بخشی از مقاله
چکیده
تولید اتانول از منابع تجدید پذیر به عنوان سوخت و یا مادهي افزودنی اکسیژن دار به سوخت در سالهاي اخیر مورد توجه زیادي قرار گرفته است. در این پژوهش ضایعات گندم با استفاده از قارچهاي رشته اي موکور همیلیس و رایزوپوس اورایزه به اتانول تبدیل شد. نشاسته موجود در گندم طی دو مرحله شیرین سازي شامل هیدرولیز بوسیله آنزیم هاي آلفا آمیلاز در دماي 90 °C و pH 5 /5 و گلوکوآمیلاز در دماي 65 °C و pH 4 /5 به گلوکز تبدیل شد. غلظت قند تولیدي بسته به شرایط و غلظت سوبسترا بین 15 تا 190 گرم در لیتر بدست آمد.
سپس به محلولهاي قند بدست آمده مواد غذایی تکمیلی اضافه شد و از آنها در کشت قارچهاي رشته اي مذکور استفاده گردید . در زمانهاي مختلف از محیط کشت نمونه گیري و غلظت گلوکز و اتانول در این نمونه ها با استفاده از HPLC اندازه گیري شد. غلظت اولیه گلوکز در محیط کشت، در مورد هر دو قارچ، تاثیر قابل توجهی در سرعت تولید اتانول و بازده آن داشت. بالاترین بازده اتانول تولیدي بوسیله موکور همیلیس 0 /4 g/g بود که در غلظت 45 گرم در لیتر حاصل شد. بیشینه سرعت تولید اتانول بوسیله این قارچ 0 /39 g/l.h بود که در غلظت 100 گرم در لیتر حاصل شد. مقادیر بیشینه بازده و سرعت تولید در مورد قارچ رایزوپوس اورایزه، که در غلظتهاي مشابه قارچ موکور همیلیس بدست آمد، به ترتیب برابر با 0 /38 g/g و 0 /34 g/l. h بود.
مقدمه
سالانه حجم زیادي گندم در ایران به دلیل مشکلات روشهاي کاشت و نگه داري از بین می رود و به صورت گندم ضایعاتی از چرخه تولید نان کشور حذف می شود. علاوه بر این سالانه حدود 1 میلیون تن از نان تولیدي در کشور به دلیل مشکلات سیستم هاي طبخ، توزیع و نگه داري نان به حالت غیر استاندارد براي استفاده انسان در می آید و به صورت ضایعات نان دور ریخته می شود. به دلیل آلودگی هاي احتمالی نان و گندم ضایعاتی به انواع کپک ها، استفاده از آنها به عنوان خوراك دام، کاربرد معمول امروزي آن، خطر بالقوه اي را در ورود میکروارگانیسم هاي سمی به چرخه غذایی انسان به همراه خواهد داشت. از این رو ضروري است که تمهیدات دیگري براي استفاده بهینه از این مقدار عظیم نان و گندم در نظر گرفته شود .[3-1]
نشاسته جزء اصلی گندم و نان را تشکیل میدهد. این بیوپلیمر امروزه یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید محصولات تخمیري نظیر اتانول به شمار می آید. در سالهاي اخیر روند رو به رشد مصرف منابع تجدید پذیر انرژي از یک سو و آلودگی هاي ناشی از مصرف این سوختها از سوي دیگر توجه جامعه جهانی را به سمت استفاده از سوختهاي زیستی معطوف داشته است.[5 ,4] در این میان تولید اتانول به عنوان یک سوخت اکسیژن دار قابل استفاده به صورت مستقیم و با همراه با سوختهاي دیزلی از اهمیت ویژه اي برخوردار است.[7 ,6] هدف از پژوهش حاضر تولید اتانول از ضایعات گندم با استفاده از دو سویه تولید کننده اتانول از خانواده قارچهاي رشته اي زیگومایست و مطالعه اثر غلظت اولیه گلوکز بر سرعت تولید و بازده اتانول بود.
مواد و روش ها میکروارگانیسم هاي مورد استفاده
در این پژوهش از دو سویه تولید کننده اتانول، رایزوپوس اورایزه - Rhizopous oryzae CCUG28958 - و موکور همیلیس - - Mucor hemialis از خانواده قارچهاي رشته اي زیگومایست از کلکسیون میکروبی دانشگاه گوتنبرگ سوئد تهیه و در تولید اتانول استفاده شد. کلیه مراحل محلول سازي، قندسازي، تهیه پیش کشت و تخمیر طبق روش ارائه شده توسط اسماعیلی انجام شد.[8]
محلول سازي
گندم پس از آسیاب شدن، با استفاده از الک با مش 20 الک شد و از آرد حاصله در انجام آزمایشات استفاده شد. در ادامه آرد با آب با نسبت وزنی 20 درصد مخلوط شد و پس از تنظیم pH در حدود 5/5 و بعد از اتوکلاو کردن، بسته به میزان آرد مورد استفاده، آنزیم آلفا آمیلاز اضافه شد - به ازاء یک کیلوگرم آرد یک میلی لیتر آنزیم آلفا آمیلاز - . بعد از این مرحله ظرف آزمایش به مدت دو ساعت در حمام آبی با دماي 90 درجه سانتیگراد قرار داده شد. در پایان، این مخلوط به مدت 10 دقیقه در دماي 95 درجه سانتیگراد قرار داده و در نهایت تا دماي محیط سرد شد.
قندسازي
پس از تنظیم pH محصول مرحله محلول سازي با اسیدسولفوریک روي 4/5، آنزیم گلوکوآمیلاز به مخلوط اضافه شد - یک میلی لیتر آنزیم گلوکوآمیلاز به ازاي هر کیلوگرم آرد - . بعد از اضافه کردن آنزیم ظرف حاوي سوسپانسیون به مدت20 ساعت در دماي 65 درجه سانتیگراد قرار داده شد. از یک همزن مکانیکی جهت مخلوط کردن مواد در طول مدت قند سازي استفاده شد. نمونهگیري درفاصلههاي زمانی مشخص انجام شده و نمونه ها تا زمان آنالیز در فریزر قرار گرفت. بعد از پایان مرحله قندسازي مخلوط حاصل سانتریفوژ شده و مایع بدست آمده - هیدرولیزیت - جدا شده و در فریزر نگهداري شد و جامد حاصل از عمل سانتریفوژ - گلوتن - جدا شده و در آون در دماي 55 درجه سانتیگراد خشک شد.
تهیه پیش کشت
جهت تهیه پیش کشت، محیط کشت استریلی شامل عصاره مخمر - 5 g/l - ، سولفات منیزیم - 0 /75 g/l - ، دي پتاسیم هیدروژن فسفات - 3/5 g/l - ، سولفات آمونیوم - 7/5 g/l - ، کلرید کلسیم - - 1 g/l و گلوکز - - 40 g/l در pH5/5 تهیه شد.
