مقاله تولید بیواتانول از همی سلولز با استفاده از مخمرPichia stipitis خوگرفته به محیط کشت حاوی باگاس نیشکر هیدرولیز شده

بخشی از مقاله

چکیده

امروزه استفاده از مواد لیگنوسلولزي و بیومس براي تولید سوخت هاي زیستی مورد توجه زیادي قرار گرفته است. باگاس نیشکر که حجم بالایی را در بین ضایعات کشاورزي دارد انتخاب مناسبی براي تولید بیواتانول به شمار می رود. در این تحقیق خوگیري مخمر Pichia stipitis بر روي هیدرولیزات باگاس نیشکر که با استفاده از اسید رقیق پیش تیمار شده به منظور تولید اتانول بررسی شده است. در این مطالعه مخمر اولیه بدون خوگیري - سوش وحشی - و مخمر خوگرفته در محیط کشت حاوي 0 و 50 و 100 درصد هیدرولیزات با هم مقایسه شده است. علاوه بر این محیط سم زدایی شده و محیط هیدرولیزات بدون سم زدایی نیز براي این دو مخمر مقایسه شده است. بررسی ها بر روي محیط حاوي %0 هیدرولیز حاکی از آن است که سوش طبیعی رشد بهتري نسبت به سوش خوگرفته داشته و قند موجود را سریع تر مصرف کرده و میزان اتانول بالا تري نیز به تبع آن تولید کرده است. درحالیکه در هیدرولیزات 100 درصد مقدار رشد و تولید اتانول و همچنین سرعت تخمیر بالاتري دارد. همچنین نتایج نشان می دهد که سم زدایی تاثیر مثبتی بر رشد و تولید اتانول در سوش وحشی داشته است ولی در سوش خوگرفته برعکس چراکه به دلیل کاهش قند محیط در عمل سم زدایی، اتانول تولیدي نیز کاهش یافته است.

واژههاي کلیدي: اتانول، همی سلولز، باگاس، خوگیري، Pichia stipitis

-1 مقدمه

اتانول ترکیبی است که امروزه از اهمیت بالایی برخوردار شده است به ویژه قابلیت تولید آن از ضایعات کشاورزي و قابلیت مصرف آن به عنوان سوخت باعث شده است که اهمیت آن هر روزه بیشتر نیز شود. ذرت به عنوان یکی از سوبسترا هاي تولید اتانول است که در ایالات متحده آمریکا به عنوان اصلی ترین منبع تولید اتانول به شمار می آید. از آنجا که ذرت می تواند کاربرد غذایی براي انسان داشته باشد، استفاده از ذرت به عنوان سوبستراي اولیه براي تولید اتانول همواره سوال برانگیز بوده، بنابراین بدست آوردن سوبسترایی تجدید پذیر و ارزان قیمت ضروري به نظر می رسد. از آنجا که سالیانه حجم بالایی از باگاس در کشور تولید می شود که باعث اشغال فضاي زیاد شده و هزینه هاي زیادي را در بر خواهد داشت و از بین بردن و سوزاندن آن و داشتن اثرات زیست محیطی آن باعث مشکلات زیادي شده است، لذا استفاده از این سوبسترا به منظور تولید اتانول مورد توجه می باشد.

تحقیقات محدودي براي تولید اتانل از باگاس در جهان انجام شده است، اما تاکنون به دلیل نداشتن توجیه اقتصادي و یا بالا بودن هزینه هاي سرمایه گذاري بسیار بالا، تولید صنعتی آن در دنیا به طور کامل محقق نشده است. مشکلات عمده اي در تولید اتانل از باگاس وجود دارد که مهم ترین آن پیش تیمار باگاس است که به منظور آزاد سازي قند هاي قابل تخمیر باگاس انجام می شود. امروزه هیدرولیز مواد لیگنوسلولوزي با استفاده از اسید سولفوریک رقیق به طور گسترده در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد و با این روش می توان به 75 تا 90 درصد از زایلوز موجود در همی سلولز دست یافت.

این قند ها با مخمر متداول ساکارومایسس سرویزیه قابل مصرف نیست و باید از میکروارگانیسمی استفاده کرد که توانایی مصرف قند هاي پنتوز و تبدیل آن ها به اتانول را دارا باشد. با این حال از آنجایی که پیش تیمار منجر به تولید موادي مانند اسید هاي ضعیف و مشتقات فوران و ترکیبات فنولی می شود که بازدارنده رشد میکروارگانیسم ها می باشند، باید راه حلی براي آن در نظر گرفته شود. سم زدایی به منظور کاهش ترکیبات سمی می تواند انجام شود که البته این روش بسته به میکروارگانیسم و روش هیدرولیز متفاوت بوده و همچنین باعث کاهش قند هاي قابل تخمیر خواهد شد. لذا روش مناسب تر استفاده از میکروارگانیسم خوگرفته به این ترکیبات می باشد که علاوه بر تولید اتانول در محیط هاي حاوي ترکیبات سمی، هزینه سم زدایی را نیز در پی نخواهد داشت.[3]

-2 مواد و روش ها

1-2 میکروارگانیسم و محیط کشت

مخمر پیکیا مخمر پیکیا استیپیتیس - Pichia stipitis PTCC 5309 - از مرکز کلکسیون قارچ ها و باکتري هاي ایران به صورت اسلنت روي محیط PDA تهیه شد . محیط کشت حاوي منبع کربنی مربوطه و 1% پودر عصاره خیسانده ذرت و % 0.2 اوره بوده که هر کدام به صورت جداگانه و به ترتیب در اتوکلاو و با صافی 0.45 میکرون استریل شدند. محیط کشت استفاده شده 20 میلی لیتر بوده و در فلاسک هاي 100 میلی لیتري انجام شد.

2-2 مواد اولیه

باگاس نیشکر از شرکت کشت و صنعت کارون، اهواز تهیه شد. باگاس نیشکر ابتدا آسیاب شد و با استفاده از غربال هاي با مش 35 تا 80 مورد غربالگري قرار گرفت. رطوبت این نمونه هاي باگاس خرد شده 6 درصد اندازه گیري شد.

3-2 پیش تیمار

15 گرم از باگاس نیشکر در 135 میلی لیتر محلول اسید سولفوریک 0.7 درصد حجمی به مدت نیم ساعت خیسانده شد و سپس با استفاده از دستگاه میکروویو Batch synth مورد پیش تیمار حرارتی قرار گرفت. مدت زمان گرم شدن میکروویو نیم ساعت بوده و پس از رسیدن به دماي 162œC به مدت 38 ثانیه در این دما قرار داده شد. پس از اتمام زمان حرارت دهی نمونه ها تا دماي 50œC خنک شد. پس از پیش تیمار هیدرولیزات با استفاده از کاغذ صافی MN 615.110mm از تفاله جامد جدا شد.

4-2 سم زدایی

سم زدایی هیدرولیزات حاصل شده با استفاده از Ca - OH - 2 و رساندن pH به 11 انجام شد. هیدرولیزات با pH 11 به مدت 30 دقیقه در دماي 50œC قرار داده شد و در نهایت pH با استفاده از اسید سولفوریک 10% به 5.5 رسانده شد.

5-2 خوگیري

خوگیري با استفاده از محیط حاوي 25%، 50%، 75%، % 100 هیدرولیزات انجام شد. بدین منظور مخمر پیکیا پس از رشد بر روي پیش کشت حاوي زایلوز 3% و پودر شربت ذرت خیسانده% - powdered corn steep liquor - 1 و اوره % 0.2 بر روي محیط 25% هیدرولیزات برده شد و پس از 48 ساعت مجددا بر روي محیط 25% انتقال داده شد و به این ترتیب براي هر محیط حاوي هیدرولیزات دو بار و به مدت 48 ساعت در دماي 30œC و دور 150 rpm کشت داده شد.

6-2 روش هاي کمی

براي اندازه گیري مقدار قند هاي آزاد شده از روش 3و5 دي نیتروسالیسیلیک اسید استفاده شد.[4] براي اندازه گیري فورفورال از روش AOAC [1] استفاده شد. اندازه گیري پنتوزها با استفاده از روش اورسینول انجام شد .[2]

-3 نتایج

مقدار قندهاي احیا و گلوکز وفورفورال و پنتوز نمونه هیدرولیز شده در جدول 1 آمده است.