Skip to main content
SUPERVISOR
Hamed Zilouei
حمید زیلوئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Mohmadmusa
زهرا مهمدموسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Enhancement of lipid and lutein production in the microalgae Scenedesmus obliquus and production of biogas from its biomass residue
The goal of this study is to increase the production of lipids and lutein in Scenedesmus obliquus microalgae, biogas production from its biomass residues and pretreatment to increase biogas production. In order to produce lutein, different laboratory cultures were performed with different shocks. Nitrate concentration increased from 0.25 to 3 g / L and light intensity was increased from 25 to 130 ?mol-ft / m 2 . s. It was observed that in this condition the lutein content decreased compared to other studies. The highest lutein content was obtained in two-stage culture. In the first stage we used light intensity of 25 ?mol-ft / m 2 . s nitrate and nitrate concentration of 0.25 g / L for ten days and in the second stage, nitrate concentration of 3 g / L and light intensity of 130 ?mol-ft / m 2 . s were used for 4 days. As a result, lutein content of 0.087 mg / g biomass, protein content of 62% and higher concentration of biomass (1.33 g / L) were obtained compared to the control sample (0.45 g / L). In a one-stage culture that used a light intensity of 130 ?mol-ft / m 2 . s and a nitrate concentration of 3 g / L, the lutein content was 0.064 mg / g biomass and 68% protein was obtained. Furthermore, biomass concentration increased significantly (2.2 g / L). In this study, in order to achieve high biomass content with high lipid content in Scenedesmus obliquus microalgae, a two-stage method based on complete culture medium in the first stage and then culture under restricted conditions (transfer of sedimented biomass to stage Second) and nitrogen deficiency (transfer of centrifuged biomass to the second stage) was evaluated. The results showed that two-stage photoatotrophic culture for 9 days in the first stage with nitrate concentration of 0.25 g / L and 5 days of nitrate shock in the second stage, lipid content of 9% for nitrate restriction and deficiency to 12 and 18.3, respectively. The percentage of biomass weight and in mixotrophic culture with the same conditions increased from 8 to 11 and 13% of biomass weight. Mixotrophic cultures increased from 8 to 11 d 13% biomass weight, respectively. Photoatotrophic cultures with nitrate deficiency were selected to increase lipid content. Different pretreatments such as ultrasonic, thermal and hydrothermal were used to break the cell wall of microalgae and increase the efficiency of methane production. In most cases, methane production efficiencies increased. Since the C / N ratio of this algae species (8.5-9) is lower than the optimal ratio (20-30 C / N) for the anaerobic digestion process, rice straw is used as a digestion aid to increase the C / N ratio substrate was used. moreover, in most cases, satisfactory results were obtained compared to the literature. Lipid extraction residue from biomass was used by ultrasonic method to produce biogas and 192.48 ml / g of volatile material was obtained. By adding digestion aid (rice straw) in a ratio of 1: 3 (algae: straw), the methane production efficiency of this sample increased to 606.6 ml / g of volatile matter. As a result, Scenedesmus obliquus microalgae are suitable species for increasing lipid content and biodiesel production, they are not suitable species for increasing lutein content with bold basel culture medium, and high methane can be produced by breaking the cell wall of this algae species. key words: cenedesmus obliquus , lutein, protein, lipid, chlorophyll, biofuel, biodiesel, biogas
هدف از انجام این پژوهش، افزایش تولید لیپید و لوتئین در ریزجلبک سندسموس اوبلیکوس ، تولید بیوگاز از بقایای زیست‌توده آن و انجام پیش­فراوری به­منظور افزایش تولید بیوگاز است. به­منظور تولید لوتئین کشت­های متفاوت با شوک های گوناگون صورت گرفت. غلظت نیترات از 25/0 به 3 گرم بر لیتر و شدت نور از 25 به 130 میکرو­مول­فوتون­بر­متر­مربع­ثانیه افزایش یافت، مشاهده شد که در این شرایط محتوای لوتئین نسبت به مطالعات دیگر کاهش پیدا کرد. بیشترین محتوای لوتئین در کشت دومرحله ای حاصل شد، که در مرحله اول به مدت ده روز شدت نور 25میکرو­مول­فوتون­بر­متر­مربع­ثانیه وغلظت نیترات 25/0 گرم­بر­لیتر و در مرحله دوم به مدت 4 روز، غلظت نیترات 3 گرم­بر­لیتر و شدت نور 130 میکرو­مول­فوتون­بر­متر­مربع­ثانیه استفاده شد. در نتیجه­، محتوای لوتئین 078/0 میلی گرم بر گرم زیست توده، محتوای پروتئین 62 درصد و غلظت بالاتری از زیست توده (33/1 گرم بر لیتر) نسبت به نمونه شاهد(45/0گرم بر لیتر) به دست آمد. در کشت یک مرحله ای که از شدت نور 130 میکرو­مول­فوتون­بر­متر­مربع­ثانیه و غلظت نیترات 3 گرم بر لیتر استفاده گردید، محتوای لوتئین 064/0 میلی گرم بر گرم زیست توده و پروتئین 68 درصد حاصل شد و غلظت زیست توده به میزان چشمگیری افزایش یافت (2/2گرم بر لیتر). در این پژوهش به منظور دستیابی به مقدار زیست توده بالا با محتوای لیپید بالا در ریزجلبک سندسموس اوبلیکوس ، روش دو مرحله ای بر مبنای محیط کشت کامل در مرحله اول و به دنبال آن کشت در شرایط محدودیت (انتقال زیست­توده ته نشین شده به مرحله دوم) و فقر نیتروژن (انتقال زیست­توده سانتریفیوژ شده به مرحله دوم) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد کشت فتواتوتروف دومرحله ای به مدت 9 روز در مرحله اول با غلظت نیترات 25/0 گرم بر لیتر و 5 روز شوک نیترات در مرحله دوم، محتوای لیپید از 9 درصد به ترتیب برای محدودیت و فقر نیترات به 12 و 3/18 درصد وزن زیست­توده و در کشت میکسوتروف با همان شرایط از 8 به 11 و 13 درصد وزن­زیست توده افزایش پیدا کرد. کشت فتواتوتروف با فقر نیترات به منظور افزایش محتوای لیپید انتخاب شد. از پیش فرآوری های متفاوت مانند اولتراسونیک، حرارتی و هیدروترمال برای شکستن دیواره سلولی ریزجلبک و افزایش بازده تولید متان استفاده شد. در اکثر موارد بازده تولید متان افزایش پیدا کرد. از آنجایی که، نسبت C/N این گونه جلبکی (9-5/8) پایین تر از میزان نسبت بهینه (30-20 C/N) برای فرآیند هضم بی هوازی است، از کاه برنج به عنوان کمک هاضم برای افزایش نسبت C/N سوبسترا استفاده شد و در اکثر موارد نتایج رضایت بخش نسبت به سایر مطالعات حاصل شد. باقی مانده استخراج لیپید از زیست توده به روش اولتراسونیک برای تولید بیوگاز استفاده و 48/192 میلی لیتر به ازای گرم ماده فرار حاصل شد. با افزودن کمک هاضم (کاه برنج) به نسبت 3:1 (جلبک : کاه) بازده تولید متان این نمونه به 6/606 میلی لیتر بر گرم ماده فرار افزایش یافت. در نتیجه، ریزجلبک سندسموس اوبلیکوس جهت افزایش محتوای لیپید و تولید بیودیزل گونه مناسبی است، گونه مناسبی به منظور افزایش محتوای لوتئین با محیط کشت بولد باسل نیست، و با شکستن دیواره سلولی این گونه جلبکی می توان متان بالایی تولید کرد. کلمات کلیدی سندسموس اوبلیکوس ، لوتئین، پروتئین، لیپید، کلروفیل، سوخت زیستی، بیودیزل، بیوگاز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی