بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از ساقه چای تیمار شده به عنوان سوبسترا برای تولید آنزیم،تحت شرایط کشت جامد،مورد بررسی قرار گرفت. و در این بررسی میزان تولید آنزیم با استفاده ازساقه چای تیمار شده باH2SO4 ، NaOH، H2O2 ، HNO3و % HCL 0.5 نتایج نشان داد که بیشترین میزان تولید آنزیم مربوط به استفاده از ساقه چای تیمار شده با NaOHبه میزان CMCase 45U/g ، FPase 4.5U/gو B-glucosidase 64 U/gمی باشد. در بررسی میزان تولید آنزیم CMCase ، FPaseو B-glucosidase با استفاده ازساقه های تیمار شده با، NaOH 1،2 ، 3و 4 درصد نتایج نشان داد که بیشترین میزان تولید آنزیم مربوط به استفاده از ساقه چای تیمار شده با % NaOH 2 به میزان CMCase 61.4 ، FPase 6.81 و B-glucosidase 73.65 می باشد.
بر اساس نتایج تجزیه XRD ،افزایش در بلورینگی سلولز در ساقه چای پیش تیمار شده با هیدروکسید سدیم مشاهده گردید.نتایج حاصل از SEM مقایسه بین ساختار ساقه ی چای قبل و پس از پیش تیمار، یک ساختار هموار،سفت و بسیار منظم را برای ساقه چای تیمار نشده نشان می دهد،در حالی که پیش تیمار باعث ایجاد تغییراتی در ساختار شد.پیش تیمار ساختار را تجزیه نمود، و سوبسترایی با سطح غیریکنواخت، ناهموار،زبر و خشن را به جای گذاشت، که در آن، برخی از اجزای سطح خارجی از دست رفتند. بر طبق تصاویر SEM ،می توان نتیجه گرفت که قارچ آسپرژیلوس در بستر ساقه چای تیمار شده رشد بهتری از خود نشان می دهد.نتایج حاصل از این تحقیق نشان میدهد که ضایعات کشاورزی مورد مطالعه ،ضایعات ساقه ی چای سوبسترایی مناسب برای تولید و بهینه سازی سلولاز - CMCase ، FPaseو - B-glucosidase است.
کلمات کلیدی: بایواتانول ، چای تیمار شده ، ضایعات چای
-1 مقدمه
ذخایر انرژی فسیلی جهان ، با روند فزاینده مصرف کنونی ، تا چنددین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوری که به فکر تأمین انرژی خود نباشد ، با مشکلات فراوان روبه رو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزی موجود در دنیا جایگزینی تجدید شونده ، برای منابع نفتی می باشند . فراوانترین ماده آلی بر روی کره ی زمین سلولز و پلی ساکاریدهای مشابه آن می باشند که در ساختار گیاهان به کار رفته اند.سلولز از واحدهای ساختمانی به نام گلوکز تشکیل شده است که یک قند ساده و قابل استفاده برای بیشتر موجودات زنده است.اما تجزیه سلولز و تبدیل آن به گلوکز تنها توسط میکروارگانیسم هایی که دارای آنزیم سلولاز می باشند انجام پذیر است.اگر با فرآیندی مناسب و اقتصادی سلولز گیاهان به قندهای ساده و قابل تخمیر تبدیل شود، تحولی شگرف در صنایع غذایی و هم چنین تولید سوخت های طبیعی روی خواهد داد - 3.4 - . پس از تولید گلوگز می توان با استفاده از میکروب های دیگری و با استفاده از عمل تخمیر از قندهای موجود،بایواتانول تولید کرد که جانشینی مناسب برای سوخت های فسیلی میباشد.
هم اکنون پژوهشگران زیادی بر روی جنبه های سلولی و مولکولی تولید مقرون به صرفه آنزیم سلولاز کار می کنند و در این زمینه به توفیقاتی نیز رسیده اند. اما کماکان تولید و پرورش میکروارگانیسم هایی که با سرعت بیشتر و هزینه کمتری قادر به تولید آنزیم فوق باشند مد نظر بسیاری از محققین است. در کشور ایران از ضایعات گیاهی و کشاورزی سلولزی استفاده ی مطلوبی نمی شود و در صورت استفاده ی مناسب از این منابع مقادیر بسیار زیادی سوخت های طبیعی و قندهای ساده تولید می شود.مواد سلولزی بیشترین و بزرگترین منبع کربنی تجدید پذیر هستند.ضایعات لیگنوسلولزی به عنوان مثال ضایعات کشاورزی ، جنگل و صنایع مختلف عموما حاوی سلولز ، همی سلولز و لیگنین می باشند که در حجم وسیع ایجاد می شوند .استفاده از ضایعات گیاهی و سلولزی سبب کاهش آلودگی های زیست محیطی و بهبود وضعیت بهداشتی جامعه می گردد.یکی از مهمترین مشکلات زیست محیطی،گرم شدن کره ی زمین به دلیل مصرف زیاد سوخت های فسیلی می باشد.
استفاده از سوخت های جایگزین سوخت های فسیلی در توقف این پدیده ی نامطلوب مؤثر می باشد. میزان انرژی جذب شده به وسیله ی عمل فتوسنتز بر روی کره ی زمین چیزی در حدود 10 برابر مصرف سالیانه ی انرژی جهان میباشد،که ازاین میزان حدود 2/3 آن به وسیله ی گیاهان و بقیه به وسیله ی فیتوپلانکتون های آبزی جذب می شود. سلولز فراوانترین بیوپلیمر در بیوسفر و یکی از مهمترین اجزای ساختاری دیواره ی سلولی گیاهان است که تقریبا حدود 50 درصد از توده ی درختان را شامل می شود.در دیواره ی سلولی گیاهان میکروفیبریل های سلولز در ماتریکس های حاوی سلولزها و پکتین قرار دارد - - 5.6
-2 بیان مساله
مواد سلولزی : پیش رفتن کشورهای دنیا به سمت صنعتی شدن و نیز روند رشد جمعیت از جمله عواملی هستند که نیاز روزافزون به منابع انرژی را روز به روز افزایش می دهند. باتوجه به محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و نیز لحاظ کردن مشکلاتی که این نمونه سوخت ها از نظر زیست محیطی به وجود می آورند، بحث مطرح نمودن سوختی جایگزین که سازگاری بهتری با محیط زیست داشته باشد و از منابع تجدید پذیر حیات تأمین شده باشد را بطور جدی مطرح می سازد. تمایل به تولید الکل از سلولز در تمام دنیا رو به افزایش است مواد سلولزی را می توان برای تولید سوخت استفاده نمود به طوری که کل تولید خالص گازهای گلخانهای کاهش یابد. مواد سلولزی به صورت محصول جانبی فرآیندهای صنعتی و کشاورزی قابل دسترس می باشد. همان گونه که میدانیم مواد سلولزی به عنوان ضایعات کشاورزی شامل محصولات زراعی و باغی و ضایعات کارخانه های کاغذ سازی سالیانه در کشور به عنوان مواد زائد و دور ریختنی تولید میشوند. متأسفانه دور ریختن این مواد باعث تخریب محیط زیست و سوزاندن آنها آلودگی شدید هوا را به دنبال دارد. یکی از راه های مناسب برای استفاه از این ضایعات تبدیل آنها به الکل اتیلیک می باشد 7 - ، - 8
-3 اهمیت سلولز و متابولیسم سلولز
سلولز یک پلیمر خطی با واحد سازنده ی کلوگوپیرانوز است که دارای خواص زیست تخریب پذیری ، غیر سمی، قابل بازیافت، آبدوست و ایمن و... است. سلولز در صنایع مختلف از جمله چوب و کاغذ ، صنایع غذایی، نساجی، الکتریکی، دارویی و بهداشتی و... کاربرد دارد. یکی از کاربردهای وسیع سلولز و مشتقات آن در داروسازی و لوازم آرایشی و بهداشتی است. میکرو کریستال سلولز بیشترین کاربرد در داروسازی را دارد . سلولز اتر و سلولز استر دو تا از مشتقات مهم سلولز در صنایع داروسازی هستند که می توان به مواردی همچون هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، هیدروکسی پروپیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، سلولز استات فتالات، اتیل سلولز، متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز، سدیم کربوکسی متیل سلولز و... اشاره کرد 9 - ،10، - 11 سلولز و مشتقات آن در فرمولاسیون داروها، در تهیه روکش های قرص ها و کپسول ها ، ماتریس های انحلال پذیر، حاملان دارویی هدف دار، میکرو کپسوله کردن ذرات دارویی، کنترل رهایش دارو، سیستم های انتقال داروی اسمزی، به عنوان چسب زیستی و اتصال دهنده ، افزایش تراکم پذیری ، در داروهای مایع به عنوان تثبیت کننده و... دارای کاربردهای بسیار وسیعی می باشد . بنابراین امروزه سلولز یکی از پلیمرهای پرکاربرد در صنعت داروسازی می باشد که تحقیقات فراوانی بر روی کاربردهای جدید و مشتقات جدید در دنیا در حال انجام است 12 - ، - 13 عمده قسمتهای کربن دار گیاه را سلولز تشکیل می دهد که اهمیت آن در آن است که قسمتهای پوسیده گیاه که حاوی سلولز هستند
نقش عمده ای را در چرخه کربن ایفا می کنند. محتوای سلولزی گیاهان هرگز ثابت و یکسان نیست و بافتهای جوان و یا آبدار گیاه از لحاظ سلولزی بسیار فقیر هستند اما با افزایش سن گیاه و افزایش روند چوبی شدن محتوای سلولزی گیاه هم بالا می رود که عمدتا در دیواره ی سلولهای بالغ و بافتهای پیر دیده می شود. متابولیسم سلولز تحت کنترل یکسری عوامل محیطی است شامل: نیتروژن قابل دسترس ، درجه حرارت، تهویه، رطوبت، اسیدیته-حضور سایر باکتریها-نسبت لیگنین در بافتهای گیاهی. عموماً با افزایش نیتروژن غیر گیاهی تخریب سلولز افزایش می یابد و املاح آمونیوم و نیترات بیشتری تولید می شود. یافته ای نشان می دهد هر 1 واحد نیتروژنی برای تجزیه 35 واحد اکسیژن کافیست. تأثیر فسفر بر تجزیه این پلی ساکارید هم تأثیری مستقیم است و کمبود فسفر ممکن است باعث پایین آمدن فعالیت میکروبی در تخریب آن شود. سلولز می تواند از دماهای نزدیک به یخ زدگی تا دمای F 65 فعال باشد.دما عمدتاً با تأثیر بر روی عملکرد آنزیم ها در این روند تجزیه دخالت می کند.
متابولیسم سلولز در محیط های بی هوازی و مواجه با کمبود اکسیژن به دلیل انرژی کم، فرآیندهای بی هوازی کاهش پیدا می کند 14 - ،15 - از آنجا که رطوبت در خاکها باعث پایین آمدن مقدار اکسیژن می شود بنابراین زهکشی ضعیف منجر به تکثیر باکتریهای بی هوازی شده و قارچها و اکتینومیستهای تغذیه کننده از سلولز هم کاهش می یابند.پس در مدریت سطوح رطوبتی شرایطی را برای رشد قارچها و باکتریهای هوازی تحمل کننده ی رطوبت زیر حد نرمال فراهم می آورند. محیط خنثی : بسیاری از میکروارگانیسمهای هیدرولیز کننده ی پلی ساکاریدها می توانند آنزیم های ویژه ی این کار را آزاد سازند. محیط اسیدی : در این محیط نابودی سلولز عمدتا توسط قارچهای فیلامنتوس صورت می گیرد.بیشترین سرعت تجزیه در اسیدیته 4 تا 5 است. محیط قلیایی - اکسیژن پایین - : فرآیند تجزیه به سرعت کاهش می یابد. سلولز به عنوان تنها منبع کربن به کاهش رشد و افزایش تعداد در باکتری ها منجر خواهد شد.در حضور منابع ساده ی کربن مصرف سلولز کاهش می یابد اما پوسیدگی و فاسد شدن سلولز در صورت حضور سایر منابع کربوهیدراتی به دلیل افزایش آنزیم های تجزیه کننده ی پلی ساکاریدها افزایش می یابد. این ماده - لیگنین - نابودی سلولز را کاهش می دهد.این ماده گرچه سمی نیست اما با تأثیر فیزیکی با ایجاد ساختارهای زنجیره مانند با سلولز از آن محافظت می کند 16 - ، - 17
-4 تجزیه سلولز
ذخایر انرژی فسیلی جهان، با روند فزاینده ی مصرف کنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوری که به فکر تأمین منابع انرژی خود نباشد، با مشکلات فراوان روبرو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزی موجود در دنیا، جایگزینی تجدید شونده، برای منابع نفتی می باشند.فراوانترین ماده آلی بر روی کره زمین سلولز و پلی ساکاریدهای مشابه آن می باشند که در ساختار گیاهان به کار رفتهاند. سلولز از واحدهای ساختمانی به نام گلوکز تشکیل شده است که یک قند ساده و قابل استفاده برای بیشتر موجودات زنده
