پالایش زیستی تفاله سیب جهت تولید اتانول و سایر ترکیبات با ارزش به کمک قارچ موکور ایندیکوس و مخمر ساکارومایسیس سروسیه

STUDENT

DEGREE

YEAR

: Today, with the growing population of the world, the demand to use traortation devices has grown, which causes over-consuming fossil fuels and environmental pollutions. In this regard, biofuels are the best choices to reduce these issues. Agro-industrial wastes, e.g., apple processing wastes, are suitable substrates for biofuels production. The remaining solid, after apple juice extraction through the apple processing, is called apple pomace. In this study, apple pomace was used as the substrate for ethanol and other valuable chemical productions. Pretreatment was the main step in preparing the substrate for high yield ethanol and byproducts production. Before fermentation, organosolv pretreatment was conducted at different temperatures of 100, 150, and 180 °C for 30 and 60 min with 50% and 85 % v/v ethanol solvent concentrations at the presence or absence of 0.5% w/w sulfuric acid catalyst. After pretreatment, the solid and liquid phases were separated. The solid phase was used for ethanol production through the simultaneous saccharification and fermentation (SSF) by Mucor indicus and Saccharomyces cerevisiae . After ethanol production, the solid residue of fermentation was analyzed for its lipid content. The highest ethanol yield was 76.2% obtained by fermentation with M. indicus at 100°C for 60 min with 50% ethanol and catalyst, whereas 65.6% yield was obtained by S.cerevisiae at 100°C for 30 min with 50% ethanol in the presence of catalyst. Also, the lipid of solid residue was 12.57% by M. indicus at 100°C for 60 min with ethanol 50% in the presence of the catalyst. Furthermore, the liquid phase was used for pectin extraction and fermentation. The highest pectin yield was 7.6% obtained from the substrate pretreated with 50% ethanol at 100°C for 30 min without the catalyst. The liquid phase was similarly fermented by M. indicus and S. cerevisiae under the anaerobic conditions. Also, the liquid phase was cultivated under the aerobic conditions by M.indicus . The highest ethanol production under the anaerobic conditions was 15.8 gram per liter by M. indicus from the apple pomace pretreated with 50% ethanol at 100°C for 30 min and with catalyst, and 10.0 gram per liter by S. cerevisiae from the substrate pretreated with 50% ethanol at 100°C for 60 min without catalyst. The highest ethanol and biomass production by M. indicus under the aerobic cultivations was 11.6 and 7.7 gram per liter, respectively. Moreover, protein, chitin, and chitosan content of the biomasses were determined. The biomass obtained from the liquid phase of the substrate pretreated with 50% ethanol at 150°C for 30 min with catalyst contained 54% protein and 138.0-milligram chitin and chitosan per gram of biomass. Keywords : Biorefinery, Apple pomace, Organosolv pretreatment, Saccharomyces cerevisiae , Mucor indicus , Ethanol, Pectin, Protein, Chitin and Chitosan

افزایش جمعیت جهانی و افزایش نیاز به استفاده از سیستمهای حمل و نقل مختلف، افزایش مصرف سوختهای فسیلی را بههمراه داشته است. این مسئله باعث افزایش مشکلات زیست محیطی همچون افزایش گازهای گلخانهای، گرم شدن تدریجی زمین و تغییر اقلیم شده است. از اینرو استفاده از پسماندهای مختلف که به ظاهر ارزشی ندارند، میتواند راه حل مناسبی برای رفع مشکلات زیست محیطی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی باشد. همچنین میتوان محصولات جانبی مختلف با ارزش افزوده بالا جهت استفاده در زمینه های مختلف غذایی، دارویی، بهداشتی و غیره تولید نمود. پسماندهای صنایع غذایی به ویژه پسماندهای صنایع تولید آبمیوه و محصولات حاصل از میوه، پتانسیل بالایی برای تولید سوختهای مختلف و ترکیبات باارزش دارند. باتوجه به این موضوع، در این پروژه از تفاله سیب به عنوان ماده اولیه جهت تولید اتانول، پکتین، لیگنین وسایر ترکیبات با ارزش استفاده شد. به منظور تبدیل کربوهبدراتها موجود در تفاله سیب به قندهای ساده و شکسته شدن پیوند های کوالانسی بین ترکیبات لیگنوسلولزی، از حلال آلی برای انجام پیشفرآوری در دماهای 100و150و180 درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 و 60 دقیقه، غلظت اتانول 50 و 85 درصد و در حضور/عدم حضور اسید استفاده شد. بعد از انجام پیشفرآوری، فاز جامد ومایع جدا شد. فاز جامد برای انجام عملیات هیدرولیز وتخمیرهمزمان به کمک مخمر ساکارومایسیس سروسیه و قارچ موکور ایندیکوس به کار برده شد. بیشترین بازده تولید اتانول به کمک قارچ موکور ایندیکوس مربوط به دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 60 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، در حضور اسید و به میزان 2/76% میباشد. همچنین بیشترین بازده تولید اتانول به کمک مخمر ساکارومایسیس سروسیه مربوط به دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، در حضور اسید به میزان 6/65% میباشد. همچنین لیپید بدست آمده از جامد بعد از هیدرولیز و تخمیر به کمک قارچ موکور ایندیکوس و مخمر ساکارومایسیس سروسیه به ترتیب مربوط به دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 60 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، با اسید و دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 85 درصد، با اسید به ترتیب 57/12% و 24/13% میباشد. همچنین پکتین موجود در مایع حاصل از پیشفرآوری استخراج شد و بیشترین بازده پکتین استخراج شده 6/7 درصد در دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد و بدون اسید است. سپس مایع حاصل از پیشفرآوری به کمک قارچ به صورت هوازی و بی هوازی و مخمر ساکارومایسیس سروسیه تخمیر زده شد. اتانول و بیومس بهدست آمده به کمک قارچ موکور به صورت هوازی در شرایط دمایی 150درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، در حضور اسید و دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، بدون اسید میزان 6/11 گرم بر لیتر و 7/7 گرم بر لیتر میباشد. همچنین مایع حاصل از پیشفرآوری به کمک قارچ موکور و مخمر به صورت بی هوازی تخمیر زده شدند و بیشترین اتانول تولید شده برای قارچ موکور در دمای 100درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد، در حضور اسید به میزان 8/15 گرم بر لیتر میباشد، و برای مخمر در دمای 100درجه سانتیگراد، 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد و بدون اسید و 0/10 گرم بر لیتر میباشد. در نهایت پروتئین موجود در بیومس بدست آمده از تخمیر مایع پیشفرآوری به کمک قارچ موکور در حالت هوازی تعیین شد و بیومس بدست آمده در دمای 150درجه سانتیگراد، مدت زمان 30 دقیقه، غلظت اتانول 50 درصد و درحضور اسید حاوی 54%پروتئین و 0/138 میلی گرم کیتین و کیتوزان به ازای گرم بیومس میباشد. واژگان کلیدی: تفاله سیب، پیشفرآوری حلال آلی، اتانول، پکتین، پروتئین، کیتین و کیتوزان