استخراج آنزیم پروتئاز با استفاده از سیستم آبی دو فازی مبتنی بر مایع یونی: مطالعه آزمایشگاهی و مدل سازی ترمودینامیکی

هدف: سیستم دو فازی آبی به عنوان یک روش استخراج مایع-مایع به دلیل پتانسیل زیادی برای بازیابی و خالص‌سازی بسیاری از مواد بیولوژیکی مانند پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و اسیدهای نوکلئیک مورد توجه قرار گرفته است. مایعات یونی، گروهی از نمک‌های آلی هستند که کاملاً از یون تشکیل شده‌اند و می‌توانند به عنوان یک حلال مناسب برای یک هدف خاص به ویژه فرآیندهای جداسازی پیشنهاد شوند. در بین مایعات یونی مختلف، مشتقات آلکیل سولفات دارای مزایای بسیار خوبی مانند سنتز آسان به روش بدون هالید با ویسکوزیته نسبتا کم و با هزینه مناسب هستند که به عنوان یک مایع یونی مطمئن در سیستم های دو فاز آبی در نظر گرفته می‌شوند. در این مطالعه، جداسازی آنزیم پروتئاز با استفاده از سامانه دو فازی آبی مایع یونی 1-اتیل،3-متیل ایمیدازولیوم اتیل سولفات و نمک سدیم کربنات مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهایی چون غلظت اولیه آنزیم، غلظت اولیه مایع یونی و غلظت اولیه نمک بر میزان خالص سازی پروتئاز بررسی شد.مواد و روش: طراحی آزمایش باکس-بنکن به عنوان یکی از روش های سطح-پاسخ بمنظور به حداقل رساندن تعداد آزمایشات و بهینه سازی فرآیند مورد استفاده قرار گرفت.نتایج: شرایط بهینه برای نسبت آنزیم به مایع یونی برابر 0.210 و نسبت آنزیم به نمک برابر 0.381 بدست آمد که در این شرایط، غلظت آنزیم در فاز بالا (فاز غنی از مایع یونی) و راندمان جداسازی به ترتیب 4 میلی گرم بر لیتر و 94 درصد بدست آمدند.نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که پروتئین تمایل به استخراج در فاز بالا دارد، و غلظت پروتئین در فاز پایین (فاز غنی از نمک) قابل چشم پوشی بوده است. بعلاوه نتایج آزمایشگاهی تطابق مطلوبی با معادله حالت پیشنهادی nrtl-nrf به عنوان یک معادله با دامنه همبستگی  کوتاه داشتند.

partitioning of protease using an ionic liquid based aqueous two phase system: experimental study and thermodynamic modeling

objective: the aqueous two-phase system (atps) as a liquid-liquid fractionation technique has gained an interest because of great potential for recovery and purification of many biological materials such as proteins, enzymes, and nucleic acids. ionic liquids (ils), are a group of organic salts comprising entirely of ions and can be suggested as a suitable solvent for a specific purpose, especially separation processes. among the various ils, the alkyl-sulfate derivatives have the great advantages such as synthesizing easily in a halide-free way at a reasonable cost with relatively low viscosity and considering as a promising il in atpss. in the present study, the partitioning of protease using the atps [1-ethyl-3-methyl-imidazolium][ethylsulfate]([emim][eso4])/na2co3 was evaluated. the effect of parameters, such as the initial concentration of enzyme (protease), concentration of ionic liquid (il) ([emim][eso4]) and concentration of salt (sodium carbonate) on the purification of protease was investigated.materials and methods: the design experiment of box-behnken as a method of the response surface methodology (rsm) was applied to minimize the number of runs and the process optimization.results: the optimum conditions were enzyme/il of 0.210 and enzyme/salt of 0.381 and concentration of enzyme in the top phase (il rich phase) and separation yield were obtained, 4 ppm and 94%, respectively.conclusions: the results showed that the protein tends to be extracted in a top phase, hence the protein concentration in the bottom phase (salt rich phase) was negligible. furthermore, the experimental results are correlated successfully using non-random two liquid non-random factor (nrtl-nrf) equation as a short-range contribution.