تولید سوخت زیستی بیواتانول از ضایعات نشاسته ای سیب زمینی با استفاده از آنزیم آلفاآمیلاز حاصل از سویه بومی bacillus licheniformis جداسازی شده از چشمه آبگرم قینرجه (استان اردبیل)

چکیده: اتانول یک ماده شیمیایی بسیار مهم است که کاربرد های وسیعی در زمینه تولید مواد شیمیایی، سوخت (بیواتانول)، نوشیدنی های الکلی، پزشکی، داروئی، آرایشی و بهداشتی دارد و امروزه در مقیاس انبوه طی فرآیند تخمیر از مواد خام اولیه مانند ضایعات قندی، ترکیبات نشاسته دار و ترکیبات لیگنوسلولزی در صنعت تولید می شود. معروفترین میکروارگانیسمی که تاکنون برای تولید اتانول به کار رفته مخمر saccharomyces cerevisiae می باشد. این مخمر می تواند از سوبسترا های متنوعی استفاده کند. در ایران سیب زمینی یکی از محصولات مهم کشاورزی است که تولید سالانه آن بیش از 5 میلیون تن تولید می باشد. میزان ضایعات آن در کشور حدود 30 درصد برآورد گردیده که حدود 3/1 از این ضایعات حاوی نشاسته است. آمیلاز ها (?- آمیلاز، ?- آمیلاز و گلوکوآمیلاز) از مهمترین نوع آنزیم ها در زمینه بیوتکنولوژی محسوب می شوند که کاربرد گسترده و متنوعی در صنایع نساجی، کاغذ سازی، نانوایی، تولید اتانول و صنایع غذایی دارند. در این مطالعه سویه bacillus licheniformis-az2 جدا شده از چشمه آبگرم قینرجه (دامنه شمالی کوه سبلان، استان اردبیل با مختصات طول جغرافیایی ?46, ?39 شرقی و عرض جغرافیایی ?36, ?53 شمالی) به منظور تولید آلفا آمیلاز مورد استفاده قرار گرفت. پس از اثبات تولید این آنزیم توسط باکتری یاد شده تأثیر عواملی چون دما و ph، منابع مختلف کربنی، نیتروژنی آلی و معدنی، اسید های آمینه، ویتامین ها، سورفکتانت ها، غلظت های مختلف مواد معدنی و حجم مایه تلقیح بر رشد و قابلیت تولید آنزیم توسط این باکتری مورد بررسی قرار گرفت. اثر میزان هوادهی و سرعت همزدن در شرایط فرمانتور نیز بر رشد باکتری و میزان تولید آلفا آمیلاز آن مورد آزمون قرار گرفت. هم چنین تأثیر شرایط مختلف واکنش سنجش آنزیمی از جمله دما، ph، یون های فلزی مختلف و بازدارنده ها، نسبت آنزیم به سوبسترا و غلظت سوبسترا بر فعالیت آنزیم و راندمان هیدرولیز نشاسته مورد ارزیابی قرار گرفت. با تولید آنزیم گلوکوآمیلاز توسط سویه aspergillus niger var. tubingensis (ptcc 5162)، فرآیند مایع سازی و شیرین سازی نشاسته با استفاده از آلفا آمیلاز و گلوکوآمیلاز بر روی نشاسته بدست آمده از ضایعات سیب زمینی انجام گردید. در نهایت محلول قندی بدست آمده با استفاده از مخمر saccharomyces cerevisiae (y3-4) تخمیر و میزان تولید اتانول در آن با استفاده از روش تغییر یافته تقطیر رنگ سنجی با استفاده از مخلوط اسید سولفوکرومیک تعیین شد. نتایج بررسی ها نشان داد این سویه قادر به تولید آنزیم آلفا آمیلاز در شرایط بهینه (دمای 40 درجه سانتی گراد و ph برابر 9) می باشد. در میان منابع مورد بررسی غلظت 1 درصد (وزنی/حجمی) سبوس برنج به عنوان منبع کربنی و 5/0 درصد (وزنی/حجمی) تریپتون و 1/0 درصد (وزنی/حجمی) تریپتوفان به عنوان منابع نیتروژنی انتخاب شدند. مقایسات بین محیط تولید پایه و بهینه شده تحت شرایط فلاسک لرزشی نشان داد که میزان رشد باکتری و تولید آنزیم تحت شرایط بهینه در مقایسه با محیط تولید پایه افزایش معنی داری داشته، هم چنین تولید آنزیم تحت شرایط فرمانتور در مقایسه با شرایط فلاسک لرزشی علاوه بر افزایش محصول آنزیم، مدت زمان انکوباسیون برای تولید حداکثر آن را از 120 ساعت به 60 ساعت کاهش داد. میزان بهینه شدت هوادهی و سرعت همزدن به ترتیب vvm 1 وrpm 100 تعیین گردید. نتایج حاصل از بهینه سازی فعالیت آلفا آمیلاز در واکنش سنجش آنزیمی نشان می دهد بیشترین فعالیت آنزیم در دمای 80 درجه سانتی گراد وph برابر با 7 می باشد. در میان یون های فلزی مورد استفاده یون کلسیم باعث افزایش فعالیت نسبی شد. بیشترین راندمان هیدرولیز نشاسته نیز در نسبت (1:4) آنزیم به سوبسترا و غلظت 3 درصد (وزنی/حجمی) نشاسته بدست آمد. به منظور تهیه آنزیم گلوکوآمیلاز مورد نیاز برای فرآیند شیرین سازی، از قارچ aspergillus niger ptcc 5162استفاده شد. این قارچ طی 90 ساعت انکوباسیون در حدودu/ml 9/6 آنزیم گلوکوآمیلاز تولید کرد. تخمیر محلول قندی حاصل از هیدرولیز نشاسته که با استفاده از مخمر sacchromyces cerevisiae y3-4 انجام شد، ظرف مدت حدود 72 ساعت مقدار 6 گرم بر لیتر اتانول تولید نمود.