تهيه نانو حامل هاي مغناطيسي ايزوله پروتئين سويا با روش ژلاتيناسيون سرد به عنوان بستري مناسب جهت تثبيت آنزيم اينوليناز

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

امروزه تثبيت آنزيم بر روي بسترهاي با ابعاد نانو در صنايع غذايي مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش آنزيم اينوليناز بر روي نانوذرات مغناطيسي عامل دار شده با نانوذرات پروتئيني از طريق ايجاد اتصالات كووالانسي با آنزيم تثبيت شد. آنزيم اينوليناز قادر به توليد شربت پر فروكتوز از اينولين در يك فرايند تك مرحله اي آنزيمي از اينولين مي باشد. تثبيت آنزيم به منظورافزايش پايداري ساختار آنزيم تحت شرايط دشوار صنعتي، امكان استفاده مجدد از آن، كاهش خطر آلودگي محيط واكنش با پروتئين آنزيم، كاهش هزينه توليد فرآورده نهايي و امكان استفاده از بيورآكتورهاي آنزيمي تثبيت شده با سيستم مداوم صورت گرفت. علاوه بر اين، تثبيت اين آنزيم بر روي نانوذرات مغناطيسي، جداسازي آنزيم را از محيط واكنش توسط ميدان مغناطيسي امكان پذير نموده و نياز به استفاده از ساير روش هاي غير اقتصادي جداسازي را مانند سانتريفوژ و فيلتراسيون مرتفع نموده است. بدين منظور در مرحله اول نانوذرات مغناطيسي به روش هم رسوبي تهيه گرديد. پس از آن در مرحله دوم، نانوذرات ايزوله پروتئين سويا به روش ژلاتيناسيون سرد تهيه و سپس جهت اصلاح سطح و پايدار سازي نانوذرات مغناطيسي، فرآيند پوشش دهي سطح انجام گرفت. در مرحله سوم، فرآيند تثبيت آنزيم بر روي سطوح بستر مغناطيسي، با ايجاد اتصالات كووالانس با استفاده از گلوترآلدئيد صورت گرفت. در اين پژوهش به منظور مطالعه شكل و ساختار، اندازه و ويژگي هاي عملكردي نانوذرات مغناطيسي و فرآيند تثبيت آنزيم در كليه مراحل تهيه، روش هاي تشخيص ميكروسكپ الكتروني روبشي (SEM)، تفرق ديناميك نور (DLS) وطيف سنجي تبديل فوريه (FTIR) بكار گرفته شد. بر طبق نتايج ميكروسكپ الكتروني روبشي اندازه نانوذرات مغناطيسي آهن در محدوده nm 50-20 با ميانگين اندازه nm 35 بدست آمد. ذرات از نظر مورفولوژي كروي و يكنواخت بودند. اندازه نانوذرات ايزوله پروتئين سويا با توجه به تغيير ميزان گرم درصد پروتئين در محدودهnm 600-100 با استفاده از تفرق ديناميكي نور اندازه گيري شد. تثبيت آنزيم بر روي نانوذرات مغناطيسي عامل دار شده با پروتئين با استفاده از طيف سنجي تبديل فوريه تاييد شد.

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.