مطالعه كينتيكي هيدروليز آنزيمي نشاسته توسط قارچ آسپرژيلوس نايجر و توليد اتانول با استفاده از مخمر ساكارومايسس سرويسيه

Kinetic study of starch enzymatic hydrolysis by Aspergillus niger and ethanol production by Saccharomyces cerevisiae

سابقه و هدف: استفاده از فرآيندهاي بيولوژيكي و بهنيه سازي آنها به منظور توليد سوخت هاي زيستي نظير اتانول و به دليل مسايل اقتصادي و محيط زيستي از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. به همين دليل در مطالعه حاضر به بررسي مدل كينتيكي فرآيند هيدروليز آنزيمي نشاسته توسط قارچ آسپرژيلوس نايجر و توليد اتانول با استفاده از مخمر ساكارومايسس سرويسيه پرداخته شد. مواد و روش ها: اين مطالعه در مقياس آزمايشگاهي انجام گرفت. در اين مطالعه، تاثير پارامترهايي مانند pH و دما بر روي فرآيند هيدروليز آنزيمي نشاسته توسط قارچ آسپرژيلوس نايجر مورد بررسي قرار گرفت. همچنين براي بررسي مدل كينتيكي فرآيند هيدروليز آنزيمي از مدل كينتيكي ميكائليس-منتن استفاده گرديد. به منظور توليد اتانول از نشاسته هيدروليز شده از مخمر ساكارومايسس سرويسيه در دماي 25 درجه سليسيوس و 4.5 pH استفاده شد. براي اندازه گيري غلظت اتانول توليدي از دستگاه كروماتوگرافي گازي استفاد گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد كه 5 pH و دماي 35 درجه سليسيوس بيشترين تاثير را بر روي توليد گلوكز توسط قارچ آسپرژيلوس نايجر دارند. همچنين بررسي مدل كينتيكي و ثابت هاي مدل، به ترتيب Vmax و Km برابر 10.41 و 73.23 را نشان دادند. مقايسه دادهاي تجربي با داده هاي مدل به دست آمده، همبستگي بالاي داده هاي تجربي و داده هاي مدل كينتيكي را تاييد نمود (0.93 = R2). نتايج توليد اتانول توسط مخمر ساكارومايسس سرويسيه از محيط كشت هيدروليز شده با غلظت گلوكز اوليه به ميزان 32 گرم بر ليتر نشان داد كه بيشترين ميزان اتانول توليدي و وزن خشك سلولي آن به ترتيب برابر 10.40 و 3.08 گرم بر ليتر مي باشد. نتيجه گيري: بر اساس نتايج مطالعه حاضر مي توان نتيجه گرفت كه مدل كينتيكي ميكائليس-منتن قادر به پيش بيني هيدروليز آنزيمي نشاسته مي باشد. نشاسته هيدروليز شده مي تواند به عنوان يك سوبستراي مناسب براي توليد اتانول به كار گرفته شود.

Background & Objectives: The use of biological processes and optimizing them in order to produce biofuels such as ethanol is very important due to economic and environmental issues. Therefore, this study was conducted to investigate the kinetic model of starch enzymatic hydrolysis by Aspergillus niger and ethanol production using Saccharomyces cerevisiae. Materials & Methods: The study was performed on a laboratory scale. The effect of different parameters such as pH and temperature on starch enzyme hydrolysis by A. niger was investigated. Also, the Michaelis-Menten’s model was used to assess the Kinetic model of the enzymatic hydrolysis process. In order to produce ethanol from the hydrolyzed starch, S. cerevisiae (yeast) was used at the temperature of 25 °C and pH of 4.5. Results: The results showed that the pH of 5 and the temperature of 35 °C have the highest effect on glucose production by A. niger. In addition, assessment of the kinetics and the constants of the model measured Vmax and Km as 10.41 and 73.23, respectively. Comparison between the experimental data and those predicted from the rate model indicated good agreement (R2= 0.93). The results of ethanol production by S. cerevisiae on hydrolyzed medium with glucose initial concentration of 32 g/l showed the maximum ethanol production and cell dry weight as 10.04 g/l and 3.08 g/l, respectively. Conclusion: According to the results of this study Michaelis–Menten kinetics model is able to predict enzymatic hydrolysis of starch. Furthermore, hydrolyzed starch can be used as an appropriate substrate for ethanol production.