهاي اخير به دليل پتانسيل خود به عنوان منابع مولكولهاي فعال مختلف يا تركيبات زيستفعال، توجه زيادي را به خود جلب كردهاند. رنگدانههاي ريزجلبكي، مانند كلروفيلها وكاروتنوئيدها، مواد زيستفعال كليدي با كاربردهاي متنوع بهداشتي و صنعتي هستند. دسته زانتوفيل عمدتاً شامل لوتئين، بتاكريپتوزانتين، فوكوزانتين، آستازانتين و زآزانتين است. آستازانتين خاصيت آنتياكسيداني فوقالعادهاي از خود نشان ميدهد كه 1000 برابر بيشتر از ويتامينE ، 200 برابر بيشتر از پليفنولهاي چاي، 17 برابر بيشتر از دانه انگور و 10 برابر بيشتر از ساير كاروتنوئيدها مانند لوتئين، كانتازانتين، بتاكاروتن، زآزانتين و ساير كاروتنوئيدهايي است كه در برخي از ريزجلبكها يافت شدهاند. در حال حاضر، اكثر رنگدانههاي موجود در بازار به صورت شيميايي سنتز ميشوند و معمولاً به دليل ساختار مولكولي يا واكنشهاي آلي كه در طول پردازش رخ ميدهند، كاملاً بيخطر تلقي نميشوند. به طور مرسوم، كاروتنوئيدها با استفاده از حلالهاي آلي مانند استون، كلروفرم، هگزان، ايزوپروپانول، متانول، متيلن كلريد و دي اتيل اتر استخراج ميشوند، استخراج با حلال آلي سنتي داراي معايب متعددي از جمله زمان استخراج طولاني، راندمان پايين و نگرانيهاي زيستمحيطي و همچنين عدم استفاده در صنايع دارويي و درماني است. در اين پژوهش براي نخستين بار استخراج كاروتنوئيد ها از ريزجلبك كروموكلريس زوفينجنسيس توسط روش سبز و ايمن استخراج فوق بحراني با سيال كربن دي اكسيد انجام گرفت. ابتدا كشت جامد تهيه سپس در ارلن هاي 5 ليتري كشت داده شد سپس با اعمال نور شديد و فقر نيتروژن منجر به توليد متابوليت هاي ثانويه يا همان كاروتنوئيد ها گرديد. بعد از آن براي بدست آوردن پودر يا بايومس قرمز در خشك كن انجمادي قرار گرفت. براي بهينه كردن شرايط عملياتي از نرم افزار طراحي آزمايش Design Expert استفاده شد و بازه عملياتي در بازه ي دمايي 45 - 65 درجه سيلسيوس ، فشار 150- 300 مگاپاسكال و مدت زمان استاتيك 55 -180 دقيقه در 20 آزمايش انتخاب و انجام شد. بيشترين مقدار كاروتنوئيد استخراج شده در شرايط دماي 5/52 درجه سيلسيوس، فشار 350 مگاپاسكال و زمان ماند 120 دقيقه به ميزان 5/1 ميليگرم به ازاي هر 100 گرم بايومس خشك با پيش فرآوري خشك كن انجمادي گزارش شد. با بررسي نتايج بدست آمده حاصل از استخراج و بدست آمدن نقاط بهينه عملياتي توسط نرم فزار طراحي آزمايشDesign Expert در مقايسه با مطالعات گذشته براي افزايش و بهبود راندمان استخراج علاوه بر پيش فرآوري خشككن انجمادي از روش پيش فرآوري فيزيكي خرد و له كردن نيز توسط هاون اسفاده و راندمان درشرايط عملياتي بهينه و بيشينه به مقدار 210 ميليگرم به ازاي هر 100 گرم بايومس خشك رسيدكه معادل راندمان 31 % در مقايسه با استخراج به روش حلال متانول ميباشد. همچنين مقدار آستازانتين بدست آمده حاصل از آناليز HPLC مقدار 57/147 ميكروگرم به ازاي هر ميلي ليتر سوسپانسيون محلولي بود. در اين پژوهش مهمترين پارامتر تاثير گذار در بازده استخراج فوق بحراني با سيال كربن دي اكسيد فشار بالاتر 300 مگاپاسكال بدست آمد. همچنين در دماي بالاتر از 55 درجه سيلسيوس به دليل حساسيت بالاي كاروتنئيد ها به دما، تخريب كاروتنوئيد ها به طرز چشمگيري افزايش يافت.
چكيده انگليسي
Microalgae, a diverse group of photosynthetic organisms, have gained significant attention recently due to their potential as sources of various active molecules or bioactive compounds. Microalgal pigments, such as chlorophylls and carotenoids, are key bioactive substances with a wide range of health and industrial applications. The xanthophyll class mainly includes lutein, beta-cryptoxanthin, fucoxanthin, astaxanthin, and zeaxanthin. Astaxanthin demonstrates remarkable antioxidant properties, being 1,000 times more potent than vitamin E, 200 times more potent than tea polyphenols, 17 times more potent than grape seed extracts, and 10 times more potent than other carotenoids like lutein, canthaxanthin, beta-carotene, and zeaxanthin. Currently, most market-available pigments are chemically synthesized and often considered unsafe due to their molecular structures or the organic reactions they undergo during processing. Traditionally, carotenoids are extracted using organic solvents such as acetone, chloroform, hexane, isopropanol, methanol, methylene chloride, and diethyl ether. However, extraction with these solvents presents drawbacks, including lengthy processing times, low efficiency, environmental concerns, and limited use in pharmaceutical and therapeutic industries. In this study, for the first time, carotenoids were extracted from the microalgae Chromochloris zofingiensis using a green and safe method—supercritical fluid extraction with carbon dioxide. Initially, a solid culture was prepared and grown in 5-liter Erlenmeyer flasks, and then, under intense light and nitrogen starvation, secondary metabolites or carotenoids were produced. The biomass was subsequently placed in a freeze dryer to obtain red powder. To optimize the extraction process, the Design Expert experimental design software was utilized, selecting operating ranges of 45-65°C, 150-300 MPa pressure, and static times of 55-180 minutes across 20 experiments. The highest carotenoid yield was achieved at 52.5°C, 350 MPa, and a retention time of 120 minutes, resulting in 1.5 mg of carotenoids per 100 grams of dry biomass with freeze-drying pretreatment. By analyzing the results from the extraction and identifying optimal conditions through the software, and comparing with previous studies, the efficiency was improved by adding physical preprocessing methods, such as crushing and grinding with a mortar, alongside freeze-drying. Under the optimal conditions, carotenoid extraction reached 210 mg per 100 g of dry biomass, representing approximately 31% efficiency compared to methanol solvent extraction. Additionally, HPLC analysis revealed the amount of astaxanthin to be 147.57 micrograms per milliliter of solution suspension. The most influential parameter for supercritical CO₂ extraction performance was found to be higher pressure, specifically 300 MPa. Furthermore, at temperatures above 55°C, carotenoid degradation increased due to their high temperature sensitivity.
استاد راهنما
محمد هادي جزيني , غلامحسين صديفيان
استاد داور
محسن محمدي , محمدامين بوجاري