در ایران سالانه حدود 2 میلیون تن آب پنیر که محصول جنبی کارخانجات تولید پنیر است، تولید می شود. آب پنیر حاوی بیش از 50 درصد ماده خشک شیر می باشد و میزان استفاده بهینه از آن در صنایع کشورهای صنعتی روز به روز در حال افزایش است در ایران از آن هیچگونه استفاده صنعتی به عمل نمی آید و به عنوان یک منبع آلوده کننده وارد فاضلاب ها می-گردد. تبدیل آب پنیر به الکل به علت نازل بودن بهای آن در مقایسه با سایر مواد اولیه در دنیا مورد توجه قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر بررسی چگونگی تولید اتانول از طریق تخمیر قند لاکتوز موجود در آب پنیر توسط مخمر کلایورومایسس فراژلیس و تعیین شرایط بهینه فاکتورهای موثر در تولید اتانول در محیط کشت ناپیوسته می باشد. به منظور تعیین شرایط بهینه ی تولید اتانول از روش آماری سطح پاسخ استفاده شد که متغیرهای به کار رفته درپنج سطح شامل ph (7-3)، لاکتوز (g/l 100-20)، جرم بیومس (g1-2/0) و دما (°c 44-26) بودند. از متدولوژی سطح پاسخ نیز جهت یافتن حالت بهینه اثر متقابل فاکتورها و برآورد بهترین شرایط فرآیند با کمترین میزان آزمون استفاده گردید. با به کارگیری شرایط بهینه تعیین شده، امکان تولید اتانول در بیوراکتور ایرلیفت نیز مورد بررسی قرار گرفت و بهینه میزان هوادهی در بیوراکتور تعیین گردید. . این فاکتور در سه سطح 1/0، 4/0 و vvm 8/0 بررسی شد. . نتایج آنالیز واریانس نشان داد، اثر ph، جرم بیومس و دما بر تولید اتانول معنی دار بود (05/0 p<) . شرایط عملیاتی بهینه برای فرآیند تولید اتانول شامل 3/5 برای ph ،g/l 41 برای لاکتوز ،g 56/0 برای جرم بیومس و°c 8/31 برای دما می باشد. حداکثر میزان تولید اتانول در این شرایط 71/1 (% w/v) می-باشد. بهترین نرخ هوادهی نیز vvm 4/0 می باشد که منجر به تولید g/l 31 اتانول در زمان تخمیر 17 ساعت می شود.

ستون های حبابکار به دلیل ساختار ساده و بالا بودن میزان انتقال جرم و حرارت به طور گسترده در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، متالوژی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند. این گونه راکتور ها معمولاً وقتی استفاده می شود که بین دو فاز تماس دهنده سطح مشترک زیادی لازم باشد و یا زمانی که کنترل دمایی دقیق برای یک واکنش لازم باشد. اینگونه راکتور ها می توانند به صورت سه فازی نیز وجود داشته باشند در این حالت یک جامد سوسپانسیونی به عنوان فاز سوم به سیستم اضافه می کنند. یک حوزه کاربردی مهم ستون های حبابی استفاده از آن ها به عنوان بیوراکتورهایی است که در آنها میکروارگانیسم ها به منظور تولید محصولات با ارزش صنعتی مانند آنزیم ها، پروتئینها، آنتی بیوتیکها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند از پدیده های موثر در عملیات اینگونه راکتور ها می توان به متغیر های عملیاتی اشاره کرد. عموما طراحی راکتورهای ستون حبابی بستگی به تعیین مشخصات انتقال جرم و گرما، مشخصات مخلوط و سینیتیک شیمیایی سیستم واکنش دارد به منظور طراحی بهتر راکتورهای ستون حبابی باید رژیم جریان و یا به عبارت دیگر پارامتر های هیدرودینامیکی جریان مورد ارزیابی قرار گیرند دینامیک سیال در راکتورهای ستون حبابی اثر قابل توجهی بر عملیات و عملکرد ستون های حبابی دارد بنابر این بررسی هیدرودینامیک حبابها نسبت به بقیه موارد از همه مهمتر می باشد. ماندگی گاز یک پارامتر کلیدی بدون بعد برای مقاصد طراحی است که پدیده انتقال ستون های حبابی را مشخص می کند و اساسا به عنوان کسر حجمی گاز اشغال کننده توسط حباب های گازی می باشد. از عوامل موثر بر میزان ماندگی فاز گاز در داخل ستون می توان به ویژگیهای مایع، ابعاد ستون، درجه حرارت و فشار عملیاتی، طراحی توزیع کننده و نیز ویژگیهای فاز جامد اشاره نمود. بنا بر این در این پژوهش به بررسی اثر ناودانی ستون بر میزان هلدآپ و میزان انتقال حرارت در داخل ستون و همچنین اثر نسبت ارتفاع به قطر ستون و نیز اثر انواع توزیع کننده افزایش دبی جریان پرداخته شده و نتایج گزارش شده است. همچنین به مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک فلوئنت پرداخته شده و دیده شده که شبیه سازی با خطای کمتر از% 10نتایج قابل قبولی را ارائه نموده است.

یکی از چالش های عمده در صنعت بیوتکنولوژی، تخلیص پروتئین های مطلوب از تنوع گسترده ای بیومولکول در سوسپانسیون تخمیری است. هدف از این تحقیق جداسازی لیپاز با استفاده از سیستم های دوفازی آبی می باشد. سیستم دوفازی آبی به عنوان تکنیک ارزشمندی برای جداسازی و تخلیص مخلوط هایی از بیومولکول ها به اثبات رسیده است. همچنین تخمیر استخراجی، در این تحقیق به منظور کشت همزمان سلولی و فرآوری پایین دستی لیپاز حاصل از کشت تخمیری rhodotorulaglutinis توسعه یافته است. برای این منظور ابتدا محیط کشت های متنوعی برای تولید لیپاز در کشت مایع بررسی شد. سپس سیستم های دوفازی آبی مختلف شامل پلی اتیلن گلایکول 4000 و 8000 و نمک های اگزالات پتاسیم وتارتارات سدیم- پتاسیم برای استخراج لیپاز از سوسپانسیون تخمیری مورد آزمایش قرار گرفتند. پس از در نظرگرفتن پارامترهای سیستم، بهترین سیستم عملیاتی برای استخراج لیپاز شامل 5/17 درصد وزنی پلی اتیلن گلایکول 4000 و 5/12 درصد وزنی اگزالات پتاسیم و 5/12 درصد سوسپانسیون تخمیری در 6/6=ph،با ضریب جداسازی 19/1، درصد بازیابی فعالیت آنزیمی 93/71، فاکتور خلوص 59/17، فعالیت ویژه آنزیمی 22/22 وگزینش پذیری 04/1 برای مطالعات بیشتر و طراحی آزمایش ها توسط روش سطح پاسخ انتخاب گردید. در روش سطح پاسخ ابتدا از طرح مرکب مرکزی برای طراحی آزمایش ها استفاده گردید و چهار متغیر مستقل (غلظت نمک، غلظتpeg ، ph ونسبت حجمی فاز پلیمری به حجم فاز آبی(vr ) ) در پنج سطح برای استخراج لیپاز نسبت به (پاسخ های pf,sa,yt,kl ) مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس شرایط عملیاتی بهینه برای استخراج لیپازتوسط سیستم دوفازی آبی به وسیله روش سطح پاسخ محاسبه گردید؛ غلظت:peg40درصد وزنی ، غلظت نمک: 16 درصد وزنی ، 5=ph و5/0 =vr. تحت این شرایط عملیاتی ضریب جداسازی لیپاز 20/1، درصد بازیابی فعالیت آنزیمی 117، فاکتور خلوص 01/37 و فعالیت ویژه آنزیمی 76/66 به دست آمد. در پایان این تحقیق تخمیر استخراجی لیپاز در سیستم دوفازی آبی شامل پلی اتیلن گلایکول 4000 و دکستران مورد ارزیابی قرار گرفت و فعالیت آنزیمی در فاز بالا با سیستم تخمیری متداول مقایسه گردید. نتایج نشان داد که فعالیت آنزیمی در سیستم تخمیری ساده (u/ml) 82/1 در مقایسه با تخمیر استخراجی(u/ml)054/12 بود. در نتیجه تخمیر استخراجی شرایط مناسبی برای تولید واستخراج لیپاز فراهم می نماید.

استخراج اجزا با حلال از منابع زیستی، کاربردهای فراوانی در صنایع غذایی، دارویی و غیره دارد. مطالعه ی انتقال جرمی که در این فرایندها رخ می دهد از جهت طراحی های مهندسی حائز اهمیت است. در پژوهش حاضر، انتقال جرم در نفوذ نشاسته، پروتئین و رطوبت حین فرایند لیچینگ نشاسته از سیب زمینی مورد مطالعه قرارگرفته است. آزمایش ها با غوطه وری نمونه های سیب زمینی در آب مقطر به عنوان حلال در سه دمای 30، 45 و c°55 انجام گرفت و مقدار کاهش نشاسته و پروتئین و همچنین میزان جذب رطوبت در بازه های زمانی مختلف بین صفر تا نهایتاً پنج ساعت، با روش های افزودن معرف، رنگ سنجی و وزن سنجی اندازه گیری شد. به منظور بررسی بهتر فرایند، آزمایش ها به دو صورت انجام گرفت: بار اول تیغه ها به صورت تکی در حجم زیادی از آب قرار گرفتند و مرتبه ی دوم تعداد زیادی نمونه در حجم محدودی آب نسبت به نمونه ها، غوطه ور شدند. در هر مورد مدل های ریاضی متفاوتی برای پیش بینی سینتیک انتقال جرم حل شونده و رطوبت پیشنهاد شد. در هر یک، ابتدا ضرایب نفوذ با برازش حل تحلیلی قانون دوم نفوذ فیک به دست آمدند. سپس یک مدل دوپارامتری دیگر بر اساس مدل ایجاد شده توسط آزورا، به کار گرفته شد. در انتها دو مدل تقریبی چندجمله ای سهمی گون و توانی برای پیش بینی تغییرات غلظت متوسط مواد در فرایند لیچینگ از ماده تک به کار گرفته شدند. نتایج تمامی مدل ها توسط مقایسه ی گرافیکی و آماری با داده های تجربی اعتبار سنجی شدند. نتایج نشان داد که تمامی مدل ها موافقت خوبی با داده های آزمایشگاهی دارند. مدل های تقریبی سهمی گون و دوپارامتری از ساده ترین روابط برخوردار هستند و با دقت قابل قبولی می توان از آن ها در فرایندهای نفوذ در جامدات غوطه ور در سیال استفاده نمود. مدل تقریبی توانی از بالاترین دقت نسبت به حل تحلیلی برخوردار است، ولی شکل پیچیده ای برای استفاده دارد که با توجه به این مسئله ساده سازی هایی محدود به زمان های ابتدایی و یا انتهایی فرایند نیز انجام گرفت. همچنین نشان داده شد که ضرایب نفوذ و مقادیر تعادلی جامد استخراج شده و رطوبت جذب شده در لیچینگ از انبوه تیغه ها دارای مقادیر کمتری نسبت به حالت ماده تک هستند که این امر به-خاطر پایین آمدن پتانسیل شیمیایی انتقال جرم در این حالت می باشد.

راکتور¬های ایرلیفت به صورت دو نوع ایرلیفت داخلی و خارجی وجود دارند. اگرچه تفاوت های هندسی زیادی در ایرلیفت¬ها وجود دارد اما همه آنها از دو بخش مختلف ناودان و بالارونده تشکیل شده¬اند که در بالا و پایین راکتور به هم متصل می¬شوند. هلد آپ گاز و سرعت چرخش مایع، دو پارامتر اصلی هیدرودینامیکی در راکتور¬های ایرلیفت هستند. در این تحقیق اثر شرایط عملیاتی مانند شدت هوادهی، نسبت سطح ناودان به بالارونده و خصوصیات مایع بر هیدرودینامیک و ضریب حجمی انتقال جرم در راکتور-های ایرلیفت سه فازی بررسی شده¬است. آزمایشات در راکتور ایرلیفت خارجی با نسبت سطح ناودان به بالارونده 14/0 و راکتور-های ایرلیفت داخلی با نسبت سطح ناودان به بالارونده36/0 و 1 انجام شده¬است. هوا و آب به ترتیب به عنوان فاز گاز ومایع و ذرات کربن فعال و لجن فعال به عنوان فاز جامد استفاده شده¬اند. با افرایش سرعت ظاهری گاز، سرعت چرخش مایع، هلدآپ گاز و ضریب حجمی انتقال جرم افزایش یافته است و با افزایش ذرات معلق کربن فعال، غلظت لجن و نسبت سطح ناودان به بالارونده، سرعت مایع، هلد آپ گاز و ضریب حجمی انتقال جرم کاهش یافته¬است.بیشترین مقدار هلدآپ گازبرابر با178/0 در راکتور ایرلیفت خارجی با غلظت 1% وزنی لجن فعال در سرعت ظاهری گاز 24/0 متر بر ثانیه مشاهده شده استاما بیشترین مقدار ضریب حجمی انتقال جرم برابر با 0485/0 یک بر ثانیه، در راکتور ایرلیفت خارجیشامل کربن فعال با هلد آپ جامد00032/0 مشاهده شده است.تغییر رژیم جریان راکتور¬های ایرلیفت لجن فعال در سرعتهای گازی بالا¬تر از 15/0 متر بر ثانیه و در راکتور¬های ایرلیفت کربن فعال در سرعتهای گازی بالا¬تر از 18/0 متر بر ثانیه صورت گرفته است. مدلی برای پیش بینی اثر غلظت لجن فعال، سرعت ظاهری گاز و نسب سطح ناودان به بالارونده بر انتقال جرم راکتور¬های ایرلیفت لجن فعال ارائه شده است که با نتایج تجربی تطابق خوبی دارند.

افزایش روز افزون مصرف انرژی و نیز کاهش مداوم منابع آن در جهان به خصوص ایران،ضرورت بهینه سازی و صرفه جویی در مصرف انرژی را آشکار میسازد. از آنجایی که بکارگیری روشهای سنتی جهت تولید قند و شکر در کشور با مصرف بالای آب و انرژی همراه است استفاده از تکنولوژی میدان الکتریکی پالسی (pef) به عنوان روشی غیر حرارتی و دوستدار محیط زیست در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش اثر میدان الکتریکی پالسی قوی تحت شرایط مختلف میدان که شامل قدرت میدان (kv/cm14-5/3)، تعداد پالس (150-40 پالس)، شکل نمونه (رنده شده، خلال و قرصی)، طول و ضخامت خلال (cm 5-1 وmm8، 5، 3) بر فرآیند انتقال جرم (بریکس و هدایت الکتریکی) مورد بررسی قرار گرفته است