تولید آزمایشگاهی مداوم و هم زمان اتانول و زایلیتول از ضایعات لیگنوسلولزی برنج با استفاده از فرآیند کشت همزمان در بیوراکتور غشایی

کاه و کلش برنج به عنوان یکی از پسماندهای اصلی زراعت برنج کشور می باشد که می تواند برای تولید محصولات زیستی با ارزش استفاده شود. متاسفانه این پسماند در کشور هیچگونه کاربردی نداشته و عملا پس از برداشت برنج سوزانده می شود که منجر به ایجاد معضلات زیست محیطی نیز می شود. هدف از انجام پروژه حاضر تعریف فرآیندی کارا برای تولید همزمان و پیوسته اتانول و زایلیتول از کاه و کلش برنج در بیوراکتور غشایی بود. بدین منظور، فرایند پیش تیمار و هیدرولیز آنزیمی کاه و کلش، سم زدایی محصول هیدرولیز، انتخاب سویه های برتر تولید کننده اتانول و زایلیتول، کشت تک سویه و همچنین همزمان دو سویه برتر در فرمانتور غیر پیوسته و پیوسته بهینه سازی شد. در آزمایشات بهینه سازی پیش تیمار، ترکیب اسید رقیق شده (‮‭3/5‬ درصد، ‮‭100‬ درجه سلسیوس، به مدت ‮‭30‬ دقیقه) و استفاده از آنزیم با فعالیت ‮‭63‬ واحد در میلی لیتر ‭(FPU/ml)‬با غلظت 4 میلی لیتر در لیتر (4 میلی لیتر آنزیم/ ‮‭50‬ گرم سوبسترای هیدرولیز شده و ‮‭950‬ میلی لیتر بافر سیترات) بهترین نتیجه(%‮‭81‬ کارایی تولید قند) را به همراه داشت. کاربرد ترکیبی کربن فعال و رزین باعث حذف کامل ترکیبات بازدارنده شامل فورفورال، هیدروکسی متیل فورفورال و اسید استیک شددر نتیجه آزمایشات اولیه غربال سازی سویه های مختلف، دو سویه ‮‭3090‬ ‭Saccharomyces cerevisiae NCIM ‬با ‮‭66/4‬ گرم در لیتر تولید اتانول و سویه ‮‭3119‬ ‭Candida tropicalis NCIM ‬با تولید ‮‭9/9‬ گرم در لیتر زایلیتول انتخاب شدند و ابتدا در آزمایشات کشت تنها و یا همزمان در بیوراکتور بصورت غیر مداوم (بچ) استفاده شدند. در آزمایشات بهینه سازی میزان هوادهی و میزان اکسیژن محلول ، بیشترین میزان اتانول تولیدی(‮‭38‬ گرم در لیتر) در اکسیژن محلول %5 مشاهده شد در حالی که بیشترین میزان زایلیتول تولیدی(گرم/لیتر ‮‭21/6‬) در اکسیژن محلول %‮‭10‬ به دست آمد. همچنین بیشترین میزان بیومس تولیدی(‮‭25/2‬ گرم در لیتر) در بالاترین میزان اکسیژن مورد آزمایش یعنی %‮‭30‬ مشاهده گردید. حداکثر غلظت اتانول و زایلیتول در کشت تکی سویه های مذکور ‮‭31/5‬ گرم درلیتر اتانول (با عملکرد ‮‭0/42‬ گرم بر گرم و بهره وری حجمی ‮‭1/65‬ گرم بر لیتر در ساعت) و ‮‭26/5‬ گرم در لیتر زایلیتول (با راندمان ‮‭0/58‬ گرم بر گرم و قابلیت تولید حجمی ‮‭0/53‬ گرم بر لیتر در ساعت) بدست آمد در صورتیکه در کشت همزمان دو سویه میزان تولید اتانول افزایش یافت و به ‮‭33/4‬ گرم در لیتر رسید (عملکرد ‮‭0/44‬ گرم بر گرم) ولی میزان تولید زایلیتول کاهش یافت و به ‮‭25/1‬ گرم درلیتر (با عملکرد ‮‭0/55‬ گرم بر گرم) رسید. حداکثر میزان قابلیت تولید اتانول (%‮‭65‬) و زایلیتول (%‮‭58‬) در فرمانتور غیر مداوم در کشت همزمان به ترتیب در ساعت های ‮‭25‬ و ‮‭70‬ ساعت پس از شروع تخمیر مشاهده شد در صورتیکه در کشت مداوم با استفاده از سیستم غشایی با سیرکولاسیون میکروارگانیسم ها و با شد رقیق سازی بهینه (‮‭0/03‬ لیتر در ساعت) این میزان به ‮‭80‬ و ‮‭68‬ درصد رسید که نشانگر افزایش کارایی تولید این دو فراورده می باشد. علاوه براین هیچگونه تغییرات متابولیکی وتغییر در ساختار غشا های مورد استفاده مشاهد نشد. بطور کلی نتایج تحقیق حاضر نشان داد که روش تولید مداوم این دو فراورده می تواند برای تولید سایر فراورده های بیولوژیک از پسماندهای لیگنوسلولزی استفاده شود. کلمات کلیدی: کشت همزمان، کشت مداوم هیدرولیز، کاه و کلش برنج، بیواتانول، زایلیتول، بیوراکتور غشایی