بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از منابع کربن ارزانقیمت راهی مناسب برای کاهش هزینههای مربوط به تولید روغنهای میکروبی است. در این پژوهش قابلیت سویهی مخمر کریپتوکوکوس اورئوسUIMC 65 در تولید روغن تک یاخته با استفاده از نشاسته گندم و بلوط درختان جنگلی یاسوج مورد بررسی قرار گرفت . در بهترین شرایط از نظر میزان رشد مخمر و تولید روغن، با استفاده از گلوکز به عنوان منبع کربن در غلظت 60 گرم بر لیتر، پس از 72 ساعت، 9/26 گرم بر لیتر زیستتوده خشک سلولی و 3/55 گرم بر لیتر روغن در مقیاس ارلن و پس از 96 ساعت، 11/1 گرم بر لیتر زیستتوده خشک سلولی و 4/35 گرم بر لیتر روغن در مقیاس فرمانتور آزمایشگاهی تولید شد. با استفاده از نشاسته به عنوان منبع کربن ارزانقیمت در غلظت 40 گرم بر لیتر، پس از 144 ساعت میزان 7/64 گرم بر لیتر زیستتوده خشک سلولی و 1/98 گرم بر لیتر روغن تولید شد. همچنین با استفاده از پودر میوهی بلوط به عنوان منبع کربن ارزانقیمت، در غلظت 40 گرم بر لیتر، پس از 144 ساعت میزان 6/62 گرم بر لیتر زیستتوده خشک سلولی و 1/39 گرم بر لیتر روغن به دست آمد. نتایج این پژوهش نشان داد، پودر میوه بلوط به عنوان یک منبع کربن ضایعاتی و فراوان برای تولید روغن تکیاخته قابل استفاده است.
کلمات کلیدی: تکیاخته، مخمر روغنی، کریپتوکوکوس اورئوس، نشاسته، بلوط
.1 مقدمه
میکروارگانیسمهای روغنی برای اولین بار در قرن 19 مورد مطالعه قرار گرفتند .[1] میکروارگانیسمهای محدودی در طبیعت قادر به تجمع لیپید درون خود میباشند که به آنها مولد چربی یا الئوژنز1 گفته میشود. این میکروارگانیسمها قادر به تجمع لیپید تا بیش از%20 وزن خشک خود هستند. میکروارگانیسمهای روغنی به طور کلی به سه دسته ریزجلبکها، باکتریها - باسیلوسها - و مخمرها و قارچها تقسیم میشوند .[2] میکروارگانیسمهای روغنی دارای قابلیت استفاده از منابع کربنی مختلف موجود در محیط کشت هستند و میتوانند با جایگزین کردن اسیدهای چرب موجود در محیط، ترکیب چربی خود را تغییر دهند .[3] کارایی روغن تولید شده توسط این میکروارگانیسمها و ترکیب آن به مشخصات ژنتیکی سویههای میکروبی، شرایط کشت و ترکیبات محیط کشت بستگی دارد .[4]
در میان میکروارگانیسمهای مولد چربی، مخمرها مزایای بیشتری نسبت به باکتریها، قارچها و جلبکها دارند. برای مثال سرعت رشد و تکثیر مخمرها بسیار زیاد است، نسبت به گیاهان کمتر تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار میگیرند و کشت آنها نسبت به جلبکها به راحتی افزایش مییابد. آنها همچنین میتوانند از محیطهای تخمیری ارزانقیمت مثل پسماندهای غذایی، محصولات زراعی و صنعتی به عنوان مواد خام اولیه استفاده کنند .[5]از آن جایی که اسیدهای چرب امگا-3 و امگا-6 در منابع گیاهی و حیوانی به میزان کمی یافت میشوند، محققین نسبت به یافتن منابع جدید تمایل زیادی نشان میدهند. یکی از این منابع میکروارگانیسمهای روغنی میباشند که روغن تکیاخته یا تکسلولی تولید میکنند.
روغن تکیاخته یا تکسلولی به روغنی گفته میشود که از میکروارگانیسمها به دست می آید. تولید میکروبی روغنهای غنی از اسیدهای چرب غیر اشباع مهمترین جنبه تولید روغن تکیاخته است. از طرف دیگر، در حال حاضر روغنهای گیاهی مهمترین منبع اسیدهای چرب هستند که تولید آنها با مشکلاتی همچون فضای لازم، شرایط آب و هوایی و اقلیمی مناسب و پروسه تولید طولانی همراه است. تولید چربیهای دامی نیز با مشکلاتی همچون هزینه تغذیه دام و زمان طولانی تولید روبرو است. همچنین منابع گیاهی و دامی به دلیل کاربرد در خوراک انسانها، استفاده محدودی در تولید سوختهای زیستی دارند. تولید اسیدهای چرب مشابه توسط میکروارگانیسمهای مولد چربی، مشکلات بالا را بر طرف میکند.
لیپید تولیدی توسط مخمرهای روغنی معمولا محتوی بیش از 90% تری آسیل گلیسرول - TAG - بوده و حاوی زنجیرهای بلند از اسیدهای 16 تا 18 کربنی است که بسیار شبیه روغنهای گیاهی هستند. اندک تفاوت بین روغن میکروبی و گیاهی، غنی بودن روغن میکروبی از اسیدهای چرب غیراشباع است و به همین خاطر میتوان از آنها برای تولید بیودیزل استفاده کرد 6] و 7 و 8 و .[2این میکروارگانیسمها در اثر تمام شدن یکی از عناصر سازنده آنها که معمولا نیتروژن است، شروع به تولید و انباشت لیپید درون خود میکنند. در طول تروپوفاز1 یا فاز رشد، همه مواد غذایی اساسی برای رشد در دسترس هستند و لیپید اندکی ذخیره میشود. وقتی منبع نیتروژن تمام میشود اما منبع کربن هنوز باقی است، میکروارگانیسمها یک شرایط عدم توازن را که به عنوان ایدیوفاز2 شناخته میشود، تجربه میکنند.
در طول ایدیوفاز، به دلیل فقدان نیتروژن که برای ساخت پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک حیاتی است، تکثیر متوقف میشود اما سلولها هنوز به مصرف کربن باقیمانده ادامه میدهند و لیپید به عنوان ماده ذخیرهای، تولید و انباشته میشود. این میکروارگانیسمها یک آنزیم آدنوزین تری فسفات:سیترات لیاز3 دارند که برای تولید زیستی اسیدهای چرب ضروری است ومیکروارگانیسمهای غیرروغنی این آنزیم را ندارند .[1]شرایط مختلف محیط کشت از جمله نوع کشت، میزان مواد مغذی، منبع کربن، نحوه خوراکدهی، نسبت C/N، گرما و pH میتوانند روی تولید لیپید و ذخیره آن در میکروارگانیسم موثر باشند. در بیشتر مقالات بهترین شرایط برای رشد میکروارگانیسم و تولید لیپید، دمای 30 درجهی سانتی گراد و pH 5/5 گزارش شده است 8] و 9 و 10 و .[11 وقتی نسبت کربن به نیتروژن در محیط کشت بالا باشد، میزان تولید لیپید میکروبی به شدت افزایش مییابد.
بیشتر مخمرهای روغنی با نسبت کربن به نیتروژن کمتر از 20 قادر به تولید لیپید نمیباشند در حالی که نسبت C/N بین 40 تا 80 برای تولید لیپید بسیار مناسب است. با اتمام منبع نیتروژن، رشد سلول متوقف شده و باقیمانده منبع کربن به لیپید تبدیل شده و در میکروارگانیسم ذخیره میگردد .[11] عامل مهم دیگر در تولید لیپید میکروبی، نحوه کشت مخمرهای روغنی است.در رشد غیرمداوم خوراکدهی شده در مقایسه با کشت غیرمداوم، بازدهی تولید لیپید و زیستتوده به شدت افزایش مییابد .[1]عوامل مهمی که قیمت روغن میکروبی را مشخص میکنند شامل هزینه سوبسترا، سرعت تولید و غلظت نهایی محصول است .[12] استفاده از سوبسترای ارزانقیمت مهمترین امر در تولید لیپید و سوخت بیودیزل به روش میکروبی است. هدف از این پژوهش، استفاده از گلوکز و نیز نشاسته گندم و پودر میوه درخت بلوط به عنوان منبع کربن ارزانقیمت میباشد.
.2 مواد و روشها
.1,2 سویهی مخمری
در این پژوهش از سویه مخمر استاندارد کریپتوکوکوس اورئوس به نام 8,0C65 استفاده شد. این گونه مطلقا هوازی است، آنزیم آمیلاز ترشح میکند و در محدوده دمایی بین 20 تا 30 درجهی سانتی گراد قادر به رشد است. آمیلازی که توسط این گونه مخمری تولید میشود قادر به تجزیه نشاسته خام است .[13]
.2,2 محیط و شرایط کشت
برای بررسی میزان تولید روغن تکیاخته توسط سویههای مخمری برای تولید روغن تک یاخته توسط سویههای مخمری از یک فرایند سه مرحله ای استفاده گردید که شاملمراحل فعالسازی، پیش تولید و تولید بود. در مرحله فعالسازی، سویهها روی محیط YPD آگار حاوی - گرم بر لیتر - : گلوکز - 20 - ، پپتون - - 20 ، عصاره مخمر - 10 - و آگار - 20 - در پلیت کشت و مدت زمان 48 ساعت در دمای 30 درجهی سانتی گراد قرار داده شدند. بعد از این مرحله یک لوپ از مخمر خالص فعال شده به محیط پیش تولید تلقیح گردید. این محیط شامل - گرم در لیتر - : گلوکز - 20 - ، - 3 - - NH4 - 2SO4، - 1 - KH2PO4، 0/5 - MgSO4.7H2O - ، عصاره مخمر - 1 - و پپتون - - 1 در pH 5/5 میباشد. تلقیح در ارلن 100میلی لیتری حاوی 20میلی لیتر از محیط انجام و محیط تلقیح شده در دمای 30 درجهی سانتی گراد و 180 دور بر دقیقه در مدت زمان 48ساعت گرماگذاری شد.
مقدار 5 میلی لیتر از محیط پیش تولید که سویههای مخمری در آن رشد یافته بودند به 50 میلی لیتر محیط تولید اصلی که در دمای 110 درجهی سانتی گراد به مدت 10دقیقه اتوکلاو شده بود، اضافه و محیط تلقیح شده در دمای 30 درجهی سانتی گراد و 180 دور بر دقیقه در مدت زمان مشخص گرماگذاری شد.محیط کشت تولید اصلی حاوی - گرم بر لیتر - : گلوکز - 40 - ، - 2 - - NH4 - 2SO4، - 4 - KH2PO4، K2HPO4 - 1 - ، - 0/5 - MgSO4.7H2O و عصاره مخمر - - 0/5 در pH 5/5 میباشد. به منظور بررسی تاثیر منابع کربن متفاوت بر میزان رشد و تولید لیپید توسط این مخمر، در ترکیب محیط کشت تولید اصلی از نشاسته و پودر میوهی بلوط به عنوان منبع کربن استفاده شد.بلوط جمع آوری شده از جنگلهای اطراف یاسوج استفاده شد.تمامی مراحل با سه بار تکرار انجام گرفت و از نمونه شاهد بدون تلقیح میکروارگانیسم در کنار نمونهها استفاده گردید. در پایان مدت گرماگذاری، میزان تولید لیپید - گرم بر لیتر - و کارایی تولید لیپید1 - درصد لیپید تولیدی به وزن خشک سلولی - اندازهگیری شد .[15]
.3,2 اندازهگیری میزان زیستتوده خشک سلولی
