فایل مارکت

تولبد اتانول بوسیله موکور ایندیکوس و ریزوپوس اریزا از ساقه برنج بوسیله تخمیر و هیدرولیز جداگانه

– مقدمه

ساقه برنج : از فراوانترین ضایعات لیگنوسلولزی در جهان است . تولید سالیانه آن در سراسر دنیا ، 600 میلیون تن در هر سال برآورده می شود . برخلاف ساقه گندم ، مقادیر بالای سیلیکا و قابلیت هضم پایین ، مانع از استفاده از ساقه برنج به عنوان خوراک دام می شود .

بیو اتانول : که امروزه اهمیت جهانی بسیاری دارد ، قابل تولید از ساقه برنج می باشد . سلولز و همی سلولز ساقه برنج را می توان با آزاد کردن قندهای مونومی بوسیله هیدرولیز و سپس تخمیر با میکروارگانیزمها تبدیل به اتانول نمود .

هیدرولیز مواد لیگنو سلولزی ، معمولاً بوسیله هیدرولیز آنزیمی یا اسیدی انجام می شود . در روش آنزیمی ، مولد لیگنوسلولزی ، ابتدا در معرض یک پیش تیمار قرار می گیرند که ساختار سلولز برای حمله آنزیمی باز شده ، و برحسب روش هیدرولیز : همی سلولز را می توان به قندهای ساده هیدرولیز کرد . فرآیند پیش تیماررا می توان بوسیله فرآیندهای فیزیکی ، شیمیایی ، یا بیولوژیکی انجام داد . مصرف اسید پایین و تولید قند زیاد از بخش همی سلولز مورد لیگنو سلولزی ، هیدرولیز اسیدی را روش مناسب برای پیش تیمار مواد لیگنو سلولزی قبل از هیدرولیز آنزیمی می سازد .

ساکارو ماسیس سرویسیا : رایجترین ارگانیزم برای تخمیر هگزوز به اتانول است . با این حال ، قادر به تخمیر پنتوزو حاصل از همی سلولز نمی باشد . علاوه براین 1 دمای بهینه تخمیر آنقدر بالا نیست که خطرات آلودگی را کاهش داده و امکان حداکثر عملکرد ساکارنمیکالسیون و تخمیر همزمان را فراهم آورد . اخیراً ، قارچ فیانمتوس زیگو میست ، برای تولید اتانول ، مشخص شده است . در این گروه قارچها ، موکور ایندکیوس و ریزوپوس اریزا ، قادر به سازگاری هگزوز و نپتوز و تولید اتانول ، هستند . محصول و بهره وری حاصل از هیدرولیزات اسیدی رقیق بوسیله م.ایندکلوس ، به ترتیب ggt 45/0 و h1- تا g83/0 بود . مشاهده شد که  ر.اریزا قادر به تولید اتانول از مایع سولفیتی و سازگاری زیلوز و تمامی هگزوزها در این مایع ، می باشد . علاوه بر این ، آنها در برابر بازدارنده های موجود در هیدرولیزاتهای اسیدی لیگنو سلولز ، مقاوم هستند مزیت دیگر زیگو مسیت ها میزان شیتوزان بالای آنهاست که برای کاربردهای مختلف در صنایع غذایی ، دارویی و تصفیه آب ، مناسب می باشد .

در مطالعه قبلی ، قابلیت فرایند اسیدی ، برای پیش تیمار و هیدرولیز همی سلولز ساقه برنج به اتانول ، بررسی شد . در مطالعه فعلی ، به هیدرولیز آنزیمی و تخمیر ساقه برنج پیش تیمار شده ( بخش سلولزی ) بوسیله فرآیندهای تخمیر و هیدرولیز جداگانه (SHF) پرداخته شد . تخمیر ساقه هیدرولیز شده . با م .ایندیکلوس و ر. اریزا بررسی شده و با س.سرویسیسا مقایسه شد . از سلولزهای خاص (Avicel) : به عنوان مرجع در آزمایشات شاهد استفاده شد .

3- نتایج

3.1. هیدرولیز آنزیمی

تاثیر دما (T) و PH  بر هیدرولیزر آنزیمی 1 تا 15 سلولز خاص ، بررسی شده و نتایج در تصویر 1 ارائه شده اند . فعالیتهای آنزیم FPU15 سلولاز و IU 50 B – گلوکوزیدار در هر گرم سلوز ، مورد استفاده قرار گرفت . دماهای مورد بررسی ، 38 ، 45 و C5 ، در PH 5/4 ، 51 ، و 5/5 بودند . پروفیل ( نیم رخ ) تبدیل سلولز طی یک دوره 70 ساعته بررسی شد .(تصویر1) . در تمامی آزمایشات ، این تبدیل در PH5  ، سر تمرین میزان بود . حداکثر غلظت گلوکز در دمای C45 ، 1- gl4/10 در دمای ph 5 پس از 48 ساعت بود . این مورد را باید با غلظت گلوکز مشاهده شده 8/9 و 1- gl 8 به دست آمده به ترتیب در دماهای  c 38 و c50 ،در همین ph  و زمان ، مقایسه شد . با این حال ، دمای بهینه ، با زمان مذکور ، مرتبط شد . پس از 4، 8 ساعت بهترین میزان تبدیل در دمای c 50 ،به دست آمد . هنگام استفاده از زمانهای واکنش طولانی تر ، یعنی 72 ساعت ، این آزمایش در دمای c 38 منجر به بالاترین محصول تبدیل سلولز شد . بنابراین بررسی تاثیر دما و ph طی زمان ، هنگام پیشنهاد تا بالاترین تبدیل سلولز برای یک زمان از پیش تعیین شده ، حائز اهمیت می باشد .

هیدرولیز آنزیمی ترکیبات مختلف ساقه برنج ( تیمار نشده ، پیش تیمار شده با بخار و اسید رقیق ) در دمای c 45 و ph 0/5 به مدت 48 ساعت انجام شد ( جدول 2 ) . این آنزیمها ، قادر به تبدیل 1/46% پلی ساکارید در ساقه تیمار نشده به قند ، بودند ( جدول 2 ) : پیش تیمارها ، محصول هیدرولیز آنزیمی را بهبود بخشیدند هنگام استفاده از 1- تا g 20 ساقه برنج برای هیدرولیز آنزیمی پیش تیمار با بخار و اسید رقیق ، منجر به میزان قند بالاتر به ترتیب تا 30% و 56% در مقایسه با هیدرولیز ساقه تیمار نشده گردید . (جدول 2) بالاترین میزان قند 1- gg 718/0 ، بوسیله هیدرولیز آنزیمی ، هنگام تیمار ساقه با هیدرولیز اسید رقیق ، به دست آمد . لازم به ذکر است که هر دو روش پیش تیمار ، همی سلولز و بخش لیگینین ساقه را کاهش داده است ( جدول 1 ) .

به منظور بررسی تاثیری غلظت سولبسترات ، سه غلظت مختلف (20 ، 50 ، و 1 تا g 100 ) از ساقه پیش تیمار شده با اسید رقیق ، در شرایط یکسان آزمایش شد . هر چند غلظت قندهای به دست آمده در غلظتهای سوبسترات بالاتر ، بالاتر بود : اما محصول قند کاهش یافت ( جدول 2) . این آنزیمها 8/71% پلیمرهای قندی موجود در ساقه در 1 تا g 20 غلظت سوبسترات را هیدرولیز کرد در حالیکه در غلظت های سوبسترات بالاتر 50 و 1تا g 100 ، این محصول به ترتیب 0/62% و 9/59% بودند .

2. 3 . تخمیر هیدرولیزاتها

نتایج کشت قارچ فینامنتوس م.ایندیکوس و ر.اریزا او نیز مخمر نانوایی س.سر.یسیا روی هیدرولیزاتها ، در جدول 3 و تصاویر 4-2 خلاصه شده است .

قارچ م.ایندکویس ، قادر به رشد روی هیدرولیزاتها بوده و اتانول را به عنوان محصول اصلی و گلیسرول را به عنوان محصول جانبی عمده تولید کرد ( جدول 3 و تصویر 2 ) . گلوکز در کمتر از 25 ساعت ، به طور کامل ، گوارش و جذب شد . میزان اتانول از Avicel ، 1- gg 43/0 بود . در حالیکه 20 ، 50 و 1 تا g100 ساقه ی بیش تیمار شده با اسید رقیق به ترتیب منجر به تولید 39/10 ، 37/0 و 1-gg 6/03 اتانول شد . این نتایج نشان دادند که م.ایندیکوس قادر به تولید اتانول از هیدرولیزاتهای آنزیمی در یک  زمان 24 ساعته می باشد . پس از مصرف کامل گلوکز غلظت اتانول ، عملاً ثابت بود ( تصویر b 2) . بیومس (توده زیستی ) ، در انتهای آزمایشات و محصل آن براساس تشکیل بیومس برای هر قند مصرف شده محاسبه شدند . میزان بیومس 11/0 تا 1-gg 17/0 از ساقه پیش تیمار شده یا Aricel بود ( جدول 3 ) .

ر.اریزا مشابه م.ایندیکوس قادر به رشد روی هیدرولیزاتها و تولید اتانول بود . تحت شرایط آزمایشی مصرف کامل هگزوز بوسیله ر.اریزا مستلزم دو روز تخمیر بود که بسیار طولانی تر از م.ایندیکوس بود ( تصویر 3 ) . علاوه بر این میزان اتانول بیومس و گلیسرول بوسیله ر.اریزا معمولاً پایین از این مقادیر از م.ایندیکوس بود ( جدول 3  ) . از سوی دیگر تشکیل 1-gg 09/0 -05/0  اسید لاکتیک بوسیله کشت ر.اریزا مشاهده شد ( جدول 3 )

نیم رخ گلوکز ، اتانول و گلیسرول در طول کشت روی هیدرولیزاتها با استفاده از س.سرویسیا در تصویر 4 نشان داده شده و محصولات کلی در جدول 3 خلاصه شده اند . مقادیر اتانول و گلیسرول از هیدرولیزاتهای مختلف 1-gg 02/0 -01/0 بیش از م.ایندیکوس بود ( جدول 3 ) . با این حال ، م.ایندیکلوس ، بیومس بیشتری نسبت به مخمر نانوایی تولید کرد . از سوی دیگر هم م.ایندیکلوس و س.سرویسیا قادر به مصرف کامل گلوکز در یک روز بودند که سریعتر از ر.اریزا می باشد.

تصویر 1 . تاثیر ph . 5/4 ، 5 ، 5/5 ، روی هیدرولیز سلولز در هیدرولیز آنزیمی در دمای ثابت 38 ، 45  و 50 .

تولبد اتانول بوسیله موکور ایندیکوس و ریزوپوس اریزا از ساقه برنج بوسیله تخمیر و هیدرولیز جداگانه