تولید اسید لاکتیک از آب پنیر با استفاده از بیوراکتور غشایی نانوفیلتراسیون

اسیدلاکتیک یک ماده با ارزش و پرکاربرد است که هم به روش شیمیایی و هم به روش بیولوژیکی قابل تولید است. البته روش بیولوژیکی پرکاربردتر است. علیرغم پتانسیل زیاد برای تولید این ماده و نیز کاربردهای فراوان آن، هزینه تولید زیاد اسیدلاکتیک با خلوص بالا همواره یکی از چالش های اصلی تولید این ماده بوده است. در این تحقیق به بررسی تولید اسیدلاکتیک با استفاده از بیوراکتور غشایی پرداخته شده است. بدین منظور، ابتدا بهترین شرایط تولید اسیدلاکتیک از آب پنیر در سیستم ناپیوسته تعیین گردید. از میان چهار باکتری بررسی شده، باکتری لاکتوباسیلوس بولگاریکوس برای تبدیل منبع کربنی لاکتوز به اسید لاکتیک انتخاب گردید. پس از انتخاب این باکتری، سایر پارامترهای عملیاتی ازجمله دما، درصد مایع تلقیح، منبع نیتروژن و غلظت منبع کربنی بهینه سازی شد. حداکثر مقدار تولید اسیدلاکتیک از آب پنیر در سیستم ناپیوسته در شرایط بهینه، g/l 5/23 بوده است. درادامه یک بیوراکتور غشایی مجهز به همزن مکانیکی، سیستم کنترل و تنظیم دقیق دما با قابلیت تعویض سریع و آسان غشا، طراحی و ساخته شد. سپس به بررسی تولید پیوسته اسیدلاکتیک در بیوراکتور غشایی پرداخته و نتایج عملکرد آن با بیوراکتور سنتی تحت شرایط عملیاتی یکسان مقایسه گردید. به منظور انتخاب غشای مناسب، پنج غشای تجاری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد غشای nf-1 بهترین عملکرد را در جداسازی اسیدلاکتیک داشته است. بنابراین این غشا به عنوان غشای برگزیده در بیوراکتور غشایی مورد استفاده قرار گرفت. تولید اسید لاکتیک از آب پنیر به صورت پیوسته در شدت رقیق سازی 04/0 تا h-1 32/0 در بیوراکتور سنتی و غشایی انجام گرفت. حداکثر غلظت اسیدلاکتیک تولید شده در بیوراکتور پیوسته سنتی g/l 5/22 و در بیوراکتور غشایی g/l 5/40 در شدت رقیق سازی h-1 04/0 بدست آمد. حداکثر بهره دهی در بیوراکتور سنتی و پیوسته به ترتیب 4/3 و g/l.h 6/6 بوده است. تولید اسیدلاکتیک در غلظت های بالای منبع کربنی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد غلظت بحرانی لاکتوز در بیوراکتور سنتی g/l 120 و در بیوراکتور غشایی g/l 150 بوده است و پس از این غلظت خاصیت بازدارندگی مشاهده شد. در مرحله آخر یک غشای لایه نازک پلیمری با روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. مورفولوژی و توپوگرافی غشا با استفاده از آنالیزهای sem و afm مورد بررسی قرار گرفت. همچنین عملکرد غشا در جداسازی اسیدلاکتیک نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت از این غشا در بیوراکتور غشایی به منظور تولید اسیدلاکتیک استفاده گردید. حداکثر غلظت اسیدلاکتیک تولید شده برابر g/l 5/38 و حداکثر بهره دهی نیز g/l.h 9/5 بدست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد استفاده از بیوراکتور غشایی سبب افزایش بهره دهی اسیدلاکتیک تولیدی، افزایش غلظت سلولی، رفع ممانعت بیولوژیکی سوبسترا و محصول و افزایش میزان تولید اسیدلاکتیک می گردد. همچنین بیوراکتور غشایی در غلظت های بالای منبع کربنی، قادر به تولید اسیدلاکتیک می باشد.