Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Arjomand Mehrabani zeinabad
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amirhossein Falahi
امیرحسین فلاحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
Lactic acid (2-hydroxypropionic, CH3CHOHCOOH) is the most widely utilized organic acid in the food, pharmaceutical, cosmetics and chemical industries. Its production is currently attracting a great deal of research and development. Lactic acid exists naturally in two optical isomers: d(?)- lactic acid and l(+)-lactic acid. Since elevated levels of the d-isomer are harmful to humans, l(+)-lactic acid is the preferred isomer for food-related and pharmaceutical industries. Lactic acid can be produced commercially by either chemical synthesis or fermentation. The chemical synthesis results in a racemic mixture of the two isomers, while the fermentation process can yield an optically pure form of lactic acid or racemate, depending on microorganisms, substrates and fermentation conditions employed in the production process. Renewable resources including sugars, starch and lignocellulose are abundant substrates for fermentative production. The most commonly used synthetic method for chemical production of lactic acid is the hydrolysis of lactonitrile derived from acetaldehyde and hydrogen cyanide, which are produced by petrochemical process. Therefore, chemical synthesis may be limited due to a shortage of the naturally available raw materials in the future. Lactic acid can be produced using bacteria and fungi. Lactic acid producing bacteria (LAB) have received wide interest because of their high growth rate and product yield. This expensive downstream process increases the overall cost of production of lactic acid using lactic acid producing bacteria. Fungal Rhizopus species have attracted a great interest, and have been recognized as suitable candidates for lactic acid production. Unlike the LAB, lactic acid producing Rhizopus strains generate l-lactic acid as a sole isomer of lactic acid. In the second of 20 th century, lactic acid knew as the component of metabolism and common material of various industries like pharmaceutical industry, food industry, leather industry and medical industry to prepare medical instrument. lactic acid (L+) is prevalent in food and pharmaceutical industries while lactic acid (D-) is used in leather and textile industries. Furthermore, the type of polymer of lactic acid (PLA) is applied in clinic cases and also to manufacture medical instrument. The main resources to produce lactic acid are sugars, starch, and lignocellulosic materials. In this project, production of lactic acid from pine wood by fermentation was investigated. The wood was pretreated, enzymatically hydrolyzed, and fermented by two different fungi. Similar to other lignocellulosic materials, the wood composed of three major groups of polymers, i.e. cellulose (polymer of glucose), hemicelluloses (polymer of pentose and hexose sugars) and lignin. Concentrated phosphoric acid pretreatment at modest reaction conditions and alkaline pretreatment by NaOH were used. Then the pretreated pine woods were subjected to enzymatic hydrolysis using commercial cellulase and ?-glucosidase enzymes. The hydrolyzates were then fermented by Rhizopus fungi. Untreated pine wood without any pretreatment was also hydrolyzed by the enzymes and then fermented. The analysis of the treated woods showed the maximum glucan yield of 43% by alkaline pretreatment, where as the treatment with phosphoric acid resulted in a substrate with 40% glucan. Thus, both of the treatment resulted in higher glucan substrate compared to the untreated wood, which contain 35% glucan. The enzymatic hydrolysis of phosphoric acid and alkaline pretreated wood resulted in 46 and 19% glucose yields, respectively, which was higher than that for untreated wood (6%). Fermentation of the hydrolyzates resulted in 326 grams lactic acid per kg of glucose that can be produced from the phosphoric acid pretreated substrate by Rhizopus oryzae . This value was 151g/kg for the alkaline pretreated substrate. Fermentation of the acid and alkali treated substrates by R. microsporus resulted in 122 and 39 grams lactic acid per kg glucose, respectively. Keywords : Lactic acid, pine wood, Rhizopus , pretreatment, enzymatic hydrolysis, fermentation.
در نیمه دوم قرن بیستم اسید لاکتیک به عنوان یک ماده برای سوخت و ساز بدن و نیز ماده‌ای پر کاربرد در انواع صنایع نظیر ساخت ابزار آلات پزشکی، دارویی، غذایی و چرم سازی شناخته شد. اسید لاکتیک نوع L(+) در صنایع غذایی و دارویی و اسید لاکتیک نوع D(-) در صنایع چرم سازی و نساجی و نوع پلیمری اسید لاکتیک(PLA) در موارد بالینی و ساخت ابزار آلات پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. منابع قابل استفاده برای تولید اسیدلاکتیک انواع قندها مانند لاکتوز، نشاسته و مواد لیگنوسلولزی می‌باشد. در این پروژه تولید اسید لاکتیک با روش بیولوژیکی از سوبسترای چوب درخت کاج بررسی شده است. چوب درخت کاج که یک ماده لیگنوسلولزی می باشد ابتدا با استفاده از روش های پیش‌فرآوری و هیدرولیزآنزیمی به مواد قابل تخمیر( قندها) توسط میکروارگانیسم تبدیل شد. ترکیبات لیگنوسلولزی دارای سه قسمت عمده همی سلولز (پلیمر قندهای پنج کربنی و ششش کربنی)، سلولز (پلیمر گلوکز) و لیگنین می باشند. بدین منظور ابتدا چوب درخت کاج تحت دو فرآیند پیش‌فرآوری قرار گرفت تا برای تبدیل به مواد قندی قابل تخمیر توسط قارچ با روش هیدرولیز آنزیمی آماده شود. روش‌های پیش‌فرآوری شامل روش پیش‌فرآوری اسید فسفریک غلیظ و روش پیش‌فرآوری قلیایی توسط سود بودند. سپس چوب درخت کاج پیش فرآوری شده با دو روش فوق توسط دو آنزیم سلولاز و بتا-گلوکسیداز به قندهای قابل تخمیر توسط میکروارگانیسم‌ها تبدیل شد. قندهای قابل تخمیر به وسیله دو قارچ رایزوپوس اورایزه و رایزوپوس میکروسپوروس تخمیر شدند. یک نمونه چوب درخت کاج خام به عنوان نمونه شاهد بدون هیچ عملیات پیش‌فرآوری نیز مستقیماً هیدرولیز آنزیمی و تخمیر شد. اندازه‌گیری ترکیبات نشان داد که گلوکان ( پلیمر قند گلوکز) حاصل از روش پیش‌فرآوری سود بیشترین مقدار و برابر 2/43 درصد است و گلوکان حاصل از روش پیش‌فرآوری اسید فسفریک برابر 3/40 درصد است. درصد فوق برای چوب درخت کاج بدون پیش‌فرآوری برابر8/35 درصد بدست آمد. در مرحله هیدرولیز آنزیمی، بازده تئوری گلوکز روی سوبسترای بدست آمده با پیش‌فرآوری اسید فسفریک بیشترین مقدار و برابر 5/76 درصد و برای پیش‌فرآوری با سود 31 درصد بدست آمد. این مقادیر برای سوبستراهای چوب درخت کاج برابر9/9 درصد بدست آمد. در مرحله تخمیر بیشترین بازده تولید اسید لاکتیک برای قارچ رایزوپوس اورایزه برای پیش‌فرآوری با اسیدفسفریک برابر 326 گرم اسیدلاکتیک به کیلوگرم گلوکز تئوری و برای پیش‌فرآوری با سود برابر 151 گرم اسیدلاکتیک به کیلوگرم گلوکز تئوری بود و بیشترین بازده تولید اسید لاکتیک برای قارچ رایزوپوس میکروسپوروس برای پیش‌فرآوری بااسید فسفریک برابر 122 گرم اسیدلاکتیک به کیلوگرم گلوکز تئوری و برای پیش‌فرآوری با سود برابر 39 گرم اسیدلاکتیک به کیلوگرم گلوکز تئوری است. کلمات کلیدی :اسید لاکتیک؛ چوب درخت کاج ؛ رایزوپوس؛ پیش‌فرآوری؛ هیدرولیز آنزیمی؛ تخمیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی