بررسي تأثير شرايط هيدروديناميكي و نرخ انتقال جرم در آبكافت آنزيمي ريزجلبك مختلط

Investigation of the Hydrodynamic Condition Effects and Mass Transfer Rate on Enzymatic Hydrolysis of Mixed Microalgae

ريزجلبك‌ها با داشتن ذخاير زياد كربوهيدرات‌ها و سرعت بالاي رشد، به‌‌عنوان يكي از نويد بخش­ترين منابع براي توليد بيواتانول معرفي شده‌اند. در اين تحقيق، بعد از كشت گونه‌هاي مختلط ريزجلبك در فتوبيوراكتور، براي افزايش تجمع كربوهيدرات­ها در ريزجلبك از راهبرد قحطي نيتروژن استفاده شد. سپس، استخراج قندهاي موجود در زيست‌توده با استفاده از فرايند آبكافت آنزيمي به‌وسيلۀ آنزيم سلولاز انجام شد. در اين مقاله براي نخستين‌بار، فرايند آبكافت آنزيمي ريزجلبك با در نظرگرفتن شرايط هيدروديناميكي سيال درون راكتور بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزايش همزدگي سامانه بيش از غلظت آنزيم، بر بازده آبكافت تأثير مي‌گذارد. در دورهاي بالاتر از rpm 250 كه رژيم جريان از آرام به متلاطم تغيير مي‌كند، ميزان قند آزادشده بسيار بيشتر از مقادير در دورهاي پايين همزن است. هم‌چنين، افزودن بافل با جلوگيري از تشكيل گردابه ميزان انتقال جرم را و به‌تبع آن بازده آبكافت را افزايش مي‌دهد؛ اما تغيير نوع همزن تأثير قابل ملاحظه‌اي بر فرايند آبكافت ندارد. هم‌چنين در اين تحقيق، تأثير همزدگي در طول فرايند آبكافت از راه ارزيابي نرخ انتقال جرم بررسي شد.

Microalgae with reserves of carbohydrates, high growth rate have been introduced as one of the most promising sources for bioethanol production. In this study, after culturing mixed microalgae species in photobioreactors, a nitrogen starvation strategy was used to increase the accumulation of carbohydrates in microalgae. Then, the sugars in the biomass were extracted using enzymatic hydrolysis by cellulase enzyme. For the first time, the enzymatic hydrolysis of microalgae is investigated by considering the dynamic conditions of the fluid inside the reactor. The results showed that increasing the system agitation more than the enzyme concentration affects the hydrolysis efficiency. At high speeds of 250 rpm, where the flow regime changes from slow to turbulent, the amount of sugar released is much higher than the values at low speeds of the stirrer. Also, adding baffle increases the mass transfer rate by preventing the formation of vortices and consequently increases the hydrolysis efficiency. But changing the type of stirrer does not have a significant effect on the hydrolysis process. Also in this study, the effect of agitation during the hydrolysis process was investigated by evaluating the mass transfer rate.