بخشی از مقاله
چکیده
ذخایر انرژي فسیلی جهان، با روند فزاینده مصرف کنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوري که به فکر تامین منابع انرژي خود نباشد، با مشکلات فراوان روبرو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزي موجود در دنیا، جایگزینی تجدید شونده، براي منابع نفتی میباشند . - 2 - فراوانترین ماده آلی بر روي کره زمین سلولز و پلی ساکاریدهاي مشابه آن می باشند که در ساختار گیاهان به کار رفتهاند . - 5 - سلولز از واحدهاي ساختمانی به نام گلوکز تشکیل شده است که یک قند ساده و قابل استفاده براي بیشتر موجودات زنده است، اما تجزیه سلولز و تبدیل آن به گلوکز تنها توسط میکروارگانیسمهایی که داراي آنزیم سلولاز - Cellulase - میباشند انجام پذیر است.
- 9 - اگر با فرایندي مناسب و اقتصادي سلولز گیاهان به قندهاي ساده و قابل تخمیر تبدیل شود، تحولی شگرف در صنایع غذایی و همچنین تولید سوختهاي طبیعی روي خواهد داد 1 - ، 2، 5، 6، . - 10 پس از تولید گلوکز می توان با استفاده از میکروبهاي دیگري و با استفاده از عمل تخمیر از قندهاي موجود، اتانول تولید کرد که جانشینی مناسب براي سوختهاي فسیلی میباشد 2 - ، 4، . - 10
هم اکنون پژوهشگران زیادي بر روي جنبه هاي سلولی و مولکولی تولید مقرون به صرفه آنزیم سلولاز کار می کنند و در این زمینه به توفیقاتی نیز رسیدهاند. اما کماکان تولید و پرورش میکروارگانیسمهایی که با سرعت بیشتر و هزینه کمتري قادر به تولید آنزیم فوق باشند مد نظر بسیاري از محققین است 1 - ، 2، 3، . - 4 در کشور ایران نیز از ضایعات گیاهی و کشاورزي سلولزي استفادة مطلوبی نمیشود و در صورت استفادة مناسب از این منابع مقادیر بسیار زیادي سوختهاي طبیعی و قندهاي ساده قابل تولید میباشد.
مقدمه
استفاده از ضایعات گیاهی و سلولزي سبب کاهش آلودگیهاي زیست محیطی و بهبود وضعیت بهداشتی جامعه میگردد . - 2 - یکی از مهمترین مشکلات زیست محیطی، گرم شدن کرة زمین بدلیل مصرف زیاد سوختهاي فسیلی میباشد، استفاده از سوختهاي جایگزین سوختهاي فسیلی در توقف این پدیدة نامطلوب مؤثر میباشد . - 2 - میزان انرژي جذب شده بوسیله عمل فتوسنتز بر روي کرة زمین چیزي در حدود 10 برابر مصرف سالیانه انرژي جهان میباشد، که از این میزان حدود 2/3 آن بوسیله گیاهان و بقیه بوسیله فیتوپلانکتونهاي آبزي جذب میشود . - 2 -
سلولز فراوانترین ماده آلی موجود بر روي کرة زمین میباشد . - 5 - تودة زیستی گیاهی بیشتر از سه ترکیب سلولز - %40 - ، همی سلولز - %33 - و لیگنین - %23 - تشکیل شده است. تخمین زده میشود که در حدود 4× 1010 تن سلولز در سال بوسیله گیاهان آلی تولید میشود. یا به عبارتی به ازاي هر نفر در هر روز 70 کیلوگرم سلولز سنتز میشود. بنابراین کاربرد آنزیمهایی که توانایی تغییر و تبدیل در سلولز را داشته باشند مورد توجه قرار گرفته است . - 9 -
سلولز از واحدهاي ساختمانی گلوکز که بوسیله پیوندهاي - β 1 6 - به هم متصل شدهاند، ساخته شده است. اما تجزیه سلولز و تبدیل آن به گلوکز تنها توسط میکروارگانیسمهایی که حاوي آنزیم سلولاز میباشند انجام پذیر است . - 9 - اگر بتوان با فرایندي کارآمد و اقتصادي سلولز موجود در ضایعات گیاهی و کشاورزي را به قندهاي ساده و قابل تخمیر همچون گلوکز تبدیل کرد، تحولی بزرگ در صنایع غذایی و تولید سوختهاي طبیعی جایگزین شونده نظیر اتانول روي خواهد داد 1 - ، 2، 4، . - 9 در زمینه تولید اتانول از مواد سلولزي پیشرفتهاي بسیاري حاصل شده است 1 - ، 2، 3، 4، 10، . - 11 اما جهت پیشرفت و توسعه این فرایند، پژوهش و مطالعات بیشتري مورد نیاز است.
در کشور ایران نیز از بیشتر ضایعات سلولزي و کشاورزي همچون کاه گندم و جو، کاه برنج، ضایعات جنگلی، روزنامهها و کاغذهاي باطله، ضایعات کارخانجات کاغذسازي و ... استفادة مطلوبی نمیشود. اگر چه آمار دقیقی از میزان مواد فوق در دسترس نمیباشد اما بی شک حجم بسیار زیاد و قابل توجهی میباشند. جهت تولید گلوکز از مواد سلولزي و تبدیل آن به اتانول مراحل زیر انجام میگیرد. نمودار شمارة یک نشانگر مراحل انجام این کار است که به تفصیل در هر مورد بحث خواهد شد.
پیشگیري از اتلاف سایر منابع ملی 571
الف- تولید انبوه آنزیم سلولاز میکروبی
موفقیت طرح تبدیل ضایعات سلولزي به مواد قندي و سوختی در گرو تولید موفقیت آمیز و با صرفه آنزیم سلولاز می باشد. تولید سلولاز، پر هزینه ترین قسمت این فرایند می باشد که در حدود
%40 هزینه کل را شامل می شود. به همین سبب تحقیقات بسیاري جهت کاستن هزینه تولید آنزیم در جریان است. باید به این نکته توجه باشیم که آنزیم سلولاز یک آنزیم خاص نیست و یک سیستم آنزیمی شامل سه قسمت عمده می باشد: - . - 5
-1 آنزیم Endo - ß- glucanase که زنجیره سلولزي را به طور راندوم می شکند و حاصل عمل آن گلوکز و Cello – oligo Saccharides می باشد.
-2 آنزیم Exo - ß - glucosidase که به انتهاي غیر احیا کننده زنجیره سلولزي حمله کرده و تولید سلوبیوز می کند.
-3 آنزیم ß – glucosidase که سلوبیوز را به گلوکز تبدیل می کند . - 5 -
ب- جداسازي میکروارگانیسمهاي تولید کننده سلولاز
در این مرحله باید به جستجوي میکروارگانیسمی پرداخت که قادر به تولید این آنزیمها به مقدار مناسب باشد. اگر چه بسیاري از میکروارگانیسمها قادر به تولید سلولاز هستند اما تنها تعداد کمی از آنها مقادیر قابل توجهی از این آنزیم را تولید میکنند . - 2 - قارچها مهمترین گروه تولید کننده این آنزیم هستند اگر چه گزارشاتی هم درمورد باکتریها و آکتینومیستهاي تولید کننده این آنزیم وجود دارد. مهمترین قارچهاي تولید کننده این آنزیم متعلق به جنسهاي Trichoderma و Aspergillus میباشند . - 2 -
براي جداسازي میکروارگانیسمهاي فوق تکنیکهاي خاصی وجود دارد که توضیح آن خارج از حوصله این بحث میباشد 2 - ، 5، . - 8 پس از جداسازي میکروارگانیسم مناسب، میتوان با استفاده از عمل موتان زایی به میکروبهایی دست پیدا کرد که توان زیاد تري جهت تولید آنزیم سلولاز داشته باشند. جهت موتان زایی میتوان از اشعه UV و ماده NTG - nitrosoguanidine - استفاده کرد . - 2 - بسیاري از سویههایی که امروزه جهت تولید آنزیم سلولاز به کار برده میشوند موتانهاي حاصل از Trichoderma reesei میباشند 2 - ، 5، 9، . - 10
