تولید اتانول و استات از گاز سنتز با استفاده از باکتری کلستریدیوم لانگالی

کلستریدیوم لانگالی یک باکتری استوژن به شدت بی هوازی است که می تواند روی اجزای گاز سنتز یعنی co و h2/co2 رشد کرده و در دما و فشار محیطی آنها را به اتانول و استات تبدیل کند. در طی این فرایند باکتری مسیر متابولیکی پیچیده ای از خود نشان می دهد که هر دو فاز استوژنیک (تولید اسید) و سالونتوژنیک (تولید حلال) را شامل می شود. در فرایند رشد هتروترفیک این باکتری تاثیر سوبستراهای آلی مختلف (فروکتوز، گلوکز، اتانول و استات) روی آغاز شیفت متابولیکی به سمت فاز تولید الکل بررسی گردید. نتایج فرایند تخمیر ناپیوسته نشان داد که استفاده از فروکتوز به عنوان سوبسترای آلی منجر به تولید نسبت مولی یکسان از اتانول (1/27 میلی مول در لیتر) و استات (3/26 میلی مول در لیتر) شد. در فرایند رشد اتوتروفیک باکتری با گاز سنتز به منظور کم کردن پتانسیل کاهشی محیط کشت و تغییر مسیر جریان الکترونها به سمت فاز تولید الکل، محلولهای کاهنده متفاوت (سدیم سولفید و/ یا سیستئین اسیدی با غلظتهای مختلف) در ph های اولیه مختلف (8/6 یا 9/5) محیط کشت در بیوراکتورهای ناپیوسته استفاده شدند. بیشترین نسبت مولی تولید اتانول به استات (65/0) در محیط کشت حاوی 07/5 میلی مول در لیتر سیستئین اسیدی و در ph اولیه 9/5 حاصل گردید که این مساله احتمالا به حضور الکترونهای بیشتر در این محیط مربوط می شد. برای تعیین پارامترهای بیوکینتیکی مربوط به نرخ رشد، مصرف سوبسترا و تولید محصول فرایند تخمیر گاز سنتز در بیوراکتورهای ناپیوسته با فشارهای مختلف گاز سنتز انجام گرفت. برای توصیف کینتیک نرخ رشد باکتری روی اجزای گاز سنتز (co و h2) یک مدل رشد کینتیکی بر اساس سوبسترای دوتایی با استفاده از مدل لانگ برای co و مونود برای h2 بسط داده شد. این مدل همچنین می توانست اثرات بازدارندگی co در فشارهای بالا را روی رشد سلولها پیش بینی کند. مدلهای کینتیکی ولترا، اندرو و گمپرتز اصلاح شده نیز برای توصیف رشد سلول، مصرف سوبسترا و تولید محصول استفاده شدند. فرایند پیوسته تخمیر گاز سنتز در بیوراکتور همزده دو لیتری انجام گرفت. تاثیر پارامترهای عملیاتی مختلف همچون نرخ رقیق سازی مایع، شدت جریان گاز سنتز به درون بیوراکتور و دور همزن روی عملکرد محیط کشت بررسی شد. بیشترین نرخ تولید ویژه (0048/0 مول بر گرم سلول بر ساعت)، بازده محصول (178/0 مول محصول به ازای هر مول سوبسترا) و نسبت مولی تولید اتانول به استات 73/0 (با 30 و 41 میلی مول در لیتر اتانول و استات) در نرخ رقیق سازی مایع 018/0 (بر ساعت)، شدت جریان گاز 12 (میلی لیتر بر دقیقه) و دور همزن 500 (rpm) حاصل گردید.