بهينه‌سازي توليد بيواتانول از باگاس نيشكر پيش تيمار اسيدي شده با به كارگيري پيكيا استيپيتيس

Optimization of media for bioethanol production by Pichia stipitis from sugarcane bagasse pretreated by dilute acid

مقدمه: به علت محدود بودن سوخت‌هاي فسيلي و مصرف روز افزون آن‏ها‏، ‏توليد سوخت‌هاي زيستي مايع از اهميت بالايي برخوردار است. ‏استفاده از مواد اوليه اي كه مصرف غذايي نداشته باشند، ‏مانند مواد ليگنوسلولزي براي ‏توليد سوخت‏هاي زيستي نسل دوم مطرح‌اند. ‏با توجه به اين‏كه مقدار در خور توجهي از مواد ليگنوسلولزي را قند‏هاي پنتوز تشكيل مي‌دهد، ‏استفاده از اين قندها براي توليد سوخت‌هاي زيستي اهميت ويژه اي دارد. ‏بنابراين، در اين پژوهش، از مخمر پيكيا استيپيتيس براي توليد بيواتانول از اين قندهاي پنج كربنه و بهينه‏سازي شرايط تخمير استفاده شده است. مواد و روش‏‏ها: باگاس نيشكر با روش اسيد رقيق پيش تيمار شد. ‏از مخمر پيكيا استيپيتيس براي تخمير قندهاي حاصل از پيش تيمار باگاس استفاده شد. ‏براي بهينه‌سازي فرآيند تخمير و افزايش مقدار اتانول منابع نيتروژن، ‏فسفر، ‏روي، ‏گوگرد، ‏منيزيم و ويتامين مورد نياز مخمر با استفاده از روش طراحي آزمايش‌ها بررسي شد. در ‏طراحي تاگوچي، آرايه L27 با 8 عامل‏‏ و سه سطح در نظر گرفته شد. نتايج: تحليل نتايج حاصل از طراحي آزمايش‌ها به روش تاگوچي نشان مي‌دهد كه شربت ذرت خيسانده، ‏دي‏آمونيوم‏هيدروژن فسفات، ‏منيزيم سولفات و پتاسيم دي هيدروژن فسفات به ترتيب اثر در خور توجهي بر روي توليد اتانول داشته اند. ‏آزمايش تاييدي نشان داد كه مقدار اتانول نسبت به ميانگين داده‏ها 97 درصد افزايش يافت. ‏اتانول طي 48 ساعت با بازده 26/0گرم اتانول بر گرم قند مصرفي و بهره دهي 125/0 گرم بر ليتر بر ساعت توليد شد. بحث و نتيجه‏گيري: توليد اتانول از باگاس نيشكر از آبكافته باگاس در شرايط بهينه نسبت به پژوهش هاي مشابه بازده بيشتري داشته است. ‏نتايج حاصل از توليد اتانول با استفاده از منابع ارزان قيمت، ‏پس از بهينه‌سازي، ‏نشان از اهميت محيط كشت بهينه براي توليد اقتصادي اتانول دارد.

Introduction: Reduction of fossil fuels due to its increasing consumption caused the biofuels production as an important topic, today. Using resources that have not food application was regarded as the second generation biofuels and consisted of lignocelluloses. Since considerable amount of lignocellulosic material are pentoses, utilizing them is important for the production of biofuels. Materials and methods: Sugarcane bagasse was pretreated with dilute acid method. Pichia stipitis was used for the fermentation of released sugars. A L27 Taguchi orthogonal array was considered to optimize the fermentation process and increase the amount of ethanol. The eight factors with three levels considering nitrogen, phosphorus, zinc, sulfur, magnesium, and vitamins sources were considered in this study. Results: The analysis of the results shows that corn steep liquor, ammonium hydrogen phosphate, potassium di-hydrogen phosphate and magnesium sulfate have a significant effect on the production of ethanol, respectively. Confirmation of the optimal conditions shows that ethanol production was increased 97% relative to the mean of the observed results. The yield and productivity during 48 h of the fermentation were reached to 0.26 (g ethanol/g consumed sugar) and 0.125g (L.h), respectively. Discussion and conclusion: At the optimum condition the production of ethanol from sugarcane bagasse hydrolysate had higher efficiency relative to previous studies. Results of medium optimization considering cheap resources showed showed an excellent potential toward an economical bioethanol production process. Key words: Dilute acid, Optimization, Pichia stipitis, Pretreatment, Sugarcane bagasse