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.

رشد سریع در صنعتی شدن و افزایش جمعیت در قرن بیست و یکم، موجب تولید حجم بالایی از لجن مازاد توسط کارخانه های تصفیه فاضلاب شده است. مدیریت لجن مازاد یکی از مسائل اساسی کارخانه های تصفیه فاضلاب است. به طوری که در حدود 30 تا 50 درصد از هزینه نهایی تصفیه خانه های فاضلاب صرف از بین بردن لجن مازاد می شود. روش های حذف لجن مازاد نظیر سوزاندن، لندفیل و تخلیه در اقیانوس ها راه کارهای متداولی هستند، که در بلند مدت تأثیرات منفی بر روی محیط زیست خواهند داشت. بنابراین نگرانی رو به رشدی در مورد اثرات زیست محیطی ناشی از دفع این پسماند ایجاد شده است. از طرفی لجن مازاد بالقوه منبعی غنی از ماده و انرژی است که می تواند برای تولید محصولات با ارزش افزوده نظیر سوخت ها، حشره کش ها و پلیمرهای زیستی استفاده شود. در این مطالعه از لجن مازاد حاصل از فرایند لجن فعال تصفیه خانه فاضلاب شهری به عنوان جایگزین مواد مغذی در محیط کشت تولید اتانول استفاده شد. از مخمر ساکارومایسس سرویسیه (cen.pk113-7d)، باکتری زیموموناس موبیلیس (ptcc 1718) و قارچ موکور ایندیکوس (ccug 22424) به عنوان میکروارگانیسم های تولید کننده اتانول استفاده شد. جهت آزاد سازی مواد آلی موجود در لجن مازاد و افزایش بازدهی تولید اتانول از چهار روش پیش فراوری اسیدی، قلیایی، حرارتی و اولتراسونیک بر روی لجن تر و لجن خشک استفاده شد. ابتدا به منظور ارزیابی روش های پیش فراوری، مخمر ساکارومایسس سرویسیه در شرایط هوازی بر روی لجن تر رشد داده شد و میزان رشد به روش cfu اندازه گیری شد. طبق نتایج بدست آمده، بیشترین میزان رشد ساکارومایسس سرویسیه بر روی لجن تر، با پیش فراوری به روش قلیایی حاصل شد. با استفاده از این پیش فراوری غلظت سلول های مخمر در شرایط رشد هوازی بعد از 36 ساعت از (cfu/ml) 105×2/1 به (cfu/ml) 106×5/1 رسید. میزان تولید اتانول در شرایط بی هوازی توسط سه سویه مختلف ساکارومایسس سرویسیه، زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس با استفاده از لجن تر و خشک پیش فراوری شده مورد بررسی قرار گرفت. موثرترین روش پیش فراوری برای افزایش تولید اتانول به وسیله سویه های زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس روش حرارتی بود، در حالیکه برای ساکارومایسس سرویسیه پیش فراوری لجن به روش قلیایی تأثیر بیشتری نسبت به سه روش دیگر داشت. دو سویه زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس از لجن تر پیش فراوری شده به روش حرارتی بترتیب 0/43 و 0/37 گرم اتانول به گرم گلوکز اولیه و از لجن خشک پیش فراوری شده به همین روش به ترتیب 0/45 و 40/ گرم اتانول به ازاء گرم گلوکز اولیه تولید کردند. در حالی که پیش فراوری قلیایی لجن تر و خشک موجب تولید به ترتیب 11/0 و 4/0 گرم اتانول به گرم گلوکز اولیه توسط سویه ساکارومایسس سرویسیه شد. برای بررسی تأثیر مقدار جامدات لجن در محیط تخمیر روی میزان تولید اتانول، مقادیر 0/5، 1 و 3 درصد وزن به حجم (بر اساس وزن خشک) از لجن پیش فراوری شده به روش حرارتی (برای زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس) و قلیایی (برای ساکارومایسس سرویسیه) به عنوان منبع مواد مغذی جهت تولید اتانول استفاده شد. طبق نتایج به دست آمده برای هر سه سویه حد غلظتی از لجن که در آن می تواند به عنوان یک عامل محدودکننده در نظر گرفته شود، 10 گرم بر لیتر (1 درصد وزنی) در محیط کشت نهایی تعیین شد. لذا نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که لجن باقی مانده از تصفیه فاضلاب شهری می تواند به عنوان منبع مواد مغذی تولید اتانول زیستی مورد استفاده قرار گیرد.

در این تحقیق امکان استفاده از نشاسته بلوط به عنوان یک منبع ارزان و ضایعاتی به منظور تولید بوتانل زیستی با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکام بررسی گردید. علی رغم درصد بالای نشاسته میوه بلوط، هیچ گونه حلالی با استفاده از پودر میوه بلوط به دلیل وجود تانیک اسید در میوه بلوط تولید نشد. اثر بازدارندگی تانیک اسید بررسی و مشخص شد که این ماده در غلظت های بالاتر از 10/0 گرم بر لیتر به طور کامل تولید حلال ها (بوتانل، استن و اتانل) را متوقف می کند. به منظور حذف تانیک اسید، پودر میوه بلوط به روش جوشاندن در آب استخراج و حذف گردید. سپس تولید بوتانل با استفاده از نشاسته بلوط تیمار شده در غلظت های مختلف (20، 40 و 60 گرم بر لیتر) بررسی شد. همچنین از نشاسته خالص و گلوکز نیز به عنوان شاهد استفاده شد. برای هر سوبسترای مورد استفاده، در غلظت 20 گرم بر لیتر بالاترین بازدهی حاصل شد که مقادیر آن به ترتیب برای گلوکز، نشاسته خالص و نشاسته بلوط تیمار شده برابر با 21/0±05/43، 48/0±02/40 و 30/0±20/34 گرم حلال به ازاء هر گرم سوبسترای مصرف شده به دست آمد. در مورد گلوکز و نشاسته بلوط تیمار شده، تولید حلال ها با افزایش غلظت سوبسترا از 20 به 60 گرم بر لیتر افزایش یافت. در مورد نشاسته خالص، تولید حلال ها با افزایش غلظت از 20 به 40 گرم بر لیتر افزایش، اما با افزایش غلظت از 40 به 60 گرم بر لیتر تولید حلال ها کاهش یافت. کاهش تولید حلال با افزایش غلظت نشاسته خالص می تواند به دلیل افزایش ویسکوزیته محیط باشد که سبب محدودیت انتقال جرم می گردد. در نشاسته بلوط تیمار شده در غلظت 60 گرم بر لیتر کاهش تولید حلال ها مشاهده نشد. به طور کلی ویسکوزیته نشاسته ژلاتینه که برفعالیت آنزیم ها و واکنش های بیولوژیکی اثرگذار است، به اندازه گرانول ها و ظرفیت آمیلوز یا آمیلوپکتین آن وابسته است. بنابراین عدم کاهش تولید حلال ها از نشاسته بلوط تیمار شده نسبت به نشاسته خالص را می توان به گرانول های کوچک و ظرفیت بالای آمیلوز در آن نسبت داد. به علاوه، به منظور بررسی اثر افزایش مقیاس بر فرایند تخمیر، تولید بوتانل در فرمانتور 5 لیتری با استفاده از نشاسته خالص و نشاسته بلوط تیمار شده به عنوان سوبسترا و در غلظت 20 گرم بر لیتر انجام شد. تولید و بازده حلال ها در فرمانتور مشابه با تخمیر در مقیاس کوچک (ویال های 120 میلی لیتری) بود.

در این تحقیق، تولید میکربی بوتانل با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکام در دو حالت آزاد و تثبیتشده درون کلسیم آلژینات همراه با پلی وینیل الکل بررسیشده است. برای این منظور، از سوبستراهای مختلفی مانند گلوکز، نشاسته تصفیه شده و نشاسته ضایعاتی در غلظت های متفاوت استفادهشدهاست. همچنین عوامل موثر بر تولید بوتانل بررسیشد و مشخصگردید که شوک حرارتی باعث افزایش زمان محصول دهی می شود ولی در مقدار تولید حلال تاثیری ندارد. مایه تلقیح های ? و ?% بررسی و مشخصگردید که تولید حلال در ?% بیشتر میباشد. حداکثر بازدهی تولید حلال برای سوبستراهای گلوکز، نشاسته تصفیه شده و نشاسته ضایعاتی در غلظت ?? گرم بر لیتر از سوبسترا بهدستآمد و به ترتیب ?? و ?? گرم بر لیتر در باکتری بدون شوک حرارتی و با ?% مایه تلقیح بود. در این تحقیق تولید /? ،??/ برابر با ? ? گرم بر لیتر بوتانل از ?? گرم بر لیتر نشاسته ضایعاتی تولید شد. / حلال ها در فرمانتور نیز بررسیگردید که مقدار ?? همچنین تولید بوتانل با استفاده از باکتری تثبیت شده در ژل آلژینات درون فرمانتور طی سه سیکل انجام شد که مقدار ?? گرم بر لیتر از ?? گرم بر لیتر نشاسته ضایعاتی بهدستآمد. نتایج این تحقیق / نهایی بوتانل تولیدی برابر با ?? نشان دهنده امکان استفاده از نشاسته ضایعاتی و نیز سلول های تثبیت شده برای تولید میکربی بوتانل می باشد.