استفاده از باکتریهای مقاوم به اسید برای تولید اتانول از زباله خانگی

استفاده از باکتریهای مقاوم به اسید برای تولید اتانول از زباله خانگی

مقدمه

در حال حاضر ، تمایل بسیاری به اتانول به عنوان سوخت وسایل نقلیه به علت ارزش آن به عنوان یک اکسیژنات و گسترش دهنده سوخت وجود دارد . این حقیقت صنعت سوخت اتانول بر پایه ذرت در ایلات متحده را بر آن داشته تا سطح تولید بیش از دوبرابر را از سال 2000 تا2004 به ثبت برساند . دولت چین ینز تدابیری مشابه برای ترغیب تولید اتانول از مواد کم هزینه بویژه مواد لیگنو سلولزی اتخاذ نموده است .

مواد مختلف مورد استفاده در تولید اتانول از طریق تخمیر معمولاً به سه نوع اصلی تقسیم می شوند . نخست قندهایی که می توانند مستقیماً به اتانول تبدیل شوند ملاس و شکر نرم معمولاً بدین طریق مورد استفاده قرار می گیرند . این سوبستراتها به پیش تیمار پیچیده ای نیاز ندارند آنها به میکروارگانیزنهای مناسب نیاز است . مزیت این فرایند تکنولوژی آن است ، با این حال مقادیر کم سوبستراتها و هزینه بالا مانع از کاربرد صنعتی آن می شود . دوم ، ذرت گندم و سایر غلات که با عملکرد آنزیمها باید به قندهای قابل تخمیر هیدرولیز شوند عمدتاً در صنعت تولید اتانول از آنها استفاده می شود با این حال خطر رقابت برای غلات او وجود درادر . سوم ، مواد سلولزی که باید بوسیله روشهای پیش تیمار نظیر اسید یا آنزیم به قندها تبدیل شوند و اغلب در سراسر جهان از ان ها استفاده میشود . از آنجا که آنها مزایایی چون هزینه پایین مقادیر زیاد و عدم خطر رقابت دارند محققان در تمام دنیا تمایل بسیاری به قابلیت آنها برای تولید اتانول نشان می دهند . منبع ایده آل برای تولید اتانول باید مقرون به حرفه و سرشار از کربن باشد استفاده از ضایعات قابل بازیافت ، ارزان و فراوان برای تولید اتانول توجه محققان را جلب نموده است اما در مورد زباله خانگی مواردی از استفاده از این ماده برای تولید اتانول مشاهده نمی شود . زبالهه ایخانگی که حجم عظیمی از زباله های شهری را تشکیل می دهند . رطوبت بالا و ترکیبات ارگانیکی دارند که به آسانی فاسد شده و حمل آنها دشوار است . از سوی دیگر مواد مغذی فراوان داخل این زباله ها آنها را تبدیل به مواد خام ایده آل برای محصولاتی با ارزشی نظیر اسید لاتیک CH4 ، هیدروژن و ... می سازد . استفاده اززباله خانگی برای تولید اتانول می تواند خطر آلودگی و هزینه تولید اتانول را کاهش دهد از این رو ارزش بررسی شدن را داراست .

علاوه بر استفاده از مواد کم هزینه ، تکنولوژیهای دیگری برای موثر و مقرون به صرفه بودن تولید اتانول انجام شده است نظیر استفاده از گونه هایی با قابلیت تولید اتانول بالا بازیافت سلولی از طریق رسوب یا فقط غشاء . از میان این تکنولوژیها تولید اتانول تحت شرایط غیر استریل می تواند در استریلیزاسیون و پخت نشاسته موثر باشد . علاوه بر این می تواند این فرایند راحتی ساده تر از قبل سازد ، از این رو توجه بسیاری از محققان را جلب نموده است . معمولاً شرایط اسیدی برای جلوگیری از آلودگی بوسیله میکروارگانیزم و عملی ساختن تخمیر غیر استریل ، کنترل می شد . برای تحقق این هدف ، میکروارگانیزم تولید اتانول مقاوم به اسید ، در این مطالعه حائز اهمیت بسیاری است . زیموموناس موبیلس نوعی باکتری تولید کننده اتانول گرم منفی که قادر به تحمل غلظت بالای اتانول و تخمیر در طیف ph گسترده می باشد به نحوی وسیع مورد مطالعه قرار گرفته است . استفاده از ز.موبیلیس مقاوم به اسید در گلوکز تحت شرایط غیر استریل ، با موفقیت انجام شد . در صورتی که بتوان و آیند تخمیر مقرون به صرفه و تولید موثر اتانول بوسیله ز.موبیلیس را در زباله خانگی انجام داد ، می توان این فرآیند را با هزینه کمتر و کارایی بالاتر تولید کرد . علاوه بر این فرآیند ساکاریمیکالیون و تخمیر (ssf) را می توان با ترکیب هیدرولیز آنزیمی و تخمیر اتانول به صورت یک عملیات مجزا تبدیل کرد . در این روش می توان به جای راکتورهای جداگانه از یک مورد استفاده کرد ، و بازداری محصول نهایی از هیدرولیز آنزیمی را از بین برد . قند کاهنده در طول کل فرآیند ، در سطح پایین می ماند که آلوده شدن آن را دشوار می سازد . هدف این مطالعه انتخاب و استفاده از باکتریهای مقاوم به اسید برای تولید اتانول از زباله خانگی بوسیله ssf بود . هر دو فرآیند استریل و غیر استریل برای برررسی امکان تولید اتانول با این گونه ویژه مقایسه شد .

3- نتایج

1. 3 . جداسازی گونه

برای جلوگیری از آلودگی ph پایین 4 در شرایط غیر استریل کنترل شد از این رو تسلط باکتریهای مقاوم به اسید در چنین فرایندی اهمیت بسیاری داشت . هر چند ز.موبیلسین قادر به تخمیر در طیف وسیعی از ph بود (7-3) ، برا ی انجام موفق این فرآیند به باکتریهای مقاوم به اسید با سرعت رشد بالا نیاز است . برای رسیدن به این هدف یک جهش زای انتخابی برای تامین این نیاز ویژه انتخاب شد . ز.موبیلیس رشد یافته ، در محیط انتخابی با ph 4 ، کشت داده شد . سپس کلونی های بزرگ برای تخمیر اتانول تحت شرایط اسیدی انتخاب گردید . همین روند ، برای 3 بار آزمایش ، برای اطمینان از سازگاری این گونه ها با محیط اسیدی انجام شد . سپس گونه با بهترین عملکرد انتخاب شده و در یخچال در دمای c 4 نگهداری شد . از طریق این سیستم انتخاب گونه ای با مقاومت به اسید به نام GZNSL به دست آمده بسته نهایی تخمیر گونه در تصویر 1 ارائه شده است ، آزمایش شاهد با گونه والد در PH اولیه 6 انجام شده و گونه انتخابی در PH 4 استفاده شد . از تصویر می توان مشاهده کرد GZNSL مقاوم به اسید می تواند g/l 48 اتانول تولید کند تنها اندکی کمتر از شاهد (g/l 52 ) که نشان داد GZNSL می تواند تحت شرایط اسیدی با موفقیت اتانول تولید کند . نظیر قند کاهنده ، هردو گونه قادر به تجزیه موثر قند کاهنده بودند . قند کاهنده در حدود 36 ساعت به سطح پایینی می رسد . برای کاستن از زمان کشت ، برای بدست آوردن تولید بیشتر اتانول با زمان کمتر باید تحقیقات بیشتری انجام داد ( تصویر 2 ).

2. 3 . تولید اتانول تحت شرایط غیر استریل