بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بیواتانول به عنوان جایگزین سوخت هاي فسیلی در چند دهه گذشته گسترش یافته است. در این تحقیق از مخمر ساکارومایسس سرویزیه براي تولید بیواتانول از ملاس نیشکر استفاده شده است. پارامترهاي موثر بر روي تولید بیواتانول از ملاس نیشکر با استفاده از طرح رویه پاسخ مورد ارزیابی قرار گرفته و بهینه سازي شدند. مقادیر بهینه پارامترها اعم از دما، pH و غلظت ملاس نیشکر بعنوان سوبسترات در یک دوره 72 ساعته از تخمیر بترتیب 35 0C، 5 و 300 mg/l بدست آمده است. طبق بهینه سازي صورت گرفته بیشترین بازدهی بیواتانول %56 بدست آمده است. ضریب همبستگی مدل محاسباتی یا R2 - adj - براي مقدار بیواتانول تولیدي برابر%98/6 بدست آمده است.
واژههاي کلیدي: بیواتانول، ملاس نیشکر، تخمیرمیکروبی، ساکارومایسس سرویزیه.
مقدمه
کاهش روزافزون منابع نفتی و آلودگی هاي زیست محیطی حاصل از این سوخت ها کشورهاي جهان را به سمت جایگزینی سوخت هاي فسیلی سوق می دهد. با توجه به مصرف زیاد بنزین و هزینه هایی که کشور ما براي صادرات بنزین صرف می کند،بیش از پیش نیاز به جایگزینی مناسب براي سوخت هاي فسیلی احساس می شود.در کشور ما بالغ به 40 کارخانه ي تولید کننده الکل وجود دارد که با مشکلات زیادي روبه رو هستند و اغلب دچار فرسودي تجهیزات اند و همگی براي الکل ،از ملاس استفاده می کنند . در حال حاضر بزرگترین کارخانه در ایران، سالانه 6 میلیون لیتر الکل اتانول تهیه می کند.جایگزینی حتی 5 درصد از بنزین توسط اتانول درموتورهاي فعلی اتومبیل ها، نه تنها مشکلی ایجا نمی کند، بلکه باعث کاهش 7/12 درصد واردات بنزین خواهد شد.اتانول یک سوخت اکسیژن دار است که شامل 35 درصد اکسیژن می باشدو باعث کاهش انتشار NOx از سوخت می شود. - 1 -
در سال هاي اخیر تولید اتانول مورد توجه خاصی بوده و بازار مصرف آن رو به افزایش می باشد. استفاده از اتانول به عنوان بخشی از سوخت، بحث آلودگی هوا، افزایش دماي کره ي زمین و آینده بازار ترکیبات نفتی از جمله مسائلی است که موجب رو آوردن شرکت هاي مختلف وحمایت سازمان هاي مختلف دنیا براي تولید اتانول شده است . امروزه اتانول در مقیاس صنعتی عمدتا به روش تخمیر تولید می شود. برخلاف سوختهاي فسیلی، بیواتانول یک منبع انرژي تجدیدپذیر است که از تخمیر گلوکز حاصل میشود. اتانول در سطح وسیعی در ایالات متحده به عنوان بنزین استفاده میشود. به عنوان مثال، بخش حملونقل ایالات متحده هماکنون حدود 4050 میلیون لیتر اتانول مصرف میکند که این تنها 1 درصد کل مصرف بنزین است. استفاده از سوخت مخلوطی اتانول براي وسایل نقلیه بطور عمدهاي مصرف بنزین و صدور گازهاي گلخانهاي را کاهش میدهد. - - 2
اتانول همچنین نیازي به MTBE - مادة افزودنی به بنزین براي احتراق بهتر - که یک مادة شیمیایی سمی است و آلودهکنندة آبهاي سطحی میباشد ، ندارد. - - 3 علاوه بر محاسنی که اتانول دارد این ماده داراي معایبی نیز می باشد. معایب بیو اتانول شامل دانسیته انرژي پایین تر از بنزین،خوردگی آن ، درخشش شعله کم، فشار بخار پایین ، قابلیت انحلال با آب و سمی بودن با اکو سیستم ها می باشد. - - 1 امروزه مخمر ساکارومایسس سرویزیه به عنوان مهمترین مخمر صنعتی مطرح میباشد و در زمینه هاي تولیدي وسیع، از جمله خمیر مایه نان، پروتئین هاي نوترکیب نان و بیواتانول کاربرد دارد. - - 4
تولید بیواتانول به وسیله این میکروارگانیسم در سطح آزمایشگاهی از جنبه هاي آموزشی و تحقیقاتی واجد اهمیت فراوان است. 5 - و - 6 معمولا براي بررسی میزان تولید بیواتانول در سویه هاي مختلف مخمر از کشت مایع در درون ارلن مایر استفاده می شود. هدف از تحقیق حاضر بهینه سازي محیط کشت تولید بیواتانول با استفاده از مخمر S. cerevisiae PTCC 5052 در دماها و pH هاي مختلف می باشد. ازملاس نیشکر به عنوان منبع غنی از ساکاروز و گلوکز جهت تولید محصول استفاده می شود. از روش CCD1 که از روش هاي طرح رویه پاسخ است جهت طراحی آزمایشات استفاده شده و آنالیز آماري ، رگرسیون و تحلیل واریانس با استفاده از بسته نرم افزاري Design Expert 7.0 انجام گرفت.
مواد و روش ها
میکروارگانیسم و شرایط نگهداري
در این تحقیق، از مخمر Saccharomyces cerevisiae PTCC 5052 خریداري شده از مرکز کلکسیون قارچها و باکتریهاي سازمان پژوهشهاي ایران استفاده شده است. به منظور نگهداري سویه از دماي 4 درجه سانتی گراد و محیط کشت جامد و اسلنت حاوي عصاره مخمر و کلرامفنیکل بنام yeast-extract chloramphenicol agar استفاده گردید.
شرایط محیط کشت و تولید بیواتانول
محیط کشت مایع براي تولید بیواتانول ، از مقدار مشخصی Baker's Yeast با خواصی طبق جدول 1 استفاده می شود. ml 4 محلول Trace element با ترکیب نشان داده شده در جدول 2 به محیط کشت اضافه می شود. مطالعه رشد مخمر و تولید بیواتانول در فلاسک هاي 500 ml محتوي 200ml محیط کشت درشرایط دمایی و pH هاي مختلف درون شیکر انکوباتور با دور 150rpm انجام شد. استریل کردن همه نمونه ها دراتوکلاو تحت دماي 121 درجه سانتی گراد و فشار 1 اتمسفر به مدت 15 دقیقه انجام پذیرفت. مدت تخمیر 72 ساعت در نظر گرفته می شود در این مدت در شرایط بی هوازي، مخمر ملاس نیشکر را که در مقادیر مختلف به آزمایشات اضافه می شود به بیو اتانول تبدیل می کند. بعد از این مدت جهت شناسایی بیواتانول 10 میلی لیتر از نمونه را برداشته و مقدار کمی دي کرومات پتاسیم و چند قطره اسید سولفوریک به آن اضافه می کنیم.
بعد از انجام اینکار اگر رنگ صورتی نمونه به رنگ سبز تغییر کند نشان دهنده وجود و تولید بیواتانول می باشد. پس از پایان 72 ساعت نمونه ها را بایستی با دور 5000 rpm و به مدت 10 دقیقه در دماي 4 درجه سانتی گراد سانتریفیوژ کرد. در ادامه کار نمونه ها فیلتر شده و توسط HPLC ترکیبات درون آن آنالیز می شود. شده براي طراحی آزمایشات به عنوان متغیر هاي مورد نظر و با سه سطح در مقادیر کد شده +1 - و0و - -1 و مقادیر واقعی، مطابق جدول 3 در نظر گرفتیم. با استفاده از روش CCD و با کمک نرم افزار Design Expert 7.0 و سطوح در نظر گرفته شده براي هر یک از متغیرها آزمایشات را طراحی کرده و چیدمان آنها و نتایج بدست آمده را براي میزان بیو اتانول تولیدي مطابق جدول 4 مشخص نمودیم. جدول 4 آرایش روش CCD را با 6 تکرار در نقطه مرکزي نشان می دهد.
