پیش فرآوری زیستی کاه و ساقه برنج جهت تولید بیواتانول

در سال های اخیر به دلیل افزایش قیمت جهانی نفت، کشمکش های مستمر در مناطق تامین کننده نفت دنیا و کاهش منابع مربوط به سوخت های فسیلی، تحقیقات و تلاش برای تجاری سازی سوخت های به دست آمده از منابع تجدیدپذیر مانند اتانول، افزایش یافته است. زیست توده لیگنوسلولزی(مانند ضایعات کشاورزی) شرایط داشتن یک خوراک مناسب برای تولید سوخت های زیستی را داراست. اجزاء اصلی سازنده لیگنوسلولز شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین می باشد. حضور لیگنین در این میان مانع از تجزیه سلولز و همی سلولز و تبدیل آن ها به قند و به منظور تخمیر و تولید سوخت زیستی می شود. جهت رفع این مشکل روش های پیش فرآوری مختلف شیمیایی، فیزیکی، فیزیکی- شیمیایی و زیستی پیشنهاد شده است. در میان این روش ها، روش زیستی به دلایلی از قبیل وجود شرایط ملایم عملیاتی، عدم ایجاد ترکیبات سمی و پسماندهای خطرناک و همچنین نداشتن آثار مخرب جانبی، روش زیستی نسبت به روش های دیگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بدین منظور، هدف از این تحقیق، به حداکثر رساندن حذف لیگنین موجود در ساقه برنج به روش زیستی بود. در این راستا، ابتدا پیش فرآوری حرارتی، اسیدی و پراکسید قلیایی مورد آزمایش قرار گرفت که میزان حذف لیگنین از ساقه برنج در این روش ها به ترتیب 50/18 درصد، 90/17 درصد و 75/38 درصد به دست آمد. در مرحله پیش فرآوری زیستی، ابتدا توانایی دو گونه ی قارچ پوسیدگی سفید در حذف لیگنین مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج، تواناترین گونه برای ادامه آزمایش ها انتخاب شد. میکرواورگانیسم منتخب، توانایی حذف حداقل 1/30 درصد لیگنین موجود در ساقه برنج را دارا بود. در مرحله بعد، تاثیر حضور یون های فلزی مس، روی و منگنز بر روی تولید آنزیم های لیگنیناز مانند منگنزپراکسیداز، لیگنین پراکسیداز و لاکاز بررسی و مقادیر یون های فلزی موثر در محیط کشتی بدون حضور ساقه برنج بهینه گردید. در غلظت بهینه 5/2 میکرومولار یون مس و 1/0 میلی مولار یون منگنز، فعالیت آنزیم های منگنزپراکسیداز، لیگنین پراکسیداز و لاکاز در مقایسه با عدم حضور این یون ها، به ترتیب چهار، چهار و دو برابر افزایش یافت. در مرحله نهایی، بهینه سازی شرایط عملیاتی مانند نسبت جرمی- حجمی زیست توده ساقه برنج به محیط کشت مایع، دمای محیط کشت و غلظت گلوکز (به عنوان منبع کربن رشد قارچ)، در حضور یون های فلزی با غلظت های بهینه حاصل شده از مرحله قبل، انجام شد. در شرایط بهینه (یعنی نسبت جرمی-حجمی زیست توده به محیط کشت 04/0 گرم/ میلی لیتر و غلظت گلوکز 15 گرم/ لیتر) میزان حذف لیگنین 39/73 درصد و میزان سلولز هیدرولیز شده به قند احیا 97/22 درصد اندازه گیری شد.