17342

17342

توليد بيواتانول با استفاده از كشت تركيبي ميكروارگانيسم‌ها

كارشناسي ارشد

بيوتكنولوژي

اسفند 1395

دكتر فرشته نعيم پور

شيمي

چكيده در سال¬هاي اخير به دليل كاهش ذخاير سوخت¬هاي فسيلي و آلودگي¬هاي محيط زيستي مرتبط با آنها، توجه محققين به توليد سوخت¬هاي تجديدپذير با آلودگي كمتر و از منابع اوليه ارزان معطوف شده است. بيواتانول از سوخت¬هاي مهمي است كه با استفاده از تخمير گلوكز و زايلوز، قندهاي حاصل از هيدروليز ضايعات كشاورزي (ليگنوسلولزي)، توليد مي¬شود. بهترين تخمير¬كننده گلوگز زايموموناس-موبيليس است كه قادر به تخمير زايلوز نمي¬باشد. در اين پژوهش از كشت تركيبي اين باكتري و مخمر پيشيااستيپتيس كه زايلوز را تخمير مي¬كند براي بهبود بازده توليد الكل استفاده شد. ابتدا، شرايط هوازي/بيهوازي بهينه ميكروارگانيسم¬ها تعيين و مشخص شد كه توليد بيواتانول از گلوكز توسط باكتري در حالت بيهوازي به دليل عدم تنفس سلولي تقريبا 2 برابر حالت هوازي مي¬باشد. توليد بيواتانول از زايلوز توسط مخمر در ارلن در سه نسبت 2:5، 3:5 و 4:5 از حجم محيط كشت به حجم ارلن نشان داد كه نسبت 2:5 منجر به سريع¬ترين نرخ مصرف زايلوز و بازده محصول برابر با 37/0 گرم اتانول به گرم قند مي¬شود. سپس به بررسي اثر حالت¬هاي مختلف كشت¬هاي تركيبي در محيط كشت نمكي حاوي دو قند گلوكز و زايلوز پرداخته شد. كشت متوالي دو مرحله¬اي، با كشت باكتري در يك بيوراكتور بيهوازي با حجم 400 ميلي¬ليتر و خارج¬سازي سلول¬هاي باكتري (به منظور جلوگيري از برهمكنش¬هاي بين ميكروبي با مخمر پيشيااستيپتيس) پس از مصرف كامل گلوكز و تلقيح مخمر در شرايط ميكروهوازي با بازده 41/0 گرم اتانول/گرم قند و بهره¬وري حجمي 26/0 گرم اتانول/(ليتر.ساعت) بهترين حالت كشت تركيبي مي¬باشد. اين نتايج نشان مي¬دهد كه با استفاده از كشت تركيبي مناسب مي¬توان بازده توليد اتانول را افزايش و در نتيجه هزينه توليد را كاهش داد. واژه‌هاي كليدي: بيواتانول، ضايعات كشاورزي، تركيبات ليگنوسلولزي، كشت تركيبي، زايموموناس-موبيليس، پيشيااستيپتيس

1396/03/08

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Due to the decline in fossil fuel resources and their associated environmental pollution, researchers have recently focused on alternate renewable clean energies such as biofuels, obtainable from low cost primary resources. Bioethanol is an important biofuel formed by fermentation of glucose and xylose, sugars released after hydrolysis of agricultural residues (lignocellulosic). While Zymomonas mobilis is the best glucose fermenting bacteria, it is unable to ferment xylose. In this study, co-culture of Zymomonas mobilis and Pichia stipites, a xylose fermenting yeast, was used to enhance ethanol production. Firstly, growth and ethanol production by bacteria under anaerobic and aerobic conditions using glucose were investigated. Results showed that ethanol production yield was twofold at anaerobic compared to aerobic condition due to the lack of cellular respiration. Bioethanol production from xylose by yeast in flasks at three volumetric medium/flask ratios of 2:5, 3:5 and 4:5 showed the ratio of 2:5 as the best ratio with the fastest sugar consumption rate and ethanol production yield of 0.37 (g ethanol/g sugar). Using a mineral salt medium containing both sugars, ethanol production by co-cultures as well as pure cultures was studied and compared. Anaerobic culture of bacteria in 400 ml bioreactor followed by cell removal after glucose depletion and inoculation of yeast at micro-aerobic condition was found as the superior strategy with ethanol yield of 0.41 (g ethanol/g sugar) and volumetric productivity of 0.26 g ethanol/ (l-h). These results show that cost-effective ethanol production from hydrolysate of lignocellulosic material requires an appropriate co-culture of bacteria and yeast. Keywords: Bioethanol, Agricultural residues, Lignocellulose, Co-culture, Zymomonas mobilis, Pichia stipitis