دانلود رایگان ترجمه مقاله کاربرد سطح پایین میدان اولتراساوند برای تسریع زیست پردازش آنزیمی پنبه – ۲۰۰۹

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

مقدمه
ابعاد فنی استفاده از فراصوت برای تسریع فراوری زیستی انزیمی
تجربی
راکتور شش وجهی فراصوت
آزمایش زیستی دانه پکتیناز ترکیبی / فراصوت
نتایج تجربی
اثر فراصوت بر دانه های زیستی پکتیناز از پارچه پنبه
بحث
نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه
از اواسط سال ۱۹۹۰ میلادی، استفاده از آنزیم های مختلف در صنعت نساجی، مانند پنبه بطور قابل توجهی افزایش یافته است، به خصوص در فرآوری طبیعی ، الیاف ارزش بیشتریپیدا کردند. مزیت عمده آنزیم زیستی فرآوری است که استفاده از آنزیم خیلی بیشتر با محیط زیست سازگار است و واکنش های کاتالیز بسیار خاص هستند، بنابراین اطمینان عملکرد بالاتر است. در مقابل، استفاده سنتی از مواد شیمیایی آلی / معدنی برای زیست فراوری انزیمی پنبه تولید مقادیر زیادی از پساب سمی را موجب می شود ، که اغلب عوارض جانبی نامطلوب، مانند کاهش در درجه پلیمریزاسیون سلولز را القا می کنند . آنزیم های مورد استفاده در زیست فراوری انزیمی پنبه ، به عنوان کاتالیزور اقدام به ، سرعت بخشیدن به واکنش های پیچیده زیستی و شیمیایی مانند هیدرولیز سلولز (با سلولاز)، پکتین (توسط آنزیم پکتیناز)، نشاسته (توسط آمیلاز)، و ترکیبات مبتنی بر تری گلیسرید در چربی ها و روغن ها (توسط لیپاز) می کنند.
هنگامی که آن ها به عنوان کاتالیزور عمل می کنند، غلظت نسبتا کمی از آنزیم ها مورد نیاز هستند. اگر شرایط مطلوب به آنزیم های خاص اعمال شود، چندین بار در طول فرآیند تکرار می شود.
دیگر مزایای بالقوه آنزیم زیستی شامل کاهش هزینه از طریق صرفه جویی در انرژی و آب، و بهبود کیفیت محصول است . حتی پذیرش بیشتر آنزیم زیستی توسط صنعت نساجی در آینده نزدیک احتمالا از افزایش فشارهای قانونی، از بخشی از دولت ها در سراسر جهان خواهد بود، که به شدت موجب کاهش مقدار سمی بودن پساب نساجی خواهد شد.
در سال های اخیر، تقاضا در سراسر جهان برای انرژی بالا بوده و منابع نفتی ناپایدار به تدریج گران تر تحمیل می شوند . سوخت های جدید در جابجایی و توسعه یافته اند ، مانند اتانول در مواد خام زیست توده مختلف، از جمله منابع سلولز گیاهی، مانند ماشین پنبه پاک کنی و زباله مورد استفاده قرارگرفته. در حال حاضر، تولید مقرون به صرفه رقابتی برای بیو اتانول سلولزی است که عمدتا توسط هزینه های بالا و بهره وری پایین از هیدرولیز آنزیمی از سلولز گیاهی ممنوع است. با این وجود اخیرا، در هزینه تولید آنزیم سلولئویتیک کاهش قابل توجهی ایجاد شده، تبدیل واقعی سلولز گیاهی به قندها هنوز یک گام گران و کند است.
یکی از مهم ترین مراحل این تبدیل کارخانه سلولز به سوخت های بیولوژیکی استخدام واکنش هیدرولیز بین یک آنزیم بسیار خاص و بستر تطبیق (به عنوان مثال ماشین پنبه پاک کنی / پرز سلولز زباله با سلولاز) ، قندهای محلول، در نتیجه منجر می شود که به راحتی در گام پس از آن به اتانول تبدیل شود. برنامه های کاربردی آنزیم معمولی برای زیست فراوری انزیمی پنبه و ضایعات پنبه سلولز در جدول ۱ خلاصه شده است .
علاوه بر مزایای متعدد از زیست فراوری انزیمی پنبه و ضایعات پنبه سلولز، کاستی ها حیاتی – مانند هزینه های فرآوری اضافه شده و مهمتر از همه، نرخ واکنش آهسته – باید ذکر شود. زیست فراوری انزیمی پنبه ، مانند هر سیستم مرطوب دیگر، شامل انتقال جرم (مولکول های آنزیم) از محیط فرآوری مایع (محلول آنزیم) در سراسر سطح بستر است. مکانیزم واکنش های آنزیمی، کاملا پیچیده است،و هنوز در حال بررسی می باشد. در شرایط بسیار کلی، واکنش آنزیمی می تواند با توجه به مراحل شکل ۱ انجام شود. حداقل دو مرحله از واکنش های آنزیمی (۱ و ۴) شامل جابجاییمولکول های آنزیم و محصولات واکنش آنزیمی به سطح بستر توصیف شده اند .
از آنجا که هر دو مرحله توسط انتشار کنترل می شوند ، سرعت واکنش کلی از هیدرولیز آنزیمی می باشد که توسط میزان انتشار مولکول های آنزیم اداره می شود. به طور کلی، مولکول های آنزیم سه بعدی نرخ نفوذ بسیار کم و همچنین تمایل به واکنش با الیاف سلولزی از نخ پنبه ای، که می تواند در آسیب بیش از حد فیبر پدید آید نشان می دهند. پیشنهاد شده است که فراصوت از راه حل های فرآوری آنزیم در شرایط خاص می تواند یک مکانیزم جابجاییبسیار کارآمد تر برای مولکول های آنزیم در سرتاسر لایه مرزی مایع در سطح بستر فراهم کند.

بحث
روند کلی مشاهده شده در طول مطالعات تجربی بر روی دانه های زیستی آنزیمی پارچه پنبه و تبدیل هیدرولیتیک از سلولز ضایعات پنبه به قندهای نشان می دهد که مقدمه ای از یک میدان فراصوت یکنواخت سطح پایین به محفظه واکنش قابل توجهی نسبت به عملکرد آنزیم های دارد و به میزان به قابل توجهی به افزایش نرخ واکنش نشان می دهد . اثرات سودمند انرژی مافوق صوت را می تواند به صورت زیر خلاصه کرد:
الف) شتاب از جابجایی مولکول های آنزیم به سمت سطح بستر / فیبر از طریق لایه مرزی از مایع در رابط مایع جامد بدست می آید. غلظت مولکول های آنزیم در این لایه یک فاکتور کنترل است، که سرعت واکنش کلی را تعریف می کند؛
ب) تحریک شدید لایه مرزی به طور معمول در رابط مایع جامد ، ناشی از فراصوت بی حرکت است ،و کمک می کند تا مولکول های آنزیم موقعیت خود را فقط بر روی بستر ایجاد کنند؛
ج) جلوگیری از هر گونه تجمع ممکن مولکول های آنزیم، که می تواند فعالیت آنزیم را کاهش کاهش دهد؛
د) حذف محصولات هیدرولیز آنزیمی از منطقه واکنش بهبود یافته ، که تسریع سرعت واکنش آنزیمی کلی را موجب می شود؛
ه) “باز کردن” سطح بستر / الیاف به عنوان یک نتیجه از اثرات مکانیکی تولید شده توسط حباب حفره فروپاشی است.
نتیجه گیری
• به نظر می رسد که روش فراصوت از راه حل های فرآوری آنزیم فعالیت خاص مولکول های آنزیم را به هیچ وجه به اندازه قابل توجهی کاهش نمی دهد.
• در مقیاس آزمایشگاهی، معرفی انرژی مافوق صوت در محفظه واکنش در طول آماده سازی های زیستی آنزیمی پارچه پنبه یا آنزیمی زیستی تبدیل سلولز ضایعات پنبه به قندهای منجر به بهبود قابل توجهی در بهره وری آنزیم می شود.
• ترکیب آماده سازی های زیستی آنزیمی و تبدیل سلولز ضایعات پنبه با سطح پایین، با تابش فراصوت یکنواخت می تواند به طور قابل توجهی از این فرایندهای جدید “شیمی سبز” پیشبرد و آن ها را برای اجرای گسترده صنعتی مناسب تر گرداند. این به میزان قابل توجهی می تواند مقدار پساب، مصرف انرژی و هزینه های کلی فرآوری را کاهش دهد.
• این مطالعه همچنین پتانسیل خوبی برای تشدید فرایندهای تکنولوژیک دیگر که شامل انواع مختلفی از آنزیم ها و بسترهای تطبیق می شود فراهم می کند. می توان فرض کرد که، عملا، هر سیستم جامد / مایع که شامل واکنش بین مولکول های آنزیم و بستر جامد است تا حد زیادی از معرفی انرژی مافوق صوت به سیستم بهره مند می شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

Since the middle 1990s, the use of various enzymes in the textile industry has considerably increased, especially in the processing of natural, high value fibers such as cotton. A major advantage of enzymatic bio-processing is that the application of enzymes is much more environmentally benign and the reactions catalyzed are very specific, thus assuring a higher performance. In contrast, the traditional use of harsh organic/inorganic chemicals for cotton processing generates large quantities of toxic wastewater effluents, much less specific, often inducing undesirable side effects, such as reduction in the polymerization degree of cellulose. The enzymes used in cotton bioprocessing, acting as catalysts, speed up complex bio-chemical reactions such as the hydrolysis of cellulose (by cellulases), pectins (by pectinases), starches (by amylases), and triglyceride-based compounds in fats and oils (by lipases). Once they act as catalysts, relatively small concentrations of enzymes are required; if the applied conditions are favorable to the specific enzyme, the action will be repeated several times during the process. Other potential benefits of enzymatic bio-processing include cost reduction through energy and water savings, and improved product quality. Even a larger acceptance of enzymatic bio-processing by the textile industry in the near future will probably result from increasing legislative pressures, from the part of the governments worldwide, to sharply decrease the quantity and toxicity of textile wastewater effluents. In recent years, the high worldwide demand for energy and unstable and progressively more expensive petroleum sources imposed the development of new alternative transportation fuels,1,2 such as bio-ethanol from various biomass feedstocks, including the underutilized sources of plant cellulose, such as cotton gin and lint waste. Currently, the cost-competitive production of cellulosic bio-ethanol is prohibited mostly by the high cost and low efficiency of enzymatic hydrolysis of plant celluloses. Despite the recent,3 substantial reduction in the production cost of cellulolytic enzymes, the actual conversion of plant cellulose into sugars still remains an expensive and slow step. One of the most critical stages of this conversion of plant celluloses into biofuels employs hydrolysis reactions between a highly specific enzyme and the matching substrate (e.g. cotton gin/lint waste cellulose with cellulase), soluble sugars, to be easily converted into ethanol in a subsequent step, thus resulting. The typical applications of enzymes for bio-processing of cotton and cotton waste celluloses are summarized4-7 in Table 1. In addition to the numerous advantages of enzymatic bio-processing of cotton and cotton waste celluloses, several critical shortcomings – such as added processing costs and most important, slow reaction rates – should be mentioned. Enzymatic bioprocessing of cotton, like any other wet processing system, involves transfer of mass (enzyme macromolecules) from the processing liquid medium (enzyme solution) across the surface of the substrate. The detailed mechanism of enzymatic reactions, quite complicated, is still being investigated. In very general terms, the enzymatic reaction could be described according to the stages from Figure 1. At least two stages of the enzymatic reaction (1 and 4) involve transport of the enzyme macromolecules and of the enzymatic reaction products to and from the substrate surface. Since both stages are controlled by diffusion, the overall reaction rate of enzymatic hydrolysis is governed by the diffusion rate of the enzyme macromolecules. Generally, the large threedimensional enzyme macromolecules have very low diffusion rates and also tend to react with the outlaying cellulose fibers from the cotton yarn, which could result in excessive fiber damage. It was suggested8 that sonication of the enzyme processing solution under certain specific conditions could provide a far more efficient transport mechanism for the “bulky” enzyme macromolecules throughout the immediate border layer of liquid at the substrate surface.

DISCUSSION

The general trend observed during the experimental studies on enzymatic bioscouring of cotton fabrics and hydrolytic conversion of cotton waste celluloses into sugars indicates that the introduction of a low-level uniform ultrasound field into the reaction chamber considerably enhanced the performance of enzymes by significantly increasing their overall reaction rates. The beneficial effects of the introduction of ultrasonic energy could be summarized as follows: a) acceleration of the transport of the enzyme macromolecules toward the substrate/fiber surface through the border layer of the liquid at the liquid–solid interface. The concentration of enzyme macromolecules in this layer is a controlling factor, which defines the overall reaction rate; b) vigorous agitation of the normally immobile border layer of the liquid at the liquid–solid interface, caused by sonication, helps the enzyme macromolecules to position themselves “fittingly” onto the substrate; c) prevention of any possible agglomeration of enzyme macromolecules, which could decrease enzyme activity; d) improved removal of the enzymatic hydrolysis products from the reaction zone, which accelerates the overall enzymatic reaction rate; e) “opening up” of the surface of the substrate/fibers as a result of the mechanical impacts produced by the collapsing cavitational bubbles.

CONCLUSIONS

• It appears that sonication of the enzyme processing solution does not reduce the specific activity of the enzyme macromolecules in any significant way. • At a laboratory scale, the introduction of ultrasonic energy in the reaction chamber during the enzymatic biopreparation of cotton fabrics or enzymatic bio-conversion of cotton waste celluloses into sugars resulted in a significant improvement in enzyme efficiency. • The combination of enzymatic biopreparation and enzymatic bio-conversion of cotton waste celluloses with a low-level, uniform ultrasound irradiation could significantly advance these new “green chemistry” processes and make them more suitable for widespread industrial implementation. This could considerably reduce the amount of wastewater effluents, energy consumption and overall processing costs. • This study also provides a good potential for intensifying other technological processes that involve various types of enzymes and matching substrates. One can assume that, practically, any solid/liquid system that involves a reaction between the enzyme macromolecules and the solid substrate would greatly benefit from the introduction of ultrasonic energy into the system.